Mr Punk da Silva

Posted on Sep 10 • Updated on Sep 13

Uma visão elementar de Arquitetura de Computadores 🖥️

#architecture #computerscience #programming

Nota do Autor: 🖋️

Neste primeiro artigo, vou buscar me deixar em voos baixos e não me estender muito, já que é para ser de forma elementar, eu diria.
Creio que este artigo no momento foi o que demorei mais para fazer, estive até intercalando entre outros artigos até terminar este.

Com conceitos fundamentais, em um próximo artigo irei narrar histórias de conceitos mais avançados, que vão além da superfície.
Como, por exemplo:

Primeiras arquiteturas
Arquitetura de "Von Neumann vs Harvard"
Como são os processadores

Mas antes de nadar, devemos aprender a boiar, não que essa analogia faça muito sentido.

Evolução dos Computadores 💻

Elementos Computacionais 🔧

Temos que primeiro definir o que é um computador. Ele é uma máquina que recebe determinadas entradas e, com base em seus algoritmos, produz determinadas saídas.

Algoritmos são sequências de instruções lógicas e finitas ⚙️

Os elementos são:

Softwares 🖥️

Parte lógica do computador, são os algoritmos

Aquilo que você xinga

Hardware 🔌

Parte física da máquina, aquela em que é usada para transmitir, guardar e ser o esqueleto do computador.

Aquilo que você chuta

Elementos do Hardware 🔧

Eles são classificados em 3 tipos básicos e essenciais:

Processador ->          CPU        <- Memória
                         /\
                          |
                     Entrada/Saída

Os computadores se dividem em dois tipos: 🔖

Eles são divididos com base na sua forma de funcionamento: analógico e digital, onde:

Analógicos:

É o tipo de computador em que ele trabalha de maneira que não usa números e sim outras formas, como unicamente dois valores de uma corrente de energia.

Digital:

Aquele que usa um sistema de dígitos, ou seja, usam números (sendo de uma base binária: 0 e 1). 🔢

    [ Analógico ] => Medem 
    [  Digital  ] => Calcula

Gerações de Computadores 🕰️

Os computadores podem ser divididos em gerações por causa da tecnologia que eles usam.

Geração Zero

Geração base, foi até a Segunda Guerra (1932 - 1945), os computadores eram:

Essencialmente mecânicos e alguns tinham engrenagens eletromecânicas.
Exemplos: Máquina de Pascal

💡 Assista esse vídeo sobre como funcionava a máquina: https://www.youtube.com/watch?app=desktop&v=CJ7o-ir4R_E

Primeira Geração

Geração que apareceu impulsionada pela segunda grande guerra (1945 - 1955)

Essencialmente usaram as válvulas, usando-as ao invés dos relés (um componente mecânico que era mais lento que as válvulas).
- Exemplos: ENIAC

💡 Veja mais sobre o Eniac: https://youtu.be/6X2B8Z_DCo0?si=1rCeBGrN48Yal49_

Algumas desvantagens de seu uso são:
- Que eram enormes, ou seja, ocupavam muito espaço.
- Gastavam muita energia.
- Pouca confiabilidade.

Esses computadores para entrada/saída e armazenagem de dados usavam os cartões perfurados.

Modelo de Von Neumann

Foi um matemático que contribuiu para a criação da forma como se faz a arquitetura de computadores. O modelo que ele inventou foi usado como base para os modelos posteriores e que são usados hoje.

Modelo:

 ____________      _______________     
 |   ______  Memória _________    |
 |   |                       |    |
 Unidade             Unidade Aritmética e
 de Controle            Lógica  
                     [ Acumuladores/Comutadores ]
                        |       |
                    Entrada     |
                              Saída

💡 Veja mais em:

https://youtu.be/YCe0mX3r9y4?si=1MMYctW2MN8ZgqVx

https://youtu.be/tZ5W2LpdcEw?si=3jCp89cc3G_sq62c

https://youtu.be/Ml3-kVYLNr8?si=gRpWp494K1TnuYDu

Segunda Geração

Também conhecida como Geração dos Transistores, logo, deixaram de usar as válvulas e começou o processo de miniaturização dos componentes eletrônicos.

