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Escocesa Digitalizado By: EM Computing COMO FUNCIONA O 2 a OR es Ilustrado por TIMOTHY EDWARD DOWNS £D As CONTEÚDO Introdução O Processo de Boot 1 Capítulo 1 Como Funciona o Auto-Teste Inicial... css 4 Capítulo 2 Como Funciona o Disco de Capítulo 3 Como Funciona o Sistema Operacional... 18 Microchips 26 Capítulo 4 Como Funciona o Transistor 30 Capítulo 5 Como Funciona a RAM ....34 Capítulo 6 Como Funciona o Microprocessador........... 40 Capítulo 7 Como Funciona o Cache Armazenamento em Disco 48 Capítulo 8 Como Funciona o Armazenamento em Disco . 52 Capítulo 9 Como Funciona a Unidade de Disco Flexível... Capítulo 10 Como Funciona a Unidade de Disco Rígido ............ Capítulo 11 Como Funciona o Cache de DiscO assinar enem aro meme 70 Capítulo 12 Como Funciona a Unidade de CD-ROM... A Capítulo 13 Como Funciona a Unidade Óptico-Magnética .......... 78 Capítulo 14 Como Funciona a Unidade de Disco Bernoulli.............84 Capítulo 15 Como Funciona a Unidade de Fita Backup........ 88 Capítulo 16 Como Funcionam os Vetores de Disco ......ccsioo 9 Capítulo 1: Como Funciona o Auto-Teste Inicial 4 Capítulo 2: Como Funciona o Disco de Boot 2 Capítulo 3: Como Funciona o Sistema Operacional 18 Visão Geral (3) UANDO SEU COMPUTADOR pessoal está desligado, ele é simplesmente um conjunto de partes de metal, plástico e minúsculas partículas de silício. Ao áeionar o botão Ligar (On), uma pequena faísca de eletricidade — de apenas cinco volts — dá início a uma série de acontecimentos que, de forma mágica, dão vida ao que parecia s mplesmente um sofisticado peso de papéis. Mesmo com esse sopro de vida, o PC ainda > mostra um tanto estúpido à primeira | vista. Ele parece ter consciência disso, quando verifica quais partes estão instaladas e funcionando, tal como aquele paciente que volta de um estado de coma e examina seu corpo para ver se está tudo certo com as pernas e braços. Entretanto, após este processo de auto-verificação, o recém-despertado PC ainda não consegue produzir nada de útil, nem mesmo algo que poderíamos considerar um laivo de inteligência. No melhor dos casos, ele pode buscar essa inteligência — inteligência que vem na forma do s stema operacional, que estrutura a existência primitiva e estática do PC. Em seguida, vem o aprendizado na forma de aplicativos — programas que dizem ao ooT. e computador como desempenhar suas tarefas de forma mais rápida e precisa, tornando-se um aluno capaz de superar o professor. Mas nem todos os computadores precisam passar por esse complicado processo cada PROCESS vez que são ligados. Hoje em dia, encontramos computadores que “despertam” e já estão prontos para o uso logo que acionamos o botão de ligar. Não pensamos neles como computadores, já que receberam o nome de calculadora, ignição eletrônica do carro, timer de microondas e programador do videocassete. A diferença entre eles e a caixa que você tem sobre a mesa está na complexidade dos circuitos elétricos. Os computadores são projetados para desempenhar uma única tarefa — e são muito eficientes nela — estão equipados para | isso. Mas também significa que estão mais para sábios idiotas que para sábios verdadeiros. O que torna seu PC uma máquina tão miraculosa, a cada vez que é ligada, é uma tabula rasa capaz de executar qualquer coisa que sua criatividade — ou, geralmente, a criatividade dos programadores — conseguir imaginar. Ele pode ser uma calculadora, a tela de um artista, uma máquina de escrever cheia de truques, um contador infalível e um servidor de várias ferramentas. Para transformá-lo, basta definir alguns dos ajustes microscópicos encravados no coração dos microchips, uma tarefa realizada através da digitação de um comando na mensagem (prompt) do DOS ou mesmo pressionando-se o botão do mouse sobre um minúsculo ícone na tela. Esse tipo de inteligência é frágil e tem vida curta. Os milhões de chaves com ajustes + microscópicos estão constantemente aparecendo e desaparecendo sob as oscilações da eletricidade. E isso pode acarretar uma instrução errada ou a leitura incorreta de um simples ajuste, que levará toda essa fantástica inteligência ao estado de caos. Ou, então, basta desligar a máquina para que a pulsante vida artificial desapareça sem o