Introdução ao Hardware de Computadores

Introdução ao Hardware

• O hardware é a parte física de um computador, composta por componentes eletrônicos, circuitos integrados e placas que se comunicam através de barramentos.
• O termo hardware abrange não apenas computadores pessoais, mas também equipamentos embarcados em produtos que exigem processamento computacional, como dispositivos em equipamentos hospitalares, automóveis e celulares.

Arquitetura Básica de um PC

• Qualquer PC é composto por processador, memória, HDD/SSD, placa-mãe, dispositivos de entrada e saída e software.

Gabinete

• O gabinete é a caixa metálica ou plástica que abriga os componentes do PC, disponível em vários formatos, incluindo Desktop, Slim, Mini Tower, Midi Tower e Full Tower.

Placa-Mãe

• A placa-mãe estabelece a comunicação entre todos os componentes, sendo o componente mais importante do micro.
• Devido à grande quantidade de chips, trilhas, capacitores e encaixes, a placa-mãe é o componente que mais apresenta defeitos.
• Placas-mãe Onboard possuem componentes integrados diretamente no circuito, incluindo placa de vídeo, placa de som e placa de rede.
• Placas-mãe Offboard requerem a adição de componentes externos, por exemplo, uma placa de vídeo ou placa de som separada.
• A placa-mãe inclui componentes como o soquete do processador (CPU Socket), slots de memória (RAM Slots), chipset (North Bridge e South Bridge), slots de expansão (Expansion Slots), conectores de armazenamento (Storage Connectors), conectores de alimentação (Power Connectors), chip BIOS/UEFI, portas de Entrada/Saída (I/O Ports), conectores de ventiladores (Fan Headers) e conector CMOS Battery.

Soquete

• Soquetes são conectores na placa-mãe que permitem a instalação de componentes como processadores (CPUs).
• Garante a conexão correta do componente aos circuitos da placa-mãe, possibilitando a comunicação entre o processador e outros componentes do sistema.
• Além dos soquetes do processador, as placas-mãe também possuem soquetes para módulos de memória, conectores para a fonte de alimentação, painel traseiro com conectores para vídeo (VGA/DVI), som, rede e portas USB.

Tipos de Soquete

• PGA (Pin Grid Array): Pinos estão no processador e as entradas na placa-mãe.
• LGA (Land Grid Array): Pinos estão na placa-mãe e as entradas no processador.
• BGA (Ball Grid Array): Variante do PGA, mas precisa de solda.

Principais Soquetes de Processadores Atuais

• Intel: LGA 1200 para processadores Intel de 10ª e 11ª gerações (Comet Lake e Rocket Lake) e LGA 1700 para processadores Intel de 12ª geração (Alder Lake).
• AMD: AM4 compatível com a maioria dos processadores Ryzen e AM5 planejado para futuras gerações de processadores Ryzen com melhorias em desempenho e eficiência.

Slot de Memória

• São os conectores para os módulos de memória RAM.
• Permitem a comunicação da memória RAM com a CPU, fornecendo espaço temporário para armazenar e acessar dados rapidamente.

Chipset

• Componente crucial da placa-mãe
• Composto por um ou mais chips que controlam diversas funções e dispositivos do sistema.
• Gerencia e coordena a comunicação entre a CPU, a memória RAM, os dispositivos de armazenamento e os periféricos onboard e offboard.

Principais Funções do Chipset

• Controla os dados que trafegam entre os componentes.
• Gerencia a comunicação entre a memória RAM e a CPU.
• Regula a leitura e escrita de dados nos dispositivos de armazenamento.
• Coordena a operação de dispositivos onboard e offboard.
• Facilita a interação entre a CPU, a RAM e outros componentes, garantindo o funcionamento harmonioso.

Chipsets Ponte Sul (South Bridge) e Ponte Norte (North Bridge)

• Inicialmente, as placas-mãe contavam com diversos chips para funções específicas, até que foram integrados nos chipsets Ponte Sul e Ponte Norte.
• O Chipset Ponte Sul controla as funções de entrada e saída (I/O), como USB, áudio, rede e disco rígido, e a comunicação com dispositivos periféricos e de armazenamento.
• O Chipset Ponte Norte encabeça a comunicação entre a CPU, a memória RAM e a placa de vídeo, gerenciando o tráfego de dados de alta velocidade.

Conexões Proprietárias

• Intel criou o DMI (Direct Media Interface).
• AMD passou a utilizar o A-Link Express.
• NVIDIA utilizou o HyperTransport 1.0.

Chipsets Modernos

• Os chipsets modernos, como os da série Intel Z ou AMD X, integram funções que antes eram divididas entre a Ponte Norte e a Ponte Sul, incluindo controle de memória, armazenamento e dispositivos periféricos.

