Arquitetura de Harvard

A Arquitetura de Harvard baseia-se em um conceito mais recente que a de Von-Neumann, tendo vindo da necessidade de por o microcontrolador para trabalhar mais rápido. É uma arquitetura de computador que se distingue das outras por possuir duas memórias diferentes e independentes em termos de barramento e ligação ao processador. É utilizada nos microcontroladores PIC, tem como principal característica acessar a memória de dados separadamente da memória de programa.

Ele pegou no conceito de "memória" de Von Neumann e dividiu essa memória em 2 partes:

• Memória de programação;
• Memória de dados.

Podemos chamar este esquema de RISC por ser mais rapida do que o esquema de Von Neumann.

Arquitetura de Von Neumann

Von Neumann

John von Neumann foi um matemático húngaro de etnia judaica, naturalizado estadunidense.

Contribuiu na teoria dos conjuntos, análise funcional, teoria ergódica, mecânica quântica, ciência da computação, economia, teoria dos jogos, análise numérica, hidrodinâmica das explosões, estatística e muitas outras as áreas da Matemática. De fato é considerado um dos mais importantes matemáticos do século XX.

Foi membro do Instituto de Estudos Avançados em Princeton, New Jersey, do qual também faziam parte Albert Einstein e Erwin Panofsky, quando emigraram para os Estados Unidos, além de Kurt Gödel, Robert Oppenheimer, George F. Kennan e Hermann Weyl.

Com Edward Teller e Stanislaw Ulam, von Neumann trabalhou em desenvolvimentos chave da Física Nuclear, relacionados com reações termonucleares e com a bomba de hidrogênio. Participou também do Projeto Manhattan, responsável pelo desenvolvimento das primeiras bombas atômicas.

Foi professor na Universidade de Princeton e um dos construtores do ENIAC. Entre os anos de 1946 e 1953, von Neumann integrou o grupo reunido sob o nome de Macy Conferences, contribuindo para a consolidação da teoria cibernética junto com outros cientistas renomados: Gregory Bateson, Heinz von Foerster, Kurt Lewin, Margaret Mead, Norbert Wiener, Paul Lazarsfeld, William Ross Ashby, Claude Shannon, Erik Erikson e Max Delbrück, entre outros. Von Neumann faleceu pouco depois, aos 53 anos, vítima de um tumor cerebral.

Ele inventou uma arquitetura em que juntou tudo dentro da memória, a programação, os dados, etc...

Podemos chamar o seu esquema de CISC por ela ser mais lenta.

Termos:

Chipset:

Um chipset é um grupo de circuitos integrados ou chips, que são projetados para trabalhar em conjunto e que são geralmente comercializados como um produto único.

FSB:

Em PCs, o barramento frontal é o barramento de transferência de dados que transporta informação entre a UCP e o northbridge da placa-mãe.

DMA:

O termo DMA é um acrónimo para a expressão em inglês Direct memory access. O DMA permite que certos dispositivos de hardware num computador acessem a memória do sistema para leitura e escrita independentemente da CPU.

Arquitetura de computadores

Definição:

A Arquitetura de Computadores é o projeto conceitual e fundamental da estrutura operacional de um sistema computacional. Ela é o estudo dos requisitos necessários para que um computador funcione e de como organizar os diversos componentes para obter melhores desempenhos.

Northbridge

O northbridge também conhecido como memory controller hub (MCH) em sistemas Intel (AMD, VIA, SiS e outros geralmente usam northbridge), é tradicionalmente um dos dois chips que constituem o chipset numa placa-mãe de PC, sendo o outro o southbridge. Separar o chipset em northbridge e southbridge é comum, embora existam instâncias raras em que ambos são combinados num único die quando a complexidade do design e os processos de fabricação o permitem.

O northbridge geralmente lida com a comunicação entre a UCP, memória RAM, AGP ou PCI Express e o southbridge. Alguns northbridges também contém controladores de vídeo integrados, os quais também são conhecidos como Graphics and Memory Controller Hub (GMCH) em sistemas Intel. Visto que processadores e RAM diferentes exigem sinalizações diferentes, um northbridge tipicamente funcionará com somente uma ou duas classes de UCPs e geralmente com apenas um tipo de RAM. Existem uns poucos chipsets que suportam dois tipos de RAM (geralmente eles estão disponíveis quando há uma mudança para um novo padrão). Por exemplo, o northbridge do chipset NVIDIA nForce2 somente funcionará com processadores Socket A combinados com DDR SDRAM, o chipset Intel i875 chipset somente funcionará com sistemas que usem processadores Pentium 4 ou Celeron que tenham uma taxa de clock maior que 1,3 GHz e que utilizem DDR SDRAM, e o chipset Intel i915g somente irá operar com o Intel Pentium 4 e Celeron, mas que usem memória DDR ou DDR2.

