Fundamentos e Arquitetura de Computadores

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Fundamentos e Arquitetura de Computadores
Tipos de Memórias
1. O que é memória de computador?
Na informática, memória representa todos os dispositivos que podem armazenar informações, temporária
ou permanentemente. Ou seja, são os componentes internos que armazenam informações (memória
RAM, disco rígido, pendrive, cartão de memória, etc). A unidade básica de memória é o dígito binário (os
famosos
0
e
1,
que
são
os
dados
manipulados
por
todo
o
computador).
2. Quais tipos de memória existem?
Pentes de memória RAM.
Dois tipos de memória abrangem praticamente os outros tipos: Memória principal e memória
secundária.
Memória principal são memórias que o processador precisa acessar para enviar os dados; em muitos
casos sem essas memórias o processador pode simplesmente não funcionar. Elas armazenam os dados
apenas temporariamente, ou seja, quando o computador fica sem energia da bateria ou é reiniciado,
perde-se as informações. Elas são acessadas diretamente pelo processador, sem passar por outro lugar.
Possuem alta velocidade e desempenho. Alguns exemplos de memória principal são: memórias RAM e
memórias Cache.
A palavra RAM é uma sigla, vinda do inglês,originalmente sendo Random Acesss Memory, (não é
carneiro, como alguns tradutores online sugerem :D) significa basicamente Memória de Acesso
Aleatório.
A função básica da memória RAM é manter os programas que você usa no
momento carregados para serem usados. Quando você liga o computador e
entra no sistema operacional, alguns dados passam do disco rígido para a
memória RAM, para serem usados naquele momento. Quando um programa é
aberto, ele também é carregado na memória RAM. Por que isso ocorre? Por que
os dados não são acessados diretamente do disco rígido? Isso porque a
memória RAM é muito mais rápida para fazer leituras e escritas do que o disco
rígido. E os dados gravados na RAM não podem ser guardados.
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Vamos ilustrar, caso você ainda esteja em dúvidas. Quando você abre um documento no Word e começa
a digitar, todo o conteúdo do texto está na memória RAM. Quando você escolhe um nome pra ele e salva,
ele será guardado no disco rígido e continuará na memória RAM para que você continue editando o
documento. Se você salva o texto e fecha o Word, o texto será gravado no disco rígido e sairá da
memória RAM.
E porque quando eu desligo o computador sem salvar os dados, eu os perco? Por que a memória RAM
serve apenas para guardar alguns dados do disco rígido. Ou seja, ela só funciona enquanto houver
energia. A função de salvar dados fica por conta do disco rígido. A memória RAM não foi projetada para
guardar dados, e sim para manter dados em uso durante o funcionamento do computador.
Cada programa usa uma quantidade de memória RAM. Por isso é importante que você fique de olho nos
requisitos de sistema antes de instalar os programas. Programas mais antigos geralmente usam menos
memória do que os mais novos. Isso porque os mais novos tem mais recursos, e eles precisam ser
carregados na memória RAM.
A quantidade de memória RAM determina quantos aplicativos poderão ser abertos ao mesmo tempo.
Suponha que você tenha 128 MB de RAM. Você poderá abrir dois programas de 64 MB, mas nunca
poderá abrir três de 70 MB - até dá pra abrir, mas o sistema ficará uma carroça. Isso porque ele precisará
usar seu disco rígido - já que a memória RAM está esgotada - e ai você saberá na prática porque ela
existe.
Aumentar a quantidade de memória RAM dificilmente melhorará o desempenho do sistema. Em alguns
casos, trocar o disco rígido ou processador tem mais efeito. Depende da aplicação. Se seu sistema
operacional precisa de 256 MB e você tem 128 MB de memória RAM, aumentar essa memória para 512
MB melhorará e muito o desempenho.
Como saber quanta memória RAM eu tenho? Simples. Clique com o botão direito sobre Meu computador
e escolha Propriedades. Sua quantidade de memória RAM será exibida.
Vejam o destaque em vermelho. Essa é a quantidade de memória RAM instalada.
Mas, e quando meu computador mostra uma quantidade de memória menor do que eu tenho? Simples.
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Isso ocorre quando você não tem uma placa de vídeo dedicada instalada em seu sistema. Daí o sistema
precisa usar parte da sua memória RAM como memória de vídeo.
