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Arquitetura de Computadores – Aula 04 (Semana 04)

Semana 4: Dispositivos de Entrada e Saída 

Autor: Carlos Fernandes 

E-mail para contato: carlos.fernandes@afogados.ifpe.edu.br  

Objetivo da Aula: 

Esta aula pretende apresentar os principais dispositivos de entrada e saída (E/S), suas interfaces e a comunicação com a CPU. Serão abordadas técnicas de otimização como DMA e RAID, com exemplos práticos e recomendações de recursos para aprofundamento.


1. Dispositivos de Entrada e Saída: Exemplos e Funções 

Introdução 

Os dispositivos de entrada e saída (E/S) são componentes essenciais de qualquer sistema computacional, permitindo a interação entre usuários e máquinas. Eles são responsáveis por capturar dados (entrada) e exibir ou armazenar resultados (saída). Neste tópico, exploraremos os principais dispositivos de E/S, suas funções, exemplos práticos e soluções para problemas comuns, com foco no perfil técnico do aluno e nas necessidades do mercado de trabalho.  

Dispositivos de entrada e saída: o que são, diferença e exemplos -  Significados

1. Dispositivos de Entrada

Dispositivos de entrada são aqueles que permitem ao usuário enviar dados ou comandos para o computador. Eles são fundamentais para a interação humana com a máquina.  

  • Teclado:  
    • Função: Permite a entrada de texto e comandos.  
    • Exemplo Prático: Configuração de um teclado USB em um computador com Windows.  
    • Conecte o teclado a uma porta USB disponível.  
    • O sistema operacional deve reconhecer automaticamente o dispositivo.  
    • Caso não funcione, verifique se a porta USB está ativa no BIOS/UEFI. 
    • Problema Comum: Teclado não reconhecido.  
    • Solução: Testar o teclado em outra porta USB ou em outro computador. Se o problema persistir, pode ser necessário atualizar os drivers ou substituir o teclado. 
  • Mouse:  
    • Função: Controla o cursor na tela e permite interações gráficas.  
    • Exemplo Prático: Configuração de um mouse óptico.  
    • Conecte o mouse a uma porta USB.  
    • Verifique se o cursor responde aos movimentos. 
    • Problema Comum: Cursor travado ou impreciso.  
    • Solução: Limpe o sensor óptico do mouse e verifique a superfície de uso. 
  • Scanner:  
    • Função: Digitaliza documentos e imagens para o computador.  
    • Exemplo Prático: Digitalização de um documento usando um scanner USB.  
    • Instale o software do fabricante.  
    • Conecte o scanner e siga as instruções para digitalizar. 
    • Problema Comum: Scanner não reconhecido.  
    • Solução: Verifique os drivers e a conexão USB. 
  • Microfone:  
    • Função: Captura áudio para comunicação ou gravação.  
    • Exemplo Prático: Configuração de um microfone USB para videoconferências.  
    • Conecte o microfone e configure-o nas configurações de áudio do sistema. 
    • Problema Comum: Áudio baixo ou inexistente.  
    • Solução: Ajuste os níveis de áudio no sistema e verifique as permissões do aplicativo. 
  • Câmera:  
    • Função: Capta imagens e vídeos.  
    • Exemplo Prático: Uso de uma webcam para reuniões online.  
    • Conecte a webcam e configure-a no software de videoconferência. 
    • Problema Comum: Imagem congelada ou sem sinal.  
    • Solução: Verifique os drivers e a conexão USB. 

O que são periféricos? | Periféricos de entrada e de saída

 2. Dispositivos de Saída

Dispositivos de saída exibem ou armazenam os resultados processados pelo computador.  

