Conceitos Introdutórios

Antes de iniciarmos a abordagem sobre componentes e peças de computadores, alguns tópicos preliminares precisam ser observados, vamos a eles:

Placa Mãe

Fábrica da Gigabyte - Taiwan

Padrões de Placas Mãe

Placa Mãe AT

Uma placa-mãe AT tem dimensões grande o suficiente para não caber em mini desktops. O conceito de plugues e soquetes de seis pinos é utilizado para funcionarem como conectores de alimentação para este tipo de placas-mãe.

Produzida em meados dos anos 80, esta placa-mãe durou muito desde o Pentium P5 até a época em que o Pentium 2 começou a ser usado 

Placa Mãe BTX - Balanced Technology Extended

O BTX foi desenvolvido para reduzir ou evitar alguns dos problemas que surgiram ao usar as tecnologias mais recentes. As tecnologias mais recentes geralmente exigem mais energia e também liberam mais calor quando implementadas nas placas-mãe de acordo com a especificação ATX de cerca de 1996. O padrão ATX e o padrão BTX, ambos foram propostos pela Intel. 

O desenvolvimento de produtos de varejo BTX foi cancelado em setembro de 2006 pela Intel após a aceitação da decisão da Intel de focar novamente em CPUs de baixo consumo após sofrer problemas como dimensionamento e térmico com o Pentium 4.

Padrões EATX, ATX, Micro ATX e Mini ITX?

Infográfico - Placa Mãe

Instalação da Placa Mãe no Gabinete

Tanto 

Processador - CPU

<https://www.topgadget.com.br/howto/computador/processador-de-varios-nucleos-sempre-mais-e-melhor.htm>

Avanços da tecnologia de processador multicore

Os projetos com vários núcleos abordaram o problema de os processadores atingirem o limite máximo de suas limitações físicas como velocidade de clock e quão efetivamente eles poderiam ser resfriados e ainda manter a precisão. 

Ao mudar para núcleos extras em um chip de processador único, os fabricantes evitaram problemas com a frequência de clock, multiplicando efetivamente a quantidade de dados que poderiam ser manipulados pela CPU.

Resumo

A demanda por maior poder de processamento em computadores e dispositivos eletrônicos tem impulsionado a evolução da arquitetura dos processadores. Uma das principais estratégias para atender a essa necessidade é a utilização de múltiplos núcleos (multicore) e a capacidade de executar múltiplas linhas de execução (threads) simultaneamente. Este relatório técnico tem como objetivo descrever o que são e como funcionam a arquitetura multicore e os threads em processadores modernos, destacando seus benefícios e mecanismos de operação.

Arquitetura Multicore

Definição

Um processador com arquitetura multicore integra dois ou mais núcleos de processamento independentes em um único chip. Cada núcleo possui sua própria unidade de controle, unidade lógica e aritmética (ULA) e, em alguns casos, seu próprio cache de memória de primeiro nível (L1). Essa abordagem permite que o processador execute múltiplas tarefas ou partes de uma mesma tarefa simultaneamente, aumentando significativamente o desempenho geral do sistema.

Funcionamento

Em um sistema com processador multicore, o sistema operacional (SO) ou o software aplicativo pode distribuir diferentes processos ou threads para cada núcleo disponível. Cada núcleo opera de forma independente, executando suas instruções em paralelo. A comunicação entre os núcleos e o compartilhamento de recursos, como a memória principal e o cache de níveis superiores (L2, L3), são gerenciados por um complexo sistema de interconexão dentro do chip.

Tipos de Arquiteturas Multicore

Existem diferentes abordagens na implementação de arquiteturas multicore:

• Homogênea: Todos os núcleos presentes no chip são idênticos em termos de arquitetura e capacidades. Essa é a arquitetura mais comum em processadores para desktops e servidores.

• Heterogênea: O chip integra núcleos com diferentes arquiteturas e capacidades, otimizados para tipos específicos de tarefas. Um exemplo comum é a combinação de núcleos de alto desempenho com núcleos de baixo consumo de energia em processadores para dispositivos móveis.

Benefícios da Arquitetura Multicore

• Aumento do Desempenho: A capacidade de executar tarefas em paralelo resulta em tempos de processamento significativamente menores para aplicações que podem se beneficiar da computação paralela.

