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B. Piropo
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24/09/2007
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A placa-mãe do PC
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Na coluna anterior tentamos esclarecer a diferença entre os conceitos de memória “lógica” e “física”. E a coisa complicou um pouco.

Talvez fique mais fácil explicar tomando como exemplo o primeiro PC, um exemplo especialmente didático porque, na época em que foi criado, as memórias eram tão lentas que se usava apenas um barramento conectando a UCP tanto à MP quanto aos dispositivos de E/S (ao contrário dos micros modernos que usam dois barramentos independentes, o frontal que conecta a UCP à memória principal e o de E/S que a conecta aos controladores dos dispositivos periféricos; o assunto ficará mais claro quando discutirmos barramento).

O sistema operacional usado pelo PC era o DOS (Disk Operating System), concebido especificamente para seu microprocessador, o Intel 8088, que por usar vinte linhas no trecho do barramento dedicado ao transporte de endereços, podia ter acesso a um espaço de endereçamento de 1 MB (ou 1.024 KB). Portanto, do ponto de vista lógico, sua MP abrangia um espaço de endereçamento contínuo de 1.048.576 posições de memória que ocupam endereços sucessivos numerados de zero a 1.048.575 (ou de 0 a FFFFFF, em hexadecimal).

O PC veio substituir os antigos “micros de oito bits” que, por disporem de apenas dezesseis linhas dedicadas a endereços em seu barramento, abrangiam um espaço de endereçamento de apenas 64 KB (sim, quilobytes; estamos falando do final dos anos setenta do século passado, quando memória primária era rara e cara). Portanto os responsáveis pela concepção da arquitetura do PC dispunham de um espaço de endereçamento inconcebivelmente grande para aqueles tempos. Tão grande que acharam que era memória demais. E decidiram usar apenas os primeiros 640 KB (dez “segmentos” de 64 KB) para programas. Estes primeiros 640 KB tornaram-se conhecidos como “memória convencional”. Tudo o que estava acima deles fazia parte da chamada “memória superior” (“upper memory”), os últimos seis “segmentos” de 64 KB que completavam o espaço de endereçamento de 1 MB do velho PC, dedicados para uso exclusivo do sistema operacional. E uso pré-definido.

Por exemplo: os dois primeiros segmentos de 64 KB da memória superior, aqueles situados imediatamente acima do endereço 640 K, somente poderiam ser usados para a chamada “memória de vídeo” (ou seja, para armazenar o conteúdo digitalizado da tela). Os dois seguintes (de endereços 768 K a 896 K) para armazenar rotinas usadas para controlar dispositivos periféricos. E, finalmente, os dois últimos (acima de 896 K até 1.024 K) para uso exclusivo de algumas rotinas do sistema operacional. Este era o famoso “mapa da memória” do PC, que fixava usos específicos para cada trecho lógico do espaço de endereçamento e que discutiremos mais detalhadamente na próxima coluna.

Mas do ponto de vista físico, como era a memória principal do PC?

Bem, para descobrir precisamos antes de tudo ter uma idéia concreta de como se distribuíam os circuitos eletrônicos que, em conjunto, constituíam o computador.

O conceito básico, mantido até hoje nos computadores de mesa tipo “desktop”, é desenvolver um grande circuito impresso chamado “placa-mãe” para abrigar os principais circuitos de controle, o barramento, o microprocessador e a memória RAM (ou, como veremos adiante, pelo menos parte dela). Os demais circuitos destinados a controlar dispositivos de entrada e saída (os chamados periféricos) situam-se ou no próprio periférico (como nos discos rígidos PATA e SATA) ou em circuitos impressos concebidos especificamente para controlar cada tipo de periférico, que se comunicam com os demais circuitos da placa-mãe através de conectores denominados “slots” ligados diretamente ao barramento.

Veja na Figura 1 o aspecto de uma placa-mãe do velho PC.

Figura 1: Placa-mãe do PC.

Clique aqui para ver a animação.

Animação 1: Identificação de alguns componentes.

Neste ponto, por razões históricas e nostálgicas, convém comentar com algum detalhe o conteúdo da Figura 1 repetido na Animação 1 (clique em seu atalho para abri-la).

Deslizando o mouse sobre algumas das regiões da animação faz-se aparecer a identificação do que está localizado na respectiva região (pelo menos dos componentes que eu consegui identificar; se algum leitor identificar alguns não assinalados aceito ajuda com prazer, mas tanto quanto pude perceber a maior parte deles é do tipo SNxxxxx, conjuntos de portas lógicas usados em circuitos auxiliares cuja função, nas placas-mãe modernas, foi incorporada ao chamado “chipset”; os dois CIs brancos, situados logo abaixo dos bancos de memória e de um dos “dip switches”, são bancos de resistores). Experimente. Explore a placa-mãe e note a localização de alguns de seus componentes.

