Arquiteturas RISC e CISC

Arquiteturas RISC e CISC

• As arquiteturas RISC (Reduced Instruction Set Computer) e CISC (Complex Instruction Set Computer) são usadas em microprocessadores modernos e diferem em seus conjuntos de instruções e características.
• A arquitetura CISC, dominante até meados da década de 1980, possui um grande número de instruções e modos de endereçamento, poucos registradores e processamento controlado por microprogramas.
• A arquitetura RISC, como alternativa, apresenta um número menor de instruções, mais registradores e processamento mais simples.
• O IBM/370-168 (CISC) possuía 208 instruções e 16 registradores, enquanto o SPARC 10 (RISC) tinha apenas 52 instruções com até 528 registradores.

Comparação de Estruturas e Instruções

• A RISC opera com uma arquitetura registrador-registrador e instruções de tamanho fixo, enquanto a CISC utiliza diversos modos de endereçamento e instruções complexas.
• Os dados em RISC são acessados principalmente via registradores, enquanto a CISC pode acessar dados tanto em registradores quanto diretamente na memória.
• A complexidade dos compiladores para CISC é menor devido à similaridade com linguagens de programação de alto nível, enquanto a arquitetura RISC demanda mais combinações de instruções para comandos complexos.

Aplicações e Desempenho

• A arquitetura RISC é utilizada em dispositivos que requerem baixo consumo de energia, como dispositivos móveis e embarcados, devido ao seu design mais simples e menor dissipação de calor.
• A arquitetura CISC é aplicada em computadores de mesa e servidores poderosos, onde a complexidade e o alto desempenho são cruciais.
• As empresas ARM dominam a produção de chips RISC, enquanto Intel e AMD são líderes na área de CISC, focando em compatibilidade e eficiência de desempenho.

Conclusão sobre Arquiteturas

• Não existe uma resposta definitiva sobre qual arquitetura é melhor, pois RISC e CISC têm características e aplicações distintas que se adaptam a diferentes necessidades.

O que é um Barramento?

• Um barramento em sistemas de computadores é um meio de comunicação entre os componentes do sistema.
• Os barramentos são essenciais na arquitetura de computadores, facilitando a transferência de dados e instruções.
• A definição e a importância dos padrões de barramentos garantem a compatibilidade e a eficiência das comunicações no sistema.

EISA: Contexto Histórico

• A formação da Gangue dos Nove foi uma resposta à necessidade de novos padrões em barramentos de computadores.
• O desenvolvimento da EISA (Extended Industry Standard Architecture) foi um marco importante na evolução dos barramentos.
• A EISA foi lançada e amplamente adotada no setor, atendendo às demandas por maior capacidade e compatibilidade.

Aplicações e Casos de Uso

• A EISA é utilizada em diversos tipos de sistemas, incluindo computadores de desktop, servidores e estações de trabalho.

Evolução e Desenvolvimento

• A EISA foi projetada para suportar barramentos de 32 bits, o que promoveu maior capacidade de memória RAM.
• A arquitetura trouxe melhorias em slots de expansão e compatibilidade com o padrão ISA (Industry Standard Architecture).
• Um recurso significativo da EISA é o Bus Mastering, que permite que dispositivos se comuniquem diretamente com a memória.

Por que a EISA foi Gradualmente Substituída?

• A substituição gradual da EISA por outros padrões de barramento está relacionada à evolução tecnológica e às necessidades do mercado.

Definição do PCI Express

• O PCI Express (PCIe) é um padrão de interface de alta velocidade utilizado para conectar componentes internos em computadores, como placas de vídeo e unidades de armazenamento SSD.
• O PCIe oferece maior largura de banda, eficiência energética e escalabilidade em comparação com os padrões anteriores, substituindo barramentos antigos como PCI, PCI-X e AGP.

História do PCI Express

• O PCIe foi introduzido em 2003 pelo PCI-SIG como sucessor dos barramentos PCI e AGP, visando atender às necessidades crescentes de largura de banda.
• A versão 1.0 do PCIe trouxe uma arquitetura ponto a ponto de alta velocidade, proporcionando 2,5 GT/s por pista, marcando uma evolução no desempenho dos sistemas de interconexão.

Funcionamento do PCI Express

• O padrão permite comunicação rápida e eficiente entre os componentes do computador, como o processador e placa de vídeo, otimizando as conexões com a placa-mãe.
• O PCIe foi desenvolvido para padronizar e melhorar as interconexões dos componentes internos.

Características

• Cada conexão do PCIe opera com 8 bits de dados por vez, com uma frequência base de 2,5 GHz, permitindo uma taxa de 250 MB/s no padrão PCIe 1x.
• Esse representa um aumento significativo em relação aos 132 MB do padrão PCI.

Lanes do PCI Express

• O PCI Express utiliza lanes para a transmissão de dados, onde mais lanes proporcionam maior capacidade de tráfego simultâneo.
• Configurações de lanes incluem: PCIe x1, PCIe x4, PCIe x8, PCIe x16.

Versões e Frequência do PCI Express

• Diferentes gerações do PCIe foram lançadas ao longo dos anos: PCIe 1.0, PCIe 2.0, PCIe 3.0, PCIe 4.0, PCIe 5.0.