Como fazer para aumentar a memória RAM? É altamente recomendável que você leve seu computador
para um técnico. Converse com ele e diga quanta memória você gostaria de ter no seu computador. É
que, além dos detalhes que escrevi, existem coisas que devem ser medidas por um técnico, como
latência e largura de banda, por exemplo.
As memórias RAM são importantes na vida de um computador. Mas elas não são tudo.
Existem dois tipos básicos de memória RAM, RAM Dinâmica e RAM Estática.
Dinâmica - Esta é uma memória baseada na tecnologia de capacitores e requer a atualização periódica
do conteúdo de cada célula do chip consumindo assim pequenas quantidades de energia, no entanto
possui um acesso lento aos dados. Uma importante vantagem é a grande capacidade de armazenamento
oferecida por este tipo de tecnologia.
Estática - É uma memória baseada na tecnologia de transistores e não requer atualização dos dados.
Consome mais energia (o que gera mais calor) comparando-se com a memória dinâmica sendo
significativamente mais rápida. É frequentemente usada em computadores rápidos. Possui uma
capacidade de armazenamento bem menor que a memória dinâmica.
RAM Dinâmica
Vantagens
Desvantagens
Barata
Necessita de Atualização
Baixo Consumo
Lenta
Alta Densidade
RAM Estática
Rápida
Mais cara
Não necessita de atualização
Consome Mais Energia
Baixa Densidade
A memória RAM dinâmica é frequentemente usada em computadores modernos. Isto é, devido a
características como: Baixo consumo, Chips de alta densidade, e baixo custo. No entanto, é uma
memória lenta não podendo assim suportar processadores velozes. Quando um processador requer
dados da memória, ele espera recebê-los num tempo máximo. Isto é chamado ciclo de clock.
Para usar uma memória dinâmica lenta com um processador rápido é necessário um hardware
extra(chamado de memória cache) que fica entre o processador e a memória.
Todos os acessos da memória pelo processador são alimentados pelo sistema de cache. Ela
compreende um comparador de endereços que monitora as requisições do processador, alta velocidade
da RAM estática e chips extras de hardware.
O sistema de cache inicia tentando ler tantos dados da memória dinâmica quanto possível e guarda-os
em sua memória estática de alta velocidade (ou cache). Quando requisições do processador chegam, ela
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checa se os endereços requisitados são os mesmos dos que já foram lidos da memória, caso seja, os
dados são enviados diretamente da cache para o processador, caso contrário, ela permite que o
processador acesse a memória principal (o processador realiza este acesso lentamente).Então o sistema
de cache atualiza seu conteúdo com o que foi lido da memória pelo processador e tenta ler tantos dados
quanto possível antes que a próxima requisição do processador chegue.
Quando o sistema de cache atende a uma requisição do processador, é chamado cache hit. Se o
sistema de cache não atende a uma requisição do processador, é chamado cache miss.
Em teoria as memórias estáticas possuem um desempenho muito superior as memórias dinâmicas (que
precisam que o processador sempre tenha o trabalho de verificar o estado das células e recarregá-las).
Mas, como o tempo de refresh está cada vez reduzindo, e as memórias dinâmicas sendo bem mais
baratas, atualmente as mais usadas são as dinâmicas.
Memória Cache é uma memória de acesso rápido. Ela é uma memória intermediária entre a memória
RAM e o processador. Com essa memória, o processador não precisa ficar acessando muito a memória
RAM - o que pode ser lento - e os dados são armazenados nessa pequena memória. Os discos rígidos
também possuem uma pequena memória cache para acelerar a transmissão de dados. Ou seja, a
memória cache é uma memória de altíssima velocidade e temporária onde os dados frequentemente
acessados são guardados para um acesso rápido. Pra você ter uma ideia: Se desabilitarmos as memórias
cache de um sistema, ele pode ter um desempenho de até 80% inferior ao normal! (Isso pode chegar a
95% em casos particulares).
Foi-se percebida a necessidade de se instalar a memória cache quando viu-se que os componentes
(disco rígido e memória) não conseguiam alcançar a velocidade do processador. A memória cache é tão
rápida que consegue alcançar a velocidade do processador.