Por exemplo: procure pelos CIs que integram a memória RAM. Perceba que eles formam um conjunto de 36 “chips” situados no canto superior esquerdo da figura totalizando 256 KB de memória RAM na placa-mãe. Repare que ele é formado por quatro subconjuntos de chips. Cada subconjunto corresponde a um “banco” de memória com 64 KB (quilobytes) de capacidade e cada banco é formado por nove chips de 64 Kb (quilobits) cada, oito deles destinados a armazenar um bit da posição de memória (bits zero a sete) e o nono a armazenar o chamado “bit de paridade” (uma técnica de controle de erro então usada pelos micros da linha PC).

Note, imediatamente à direita dos bancos de memória RAM, cinco CIs (“chips”) idênticos. São CIs de memória permanente do tipo apenas para leitura (ROM), um deles usado para armazenar as rotinas do BIOS e rotinas auxiliares e os quatro restantes para armazenar as rotinas de uma linguagem de programação gravada em ROM (como na época do lançamento do PC não havia programas disponíveis para venda, quem quisesse usar a máquina tinha que desenvolver seus próprios programas, daí a necessidade de uma linguagem de programação fornecida juntamente com a máquina; mais sobre isso adiante).

Repare também nos dois únicos conectores da parte traseira da placa-mãe. Um deles recebia o teclado enquanto o outro recebia a conexão de um gravador de fita cassete, daqueles usados na época para gravar músicas, que consistia no único meio de armazenamento de massa oferecido pelo PC. Discos rígidos para micros de mesa ainda não existiam e acionadores de discos flexíveis (de 5”1/4) eram opcionais.

E note, finalmente, os dois conjuntos de “dip-switches” em encapsulamento azul claro. São pequenos interruptores usados para “informar” à placa-mãe os periféricos que estão a ela conectados, função atualmente cumprida no chamado “CMOS setup”, informações armazenadas em “chips” do tipo CMOS e que na época do PC eram introduzidas manualmente, abrindo o gabinete e ajustando a posição destes interruptores (como se pode ver, a placa-mãe do PC não tinha bateria e portanto não podia preservar informações em chips do tipo CMOS, uma memória volátil que depende de alimentação elétrica para não perder os dados armazenados).

Além disso, o que há de importante na placa-mãe do PC é o microprocessador, um Intel 8088, aquele CI retangular situado imediatamente atrás do conector do gravador cassete. A seu lado aparece um soquete vazio, destinado a um coprocessador matemático. O coprocessador matemático (no caso do PC, um Intel 8087) era usado para acelerar o desempenho do micro nos aplicativos que dependiam da execução de operações matemáticas complexas com números decimais (os chamados números “de ponto flutuante”) como planilhas de cálculo e aplicativos gráficos. Como estes mesmos aplicativos rodavam (embora muito mais lentamente) mesmo sem o concurso de um coprocessador, era raro ver-se um PC com este soquete ocupado. O uso de um coprocessador independente para auxiliar as operações matemáticas persistiu por três gerações de micros da linha PC: o XT, o AT e o 386. A partir dos 486 o coprocessador passou a fazer parte integrante do próprio microprocessador e recebeu o nome de “unidade de ponto flutuante”.

Acima do microprocessador, no canto superior direito da figura, junto à parte traseira da placa-mãe, aparecem os “slots”. No caso da placa mostrada na Figura 1 são apenas cinco, mas existiram PCs com até oito destes slots onde podiam ser encaixadas placas controladoras de periféricos.

 Um slot nada mais é que um conector elétrico, uma espécie de “tomada”, cujos contatos metálicos estão ligados diretamente ao barramento. Desta forma, qualquer placa controladora que se encaixe em qualquer dos slots se comunicará diretamente com o barramento através dos filetes metálicos da placa controladora que se conectam aos contatos do slot. Esta é uma forma inteligente de aumentar a flexibilidade do sistema, que recebe apenas as placas controladoras correspondentes aos dispositivos que efetivamente estão conectados ao micro.

Pronto, já temos uma idéia razoável da placa-mãe do XT.

Vamos ver onde, nela e eventualmente nas placas controladoras, encontramos os CIs (“chips”) que contêm memória.

Na próxima coluna, é claro.

Coluna anterior: Computadores XL: Memória Lógica e Física

Próxima coluna: Em breve.

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