  • Monitor:  
    • Função: Exibe informações visuais.  
    • Exemplo Prático: Conexão de um monitor via HDMI.  
    • Conecte o cabo HDMI ao computador e ao monitor.  
    • Ajuste a resolução nas configurações de vídeo. 
    • Problema Comum: Tela sem sinal.  
    • Solução: Verifique o cabo e a porta de conexão. 
  • Impressora:  
    • Função: Produz cópias físicas de documentos.  
    • Exemplo Prático: Configuração de uma impressora a laser.  
    • Conecte a impressora via USB ou rede.  
    • Instale os drivers e faça um teste de impressão. 
    • Problema Comum: Impressão de baixa qualidade.  
    • Solução: Verifique o toner e os cartuchos de tinta. 
  • Caixas de Som:  
    • Função: Reproduz áudio.  
    • Exemplo Prático: Conexão de caixas de som via Bluetooth.  
    • Emparelhe as caixas com o computador.  
    • Ajuste o volume nas configurações de áudio. 
    • Problema Comum: Áudio distorcido.  
    • Solução: Verifique a conexão e os drivers de áudio. 
  • Projetor:  
    • Função: Exibe imagens em grandes superfícies.  
    • Exemplo Prático: Configuração de um projetor para apresentações.  
    • Conecte o projetor via HDMI ou VGA.  
    • Ajuste a resolução e o foco. 
    • Problema Comum: Imagem desfocada.  
    • Solução: Ajuste o foco e a distância do projetor. 

Periféricos de entrada e saída e periféricos híbridos

3. Dispositivos de Entrada e Saída

Alguns dispositivos realizam ambas as funções, permitindo a entrada e saída de dados.  

  • HD/SSD:  
    • Função: Armazenamento de dados.  
    • Exemplo Prático: Instalação de um SSD em um desktop.  
    • Conecte o SSD via SATA e instale o sistema operacional. 
    • Problema Comum: Disco não reconhecido.  
    • Solução: Verifique a conexão SATA e a configuração no BIOS/UEFI. 
  • Pendrive:  
    • Função: Armazenamento portátil.  
    • Exemplo Prático: Transferência de arquivos entre computadores.  
    • Conecte o pendrive e copie os arquivos. 
    • Problema Comum: Pendrive não reconhecido.  
    • Solução: Teste em outra porta USB ou formate o dispositivo. 
  • Placas de Rede:  
    • Função: Conexão à internet e redes locais.  
    • Exemplo Prático: Configuração de uma placa de rede Wi-Fi.  
    • Instale os drivers e conecte-se à rede sem fio. 
    • Problema Comum: Falha na conexão.  
    • Solução: Verifique os drivers e as configurações de rede.

Recursos Adicionais 

 Conclusão 

Os dispositivos de entrada e saída são vitais para a funcionalidade dos sistemas computacionais. Compreender seu funcionamento, configuração e solução de problemas é essencial para um técnico em manutenção de computadores. Utilize os recursos recomendados para aprofundar seus conhecimentos e praticar as técnicas apresentadas.   


2. Interfaces de Comunicação 

Introdução 

As interfaces de comunicação são essenciais para a conexão e transferência de dados entre dispositivos e o computador. Neste tópico, abordaremos três das principais interfaces: USB, SATA e PCIe. Cada uma delas possui características específicas que as tornam adequadas para diferentes aplicações, desde a conexão de periféricos até a instalação de componentes internos de alto desempenho. 

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 1. USB (Universal Serial Bus)

O USB é uma das interfaces mais utilizadas para conectar dispositivos externos ao computador. Sua evolução trouxe melhorias significativas em velocidade e funcionalidade.  

  • Versões do USB:  
    • USB 2.0:  
      • Velocidade máxima: 480 Mbps.  
      • Uso comum: Teclados, mouses, impressoras. 
    • USB 3.0:  
      • Velocidade máxima: 5 Gbps.  
      • Uso comum: HDs externos, pendrives de alta velocidade. 
    • USB 3.1:  
      • Velocidade máxima: 10 Gbps.  
      • Uso comum: Dispositivos de armazenamento rápido e monitores 4K. 
    • USB Type-C:  
      • Reversível (não tem lado certo para conectar).  
      • Suporta USB 3.1 e Thunderbolt 3.  
      • Uso comum: Notebooks modernos, smartphones. 
  • Vantagens:  
    • Plug-and-play: Facilidade de conexão e reconhecimento automático pelo sistema.  
    • Alta velocidade de transferência: Ideal para dispositivos que exigem grande largura de banda.  
    • Versatilidade: Compatível com uma ampla gama de dispositivos. 