menor suspiro. , Assim, toda vez que você ligar seu computador, este processo complexo será reativado. O PARTE: PROCESSO DE BOOT A tabela abaixo mostra como interpretar os bips — O sinal (*) significa bip breve e (5) bip longo —ou a ausência deles. Bips Monitor Área do Problema Nenhum Somente o cursor Energia Mensagem do DOS Normal Qualquer coisa Energia. Qualquer coisa Energia. .. Qualquer coisa Placa de sistema -.. Qualquer coisa Monitor e. Qualquer coisa Monitor Se nenhuma mensagem de erro ou bip ocorrer, não significa que todos os componentes estão funcionando bem. O POST é capaz de verificar somente os erros mais comuns. Ele pode informar se um disco rígido supostamente instalado não está sendo reconhecido, mas não consegue detectar se há problema na formatação do disco. Conclui-se então que o POST não é assim tão útil. Isto ocorre porque os PCs funcionam de forma tão segura que raramente alguma coisa aciona O alarme do auto-teste. Os benefícios do POST são sutis mas essenciais. Sem ele, você nunca teria certeza da habilidade do PC em desempenhar suas tarefas com precisão € confiabilidade. Capítulo 1: Como Funciona o Auto-Teste Q Auto-Teste Inicial | [1 liga o PC, um sinal elétrico segue um caminho permanentemente programado até a CPU para limpar os dados deixados nos registradores da memória interna do chip. O sinal reajusta o registrador da CPU chamado de contador de programa para um determinado número. No caso dos As e dos computadores mais recentes, o número é FO0O. Esse número no contador informa à CPU o endereço da próxima instrução que será processada. Neste caso, o endereço é o início do programa de inicialização (boot), armazenado permanentemente no endereço FOOO num conjunto de chips ROM (memória somente para leitura) que contêm o sistema básico de entrada/saída (BIOS) do PC. mm Bau utiliza o endereço para encontrar e ativar o programa de inicialização (boot) no BIOS da ROM, que por sua vez, ativa uma série de verificações do sistema, conhecida como auto- teste ou POST (Power-On Self-Iest). Em primeiro lugar, a CPU faz a verificação de si mesma e do programa POST, através de um código de leitura em várias posições, comparando se estas verificações estão idênticas aos registros permanentes. [Continua na próxima página.) O Capítulo 1: Como Funciona o Auto-Teste [9] B 6 post resta a memória contida na placa de vídeo (display adapter) e os sinais de vídeo que controlam o monitor, Ele faz com que o código de BIOS da placa passe a fazer parte do BIOS total do sistema e da configuração da memória. É a partir daí que você começa a ver algo no monitor do seu PC. [6 | O POST executa uma bateria de testes para verificar se os chips da RAM estão funcionando sem problemas. A CPU grava dados em cada chip, em seguida faz uma leitura comparando estes dados com os enviados originalmente. Um contador da memória que está sendo lida aparece na tela durante este teste. [Continua na página seguinte.) OD PARTE 1: PROCESSO DE BOOT | Auto-Teste Inicial SW EB 6posr envia sinais por caminhos específicos através do barramento (bus) às unidades de disco e espera uma resposta para determinar quais unidades estão disponíveis. Como Funciona o Disco de Boot COMPUTADOR PESSOAL não pode fazer nada de aproveitável se não possuir um sistema operacional — o programa que permite ao PC utilizar os demais programas. Mas antes de executar o sistema operacional, o PC precisa de uma forma de carregá-lo na memória de acesso aleatório (RAM). Esta forma é conhecida como booistrap, ou apenas boot — um pequeno código que faz parte permanente do PC. O bootstrap possui este nome porque permite que o PC execute algo por si só, sem o auxílio de um sistema operacional externo. Na verdade, a operação de boot não faz muita coisa. Ela possui somente duas funções: executar o POST ou auto-teste inicial (descrito no capítulo anterior) e pesquisar as unidades de disco para o sistema operacional. Ao terminar as duas funções, inicia-se o processo de leitura dos arquivos do sistema operacional e a cópia destes arquivos para a memória de acesso aleatório. Por que os PCs usam esse tipo de método? Por que não integrar o sistema operacional no PC? Alguns computadores mais especializados ou mais básicos o fazem. Os primeiros modelos, utilizados