Geralmente, seu computador terá duas memórias cache: A Cache L1 e a Cache L2. A L1 está inserida
dentro do processador. Como essa é uma memória menor e não conseguiram colocar mais memória
nela, inventaram a L2. Esta tem um tamanho bem maior de memória e quebra o galho do processador
caso ele seja antigo. Ou seja, quanto mais memória, mais estável e rápido poderá se tornar um sistema.
A L2 geralmente está instalada na placa-mãe e pode chegar até 12 MB. Algumas placas possuem um
terceiro cache (L3), mas é raro.
O tempo de acesso, o custo e o tamanho da memória definem os melhores chips de memória cache.
Quando você compra um processador, ele vem com as informações de Cache. Fique atento
principalmente se for um processador mais antigo, pois elas definirão o desempenho final.
Antigamente, a memória cache era expansível através de um módulo COAST (Cache On A STick). A
maioria das placas-mãe de 386 e similares tinha um slot para expansão de cache. Atualmente, as placasmãe não permitem esse processo.
Não é viável comprar um chip de memória cache, já que eles podem custar até mais de R$ 5.000,00. E os
computadores mais novos não tem suporte à adição de memória cache. Portanto fique atento ao comprar
um computador novo.
Memória não-volátil: Guardam informações mesmo com o computador desligado (ou seja, nessa
categoria enquadram-se também as memórias secundárias). Das memórias principais não voláteis
destacam-se as memórias ROM (traduzidas, memórias de acesso somente-leitura). Essas memórias
geralmente são usadas em um computador para gravar a BIOS (espécie de chip que funciona com um
micro-programa para controlar todos os dispositivos de um computador. Ele se inicia quando é ligado o
computador, aquela famosa tela preta que aparece quando apertamos o botão de ligar do computador).
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Memória ROM - É um tipo de memória que contém instruções imutáveis, nela estão localizadas rotinas
que inicializam o computador quando este é ligado; É não-volátil, ou seja, os dados não são perdidos
com a ausência de energia; É também de acesso aleatório. Alguns dos tipos de memória ROM são:
PROM, EPROM e EEPROM.
PROM - (gravada pelo usuário uma única vez);
EPROM - É um tipo de ROM especial que pode ser programada pelo usuário. Seu conteúdo pode ser
apagado pela exposição a raios ultravioletas;
EEPROM - É também um tipo especial de ROM muito semelhante á EPROM, tendo como diferença
apenas o fato de que seu conteúdo é apagado aplicando-se uma voltagem específica em um dos seus
pinos de entrada.
Essas memórias necessitam de uma bateria para manter os dados de usuário gravados para a
inicialização personalizada do computador; caso essa bateria perca a carga ou seja removida as
configurações de fábrica são restauradas.
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3. Que tipos de dispositivos de um computador possuem memória?
Bom, de acordo com o conceito que vimos acima, todo dispositivo que puder armazenar dados é uma
memória.
Exemplos:
1. Discos rígidos, SSDs, pendrives, cartões de memória.
2. Unidades óticas (CD, DVD, Blu-ray).
3. Memória RAM (memórias para uso e memória CMOS).
4. Memória Cache do processador (usada para aumentar a performance e regular o uso do processador).
5. Memória ROM (usada nas BIOS).
6. Memória cache do disco rígido.
7. Placas de vídeo (possuem memória).
8. Entre outros.
4. Como funcionam os diferentes tipos de memória?
O trabalho de ligar o computador é simples - para o usuário.
Veja o passo a passo que um computador realiza:
1. A BIOS, que contém uma memória CMOS, verifica os dados de inicialização dos dispositivos. Ela
realiza uma série de verificações e até mesmos ajustes para a inicialização do micro.
2. Caso esteja tudo certo, é ativado o POST. O POST é uma série de testes nos dispositivos para ver se
tudo está funcionando e se estão sendo reconhecidos. (Na tela, para o usuário, ele reconhece os discos e
realiza testes na memória RAM).
3. A BIOS principal ativa outros BIOS (discos rígidos especiais, placas de vídeo, etc).
4. A BIOS localiza o MBR (Master Boot Record, tabela de partição mestre, onde são gravados os dados
para que o disco rígido que contenha o sistema operacional seja carregado.
5. O processador entra em cena manipulando os dados e os enviando ás memórias corretas (memória
RAM, por exemplo).