Assim, temos que os transistores trouxeram:

Menor tamanho aos computadores.
Consumo de energia caiu.
Menos aquecimento.
Tornou-se mais confiável que as válvulas.

Confira em: Manchester's Experimental Transistor Computer, the First Computer to Use Mainly Transistors as Switches

💡 Veja mais em: From Transistors To Tetris Part 1 : Computer Architecture

Terceira Geração

Conhecida pelo advento dos Circuitos Integrados (CI), assim esses circuitos contêm vários e vários transistores que estão miniaturizados em um único componente, então acabou se tornando mais acessível para os públicos além dos militares, empresas e universidades.

Fonte: https://computerscience.chemeketa.edu/cs160Reader/HistoryOfComputers/Generation3.html

💡 Veja mais:

https://youtu.be/ti9VVBHljWU?si=zy_5nhGTJ_9yYNdw

https://youtu.be/IGHbRfawoCo?si=jylmioc60MxukN3c

https://youtu.be/m0nza32BRl8?si=4aSyB6tCLYT1LVC

Quarta Geração (Atual)

A miniaturização dos chips para uma larga escala e integração dos mesmos. Nasce então o LSI (Large Scale Integration), visando aumentar o poder de processamento dos processadores.

Que por sua vez, nessa geração, tomou o nome de microprocessadores, criado inicialmente pela INTEL. Eles vieram como uma solução poderosa que continha todos os componentes que um computador precisava de um processador: unidade central de processamento, controladores de memória e de E/S.

Fonte: https://chauman4.weebly.com/fourth-generation-computers.html

🗒️ Nota:
Um ponto importante para levantar é que dependendo do material ou do escritor
podemos ter mais de 5 gerações, o que não está errado, mas iremos nos abster nessas principais.

Sistema Numérico

Os sistemas de numeração são ferramentas essenciais para representar quantidades e realizar cálculos matemáticos. No dia a dia, utilizamos predominantemente o sistema decimal, com base em 10 símbolos (0 a 9). No entanto, diversos outros sistemas de numeração foram desenvolvidos ao longo da história, cada um com suas características e aplicações específicas.

💡 Para saber mais, vá neste artigo que também escrevi: Sistemas Numéricos para Computeiros

Componentes Básicos de um PC 💻

Neste caso, iremos abordar o lado do hardware, ou seja, a parte física.

Componentes 🔧

São eles:

  CPU | Memória | Dispositivos de Entrada e Saída | Barramentos

Esses componentes são conectados por Barramentos (são "estradas" ou cabos que ligam os componentes)

----------------------
CPU  | Memória | E/S |
----------------------
 |       |         |
 |       |         |
---------------------
|   Barramentos    |
---------------------

CPU 🧠

A CPU é a Unidade de Processamento Central, ela executa e processa os dados e atividades a serem feitas.

Memória 💾

A memória é responsável por guardar as informações do computador, sendo elas voláteis ou não voláteis.

Memórias voláteis são aquelas que precisam armazenar informações enquanto o PC está ligado. Já as memórias não voláteis guardam as informações mesmo com o computador desligado.

Existem dois tipos de classificação de memórias em relação à sua ordem. São elas:
- Ordem Primária = são memórias responsáveis por guardar os programas a serem executados e outras informações importantes, focadas em serem acessadas.
  - Exemplo: RAM, Cache
- Ordem Secundária = são memórias que armazenam os dados permanentemente, focadas em apenas armazenar.
  - Exemplo: HD, SSD

E/S 🔌

São dispositivos responsáveis pela interação humano e computador.
Servem para entrada e saída de dados.

Exemplos
- Entrada: Webcam, Teclado, Mouse
- Saída: Monitor, Caixa de Som

Barramento 🔗

São fios ou caminhos condutores que passam pelo computador e interligam os componentes.

Tabela Verdade 🔍

O que seria Tabela Verdade?

A Tabela Verdade é a forma como podemos obter valores de expressões booleanas de todas as possíveis combinações.

Expressões Booleanas são aquelas que possuem apenas dois valores lógicos: verdadeiro (true) ou falso (false).

Ela ajuda na construção de circuitos e na verificação de proposições lógicas.

Lógica Proposicional

É a linguagem que usamos para manipular proposições.