Southbridge

O southbridge também conhecido como I/O Controller Hub em sistemas Intel (AMD, VIA, SiS e outros geralmente usam southbridge), é um chip que implementa as capacidades mais "lentas" da placa-mãe numa arquitetura de chipset northbridge/southbridge. O southbridge pode ser geralmente diferenciado do northbridge por não estar diretamente conectado à UCP. Em vez disso, o northbridge liga o southbridge à UCP.

Visto que o southbridge não está diretamente conectado à UCP, a ele é dada a responsabilidade pelos dispositivos mais lentos num PC típico. Um southbridge em particular geralmente irá funcionar com vários northbridges diferentes, mas estes dois chips devem ser projetados para trabalhar em conjunto; não há um padrão amplo para interoperabilidade entre projetos de chipsets de lógicas diferentes. Tradicionalmente, esta interface entre northbridge e southbridge era simplesmente o barramento PCI, mas visto que isto criava um gargalo de performance, a maioria dos chipsets modernos usam uma interface diferente (frequentemente proprietária) com performance mais alta. É o Chip responsável pela comunicação com as placas PCI e periféricos. Também faz a comunicação com portas USB, paralela e serial e, no caso de placas-mãe com periféricos embutidos (on board), com chips de áudio, e rede e de espelhamento de discos rígidos (Raid).

Circuitos integrados TTL e CMOS

Circuitos Integrados TTL:

A Lógica Transistor-Transistor (Transistor-Transistor Logic ou simplesmente TTL) é uma classe de circuitos digitais construídos de transistores de junção bipolar (BJT), e resistores. Isso é chamado lógica transistor-transistor porque ocorrem ambas as funções porta lógica e de amplificação pelos transistores (em contraste com a RTL e a DTL). Isso é notável por ser uma família difundida de circuitos integrados (CI) usada por muitas aplicações como computadores, controle industrial, electronica de consumo, sintetizadores etc. Por causa do grande uso desta família lógica, sinais de entrada e saída de equipamentos eletronicos pode ser chamada entrada ou saída "TTL", significantemente compatível com os níveis de tensão usados.

Estes circuitos têm como principal característica a utilização de sinais de 5 volts para níveis lógicos altos. Seus circuitos integrados são constituídos basicamente de transístores, o que os torna pouco sensíveis à eletricidade estática.

Circuitos Intergrados CMOS:

A família C-MOS possui circuitos integrados disponíveis nas séries comerciais 4000 e 74C, sendo esta última semelhante à TTL (com relação à pinagem dos circuitos integrados e função dos blocos disponíveis).

Além destas, a família C-MOS também possui versões de alta velocidade e melhor desempenho: 74HC/74HCT (High-speed C-MOS), sendo a HCT especialmente desenvolvida para atuar com parâmetros de tensões compatíveis com a família lógica TTL-LS e as apropriadas para operar com baixa tensão de alimentação: 74LV/74VC (Low Voltage CMOS).

Os circuitos integrados C-MOS são dimensionados para operar na faixa de temperatura de -40° a +85 °C nas séries comuns, e nas variações de uso militar na faixa de -55° a +125 °C.

Veja logo a seguir, os principais parâmetros encontrados nos manuais com nomenclaturas originais:

1.Alimentação (Vdd):

Esta família permite para as séries 4000 e 74C operar na faixa de 3V a 15V, para a versão HC de 2V a 6V e para a HCT de 4,5V a 5,5V.

Para as séries de baixa tensão temos: a faixa de 1V a 3,6V para a LV e 1,2V a 3,6V para a LVC.

Podemos notar que esta família e suas versões apresentam a vantagem de possuir uma larga faixa de tensão de alimentação, não necessitando de regulagem precisa na fonte como no caso da família lógica TTL.