6. Se o mesmo programa for executado mais de uma vez, a memória cache, responsável por guardar as
informações de programas usados, entra em cena, enviando os dados e deixando o processador livre
para outras tarefas.
7. A memória RAM armazena os dados enviados pela memória cache que atualmente estão em uso.
8. O disco rígido salva e lê os dados essenciais de acordo com a ordem do processador.
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É claro que esse processo é bem mais detalhado e inclui outras rotinas que não podemos especificar
nessa matéria. Mas o funcionamento básico é suficiente para você ter uma idéia de como funciona.
5. Esquema simples de funcionamento de uma memória RAM
E abaixo, um esquema de alguns componentes da memória RAM, para que você possa entender quais
são os componentes:
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Disco rígido
A memória secundária são as memórias de armazenamento. Elas servem para guardar as
informações permanentemente. Ou seja, somente perdem informações quando são formatadas, tem
arquivos excluídos ou danificados. Essas memórias precisam passar primeiro por memórias principais
antes de serem usadas pelo processador. Geralmente são mais lentas que as memórias principais, mas
tem uma capacidade de armazenamento muito superior. Exemplo de memórias secundárias são: discos
rígidos, cartões de memória, pendrives, HDs externos, etc.
Disco rígido
Autor: Rodrigo Justi de Oliveira 23/06/09
Disco? Duro? Existem discos dentro do meu computador? Como eles funcionam? Na verdade, você tem
mais de um disco rígido dentro do seu computador. Abaixo, explicarei como eles funcionam.
Disco rígido, HD (Nos EUA, HDD) ou Winchester - todos são nomes derivados de disco rígido. É a
parte do computador onde os dados são armazenados. Exatamente, isso significa que suas imagens,
fotos, vídeos, documentos e o próprio sistema operacional estão gravados no disco rígido.
Na primeira parte, aprendemos que a memória RAM só armazena dados enquanto o computador está
ligado. Então, precisa-se de um lugar para gravar os dados, para que quando desligarmos o computador,
nossos dados não sejam perdidos. E quando a memória RAM acaba, o sistema operacional usa parte do
disco rígido para armazenar alguns dados temporários.
Como funciona um disco rígido?
Funciona mais ou menos como uma vitrola. Você coloca o disco de vinil na vitrola, posiciona a agulha e a
música começa a tocar. Num disco rígido, funciona quase da mesma maneira, exceto algumas coisas: A
velocidade (uma vitrola gira um disco a até 78 rotações por minuto, já um disco rígido tem rotações de até
10.000 vezes por minuto); a agulha (o disco rígido possui discos e agulhas, mas as agulhas são
magnéticas e não entram em contato com a superfície do disco rígido) e o método de escrita (um disco
rígido lê e grava informações quase simultâneamente.)
Quando ligamos o computador, o disco rígido é ligado. Demora até 10
segundos para que ele atinja uma velocidade adequada. Depois disso, o
microprograma procura um sistema operacional na primeira trilha do
disco rígido, e a partir daí, o sistema operacional toma conta e inicia os
programas, carregando-os na memória RAM. Quando você dá dois cliques
num programa, ele é carregado do disco rígido para a memória RAM. Quando
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você salva um documento do Word e o fecha, os dados passam da memória RAM para o disco rígido.
Assim, nada é perdido quando se desliga o computador. Ou seja, os dados passam da memória RAM
para as agulhas magnéticas do disco rígido, que se encarregam de fazer a escrita nos discos. Quando
você abre um documento salvo, o processo ocorre ao contrário.
E o que são os sistemas de arquivo?
São as formas de um sistema operacional organizar e gravar dados nos discos rígidos.
Alguns sistemas de arquivos tem vantagens sobre os outros (desempenho, criptografia, etc). Os sistemas
de arquivos mais usados são o NTFS (para Windows NT/2000/XP/Vista), FAT32 (para Windows
95/98/ME), FAT64 (para versões de Windows recentes) e ext4/ext3 (para Linux).
E porque formatar o disco rígido?
O disco rígido, depois de um certo tempo de uso, fica com desempenho afetado, pela instalação e
desinstalação de programas que deixam para trás vários arquivos e chaves de registro, deixando o
computador com um desempenho fraco. Ou ainda, o próprio sistema grava os arquivos em pequenos
pedaços (setores) em várias partes, depois ficando lento quando precisar usar o arquivo novamente.