• Melhor Multitarefa: O sistema pode executar múltiplos aplicativos simultaneamente de forma mais eficiente, sem comprometer a responsividade.

• Maior Eficiência Energética (em certos casos): Em algumas situações, executar tarefas em paralelo em núcleos de menor frequência pode ser mais eficiente energeticamente do que executar a mesma tarefa sequencialmente em um único núcleo de alta frequência.

Threads de Processadores

Definição

Um thread (ou linha de execução) é a menor unidade de execução que pode ser gerenciada de forma independente por um sistema operacional. Dentro de um processo, que representa um programa em execução, podem existir múltiplos threads que compartilham o mesmo espaço de memória e recursos do processo.

Funcionamento

Em um processador single-core tradicional, a execução de múltiplos threads é realizada através de um mecanismo de time-sharing, onde o processador alterna rapidamente entre os threads, dando a ilusão de execução simultânea.

Em processadores com arquitetura multicore, cada núcleo pode executar um ou mais threads simultaneamente. A tecnologia que permite que um único núcleo físico execute múltiplos threads é conhecida como Simultaneous Multithreading (SMT) ou Hyper-Threading (termo comercial da Intel).

Simultaneous Multithreading (SMT) / Hyper-Threading

O SMT permite que um único núcleo físico apareça para o sistema operacional como dois ou mais núcleos lógicos. Isso é alcançado através da duplicação de certas partes do núcleo, como os registradores, enquanto outras partes, como as unidades de execução, são compartilhadas entre os threads lógicos.

Quando um thread está ocioso devido a uma espera por dados na memória, por exemplo, o outro thread lógico pode utilizar as unidades de execução do núcleo, aumentando a utilização geral do processador e melhorando o desempenho.

Benefícios dos Threads

• Melhor Utilização dos Recursos do Processador: O SMT permite que os recursos ociosos de um núcleo sejam utilizados por outro thread, aumentando a eficiência do processamento.

• Maior Responsividade de Aplicações: Aplicações que utilizam múltiplos threads podem manter a interface de usuário responsiva enquanto realizam tarefas em segundo plano.

• Paralelismo em Nível de Instrução (limitado): O SMT pode permitir um certo grau de paralelismo em nível de instrução, onde instruções de diferentes threads podem ser executadas simultaneamente.

Interação entre Arquitetura Multicore e Threads

A arquitetura multicore e os threads trabalham em conjunto para maximizar o desempenho dos processadores modernos. Um processador com múltiplos núcleos, cada um capaz de executar múltiplos threads (através de SMT), oferece um alto grau de paralelismo.

O sistema operacional e os aplicativos podem tirar proveito dessa arquitetura distribuindo o trabalho entre os diferentes núcleos e threads disponíveis. Para obter o máximo desempenho, os softwares precisam ser projetados para serem thread-aware, ou seja, capazes de dividir suas tarefas em múltiplos threads que podem ser executados em paralelo.

Conclusão

A arquitetura multicore e a capacidade de executar múltiplos threads são pilares fundamentais no projeto de processadores modernos. A combinação dessas tecnologias permite um aumento significativo no poder de processamento, melhorando a capacidade de executar múltiplas tarefas simultaneamente e a responsividade das aplicações. A evolução contínua dessas arquiteturas é essencial para atender às crescentes demandas computacionais em diversas áreas, desde computação pessoal até inteligência artificial e computação de alto desempenho.

Referências Pesquisadas

• Intel Corporation. (n.d.). Hyper-Threading Technology. [Link para a página da Intel sobre Hyper-Threading]

• AMD. (n.d.). Multi-Core Processors. [Link para a página da AMD sobre processadores multi-core]

• Wikipedia. (n.d.). Multi-core processor. [Link para a página da Wikipedia sobre processadores multi-core]

• Wikipedia. (n.d.). Thread (computing). [Link para a página da Wikipedia sobre threads em computação]

Overclock

O overclock é uma técnica avançada que permite aumentar a frequência de operação da CPU além das especificações originais de fábrica. Essa prática visa obter maior desempenho computacional através do aumento controlado da velocidade do processador.