Flat preto usb tipos plugue de porta em cabos definidos com conectores  realistas. Conector e portas. USB tipo A, tipo B, tipo C, Micro, Mini,  MicroB e tipo 3.0 Vetor de ©Golden

Exemplo Prático:  

  • Conexão de um HD externo USB 3.0:  
  • Conecte o HD a uma porta USB 3.0.  
  • O sistema deve reconhecer o dispositivo automaticamente.  
  • Verifique a velocidade de transferência usando ferramentas como o CrystalDiskMark. 

Problema Comum: Dispositivo não reconhecido.  

  • Solução: Verifique a porta USB e os drivers do dispositivo. 

2. SATA (Serial ATA)

O SATA é a interface padrão para conexão de dispositivos de armazenamento internos, como HDs e SSDs.  

  • Versões do SATA:  
    • SATA II:  
      • Velocidade máxima: 3 Gbps.  
      • Uso comum: HDs e SSDs mais antigos. 
    • SATA III:  
      • Velocidade máxima: 6 Gbps.  
      • Uso comum: SSDs modernos e HDs de alta capacidade. 
    • Comparação entre SATA II e SATA III:  
      • Velocidade: SATA III oferece o dobro da velocidade de SATA II.  
      • Compatibilidade: SATA III é retrocompatível com SATA II.  
      • Aplicações: SATA III é ideal para SSDs que exigem alta velocidade de leitura/gravação. 

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Exemplo Prático:  

  • Instalação de um SSD SATA III:  
  • Conecte o SSD a uma porta SATA III na placa-mãe.  
  • Conecte o cabo de alimentação da fonte ao SSD.  
  • Inicialize o computador e instale o sistema operacional no SSD. 

Problema Comum: SSD não reconhecido.  

  • Solução: Verifique a conexão SATA e a configuração no BIOS/UEFI.  

3. PCIe (Peripheral Component Interconnect Express)

O PCIe é uma interface de alta velocidade usada para conectar componentes internos, como placas de vídeo e SSDs NVMe.  

  • Características:  
    • Alta largura de banda: Oferece velocidades superiores a 16 Gbps por lane.  
    • Baixa latência: Ideal para aplicações que exigem respostas rápidas, como jogos e edição de vídeo.  
    • Versões: PCIe 3.0, 4.0 e 5.0, com velocidades crescentes. 
  • Aplicações:  
    • Placas de vídeo: Conexão de GPUs de alto desempenho.  
    • SSDs NVMe: Armazenamento ultrarrápido com velocidades de leitura/gravação superiores a 3500 MB/s.

PCIe 4.0 (Ultimate Guide to Understanding PCI Express Gen 4) – Premio Inc

Exemplo Prático:  

  • Instalação de um SSD NVMe em um slot PCIe:  
  • Localize o slot M.2 na placa-mãe.  
  • Insira o SSD NVMe no slot e fixe-o com o parafuso fornecido.  
  • Inicialize o computador e verifique se o SSD é reconhecido no BIOS/UEFI.  
  • Instale o sistema operacional ou use o SSD como armazenamento secundário. 

Problema Comum: SSD NVMe não reconhecido.  

  • Solução: Verifique se o slot M.2 está habilitado no BIOS/UEFI e se o SSD está corretamente instalado. 

Recursos Adicionais 

 Conclusão 

As interfaces de comunicação, como USB, SATA e PCIe, são fundamentais para o funcionamento e a expansão dos sistemas computacionais. Compreender suas características, vantagens e aplicações práticas é essencial para um técnico em manutenção de computadores. Utilize os recursos recomendados para aprofundar seus conhecimentos e praticar as técnicas apresentadas.  


