Hardware de computador - Computer hardware

Placa de CPU PDP-11

O hardware de computador inclui as partes físicas de um computador , como o gabinete , unidade de processamento central (CPU), monitor , mouse , teclado , armazenamento de dados de computador , placa gráfica , placa de som , alto - falantes e placa - mãe .

Em contraste, o software é o conjunto de instruções que pode ser armazenado e executado pelo hardware. O hardware é assim denominado porque é " difícil " ou rígido no que diz respeito às alterações, enquanto o software é "flexível" porque é fácil de alterar.

O hardware é normalmente direcionado pelo software para executar qualquer comando ou instrução . Uma combinação de hardware e software forma um sistema de computação utilizável , embora outros sistemas existam apenas com hardware.

Arquitetura Von Neumann

Esquema de arquitetura Von Neumann

O modelo para todos os computadores modernos é a arquitetura Von Neumann , detalhada em um artigo de 1945 do matemático húngaro John von Neumann . Este descreve uma arquitetura de projeto para um computador digital eletrônico com subdivisões de uma unidade de processamento que consiste em uma unidade lógica aritmética e registros de processador , uma unidade de controle contendo um registro de instrução e contador de programa , uma memória para armazenar dados e instruções , armazenamento de massa externo , e mecanismos de entrada e saída . O significado do termo evoluiu para significar um computador com programa armazenado no qual uma busca de instrução e uma operação de dados não podem ocorrer ao mesmo tempo porque eles compartilham um barramento comum . Isso é conhecido como gargalo de Von Neumann e muitas vezes limita o desempenho do sistema.

Tipos de sistemas de computador

Computador pessoal

Componentes básicos de hardware de um computador pessoal, incluindo um monitor , uma placa - mãe , uma CPU , uma RAM , duas placas de expansão , uma fonte de alimentação , uma unidade de disco óptico , uma unidade de disco rígido , um teclado e um mouse
Dentro de um computador personalizado: a fonte de alimentação na parte inferior tem seu próprio ventilador de resfriamento

O computador pessoal é um dos tipos mais comuns de computador devido à sua versatilidade e preço relativamente baixo. Os computadores pessoais de mesa têm um monitor , um teclado , um mouse e um gabinete . A caixa do computador contém a placa - mãe , unidades de disco fixas ou removíveis para armazenamento de dados, a fonte de alimentação e pode conter outros dispositivos periféricos, como modems ou interfaces de rede. Alguns modelos de computadores desktop integram o monitor e o teclado no mesmo gabinete que o processador e a fonte de alimentação. A separação dos elementos permite que o usuário organize os componentes em uma disposição agradável e confortável, ao custo de gerenciar os cabos de energia e dados entre eles.

Os laptops são projetados para portabilidade, mas funcionam de maneira semelhante aos PCs de mesa. Eles podem usar componentes de menor consumo ou de tamanho reduzido, com desempenho inferior ao de um computador desktop com preço semelhante. Os laptops contêm o teclado, a tela e o processador em um único estojo. O monitor na tampa superior dobrável do case pode ser fechado para transporte, para proteger a tela e o teclado. Em vez de um mouse, os laptops podem ter um touchpad ou um bastão apontador .

Os tablets são computadores portáteis que usam uma tela de toque como dispositivo de entrada principal. Os tablets geralmente pesam menos e são menores que os laptops.

Alguns tablets incluem teclados desdobráveis ​​ou oferecem conexões para separar teclados externos. Alguns modelos de laptop possuem teclado destacável, o que permite que o sistema seja configurado como um tablet com tela sensível ao toque. Às vezes, eles são chamados de "laptops removíveis 2 em 1" ou "híbridos tablet-laptop".

Caso

O gabinete do computador contém a maioria dos componentes do sistema. Ele fornece suporte mecânico e proteção para elementos internos, como placa-mãe, unidades de disco e fontes de alimentação, além de controlar e direcionar o fluxo de ar de resfriamento sobre os componentes internos. A caixa também faz parte do sistema de controle da interferência eletromagnética irradiada pelo computador e protege as peças internas de descargas eletrostáticas. Os gabinetes em torre grandes oferecem espaço para várias unidades de disco ou outros periféricos e geralmente ficam no chão, enquanto os gabinetes de desktop oferecem menos espaço de expansão. Os designs de estilo tudo-em-um incluem um monitor de vídeo embutido no mesmo gabinete. Os computadores portáteis e laptops exigem estojos que forneçam proteção contra impactos para a unidade. Os amadores podem decorar as caixas com luzes coloridas, tinta ou outros recursos, em uma atividade chamada modding de caixas .