Importância do Chipset na Arquitetura de Desempenho da Placa-Mãe

O chipset desempenha um papel crucial na arquitetura de desempenho de uma placa-mãe por diversos motivos: 

Porque é importante conhecer tecnicamente o potencial de um Chipset?

Basicamente o chipset é quem determina os  recursos e funcionalidades presentes em uma placa mãe. A escolha de uma placa-mãe deve levar em consideração, além do essencial soquete, o chipset nela disponibilizado, pois é ele quem dita tudo o que uma placa será capaz de oferecer e realizar.

Abaixo, como exemplo, segue  o diagrama de funcionamento do Chipset Intel Z590, utilizado em placas-mães  para processadores da 10ª e  11ª geração - soquete LGA 1200.

O que significa RAM?

RAM é a abreviação de “memória de acesso aleatório” e, embora possa parecer misterioso, a RAM é um dos elementos mais fundamentais da computação. A RAM é o espaço de armazenamento de dados super rápido e temporário que um computador precisa acessar agora ou nos próximos momentos.

O que a RAM faz, exatamente?

A RAM é um armazenamento temporário que desaparece quando a energia é desligada. Então, para que serve a RAM? É muito rápido, o que o torna ideal para coisas em que o computador está trabalhando ativamente, como aplicativos que estão sendo executados no momento (por exemplo, o navegador da Web no qual você está lendo este artigo) e os dados com os quais esses aplicativos trabalham ( como este artigo).

Pode ajudar pensar na RAM com a analogia de um desktop físico. Seu espaço de trabalho - onde você rabisca em algo imediatamente - é a parte superior da mesa, onde você quer tudo ao alcance do braço e não quer demora para encontrar nada. Isso é RAM. Por outro lado, se você quiser manter algo para trabalhar mais tarde, coloque-o em uma gaveta da mesa – ou armazene-o em um disco rígido, localmente ou na nuvem.

Em última análise, a RAM permite que você acesse vários programas ao mesmo tempo com velocidade e eficiência.

A RAM é significativamente mais rápida que um disco rígido — vinte a cem vezes mais rápida, dependendo do tipo de hardware e da tarefa específicos. Por causa de sua velocidade, a RAM é usada para processar informações imediatamente. Quando você deseja realizar uma tarefa específica, os sistemas operacionais de computador carregam dados do disco rígido na RAM para processá-los, como classificar uma planilha ou exibi-la na tela. Quando é feito ativamente “fazendo algo”, o computador (às vezes sob sua instrução) o salva em armazenamento de longo prazo.

Quanta memória eu preciso?

Quanto mais RAM um dispositivo de computação tiver, mais rápido ele será executado. Se o seu dispositivo for antigo, talvez seja necessário atualizar o hardware . Cada aplicativo aberto (incluindo guias em um navegador da Web) consome RAM. Você pode ficar sem – e quando isso acontece, o computador precisa mover coisas no disco rígido, o que torna o computador mais lento.

Observe que a RAM é diferente do armazenamento: se você desligar o PC, as informações desaparecem, enquanto no armazenamento (SSDs, HDDs…) esses dados serão salvos.

Quanta memória RAM você precisa? Depende do tipo de trabalho que você faz, quantas coisas você faz ao mesmo tempo e quão impaciente você é. Tal como acontece com tantas outras partes da computação, sempre queremos que nossos dispositivos respondam instantaneamente!

(fonte: https://www.avast.com/c-what-is-ram-memory#topic-3)

Tipos de Memória RAM

RAM - Random access memory

Assista o vídeo e  entenda o funcionamento da memória através da simulação apresentada.

Acesse as configurações do vídeo, no ícone da engrenagem no canto inferior direito e adicione a legenda. (Selecione o idioma)

Tipos de dispositivos de armazenamento: 

Magnético

Óptico

Eletrônico

Dispositivos de armazenamento por meio magnético

Os dispositivos de armazenamento por meio magnético são os mais antigos e mais utilizados atualmente, por permitir uma grande densidade de informação, ou seja, armazenar grande quantidade de dados em um pequeno espaço físico. São mais antigos, porém foram se aperfeiçoando no decorrer do tempo .