principalmente para jogos, como os Atari 400 c 800, e o recente palmtop LX95 da Hewlett-Packard possuem um sistema operacional permanente. O LX95 inclui até mesmo um aplicativo, o Lotus 1-2-3, num microchip especial. Mas, na maioria das vezes, o sistema operacional é carregado do disco por dois motivos. É mais fácil atualizar a versão do sistema se este for carregado através de disco. Quando uma empresa como a Microsoft — fabricante do MS-DOS, o sistema operacional mais utilizado em PCs — deseja acrescentar novos recursos ou eliminar erros de programação (bugs), ela simplesmente lança um novo conjunto de discos com a nova versão. Às vezes, somente um único arquivo é inserido para corrigir uma falha no sistema operacional. É mais barato para a Microsoft distribuir o DOS em disquetes do que projetar um microchip que contenha o sistema operacional. E bem mais fácil para os usuários instalar um novo DOS em disquetes do que trocar chips. Outra razão para se carregar o sistema operacional a partir de discos é permitir que o usuário possa escolher o sistema. Embora a maioria dos PCs baseados em microprocessadores fabricados pela Intel utilizem o MS-DOS, há sistemas operacionais alternativos como o 08/2, 0 DR DOS e o Unix. Na configuração de alguns PCs, pode-se até definir qual sistema operacional será utilizado toda vez que se ligar o computador. PROCESSO DE BOOT Inicialização do Disco 1O.5YS Boot program MSDOS.SYS RAM E Depois de executar o POST em todos os componentes de hardware do PC. o programa de inicialização (boot program), contido no BIOS da ROM do computador. verifica a unidade A para observar se ela possui um disco flexível formatado. Se houver disco na unidade, o programa busca posições específicas no disco, nas quais devem estar os arquivos que compõem a primeira das duas partes do sistema operacional. Normalmente, estes arquivos de sistema não são vistos porque possuem um atributo especial que os esconde do comando DIR do DOS. Na maioria dos PCs, esses arquivos são o IO.SYS e o MSDOS.SYS. Nos computadores IBM, os nomes mudam para IBMBIO.COM ce IBMDOS.COM. Se a unidade de disco flexível estiver vazia, o programa de inicialização pesquisa os arquivos de sistema na unidade C, que abriga o disco rígido. Se 0 disco de boot não possuir esses arquivos. o programa de inicialização exibirá uma mensagem de erro. Boot record 2] Depois de localizar o disco com os arquivos de sistema, o programa de inicialização Iê os dados armazenados no primeiro setor do disco é os copia para posições específicas na RAM. Estas informações constituem o registro de inicialização (boot record) do DOS, O registro de inicialização é encontrado na mesma posição em todo disco formatado, ocupando apenas 512 bytes que correspondem ao código necessário para iniciar a execução dos dois arquivos ocultos. Depois de o programa de inicialização do BIOS ter carregado o registro d inicialização para à memória no endereço hexadecimal 7C00, o BIOS passa o controle para o registro através de um desvio para aquele endereço. e ( O PARTE 1: PROCESSO DE BOOT Inicialização do Disco CONFIG.SYS H O SYSINIT busca no diretório raiz do disco de inicialização um arquivo chamado CONFIG.SYS. Se o CONFIG.SYS estiver presente, o SYSINIT pede para que o MSDOS.SYS execute os comandos contidos no arquivo. O CONFIG.SYS é um arquivo criado pelo usuário. Seus comandos informam ao sistema operacional como gerenciar certas operações como, por exemplo, quantos arquivos poderão ser abertos ao mesmo tempo. O CONFIG.SYS também pode conter instruções para carregar os drivers de dispositivos. Os drivers de dispositivos (device drivers) são arquivos que contêm códigos para ampliar a capacidade do BIOS no controle da memória ou dos periféricos do hardware. COMMAND. DB 6 sysinir pese ao conriG.SYS para carregar o arquivo COMMAND.COM. Este arquivo do sistema operacional é composto de três partes. Uma é a extensão das funções de entradaisaída. Esta parte é carregada na memória com o BIOS c passa a integrar o sistema operacional. Capítulo 2: Como Funciona o Disco de Boot E 7| A segunda parte do COMMAND.COM contém os comandos internos do DOS como DIR, COPY e TYPE. Ela é carregada no final da memória convencional, onde pode ser sobreposta por aplicativos caso estes nc essitem utilizar mais memória ECHO OFF prompt SGSP SET TEMP=CNemp PATHECACADOS AUTOEXEC.BAT EB a ccrccira parte do COMMAND.COM é utilizada somente uma vez e depois é descarta parte busca no diretório raiz um arquivo chamado AUTOEXEC.BAT. Este arquivo é criado pelo usuário e possui uma série de comandos de DOS e/ou nomes de programas que o usuário deseja que sejam executados sempre que o computador for ligado. O PC está agora totalmente inicializado e pronto para ser usado. 