 3. Controladores e Comunicação com a CPU 

Introdução 

Os controladores de entrada e saída (E/S) e os barramentos de comunicação são componentes críticos para o funcionamento eficiente de um sistema computacional. Eles gerenciam a transferência de dados entre dispositivos periféricos e a CPU, garantindo que as informações sejam processadas e transmitidas de maneira rápida e confiável. Neste tópico, exploraremos o papel dos controladores de E/S, o funcionamento dos barramentos de comunicação e como diagnosticar falhas nesses componentes.

Arquitetura: Von Neumann Vs Harvard - Diego Macêdo

1. Controladores de E/S

Os controladores de E/S são circuitos integrados ou chips que gerenciam a comunicação entre dispositivos periféricos e a CPU. Eles atuam como intermediários, traduzindo os sinais elétricos dos dispositivos em dados compreensíveis para o processador e vice-versa.  

  • Função dos Controladores de E/S:  
    • Gerenciamento de Comunicação: Coordenam a transferência de dados entre dispositivos e a CPU.  
    • Tradução de Sinais: Convertem sinais elétricos em dados digitais e vice-versa.  
    • Controle de Dispositivos: Gerenciam o funcionamento de dispositivos como teclados, mouses, impressoras e discos rígidos. 
  • Exemplos de Controladores de E/S:  
    • Controladores USB: Gerenciam a conexão e a transferência de dados em dispositivos USB, como pendrives, teclados e impressoras.  
    • Controladores SATA: Responsáveis pela comunicação entre a CPU e dispositivos de armazenamento, como HDs e SSDs.  
    • Controladores de Rede: Facilitam a comunicação entre a CPU e placas de rede, permitindo acesso à internet e redes locais.

UCP Memória Principal Controladores E/S - ppt carregar

Exemplo Prático:  

  • Como verificar o funcionamento de um controlador USB no Windows:  
    • Abra o Gerenciador de Dispositivos (pressione Win + X e selecione “Gerenciador de Dispositivos”).  
    • Expanda a seção Controladores de barramento serial USB.  
    • Verifique se há dispositivos com ícones de alerta (um ponto de exclamação amarelo).  
    • Se houver problemas, clique com o botão direito no dispositivo e selecione Atualizar driver

Problema Comum: Dispositivo USB não reconhecido.  

  • Solução: Verifique se o controlador USB está funcionando corretamente no Gerenciador de Dispositivos. Se necessário, reinstale os drivers. 

 2. Barramentos de Comunicação

Os barramentos de comunicação são vias que permitem a transferência de dados entre a CPU, a memória e os dispositivos periféricos. Eles são essenciais para o desempenho do sistema, pois determinam a velocidade e a eficiência com que os dados são transmitidos.  

  • Como os Dados Trafegam:  
    • Barramento de Dados: Transporta dados entre a CPU, a memória e os dispositivos de E/S.  
    • Barramento de Endereços: Especifica a localização dos dados na memória ou nos dispositivos.  
    • Barramento de Controle: Gerencia as operações de leitura e escrita, sincronizando a comunicação. 
  • Impacto no Desempenho do Sistema:  
    • Largura de Banda: Barramentos com maior largura de banda permitem transferências de dados mais rápidas.  
    • Latência: Barramentos eficientes reduzem o tempo de espera para a transferência de dados.  
    • Compatibilidade: Barramentos modernos, como PCIe, oferecem maior desempenho para dispositivos de alta velocidade, como GPUs e SSDs NVMe.

Conceito de Barramento de dados «Definição e o que é»

Exemplo Prático:  

  • Como verificar o desempenho de um barramento PCIe:  
  • Use ferramentas como o HWMonitor ou CPU-Z para analisar a largura de banda e a velocidade do barramento PCIe.  
  • Verifique se a placa de vídeo ou SSD NVMe está operando na velocidade esperada (por exemplo, PCIe 3.0 x16 para GPUs). 