Proposições

São afirmações que podem ser avaliadas em dois únicos valores: verdadeiro ou falso. Pode-se classificar as proposições em dois tipos: simples e compostas.
Elas possuem uma regra de representação, que é: devem usar letras minúsculas.

Normalmente se usa: p, q, r, etc.

Exemplo: p = "Sou o Douglas"; q = "Você não é o Douglas".

Simples

É quando existe uma única proposição.

Exemplo: "Está chovendo" (verdadeiro ou Falso)

Compostas

É quando se tem mais de uma proposição, ligadas por conectivos lógicos.

Exemplo: "Está chovendo ou está nublado" (com o uso do ou se liga duas proposições e assim se estabelece determinada regra do conectivo que está sendo usado)

Conectivos Lógicos

São partículas usadas para combinar e modificar proposições e assim criar expressões booleanas.

Alguns Conectivos

Negação (¬ ou ~): ele nega a sentença, logo o que é verdadeiro fica falso e o que é falso se torna verdadeiro.
- Exemplo: p = "Gustavo é antissocial"; ~p = "Gustavo não é antissocial"

p	q	~p	~q
V	F	F	V
F	V	V	F
V	V	F	F
F	F	V	V

Conjunção (^): esse conectivo diz que para ser verdadeiro, as duas proposições devem ser verdadeiras.
- Exemplo: p = verdadeiro; q = verdadeiro; p ^ q = Verdadeiro

p	q	p ^ q
V	F	F
F	V	F
V	V	V
F	F	F

Disjunção (v): é o conectivo em que apenas uma precisa ser verdadeira para que a expressão resulte em verdadeiro.
- Exemplo: p = verdadeiro; q = falso; p v q = verdadeiro

p	q	p v q
V	F	V
F	V	V
V	V	V
F	F	F

Condicional (se...então) (->): é o conectivo em que se baseia em que para ser verdadeiro, a condição p deve ser verdadeira para que a proposição q seja verdadeira.
- Exemplo: p = verdadeiro; q = verdadeiro; p -> q = verdadeiro

p	q	p -> q
V	F	F
F	V	V
V	V	V
F	F	V

Bicondicional (se somente se) (<->): é o conectivo em que a condição estabelecida equivale para as duas proposições, ou seja, será verdadeiro se as duas forem atendidas.
- Exemplo: p = "Vou gastar"; q = "tiver dinheiro"; p <-> q = verdadeiro = "Vou gastar, se somente se, tiver dinheiro"

p	q	p <-> q
V	F	F
F	V	F
V	V	V
F	F	V

Tabela de Conectivos

Conectivo	Valor
~	Será verdadeiro se for falso e falso se for verdadeiro
^	Será verdadeiro se ambas forem verdadeiras
v	Se uma ou as duas forem verdadeiras então resulta em verdadeiro
->	Se a primeira for verdadeira e a segunda for falsa então resulta em falso, senão é verdadeiro
<->	Só será verdadeiro se as duas tiverem o mesmo valor, senão é falso

🔌 Portas Lógicas

Os computadores são constituídos de elementos eletrônicos como: capacitores, resistores e transistores.

Capacitores: são os componentes responsáveis por armazenar e liberar carga elétrica, sendo que realizam a filtragem de ruído e a estabilização de tensões.
Resistores: limitam a passagem de corrente elétrica, são usados para controlar a voltagem da corrente elétrica.
Transistores: amplificam sinais e controlam o fluxo da corrente dentro do circuito. Eles permitem ou não a passagem de binários para realizarem operações através das portas lógicas, e tudo isso forma os circuitos lógicos.

Portas Lógicas são a base para a construção de um processador. Elas são embutidas em um CI (Circuito Integrado) com o objetivo de realizar tarefas específicas. Podem ser encontradas tanto em ULSI (Ultra Larga Escala Integrada) quanto em circuitos mais simples.

Álgebra de Comutação

Assim como a álgebra básica da escola, criou-se a necessidade de fazer operações com os dígitos binários. Surge então a Álgebra de Comutação.

Para tal, era necessário primeiro definir-se as representações gráficas e então se adotou 0 (falso) e 1 (verdadeiro).