1 O PARTE 1: PROCESSO DE BOOT Sistema Operacional: Memória PÃ O primeiro kilobyte — 1024 bytes — gerencia os ER os próximos 256 bytes ou mais contêm os dados do vetores de interrupção (interrupt vectors) BIOS conhecidos como sinalizadores (flags), utilizados estabelecidos pelo BIOS e pelo DOS; que podem para indicar o estado das diferentes condições internas ser modificados pelos programas aplicativos do sistema. Também nesta área há um buffer de teclado (application). Os vetores indicam as posições das (Keyboard buffer) de 16 bytes no qual ficam rotinas do programa em outros endereços de armazenadas as teclas pressionadas, enquanto o PC memória para os quais essas operações devem está temporariamente ocupado com outras tarefas, ramificar-se quando os vários componentes do para serem processadas em seguida. hardware enviarem um sinal específico, chamado de E interrupção. 1] Quando o MS-DOS é carregado em um PC, diferentes partes do sistema operacional são associadas à | diferentes localizações na faixa de IMB da RAM que começa no endereço 0000. A faixa é um mapa logicamente contínuo. Mas as, E, posições físicas reais de alguns endereços podem estar em partes diferentes do PC — nos chips da ROM que contêm o BIOS do PC, nos chips do BIOS da placa de vídeo, nos chips da RAM localizados na placa- mãe do PC ou nos chips de memória localizados na placa de expansão. mer Free RAM kt Capítulo 3: Como Funciona o Sistema Operacional (21) EA O restante da RAM, até 640K, é chamado de memória convencional. Esta é a RAM na qual o COMMAND. drivers de dispositivos, os programas residentes em memória e os aplicativos são normalmente carregados. Os gerenciadores de memória como o OEMM-386 ou o HIMEM.SYS que acompanha o MS-DOS 5.0, permitem o remapeamento da memória para que os drivers de dispositivos (device drivers). os programas residentes em memória (memory resident programs) e, no MS-DOS 5.0, parte do COMMAND.COM, possam ser carregados na memória alta, acima dos 640KB, tion). Se tais gerenciadores de memória não forem utilizados, o - COMMAND.COM será carregado nos endereços mais altos da memória convencional, onde posa: ser substituído por algum id adapter Disk BIOS controller Token adapter Acima da memória convencional encontra-se a memória alta, parte da qual é reservada pelo BIOS para várias placas de vídeo (display adapter) e para outras placas como as de rede local (token-ring adapter) e as controladoras de disco rígido (disk controller). Os gerenciadores de memória podem remapear as áreas destinadas a esses periféricos a fim de criar áreas maiores de memória disponível. nas quais poderão carregar outros drivers de dispositivos e programas. Memory resident program 6] Aproximadamente, os últimos 64KB da memória alta ficam reservados pelo BIOS contido nos chips da ROM do PC. Num sistema IBM, há também um código simplificado de programação, o ROM BASIC. Embora o MS-DOS possa endereçar diretamente apenas 1024KB, alguns esquemas especiais permitem memória com endereçamento acima dos 1024KB para ser utilizada como memória expandida ou estendida. (A RAM estendida pode ser utilizada somente nos processadores Intel 80286 ou posteriores.) Sob DOS, a memória expandida ou estendida não pode ser utilizada para gerenciar códigos de programa, mas pode gerenciar dados. ELEIZ Os serviços do DOS estão sempre disponíveis através dos extensões do BIOS feitas pelo sistema operacional. Além disso, os comandos do DOS como o DIR, que fazem parte do COMMAND.COM, são outra parte dos comandos do sistema operacional. E o que pensamos ser simples comandos do DOS (como FORMAT, CHKDSK e MEM) são na verdade programas utilitários. Eles só estão disponíveis se estiverem em disco, no diretório atual ou em algum diretório na lista de caminhos (path) do PC. 