Problema Comum: Baixo desempenho em dispositivos PCIe.  

  • Solução: Verifique se o dispositivo está corretamente instalado no slot PCIe e se a placa-mãe suporta a versão do PCIe utilizada. 

3. Diagnóstico de Falhas em Controladores de E/S

O diagnóstico de falhas em controladores de E/S é uma habilidade essencial para técnicos em manutenção de computadores. Ferramentas como o Gerenciador de Dispositivos do Windows ajudam a identificar e resolver problemas.  

  • Passos para Diagnóstico:  
    • Abra o Gerenciador de Dispositivos.  
    • Verifique se há dispositivos com ícones de alerta (ponto de exclamação amarelo).  
    • Clique com o botão direito no dispositivo problemático e selecione Propriedades.  
    • Na guia Geral, leia a mensagem de erro para identificar o problema.  
    • Use a opção Atualizar driver para reinstalar o driver do dispositivo.  
    • Se o problema persistir, desinstale o dispositivo e reinicie o computador para reinstalação automática.

Diagnóstico de Problemas na Montagem com LEDs Debug | PC Builder

Exemplo Prático:  

  • Diagnóstico de um controlador SATA com falha:  
  • No Gerenciador de Dispositivos, expanda a seção Controladores de Serial ATA.  
  • Verifique se há erros no controlador SATA.  
  • Se necessário, reinstale os drivers ou atualize o firmware do controlador. 

Problema Comum: Disco rígido não reconhecido.  

  • Solução: Verifique o controlador SATA no Gerenciador de Dispositivos e as conexões físicas do disco. 

 Recursos Adicionais 

 Conclusão 

Os controladores de E/S e os barramentos de comunicação são fundamentais para o funcionamento eficiente de um sistema computacional. Compreender seu papel, funcionamento e técnicas de diagnóstico é essencial para um técnico em manutenção de computadores. Utilize os recursos recomendados para aprofundar seus conhecimentos e praticar as técnicas apresentadas.  


4. Técnicas de Otimização 

Introdução 

A otimização de sistemas computacionais é essencial para garantir desempenho, confiabilidade e eficiência. Neste tópico, abordaremos duas técnicas fundamentais: o DMA (Acesso Direto à Memória) e o RAID (Redundant Array of Independent Disks). Ambas são amplamente utilizadas para melhorar a transferência de dados e a redundância de armazenamento, respectivamente. 

RAID: Conceito, Formatos, Níveis e Uso

1.DMA (Acesso Direto à Memória)

O DMA é uma técnica que permite a transferência de dados entre dispositivos periféricos e a memória RAM sem a intervenção direta da CPU. Isso reduz a carga do processador e aumenta a eficiência do sistema.

Übersicht der DMA-Kanäle

  • Como o DMA Reduz a Carga da CPU:  
    • Processo Tradicional: Sem DMA, a CPU precisa gerenciar cada byte transferido entre dispositivos e a memória, o que consome ciclos de processamento.  
    • Com DMA: Um controlador de DMA assume a tarefa de transferência, liberando a CPU para outras operações. 
  • Exemplo de Aplicação:  
    • Transferência de Dados entre um HD e a Memória RAM:  
      • O controlador de DMA gerencia a leitura dos dados do HD e sua transferência para a memória RAM.  
      • A CPU só é envolvida no início e no fim do processo, para iniciar e finalizar a operação. 
  • Exemplo Prático:  
    • Como habilitar o DMA em um sistema Windows:  
      • Abra o Gerenciador de Dispositivos.  
      • Expanda a seção Controladores IDE ATA/ATAPI.  
      • Clique com o botão direito no controlador e selecione Propriedades.  
      • Na guia Configurações Avançadas, verifique se o DMA está habilitado. 

Problema Comum: Transferência lenta de dados.  

  • Solução: Verifique se o DMA está habilitado e se os drivers do controlador estão atualizados. 