Porta AND

Esta porta aceita dois operandos: A e B, sendo binários 0 e 1.
A operação AND simula a multiplicação binária, possuindo a finalidade de garantir que o mesmo bit de entrada seja o mesmo da saída (transferência de bit, ou seja, é usado para transferir dados da memória para a CPU).

Porta Lógica AND:

Entrada		Saída
A	B	Y = AB
1	0	0
0	1	0
1	1	1
0	0	0

Porta OR

Esta porta aceita dois operandos: A e B, sendo binários 0 e 1.
Ela simula a soma binária, ou seja, só resultará em verdadeiro (1) se um dos operandos for igual a 1.

Porta Lógica OR:

Entrada		Saída
A	B	Y = A+B
1	0	1
0	1	1
1	1	1
0	0	0

Porta XOR (exclusive or)

Esta porta aceita dois operandos: A e B, sendo binários 0 e 1.
Ela serve como uma verificação de igualdade, em que se os operandos tiverem os seus valores binários diferentes, a operação resultará em verdadeiro (1). Caso contrário, resultará em falso (0).

Porta Lógica XOR:

Entrada		Saída
A	B	Y = A XOR B
1	1	0
0	1	1
1	0	1
0	0	0

Porta NOT

Esta porta aceita um operando: A, sendo binário 0 ou 1.
Ela faz uma inversão de valores, ou seja, se o valor do operando for 1, ele se torna 0, e se for 0, ele se torna 1.

Porta Lógica NOT:

Entrada	Saída
A	NOT A
1	0
0	1

Portas Derivadas

A execução dessas portas se dá por uma de cada vez, ou seja, irá executar primeiro uma e depois a outra.

Porta NAND

Esta porta aceita dois operandos: A e B, sendo binários 0 e 1.
Ela faz a operação AND e em seguida realiza a execução do NOT.

Porta Lógica NAND:

Entrada		Saída
A	B	Y = A NAND B
1	0	1
0	1	1
1	1	0
0	0	1

Porta NOR

Esta porta aceita dois operandos: A e B, sendo binários 0 e 1.
Ela faz primeiro o OR e em seguida opera o NOT.

Porta Lógica NOR:

Entrada		Saída
A	B	Y = A+B
1	0	0
0	1	0
1	1	0
0	0	1

Tipos de Memória

Primeiro, devemos entender como é o ciclo das memórias em um computador:

-> Ligar -> PC -> Corre na CPU -> Confere a ROM 
-> Vai na memória secundária para buscar o SO 
-> Usa a memória principal para carregar os programas

A memória é um dispositivo que vai servir para armazenar dados ou instruções para que a CPU use. Existem dois tipos de memórias: permanente e não permanente.
As memórias são interligadas e formam o subsistema de memórias.

Pirâmide de Memórias

Pode-se classificar as memórias com base em algumas propriedades.

Quanto mais alto:

Mais caro.
Mais rápido.
Baixa capacidade de armazenamento.

Quanto mais baixo:

Mais barato.
Menos rápido.
Alta capacidade de armazenamento.

              /\
             /  \
            /    \
           / Regis\
          / trador \
         /          \
        /            \ 
       /    Cache     \
      /                \
     /     Memória      \
    /      Principal     \
   /     (RAM e ROM)      \
  /                        \
 /    Memória Secundária    \
/      (HD, CD/DVD, SSD)     \
-------------------------------

Registradores

O processador busca informações e instruções na memória e armazena em seu interior o que deve ser feito. Esse local onde são armazenados é denominado como registradores.

Cache

O Cache será para suprir a necessidade do processador de ter uma memória auxiliar, acelerando a comunicação entre o processador e a memória principal.

Cache L1

Sendo a primeira a ser buscada, a memória cache que está dentro do processador, dividida em dois campos:

L1d: feito para guardar dados.
L1i: feito para guardar instruções.

Cache L2

Ao não encontrar o que se procurava na L1, é feita a busca em L2. Essa memória utiliza o sistema: Static Random Access Memory (SRAM).
Ao não se encontrar no Cache L2, ela é responsável por chamar a memória principal, ou seja, a DRAM (Dynamic Random Access Memory).

Memória Primária

Responsável por alocar informações das aplicações executadas no momento em que o PC continua ligado. Por isso, ela precisa ficar refrescando a memória, assim ela funciona de modo dinâmico.
A memória principal é denominada memória RAM.