2.Níveis de tensões e correntes de entrada e saída:

De maneira geral, apresentam nas entradas, valores de V IL (máx.) iguais a 30% do Vdd e V IH(min.) iguais a 70% do Vdd, com exceção da versão HCT que possui estes níveis iguais a TTL-LS. Nas saídas dos blocos, devido principalmente ao baixo consumo de corrente na ligação com o bloco seguinte , apresentam valores muito próximos a 0V (V OL máx.) e Vdd (V OH min.).

A tabela a seguir apresenta os valores de tensões e correntes para a série 4000, operando com Vdd igual a 5V.

C-MOS série 4000

3.Tempo de atraso de propagação:

Nas séries mais comuns, o tempo de atraso de propagação médio é da ordem de 90ns, constituindo-se em uma grande desvantagem.

O problema foi superado com o aparecimento das versões apropriadas para uso em alta velocidade (HC/HCT), com parâmetros compatíveis com os das versões TTL para a mesma finalidade. Para exemplificar, a tabela a seguir apresenta os parâmetros de velocidades para a série básica e as versões citadas, com tensão de alimentação igual a 5V.

4. Imunidade ao Ruído:

A margem de imunidade ao ruído para a família C-MOS é igual a 45% de Vdd, sendo muito alta se comparada com a família TTL. Devido a isso, estes blocos são adequados para serem utilizados em circuitos que operam em sistemas ou ambientes de alto nível de ruído.

5. Potência Dissipada:

O consumo de potência da família C-MOS (com Vdd=5V) é da ordem de 1nW por porta na série 4000 e 2,5nW por porta na versão 74HC,caracterizando-se em mais uma grande vantagem desta família.

6. Fan-Out:

Nesta família, de modo generalizado, Fan-Out é igual a 50, porém varia conforme as versões empregadas. Devido à compatibilidade de algumas versões com TTL, é comum nos manuais, encontrar este parâmetro definido para um carregamento da saída com TTL-LS, sendo este um menor valor (Fan-Out = 10 para HC/HCT).

Encapsulamento dos circuitos integrados

Um encapsulamento é basicamente uma proteção que envolve um circuito integrado. Sua principal função é garantir a conexão segura entre os circuitos e as placas físicas. Esta proteção é composta por pinos de metal, que fixam um envoltório retangular feito de metal, plástico ou de outros materiais. O mecanismo descrito garante que a transmissão de energia não cause danos físicos nos circuitos nem nas próprias placas.

Existe uma maneira muito fácil de visualizar encapsulamentos em peças de hardware. Para isso, pegue uma placa qualquer sobrando na sua casa (vídeo, modem, memória, processador) e procure por retângulos de cor preta. Caso eles estejam cercados de pequenos pinos, então você acabou de achar um ou mais encapsulamentos.

Tipos de encapsulamento:

Existem vários tipos de encapsulamentos desenvolvidos para as placas de circuito impresso, os quais são usados dependendo do hardware em questão. Por exemplo, o PGA (Pin Grid Array) é usado bastante em microprocessadores, implementando uma matriz de pinos que circula o chip principal da CPU. Este modelo possui algumas variantes, como o PPGA, e o FC-GPA, os quais são usadas em processadores muito famosos, como os Pentium III e 4.

Outro modelo muito usado é o Ball Grid Array, cujos pinos são em formato de bolas, usado bastante em chipsets de placas mãe e em algumas placas de vídeo e CPUs.

Sendo um modelo mais antigo, o Dual In-Line Package foi um dos encapsulamentos mais usados desde a década de 70. Seu uso é recomendado para módulos menores, utilizando de uma quantidade reduzida de pinos, normalmente em formato de ganchos.

Existem mais tipos de encapsulamentos mas no entanto acho que estes são os mais importantes.

Definição de Circuito Integrado

Em eletronica, um circuito integrado (também conhecido como CI, microcomputador, microchip, chip de silício, chip ou chipe) é um circuito eletronico miniaturizado (composto principalmente por dispositivos semicondutores), que tem sido produzido na superfície de um substrato fino de material semicondutor.

Os circuitos integrados são usados em quase todos os equipamentos eletronicos usados hoje e revolucionaram o mundo da eletrônica.

Um circuito integrado híbrido é um circuito eletrônico miniaturizado constituído de dispositivos semicondutores individuais, bem como componentes passivos, ligados a um substrato ou placa de circuito.