 2.RAID (Redundant Array of Independent Disks)

O RAID é uma técnica que combina múltiplos discos rígidos em um único sistema para melhorar o desempenho, a confiabilidade ou ambos. Existem vários níveis de RAID, cada um com suas características e aplicações.

RAID de discos duros: qué es, para qué sirve y todos los beneficios que  ofrece a tu ordenador

  • Tipos de RAID:  
    • RAID 0 (Striping):  
      • Funcionamento: Divide os dados em blocos e os distribui entre dois ou mais discos.  
      • Vantagens: Aumento significativo do desempenho.  
      • Desvantagens: Nenhuma redundância; se um disco falhar, todos os dados são perdidos.  
      • Aplicação: Ideal para sistemas que exigem alta velocidade, como edição de vídeo. 
    • RAID 1 (Mirroring):  
      • Funcionamento: Cria uma cópia exata dos dados em dois ou mais discos.  
      • Vantagens: Redundância total; se um disco falhar, os dados estão seguros no outro.  
      • Desvantagens: Custo mais alto devido à duplicação de armazenamento.  
      • Aplicação: Ideal para backups e sistemas críticos. 
    • RAID 5 (Striping com Paridade):  
      • Funcionamento: Divide os dados em blocos e distribui entre três ou mais discos, com paridade para recuperação em caso de falha.  
      • Vantagens: Combina desempenho e redundância.  
      • Desvantagens: Requer pelo menos três discos.  
      • Aplicação: Ideal para servidores e sistemas de armazenamento em rede. 
    • RAID 10 (Combinação de RAID 1 e RAID 0):  
      • Funcionamento: Combina mirroring e striping para oferecer alta performance e redundância.  
  • Vantagens: Desempenho e segurança elevados.  
  • Desvantagens: Custo alto devido ao número de discos necessários.  
  • Aplicação: Ideal para bancos de dados e sistemas críticos. 

Exemplo Prático:  

  • Configuração de um sistema RAID 1 para backup automático:  
    • Conecte dois discos rígidos idênticos ao computador.  
    • Acesse o BIOS/UEFI e habilite o RAID.  
    • Durante a inicialização, entre no utilitário de configuração RAID (geralmente pressionando Ctrl + I ou Ctrl + R).  
    • Selecione a opção para criar um RAID 1.  
    • Escolha os dois discos e finalize a configuração.  
    • Instale o sistema operacional e verifique se o RAID está funcionando corretamente. 

Problema Comum: Falha em um disco do RAID 1.  

  • Solução: Substitua o disco falho e reconstrua o RAID usando o utilitário de configuração. 

 Recursos Adicionais 

 Conclusão 

O DMA e o RAID são técnicas essenciais para otimizar o desempenho e a confiabilidade de sistemas computacionais. Compreender seu funcionamento e aplicações práticas é fundamental para um técnico em manutenção de computadores. Utilize os recursos recomendados para aprofundar seus conhecimentos e praticar as técnicas apresentadas.


Recursos Recomendados 

Slides e Vídeos 

Leituras Recomendadas 

  • “Computer Networking: Principles, Protocols, and Practice” – Olivier Bonaventure.  
  • “Arquitetura de Computadores” – Stallings. 

Sites e Cursos 


Atividades Práticas 

  1. Montagem de um Computador:  
    1. Conectar dispositivos de E/S (teclado, mouse, monitor) e verificar o funcionamento. 
  2. Configuração de RAID:  
    1. Usar dois HDs para configurar um sistema RAID 1. 
  3. Diagnóstico de Problemas:  
    1. Identificar e resolver falhas em dispositivos de E/S usando ferramentas de diagnóstico. 

Considerações Finais 

Os dispositivos de entrada e saída são fundamentais para a interação entre usuários e computadores. Compreender suas interfaces, controladores e técnicas de otimização é essencial para um técnico em manutenção de computadores. Utilize os recursos recomendados para aprofundar seus conhecimentos e praticar as técnicas apresentadas.  

Fim da aula 04

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