Fonte de energia

Uma unidade de fonte de alimentação (PSU) converte energia elétrica de corrente alternada (CA) em energia de corrente contínua (CC) de baixa tensão para o computador. Os laptops podem funcionar com bateria recarregável embutida. A PSU normalmente usa uma fonte de alimentação comutada (SMPS), com MOSFETs de potência ( transistores de efeito de campo de semicondutor de óxido metálico de potência ) usados ​​nos conversores e circuitos reguladores do SMPS.

Placa-mãe

Placa-mãe do computador

A placa-mãe é o principal componente de um computador. É uma placa com circuito integrado que conecta as outras partes do computador incluindo a CPU , a RAM , os drives de disco ( CD , DVD , disco rígido ou qualquer outro), bem como quaisquer periféricos conectados através das portas ou slots de expansão . Os chips de circuito integrado (IC) em um computador normalmente contêm bilhões de minúsculos transistores de efeito de campo de óxido metálico (MOSFETs).

Os componentes diretamente conectados a ou a parte da placa-mãe incluem:

Cartões de expansão

Uma placa de expansão em computação é uma placa de circuito impresso que pode ser inserida em um slot de expansão de uma placa-mãe de computador ou painel traseiro para adicionar funcionalidade a um sistema de computador por meio do barramento de expansão. Os cartões de expansão podem ser usados ​​para obter ou expandir recursos não oferecidos pela placa-mãe.

Dispositivos de armazenamento

Um dispositivo de armazenamento é qualquer hardware de computação e mídia digital usado para armazenar, portar e extrair arquivos de dados e objetos. Ele pode conter e armazenar informações temporária e permanentemente e pode ser interno ou externo a um computador, servidor ou qualquer dispositivo de computação semelhante. O armazenamento de dados é uma função central e um componente fundamental dos computadores.

Mídia fixa

Os dados são armazenados por um computador usando uma variedade de mídias. As unidades de disco rígido (HDDs) são encontradas em praticamente todos os computadores mais antigos, devido à sua alta capacidade e baixo custo, mas as unidades de estado sólido (SSDs) são mais rápidas e mais eficientes em termos de energia, embora atualmente mais caras do que as unidades de disco rígido em termos de dólares por gigabyte, por isso são freqüentemente encontrados em computadores pessoais construídos após 2007. Os SSDs usam memória flash , que armazena dados em chips de memória MOS que consistem em células de memória MOSFET de porta flutuante . Alguns sistemas podem usar um controlador de matriz de disco para maior desempenho ou confiabilidade.

Midia removivel

Para transferir dados entre computadores, um dispositivo de memória flash externo (como um cartão de memória ou unidade flash USB ) ou disco óptico (como um CD-ROM , DVD-ROM ou BD-ROM ) pode ser usado. Sua utilidade depende de ser legível por outros sistemas; a maioria das máquinas tem uma unidade de disco óptico (ODD) e praticamente todas têm pelo menos uma porta Universal Serial Bus (USB). Além disso, os dispositivos USB são normalmente pré-formatados com o sistema de arquivos FAT32 , que é amplamente compatível com os sistemas operacionais .

Periféricos de entrada e saída

Os dispositivos de entrada e saída são normalmente alojados externamente ao chassi principal do computador. Os itens a seguir são padrão ou muito comuns a muitos sistemas de computador.

Dispositivo de entrada

Os dispositivos de entrada permitem que o usuário insira informações no sistema ou controle sua operação. A maioria dos computadores pessoais tem um mouse e um teclado , mas os sistemas de laptop geralmente usam um touchpad em vez de um mouse. Outros dispositivos de entrada incluem webcams , microfones , joysticks e scanners de imagem .

Dispositivo de saída

Os dispositivos de saída são projetados em torno dos sentidos dos seres humanos. Por exemplo, os monitores exibem texto que pode ser lido, os alto-falantes produzem sons que podem ser ouvidos. Esses dispositivos também podem incluir impressoras ou uma impressora Braille .

Computador mainframe

Um computador mainframe é um computador muito maior que normalmente ocupa uma sala e pode custar centenas ou milhares de vezes mais que um computador pessoal. Eles são projetados para realizar um grande número de cálculos para governos e grandes empresas.