Quando ele é formatado, tudo é apagado (inclusive o sistema operacional). Daí o sistema operacional é
reinstalado para receber novos dados. Ou seja, todos os arquivos desnecessários são removidos. Alguns
programas fazem a limpeza do disco rígido e desfragmentação, evitando a formatação do computador.
E qual é a capacidade dos discos rígidos?
Atualmente a capacidade dos discos rígidos é medida por gigabytes (GB) e terabytes (TB) em máquinas
mais avançadas. Para saber a capacidade dos seus discos rígidos, basta ir em Meu computador, clicar
com o botão direito em Disco local e clicar em Propriedades. Lá serão exibidas as informações
referentes ao tamanho e espaço utilizado e livre dos seus discos rígidos.
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Os discos rígidos são ligados à placa-mãe por um cabo. Usam-se cabos IDE (mais largos e cinza) e
cabos SATA (vermelhos e curtos). Os discos rígidos que usam SATA são melhores e mais velozes.
Posso trocar meu disco rígido?
Perfeitamente. Pode manter até quatro discos rígidos funcionando simultâneamente, dependendo da
capacidade do computador. Atualmente, o preço de um disco rígido varia de acordo com sua capacidade,
mas modelos para computadores domésticos variam de R$ 300 a R$ 700.
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BIOS
Autor: Rodrigo Justi de Oliveira 29/06/09
Veja como um programa tão pequeno consegue dizer se algo está instalado ou não e definir
configurações tão grandes que podem colocar em risco a vida do seu computador.
BIOS - Parece até algo relacionado a Biologia, não é? - Não é isso. Mas a BIOS define grande parte da
saúde do seu PC, principalmente as configurações que você define. É ele que define quais são seus
discos rígidos, se há ou não unidade de disquete e qual é a velocidade do seu processador. Diga-se, de
passagem, que a BIOS é apenas configurada por técnicos. É verdade até certo ponto, já que são
configurações que afetam seu sistema.
O nome BIOS é uma sigla - Basic Input/Output System (Sistema Básico de Entrada/Saída). Ele é um
programa minúsculo enxertado na placa-mãe, numa memória permanente e é automaticamente
executado quando ligamos o computador. Ele é o responsável por definir as configurações de
hardware de uma máquina e também por iniciar a carga do sistema operacional.
O BIOS se divide em duas partes, o Setup (onde se fazem as configurações de hardware) e o POST
(Power On Self Test, uma bateria de testes feitos nos componentes antes de se iniciar o sistema
operacional, para ver se tudo está em ordem antes de se usar o computador). Uma pequena memória, de
nome CMOS, guarda todas as configurações feitas sobre os componentes - as configurações feitas no
Setup.
Como ele entra em ação:
Liga-se o computador;
O BIOS ativa a memória CMOS para saber a configuração dos dispositivos. Essa configuração é feita
pelo usuário. Enquanto isso, procura por dispositivos (teclados, mouses, placas, discos, memória, etc).
O POST (teste de inicialização) começa. Ele testa todos os componentes essenciais para se ligar o
computador (disco rígido, memória RAM, drive de disquete e CD/DVD, teclado, mouse, etc). Se alguma
coisa falhar, sinais no monitor ou bipes são soados pelo alto-falante da placa-mãe para que você corrija o
erro e reinicie o computador. Se isso ocorrer, volta-se ao passo 1. Se nada estiver falhando, passa-se
para o próximo passo.
BIOS de outras placas são iniciados (placa de vídeo, por exemplo) para funcionarem por sua conta e
risco.
O BIOS é copiada para a memória RAM, para acelerar o processo e evitar erros.
O BIOS começa a procurar discos rígidos e ver se algum deles tem algum sistema operacional
instalado. Se houver (o registro de inicialização está gravado no primeiro setor, então fica fácil (MBR)), o
BIOS carrega o sistema operacional.
A partir daí, o sistema operacional comanda as ações.
Desde o acionamento do botão liga/desliga e o início do carregamento do sistema operacional, todas
essas
operações
são
feitas.
Leva-se
de
5
a
15
segundos
para
isso.
