2.2: Tour de um dispositivo digital

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Ly-Huong T. Pham, Tejal Desai-Naik, Laurie Hammond, & Wael Abdeljabbar
ASCCC Open Educational Resources Initiative (OERI)

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Começaremos com os computadores pessoais, que consistem nos mesmos componentes básicos:

Placa-mãe (placa de circuito)
Unidade Central de Processamento (CPU)
Memória de acesso aleatório (RAM)
Placa de vídeo
Fonte de alimentação
Disco rígido (HDD)
Unidade de estado sólido (SSD)
Unidade óptica (unidade de DVD/CD)
Leitor de cartões (SD/SDHC, CF, etc.)

Também acontece que quase todos os dispositivos digitais usam o mesmo conjunto de componentes, portanto, examinar o computador pessoal nos dará uma visão sobre a estrutura de vários dispositivos digitais. Então, vamos fazer um “tour” em um computador pessoal e ver o que o faz funcionar.

Processando dados: A CPU

Conforme declarado na seção anterior, a maioria dos dispositivos de computação tem uma arquitetura similar. O núcleo dessa arquitetura é a unidade de processamento central ou CPU. A CPU pode ser vista como o “cérebro” do dispositivo ou do processador principal. Antigamente, a CPU era composta por centenas de fios que transportavam informações.

Um exemplo de computador pessoal em uma mesa. OK — Figura\(\PageIndex{1}\): O computador pessoal da Green Chameleon no Unsplash está licenciado sob CC BY-SA 2.0

Esses fios executavam os comandos enviados a ele pelo software e retornavam resultados para serem executados. As primeiras CPUs eram placas de circuito grandes com funcionalidade limitada. Hoje, uma CPU geralmente está em um chip e pode executar uma grande variedade de funções. Existem dois fabricantes principais de CPUs para computadores pessoais: Intel e Advanced Micro Devices (AMD).

A velocidade (“hora do relógio”) de uma CPU regula a taxa de instrução e executa e sincroniza os vários componentes do computador. Quanto mais rápido o relógio, mais rápido a CPU pode executar instruções por segundo. O relógio é medido em hertz. Um hertz é definido como um ciclo por segundo. Usando os prefixos binários mencionados acima, podemos ver que um quilohertz (kHz abreviado) é mil ciclos por segundo, um megahertz (MHz) é um milhão de ciclos por segundo e um gigahertz (GHz) é um bilhão de ciclos por segundo. O poder de processamento da CPU aumenta a uma taxa incrível (veja a barra lateral sobre a Lei de Moore). Além de um tempo de relógio mais rápido, muitos chips de CPU agora contêm vários processadores por chip.

Um processador de vários núcleos é um circuito integrado único que contém vários chips. Esses chips são comumente conhecidos como núcleos. O multi-core executa e lê as instruções nos núcleos ao mesmo tempo, aumentando a velocidade. Um computador com dois processadores é conhecido como dual-core ou quad-core (quatro processadores), aumentando a capacidade de processamento de um computador ao fornecer a capacidade de várias CPUs.

Quando os computadores funcionam com vários núcleos, calor adicional é gerado; é por isso que as empresas incorporam ventiladores em cima da CPU. Os Macs têm uma proteção contra falhas embutida que o computador desligará sozinho para evitar danos quando a temperatura aumentar muito rapidamente. Os smartphones se aproveitam de altas temperaturas. À medida que nossos dispositivos ficam menores, temos muitas peças colocadas em uma área compacta e, por sua vez, os dispositivos geram mais calor. Executar vários aplicativos no telefone simultaneamente é outra forma de aumentar o aquecimento do telefone; é por isso que é importante fechar os aplicativos após o uso.

Figura\(\PageIndex{2}\): (a) Vista inferior de uma unidade central de processamento Intel Core i7 Skylake tipo core, modelo 6700K. Soquete LGA 1151, processo de 14 nm, frequência central de 4,00 GHz. Fabricado no Vietnã. A imagem de Eric Gaba está licenciada sob CC BY-SA. (b) Vista superior de uma unidade central de processamento Intel Core i7 tipo core Skylake, modelo 6700K. Soquete LGA 1151, processo de 14 nm, frequência central de 4,00 GHz. Fabricado no Vietnã. A imagem de Eric Gaba está licenciada sob CC BY-SA

A unidade de processamento gráfico (GPU) é um circuito eletrônico projetado para manipular e alterar rapidamente a memória para acelerar a criação de imagens em um buffer de quadro para saída. Os dispositivos que usam GPUs são computadores pessoais, smartphones e consoles de jogos. A Nvidia é uma das empresas poderosas que fabricam placas gráficas HD. A Nvidia tem sido líder em chips de GPU, um dos chips mais populares é o Nvidia GeForce, que é integrado a laptops, PCs e processadores de realidade virtual. A Nvidia também trabalhou com muitas empresas expandindo seu mercado de chips de GPU. Algumas empresas notáveis com as quais a Nvidia trabalha são Tesla, Quadro e GRID.