Dispositivos de armazenamento por meio óptico

Os dispositivos de armazenamento por meio óptico são os mais utilizados para o armazenamento de informações multimídia, sendo amplamente aplicados no armazenamento de filmes, música, etc. Apesar disso também são muito utilizados para o armazenamento de informações e programas, sendo especialmente utilizados para a instalação de programas no computador. Exemplos de dispositivos de armazenamento por meio óptico são os CD-ROMs, CD-RWs, DVD-ROMs, DVD-RWs e BLU-RAY. 

Dispositivos de armazenamento por meio eletrônico (SSDs)

Este tipo de dispositivos de armazenamento é o mais recente e é o que mais oferece perspectivas para a evolução do desempenho na tarefa de armazenamento de informação. Esta tecnologia também é conhecida como memórias de estado sólido ou SSDs (solid state drive) por não possuírem partes móveis, apenas circuitos eletrônicos que não precisam se movimentar para ler ou gravar informações 

Dispositivo de Armazenamento Híbrido - SSHD

A proposta do SSHD, como seu nome sugere, é tentar unir as vantagens dos HDs (custo menor por GB, em especial), com a velocidade dos SSDs, já que traz as duas tecnologias em um só produto. É, basicamente, um HD comum de 5400 RPM (na maioria dos modelos) com um pequeno SSD que funciona como cache. Entenda: ele não é acessível pelo usuário, já que é gerenciado pela própria controladora interna do disco, e exatamente por isso vem com uma capacidade menor (varia entre 8 e 24 GB).

Qual escolher ?

É difícil “eleger” a melhor opção entre os quatro modelos acima de forma definitiva, já que cada usuário tem um comportamento diferente. Todos os modelos de notebooks da Avell permitem a instalação de “pelo menos” duas opções de armazenamento, mas podemos fazer um pequeno resumo para quem pretende trabalhar com somente uma opção:

• Quem não quer se preocupar com espaço deve escolher o disco de 2 TB rodando a 5400 RPM. O lado negativo é que a opção mais lenta entre os quatro, e por isso mesmo muitos preferem usar um SSD primário para o sistema e esse disco como dados;

• Quem quiser maximizar os benefícios de ambos pode escolher tanto o disco de 1 TB rodando a 7200 RPM quanto o SSHD, já que ambos são mais rápidos do que o disco de 5400 RPM e ainda permitem uma boa capacidade de armazenamento;

• Quem busca desempenho deve priorizar o SSD, um requisito obrigatório para máquinas mais modernas. Porém, deve ter consciência de que 240 GB exige um gerenciamento de espaço de tempos em tempos, já que, não raro, alguns jogos exigem mais do que 20 GB;

<Fonte: https://avell.com.br/blog/hd-ssd-ou-sshd-qual-escolher/>

Fontes de alimentação: Qual a sua função?

A fonte de alimentação, conhecida como PSU (do inglês Power Supply Unit ou Unidade de Alimentação de Energia), é o componente que recebe a energia fornecida pela rede elétrica doméstica.

A fonte de alimentação é responsável por converter a voltagem da energia elétrica, que chega pelas tomadas em voltagens menores, capazes de ser suportadas pelos componentes do computador.

Conectores e Tensões Básicas

Conforme comentamos, cada cor representa uma tensão (DC) específica para alimentação de um determinado periférico e também para a placa mãe. As primeiras versões das fontes ATX, traziam conectores com 20 pinos. Atualmente, temos conectores de 24 pinos. Vejamos as tensões básicas:

Terra (GND-Ground) PRETO: Negativo da Fonte ou terra como é popularmente conhecido. A partir dele que as demais fontes são medidas, ele é a referência!

3,3V (Laranja): Presente quando a fonte está ligada, esta baixa tensão é usada principalmente para circuitos de memória e processador, gerando menos calor, e maior economia de energia. Um fio marrom fino é usado como sensor da tensão.

5,0V (Vermelho): Presente quando a fonte está ligada, esta tensão é usada para alimentar a grande maioria dos circuitos lógicos do computador, tais como placas, controladores e chipsets. Muitos discos rígidos novos estão usando 3,3V ao invés do 5 para reduzir o consumo de energia.

12,0V (Amarelo): Presente quando a fonte está ligada, esta tensão é usada geralmente para alimentar motores elétricos (ventiladores, motores do HD,DVD-ROM).