Um mainframe IBM System z9

Computação departamental

Nas décadas de 1960 e 1970, cada vez mais departamentos começaram a usar sistemas mais baratos e dedicados para fins específicos, como controle de processos e automação de laboratórios . Um minicomputador , ou coloquialmente mini , é uma classe de computadores menores que foi desenvolvida em meados da década de 1960 e vendida por muito menos do que mainframe e computadores de médio porte da IBM e seus concorrentes diretos.

Supercomputador

Um supercomputador é superficialmente semelhante a um mainframe, mas destina-se a tarefas computacionais extremamente exigentes. Em junho de 2020, o supercomputador mais rápido na lista de supercomputadores TOP500 é Fugaku , no Japão, com uma pontuação de benchmark LINPACK de 415 PFLOPS, substituindo o segundo mais rápido, Summit , nos Estados Unidos, por cerca de 294 PFLOPS.

O termo supercomputador não se refere a uma tecnologia específica. Em vez disso, indica os cálculos mais rápidos disponíveis em um determinado momento. Em meados de 2011, os supercomputadores mais rápidos ostentavam velocidades superiores a um petaflop, ou 1 quatrilhão (10 ^ 15 ou 1.000 trilhões) de operações de ponto flutuante por segundo. Os supercomputadores são rápidos, mas extremamente caros, portanto, geralmente são usados ​​por grandes organizações para executar tarefas que demandam computação e que envolvem grandes conjuntos de dados. Os supercomputadores normalmente executam aplicações militares e científicas. Embora caros, eles também estão sendo usados ​​para aplicações comerciais onde grandes quantidades de dados devem ser analisadas. Por exemplo, grandes bancos empregam supercomputadores para calcular os riscos e retornos de várias estratégias de investimento, e organizações de saúde os usam para analisar bancos de dados gigantes de dados de pacientes para determinar os tratamentos ideais para várias doenças e problemas que afetam o país.

Atualização de hardware

Ao usar hardware de computador, uma atualização significa adicionar hardware novo ou adicional a um computador que melhora seu desempenho, aumenta sua capacidade ou adiciona novos recursos. Por exemplo, um usuário pode realizar uma atualização de hardware para substituir o disco rígido por um mais rápido ou um Solid State Drive (SSD) para obter um aumento no desempenho. O usuário também pode instalar mais memória de acesso aleatório (RAM) para que o computador possa armazenar dados temporários adicionais ou recuperar esses dados em um ritmo mais rápido. O usuário pode adicionar uma placa de expansão USB 3.0 para usar totalmente os dispositivos USB 3.0 ou pode atualizar a unidade de processamento gráfico (GPU) para obter gráficos mais limpos e avançados ou mais monitores . A execução de tais atualizações de hardware pode ser necessária para computadores antigos para atender aos requisitos de sistema de um programa novo ou atualizado.

Vendas

A receita global de hardware de computador em 2016 atingiu 408 bilhões de euros.

Reciclando

Como as peças do computador contêm materiais perigosos , há um movimento crescente para reciclar peças velhas e desatualizadas. O hardware do computador contém produtos químicos perigosos, como: chumbo, mercúrio, níquel e cádmio. De acordo com a EPA, esses resíduos eletrônicos têm um efeito prejudicial ao meio ambiente, a menos que sejam descartados de maneira adequada. A fabricação de hardware requer energia e a reciclagem de peças reduzirá a poluição do ar , da água e também as emissões de gases de efeito estufa. Eliminar equipamento informático não autorizado é, de facto, ilegal. A legislação torna obrigatório reciclar computadores por meio de instalações aprovadas pelo governo . A reciclagem de um computador pode ser mais fácil retirando certas peças reutilizáveis. Por exemplo, a RAM , unidade de DVD, placa gráfica , disco rígido ou SSD e outras partes removíveis semelhantes podem ser reutilizados.

Muitos materiais usados ​​em hardware de computador podem ser recuperados por reciclagem para uso em produção futura. A reutilização de estanho , silício , ferro , alumínio e uma variedade de plásticos que estão presentes a granel em computadores ou outros produtos eletrônicos pode reduzir os custos de construção de novos sistemas. Os componentes freqüentemente contêm cobre , ouro , tântalo , prata , platina , paládio e chumbo , bem como outros materiais valiosos adequados para recuperação.