O BIOS pode ser configurada para que o computador inicie a partir do disco rígido ou unidade de
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CD/DVD. Ou ainda de uma unidade removível (pendrive). Se isso for configurado, o passo 6 não
procurará por discos rígidos, e sim por unidades de CD/DVD ou pendrives. Se o BIOS não achar sistemas
inicializáveis nos pendrives ou CD/DVDs, um erro será mostrado ou o BIOS tentará iniciar de algum
disco rígido com sistema operacional instalado.
Como é a memória de um BIOS? Onde se encontra na placa-mãe?
Ela é um chip de memória volátil, soldada na placa-mãe. Se a sua placa-mãe for
mais nova, com certeza será um chip como o mostrado ao lado. Aí estão gravadas as
informações da BIOS (CMOS) e que foram alteradas no Setup. Alguns chips de BIOS
diferem, mas eles tem indicações na parte superior que deixa fácil sabermos qual é o
chip
da
memória
do
BIOS.
Toda memória volátil (assim como a memória RAM) perde
informações quando está sem energia. Mas a BIOS não pode
perder informações toda vez que se desliga o computador. Por isso que o chip da
memória do BIOS funciona em conjunto com uma bateria (veja ao lado). Ela fica
em funcionamento 24 horas por dia, 7 dias por semana. Quando ligamos o
computador, ela é recarregada. Por isso que quando você liga o computador, a
hora do sistema está sempre certa: pois é uma das coisas que ficam gravadas no
CMOS do BIOS.
E como configurar o BIOS?
Geralmente, quando você liga o computador, você vê umas mensagens. Junto delas, você verá uma
mensagem escrita Press DEL to enter SETUP. Ou seja, nesse ponto, aperte a tecla Del ou Delete do seu
teclado. Na maioria dos computadores você verá essa mensagem. Em alguns, você deve apertar F8 ou
F1. Fique atento.
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A tela inicial pode variar de computador para computador.
Processador
Autor: Rodrigo Justi de Oliveira 04/07/09
O processador é basicamente o "cérebro" do computador - ele foi projetado para realizar as operações de
cálculo e toma as decisões dentro do computador. Ele pode ser chamado de CPU (Central Processing
Unit - Unidade Central de Processamento). Muitos erroneamente chamam o gabinete do computador de
CPU. O gabinete é onde ficam alojadas as unidades de disco, placa-mãe, memórias e demais
componentes. CPU é o segundo nome de processador. Portanto, evite confusões. Dificilmente você verá
usuários avançados e técnicos referindo-se a gabinete como CPU.
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Todos nós sabemos (ou vamos aprender agora) que o computador trabalha apenas com números - 0 e 1
- e que eles precisam ser calculados para passarem para outros dispositivos. Essa tarefa cabe ao
processador. O processador se encarrega de transportar dados de unidades de disco para a memória e
trabalhar com eles dentro da memória. Além disso, controla todos os outros circuitos integrados.
A velocidade de um processador (ou seja, quantos cálculos ele pode fazer por segundo) é medida em Hz.
Quanto maior esse valor, mais cálculos um CPU pode realizar, e mais rápido ele é. Atualmente, a maioria
dos processadores trabalham com velocidades acima de 1 GHz, ou seja, dois bilhões de cálculos por
segundo.
E o que são os processadores dual-core? São processadores de duplo núcleo. Ou seja, eles realizam
duas operações ao mesmo tempo, sem aumentar a velocidade ou freqüência, aumentando em muito o
desempenho.
E onde está localizado o processador? Está dentro do gabinete, numa placa especial, chamada soquete
de CPU. Se você possui um Pentium III ou Athlon da mesma época, seu processador estará montado em
slot, como um cartucho de videogame. O processador é montado da sequinte forma: Insere-se o
processador no soquete, fechando-se as travas de segurança. Em seguida, é inserido um dissipador e um
pequeno ventilador (conhecido como cooler), alimentado em 12v com a energia da placa-mãe. Montado,
ele fica mais ou menos assim:
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E o que é Intel e AMD?
São as duas maiores empresas de construção de processadores. As duas tem diferenciais em
processadores, onde a maioria dos chips AMD tem mais poder de força bruta (ou seja, são mais
resistentes ao overcloking). Já os chips Intel são melhores nas instruções feitas para eles. Os chips Intel
são mais populares, mas os AMD geralmente são mais baratos.
Um processador, como sendo componente principal, tem um preço mais elevado.
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