-12,0V (Azul): Presente quando a fonte está ligada, produz referência para alguns chips internos da  placa-mãe.

BV (Branco): Presente quando a fonte está ligada, esta tensão não está mais sendo usada em placas-mãe  mais modernas. Esta tensão era usada apenas para os barramentos ISA, e portanto hoje este pino está vazio (NC).

Pwr_on/Pwr_Ok/PG powergood (Pino8): Sinal de controle  que sinaliza à placa-mãe que a fonte está estabilizada, ou seja, que todas as demais tensões já estão sendo fornecidas adequadamente. Usado assim que ligamos a fonte, caso alguma tensão não esteja saindo, o pino 8 avisa a placa-mãe que a fonte não está ok e o computador emitirá um bip de erro.

+5V_SB (Pino 9): Esta tensão deve estar presente sempre! Conhecida como +5V de standby, é ela que mantém o computador pré-energizado, geralmente um LED nas placas-mãe modernas acende para indicar que a fonte está energizada. Esta tensão, também é responsável por manter o computador em estado de hibernação/suspenso com dados na RAM. Sem ela o computador não poderia ficar nestes estados.

PS ON (pino 14/16): Aqui não temos tensão, mas sim um pino de controle, ele é o responsável por ligar completamente a fonte, liberando as demais tensões. Somente ele é que fará o computador ligar literalmente, é controlado pela chave de Liga/desliga no gabinete, ou eletronicamente pela placa-mãe para ligar/desligar o computador controlado via sistema operacional.

Conectores dos periféricos

Saindo da fonte de alimentação, temos dezenas de fios coloridos, cada um está ligado na ponta com um conector específico, destinado para um tipo único de periférico

24 Pin-ATX: Este conector conforme já estudamos deve ser plugado na Placa-Mãe, conforme orientação única (não encaixa errado). Possui padrão universal 20+4 que permite ser plugado em qualquer placa-mãe (antiga ou nova). Trabalha com muitas tensões (ver acima).

4 Pin Molex (IDE Power): Conector de energia antiga padrão IDE, destinado a alimentar discos rígidos, CD/DVD-ROM. Atualmente muitas fontes, não trazem mais este conector. Trabalha com 5Vdc e 12Vdc.

4 Pin FDD (floppy disk drive): Conector de energia antigo, destinado a ligar os antigos leitores de disquete (disk-drive) padrão 3 1/2 polegadas. Atualmente muitas fontes não trazem mais este conector. Trabalha com 5Vdc e 12Vdc.

4 Pin P4 EPS (Auxiliar Processador): Conector moderno presente nas fontes ATX mais atuais, é usado para conectar em placas-mãe que possuem um conector especial de 4 pinos em separado.

Este conector conhecido como P4/EPS foi utilizado desde os processadores P4-Intel, e servem para gerar alimentação auxiliar em muitos processadores modernos (AMD/Intel). Caso a placa-mãe possua encaixe para este conector, o mesmo deve ser plugado! Caso não plugue, o computador não vai ligar, mesmo com as demais conexões efetuadas corretamente.

Em alguns casos, a placa-mãe traz o P4/EPS de 8 pinos (menos comum), neste caso a fonte deverá possuir um par de P4/EPS.

Você poderá ligar uma fonte com 8Pinos/EPS em uma placa-mãe com 4 Pinos/EPS, bastando deixar de lado os outros 4 conectores sobrando, porém não é garantido ligar uma placa-mãe 8Pinos/EPS numa fonte com apenas 4 Pinos/EPS. Aqui a única tensão que existe é 12Vdc (amarelo)

15 Pinos Sata (Power Sata): Conector moderno, presente em todas as fontes ATX atuais, serve para alimentar todos os periféricos Sata tais como: discos rigidos, DVD- ROM. Trabalha com 12Vdc, 5Vdc, 3,3Vdc(laranja) que em muitos HD's modernos, é usado para redução de consumo.

6 Pin PCI-Express: Conector moderno, somente presente em algumas das fontes ATX atuais mais potentes. Ele serve para alimentar exclusivamente as placas de video mais poderosas. Nem todas as fontes básicas possuem este conector. Se você for usar uma placa com GPU muito poderosa, deve comprar uma fonte coth este conector. Trabalha com 12 Vdc.