Componentes tóxicos de computador

A unidade de processamento central contém muitos materiais tóxicos. Ele contém chumbo e cromo nas placas de metal. Resistores, semicondutores, detectores infravermelhos, estabilizadores, cabos e fios contêm cádmio. As placas de circuito de um computador contêm mercúrio e cromo. Quando esses tipos de materiais e produtos químicos são descartados de maneira inadequada, eles se tornam perigosos para o meio ambiente.

Efeitos ambientais

De acordo com a Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos, apenas cerca de 15% do lixo eletrônico é realmente reciclado. Quando os subprodutos do lixo eletrônico vazam para as águas subterrâneas, são queimados ou maltratados durante a reciclagem, podem causar danos. Os problemas de saúde associados a essas toxinas incluem comprometimento do desenvolvimento mental, câncer e danos aos pulmões, fígado e rins. É por isso que até os fios devem ser reciclados. Diferentes empresas têm diferentes técnicas para reciclar um fio. O mais popular é o moedor que separa os fios de cobre do invólucro de plástico / borracha. Quando os processos são concluídos, existem duas pilhas diferentes restantes; um contendo o pó de cobre e o outro contendo pedaços de plástico / borracha. Monitores, mouses e teclados de computador têm uma maneira semelhante de serem reciclados. Por exemplo, primeiro, cada uma das partes é desmontada e, em seguida, todas as partes internas são separadas e colocadas em seu próprio compartimento.

Os componentes do computador contêm muitas substâncias tóxicas, como dioxinas , bifenilos policlorados (PCBs), cádmio , cromo , isótopos radioativos e mercúrio . Um monitor de computador típico pode conter mais de 6% de chumbo por peso, grande parte do qual está no vidro de chumbo do tubo de raios catódicos (CRT). Um monitor de computador típico de 15 polegadas (38 cm) pode conter 1,5 libras (1 kg) de chumbo, mas estima-se que outros monitores tenham até 8 libras (4 kg) de chumbo. As placas de circuito contêm quantidades consideráveis ​​de soldas de chumbo-estanho que são mais propensas a lixiviar para as águas subterrâneas ou criar poluição do ar devido à incineração. Em aterros sanitários dos EUA, cerca de 40% dos níveis de conteúdo de chumbo são de lixo eletrônico. O processamento (por exemplo, incineração e tratamentos com ácido) necessário para recuperar essas substâncias preciosas pode liberar, gerar ou sintetizar subprodutos tóxicos.

A reciclagem de hardware de computador é considerada ecologicamente correta porque evita que resíduos perigosos, incluindo metais pesados e cancerígenos, entrem na atmosfera, em aterros ou cursos de água. Embora os eletrônicos constituam uma pequena fração do total de resíduos gerados, eles são muito mais perigosos. Existe uma legislação rigorosa projetada para impor e encorajar o descarte sustentável de aparelhos, sendo a mais notável a Diretiva de Resíduos de Equipamentos Elétricos e Eletrônicos da União Europeia e a Lei Nacional de Reciclagem de Computadores dos Estados Unidos .

Esforços para minimizar o desperdício de hardware de computador

Como o hardware do computador contém um grande número de metais, a Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos (EPA) incentiva a coleta e a reciclagem do hardware do computador. " E-cycling ", a reciclagem de hardware de computador, refere-se à doação, reutilização, trituração e coleta geral de eletrônicos usados. Genericamente, o termo se refere ao processo de coleta, corretagem, desmontagem, reparo e reciclagem de componentes ou metais contidos em equipamentos eletrônicos usados ​​ou descartados, também conhecido como lixo eletrônico (e-waste). Os itens "cicláveis" incluem, mas não estão limitados a: televisores, computadores, fornos de micro-ondas, aspiradores de pó, telefones e telefones celulares, aparelhos de som, videocassetes e DVDs, praticamente qualquer coisa que tenha um cabo, luz ou leve algum tipo de bateria .

A reciclagem de um computador é facilitada por alguns serviços nacionais, como Dell e Apple . Ambas as empresas aceitarão de volta o computador de sua marca ou de qualquer outra marca. Caso contrário, um computador pode ser doado à Computer Aid International, uma organização que recicla e recondiciona computadores antigos para hospitais, escolas, universidades, etc.

Veja também

Referências

links externos