Intel

• Ponte Norte integrada na CPU: Gerencia a comunicação de alta velocidade entre a CPU, a memória RAM e a placa de vídeo, melhorando a eficiência e reduzindo a latência no sistema.
• PCH (Platform Controller Hub): Substitui a antiga Ponte Sul e gerencia as funções de I/O, incluindo USB, áudio, rede e armazenamento, permitindo melhor gestão da energia e simplificando o design da placa-mãe.

AMD

• Ponte Norte integrada na CPU: Assim como na Intel, a Ponte Norte da AMD gerencia a comunicação entre a CPU, a memória RAM e a GPU integrada.
• FCH (Fusion Controller Hub): É responsável por todas as funções de I/O, substituindo a antiga Ponte Sul e integrado diretamente na placa-mãe, resultando em um design de sistema mais limpo e organizado.

Benefícios da Integração

• Redução de Latência: A integração melhora o desempenho ao reduzir a latência na comunicação entre os componentes.
• Eficiência Energética: Sistemas integrados consomem menos energia.
• Design Simplificado: Reduz a quantidade de componentes no design das placas mãe.
• Custo: A Integração reduz os custos de fabricação.

Slots de Expansão

• Conectores na placa-mãe que permitem a adição de placas-filha, adicionando funcionalidades extras ao PC (gráficos, som, conectividade).

Tipos de Slots de Expansão

• PCI (Peripheral Component Interconnect): Um tipo mais antigo de slot de expansão utilizado em PCs para conectar placas de som, placas de rede, modems e outras placas de expansão de uso geral.
• AGP (Accelerated Graphics Port): Um slot de expansão dedicado para placas de vídeo, oferecendo uma interface dedicada para gráficos em computadores antigos.
• PCI Express (PCIe): Um slot de expansão moderno e padrão mais utilizado atualmente, conecta placas de vídeo, SSDs NVMe e placas de rede de alta velocidade.

Conectores de Armazenamento

• Incluem conectores SATA e NVMe, onde discos rígidos (HDs), SSDs e unidades ópticas são conectados, permitindo a comunicação entre os dispositivos de armazenamento e a placa-mãe.

Conectores de Alimentação

• Fornecem energia à placa-mãe e outros componentes, incluindo o conector ATX de 24 pinos e conectores adicionais para a CPU e outros dispositivos.

BIOS (Basic Input/Output System)

• Firmware armazenado em um chip na placa-mãe, que inicializa e testa os componentes do sistema antes de carregar o sistema operacional, fornecendo também uma interface para ajustar configurações.

Funções do BIOS

• POST (Power-On Self Test): Executa testes para garantir o funcionamento do hardware.
• Configurações de Hardware: Permite ajustar configurações como ordem de boot.
• Carregamento de Sistema Operacional: Inicia o carregador de boot do sistema operacional.
• Interface de Configuração: Acessível durante a inicialização pressionando uma tecla como F2, DEL ou ESC.

UEFI (Unified Extensible Firmware Interface)

• Uma evolução moderna do BIOS. Oferece funcionalidades avançadas, interface gráfica mais moderna, suporte ao uso de discos rígidos e SSDs maiores que 2 TB, melhor tempo de inicialização e recursos de segurança como o Secure Boot.
• É mais modular e extensível para novos recursos.

Funcionamento do BIOS/UEFI

• O firmware é armazenado em um chip EEPROM na placa-mãe.
• Quando o computador é ligado, o BIOS/UEFI é carregado para inicializar o hardware.
• O usuário pode acessar a interface para ajustar as configurações.
• Apos, o BIOS/UEFI, passa o controle para o carregador de boot para iniciar o sistema operacional.

Portas de Entrada e Saída

• Incluem portas USB, Ethernet, áudio, HDMI, DisplayPort, permitem a conexão de periféricos externos.

Conectores de Ventiladores

• Permitem a conexão de ventiladores do sistema e do processador.

Conector CMOS Battery

• O CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) armazena configurações importantes
• O Conector CMOS Battery alimenta o chip CMOS, ou seja, ele garante a manutenção das configurações armazenadas na memória CMOS quando o computador está desligado.

Tipos de placa-mãe

• AT (Advanced Technology): Modelo utilizado de 1983 até 1996.
• ATX (Advanced Technology Extended): Modelo mais popular e mede 305 x 244 mm.
• EATX (Extended ATX): A maior placa-mãe disponível, medindo 305 x 330 mm, projetada para sistemas de alto desempenho.
• Micro ATX: Mede 244 x 244 mm, projetada para sistemas menores.
• Mini ITX: O menor dos quatro formatos, medindo 170 x 170 mm, ideal para computadores compactos.