VESA Local Bus

• Barramentos são "estradas" dentro de um computador, interligando componentes como CPU, memória RAM e dispositivos de entrada e saída, permitindo a comunicação e execução de programas e tarefas.
• O VESA Local Bus (VLB) é um barramento local que conecta a CPU aos componentes de alta performance, como a memória RAM e o cache.
• O VESA Local Bus foi desenvolvido pela Video Electronics Standards Association (VESA) em 1992, visando superar as limitações do ISA (Industry Standard Architecture) em atender a demanda por gráficos melhores em PCs.
• Ele foi uma solução temporária principalmente em computadores com processadores Intel 486, permitindo a conexão direta entre a CPU e placas de expansão, melhorando o desempenho gráfico e multimídia.
• Com a chegada dos processadores Pentium e PCI (Peripheral Component Interconnect), o VLB começou a perder espaço e foi gradualmente considerado obsoleto por volta de 1995.
• O principal objetivo do VLB era fornecer uma interface rápida para dispositivos de alta velocidade, como placas de vídeo e controladores de disco, permitindo acesso rápido à memória e CPU.
• O VLB era uma extensão do barramento ISA, funcionando em frequências mais altas correspondentes às do barramento de dados do processador.
• O VLB era aplicado em placas-mãe de computadores com processadores Intel 486, geralmente suportando 1 a 3 slots VLB.
• Operava em frequências de 25 MHz, 33 MHz ou 40 MHz, dependendo da velocidade do processador, com uma interface de 32 bits capaz de transferir dados até 132 MB/s, superando o ISA.
• Ele melhorou o desempenho gráfico em jogos e aplicações 2D, além de proporcionar um acesso mais rápido a dados em controladores de disco, essencial para multimídia e design gráfico

SATA: Definição e Evolução

• O SATA (Serial ATA) é uma interface de barramento usada para conectar dispositivos de armazenamento, como HDDs e SSDs, a placas-mãe de computadores.
• O desenvolvimento do SATA começou no final dos anos 1990, visando superar as limitações do antigo padrão PATA, com a primeira versão lançada em 2000.
• O SATA evoluiu para SATA II em 2004 e SATA III em 2009, com colaboração de várias empresas de tecnologia, como Intel e Seagate.

Características do SATA

• A principal função do SATA é permitir a transferência de dados entre o armazenamento e o restante do sistema.
• As versões do SATA são: SATA I (1,5 Gbps, lançado em 2000), SATA II (3 Gbps, lançado em 2004), SATA III (6 Gbps, lançado em 2009).
• O NVMe (PCIe) pode atingir velocidades de até 32 Gbps, superando a velocidade do SATA III.

Evolução e Necessidade de Desempenho

• A evolução do SATA foi motivada pela necessidade de maior desempenho, especialmente com o advento dos SSDs.
• As versões de evolução incluem SATA I, SATA II e SATA III, aumentando a velocidade e eficiência de armazenamento.

Aplicações Práticas do SATA

• Um exemplo de aplicação é a substituição de um HDD por um SSD em desktops e notebooks.
• Essa troca em um desktop com uma placa-mãe com portas SATA resultaria em maior velocidade de leitura/gravação e uma experiência de usuário mais fluida.

Introdução ao PCI

• O PCI (Peripheral Component Interconnect) foi introduzido em 1992 como um padrão de barramento para conectar periféricos à placa-mãe de computadores, substituindo o ISA.
• Esta tecnologia foi suportada por empresas como a Intel e utilizada em processadores Pentium.
• Com a chegada da linha de processadores 286, a interface foi revisada para usar um barramento de 16 bits, mantendo a compatibilidade com placas de expansão de 8 bits e ampliando seu conector de 62 para 98 terminais.

Popularidade e Programação

• O controlador ISA era fácil de programar e amplamente utilizado em automação e robótica.
• A popularidade do barramento levou programadores a estocar dispositivos compatíveis quando seu uso começou a diminuir.

ISA (Industry Standard Architecture)

• O barramento ISA era um padrão de barramento para conectar placas de expansão à placa-mãe de computadores.
• Ele foi amplamente utilizado em computadores PC, desde o IBM PC/XT até meados da década de 1990, antes de ser substituído por outros padrões como PCI e VLB.
• O ISA tinha um projeto baseado em barramento, com sinais de controle e dados compartilhados entre todos os dispositivos conectados.
• O bus ISA operava em uma velocidade relativamente baixa, com uma taxa de transferência máxima de 8 bits a 16 bits, dependendo da versão e da implementação.
• A interface ISA tinha um conector de 62 pinos e foi utilizada em placas-mãe com processadores Intel 8088, 80286 e 386.

USB (Universal Serial Bus)

• O USB é uma "tomada universal" para conectar dispositivos eletrônicos ao computador, como pen drives, teclados e smartphones.
• Sua importância na vida moderna é destacada pela ubiquidade do USB em praticamente todos os dispositivos eletrônicos.
• A necessidade de um padrão universal para conexão de dispositivos levou à criação do USB.
• As primeiras versões, como o USB 1.0, tinham limitações que foram superadas com o lançamento do USB 2.0, que revolucionou a velocidade de transferência de dados.
• As gerações mais recentes, USB 3.0, 3.1 e 3.2, focam em velocidades ainda mais altas e novas funcionalidades.
• O USB envolve conceitos chave, incluindo Host, dispositivo, bus e controlador.
• Diagramas ilustram como os dados são transferidos entre o computador e o dispositivo.
• Há uma tabela comparativa que destaca diferenças em velocidade, conectores e funcionalidades entre as diferentes versões do USB.
• Os tipos de conectores incluem A, B, C e micro-B, cada um com suas aplicações específicas.
• Outras características incluem hot-swap e bus-powered.
• A próxima geração do USB promete novas inovações e melhorias.
• A comparação com Thunderbolt e outras tecnologias, como USB-C PD (Power Delivery) e USB-C Alt Mode, é discutida.
• O USB é usado em uma variedade de dispositivos, como teclados, mouses, impressoras, scanners, câmeras digitais e pen drives.
• Em smartphones e tablets, é utilizado para carregamento, transferência de dados e acessórios.