Computadores XVII: Placas-mãe e memória principal

Na coluna anterior, ” Componentes da UCP ” examinamos os elementos internos de uma Unidade Central de Processamento, UCP ou microprocessador. Nesta começaremos a ver como eles atuam em conjunto com os demais componentes para executar as operações básicas das quais dependem o funcionamento do computador.

Placas-mãe

O microprocessador, ou UCP, é apenas um dos componentes de um computador. Embora seja mais importante, pouco pode fazer sozinho. Por isso está inserido em um circuito impresso denominado “placa-mãe” (do inglês “motherboard”), o maior e mais importante (daí o nome) dentre os circuitos impressos de seu computador. Se você abrir o gabinete poderá vê-la facilmente na base dos gabinetes horizontais ou junto à lateral direita dos verticais.

A placa-mãe contém centenas de componentes. Estamos interessados particularmente em quatro deles, o microprocessador, ou UCP, a Memória Principal (MP, ou memória RAM), os encaixes para as controladoras dos dispositivos de entrada e saída (ou “slots” de E/S) e o barramento (conjunto de condutores elétricos e seus circuitos de controle que interligam os demais elementos da placa-mãe). Que são seus elementos mais importantes.

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O formato das placas-mãe vem evoluindo bastante ao longo o tempo. As primeiras, usadas há pouco mais de vinte anos nos primeiros micros da linha PC, pareceriam gigantescas se comparadas às mais modernas. Hoje a maioria delas adere ao padrão ATX, como a mostrada na Figura 1, que mede 30,5 cm x 24,4 cm. Nela pode-se ver a localização de seus elementos principais: estão assinalados os “slots” (conectores) onde se encaixarão as controladoras dos dispositivos de Entrada/Saída, o soquete onde se encaixará a unidade central de processamento (UCP) e os conectores onde serão inseridos os módulos da memória principal (MP, veja adiante). Os condutores elétricos que formam o barramento podem ser percebidos sob a forma de finos riscos dourados sobre a placa e seus circuitos de controle (conhecidos como “chipset”) aparecem sob a forma de dois grandes circuitos integrados, um deles situado logo acima do soquete da UCP e o outro à esquerda dos “slots” de E/S.

A Figura 2 mostra um diagrama esquemático de uma placa-mãe simples, onde seus elementos principais (UCP, Slots de E/S, MP e barramento) estão destacados.

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Repare na interligação entre UCP e MP. Ela é formada pelo conjunto de linhas (e seus circuitos de controle, que no caso da Figura 2, resume-se ao controlador da memória principal, mostrado em destaque) dos barramentos de controle, dados e endereços que interligam estes dois componentes. Essa interligação é conhecida como “barramento frontal” ou FSB (de “Front Side Bus”, em inglês) e faz parte da “North Bridge”, um dos circuitos integrados que formam o “chipset”.

Como sabemos, a função de uma UCP é processar dados executando instruções. Tanto os dados quanto as instruções se apresentam sob a forma de números expressos no sistema binário que devem ser fornecidos à UCP. Para isso é preciso que esses números, assim como os números resultantes do processamento, sejam armazenados em algum lugar. Este lugar é a memória principal, ou “memória RAM”, à qual nos referiremos daqui para diante como “MP”.

Mais adiante examinaremos a MP detalhadamente. No momento, nos interessam apenas seus aspectos essenciais, aqueles indispensáveis para entendermos o funcionamento de uma UCP.

Nos computadores modernos a MP é constituída por um conjunto de circuitos integrados montados em plaquetas de circuito impresso denominadas módulos de memória (também chamados popularmente de “pentes” de memória). Veja o aspecto desses componentes na Figura 3.

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Cada circuito integrado de um módulo de memória abriga um grande número de “células” de memória. Cada uma destas células pode assumir um dentre dois estados diferentes (nos módulos de memória cujas células são formadas por capacitores, estes estados são “carregado” e “descarregado”). Se associarmos um destes estados ao valor “um” e outro ao valor “zero”, poderemos usar uma célula de memória para armazenar um “bit”. Se agruparmos células adjacentes oito a oito, cada conjunto de oito células pode armazenar oito bits, ou um “byte” (se isso lhe parece complicado, sugiro a releitura da coluna ” Bits e Bytes “, a segunda desta série). Cada grupo de oito células forma uma “posição” de memória que, portanto, pode armazenar um valor expresso por um byte. Então, do ponto de vista lógico, a MP é um enorme conjunto de posições de memória, cada uma capaz de armazenar um byte.

A memória só tem serventia para armazenar dados se for possível recuperá-los, ou seja, tê-los à mão mais adiante quando for preciso usá-los. Portanto, ao se armazenar um dado em uma posição de memória, é preciso dispor de meios de identificá-la para que se possa voltar a ela mais tarde para buscar o dado. Por isso cada posição de memória é associada a um número, ou “endereço”. Os endereços são atribuídos seqüencialmente, começando em “zero”. Logo, se do ponto de vista físico a memória principal é formada por um ou mais módulos contendo circuitos integrados, do ponto de vista lógico ela nada mais é que uma imensa pilha de posições de memória, cada uma com oito células e identificada por seu endereço.

Veja, na Figura 2, a representação da MP como a “pilha” de posições de memória acima descrita. Embora a MP (ou memória RAM) de uma máquina moderna seja formada por centenas de milhões-em alguns casos, alguns bilhões-de posições de memória, para simplificar nosso trabalho futuro, na Figura 2 que será usada adiante para ilustrar certos procedimentos dos quais participa a UCP, mostramos apenas 256 posições, cada uma identificada por seu endereço. Que, por sua vez, são representados pelos números exibidos ao lado de cada posição de memória, tanto em binário quanto em decimal (repare, na representação em decimal, que os 256 endereços vão de zero a 255).

No que toca à MP, este é todo o conhecimento que precisamos por ora.

Na próxima coluna discutiremos a lógica temporizada. Um conceito muito simples apesar do nome complicado.

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Próxima coluna: Lógica temporizada.