Padrões de RAM

DDR: este padrão tem como característica a duplicação de lotes de bits por 1 ciclo de clock, ou seja, 64 bits por 1 ciclo de clock (ida e volta do CPU à Memória).
- Ela possui várias versões que mudam em voltagem, latência, etc.

Formato

DIMM: usadas em desktops, são mais volumosas, tudo em uma linha.
SO-DIMM: usadas em laptops, são mais acopladas e em várias linhas.

ROM

É a memória que é apenas para leitura (Read Only Memory = ROM), escrita normalmente pelo fabricante e apenas lida depois. Os programas instalados nela são chamados de firmwares.

Firmwares já instalados:

BIOS: Sistema Básico de Entrada e Saída;

💡 Ver mais: O que é BIOS na placa mãe do PC?

POST: autoteste e verificação no momento da inicialização;

💡 Ver mais:

POST

Como remover imagem ou Logo quando seu computador é ligado.

SETUP: muda as configurações já pré-definidas;

💡 Ver mais: O que é setup? Entenda o significado do sistema operacional do PC

Memória Secundária

É a memória que vai armazenar os dados em massa, ou seja, o SO e outros programas, assim como outros dados. Por isso, ela não pode ser volátil.
Essas memórias não são acessadas pelo processador.

💡 Volátil significa que, ao desligar o PC, ela deixa de existir.
SO é o Sistema Operacional, sendo a interface entre hardware e humano e software.

Organização do Processador 🧠

A CPU é responsável pelo processamento e execução de programas que estão armazenados nela. Ela é dividida em três partes:

Unidade Central (UC);
Registradores;
Unidade Lógica Aritmética (ULA ou UAL);

Podendo ser dividida em duas partes funcionais:

Unidade Funcional de Controle;
- UC
Unidade Funcional de Processamento;
- ULA e Registradores

Diagrama de Funcionamento da CPU

           Unidade Funcional de Processamento
  -------                -----------------        
  | ULA |                | Registradores |         
  ---|---                | (RISC e CISC) |         
     |                   -----|--------|--         
     |                        |        |           
     |                        |        |           
==== | ====================== | ====== | =================================
     |     -------------      |        |
     |-----| Barramento |-----|        |     
     |-----|  Interno   |-------|------|--|-----------|O------------|
     |     -------------        |         |           |             |
     |                          |         |           |             | 
     |                          |         |           |             |
==== | ======================== | ======= | ========= | =========== | ====
     |                          |         |      -----|------   ---------
     |                          |         |      | B.       |   | B.    |  
     |----|---------------|   --|--    ---|--    | Endereço |   | Dados |
     |    | Decodificador |---| RI |---| CI |    -----|------   ----|---- 
     |    | de Instruções |   -----    ------    REM  |         RDM |
     |----|---------------|                           |             | 
     |                                                |             |
   --|---                                      |------O------|      | 
   | UC |--------------------------------------|   Memória   O------|
   ------                                      |  Principal  |
                                               |-------------|                                      
        Unidade funcional de Controle                                          

- o => significa o fluxo de direção dos dados
- REM => Registro de Endereços Memória
- RDM => Registro de Dados Memória

Unidade Funcional de Processamento

Todo sistema operacional possui uma única função de existência, ou seja, o porquê dele existir e a função para esses sistemas são: entrar com dados, processar dados, saída de dados processados, assim nasce a Unidade Funcional de Processamento.

Logo a UFP, possui algumas operações básicas:

Operações Aritméticas
Álgebra Booleana
Movimentação de Dados entre a CPU e a Memória

ULA

É a parte central da CPU já que é onde as operações lógicas e aritméticas irão ser feitas.
Ela não recebe as instruções diretamente, e sim as instruções são processadas pela UC. Assim que processado, é enviado para a ULA que realiza o que se pede e retorna o resultado.

Registradores

É o tipo de memória que é rápida e com pouco armazenamento.
Sendo que varia em sua função e quantidade de acordo com o modelo do processador.
A maioria dos processadores utilizam a arquitetura baseada em registradores de processos gerais (RISC/CISC):

RISC (Reduced Instructions Set Computer):
- Caracterizado pela simplicidade e eficiência nas execuções de instruções (voltado mais para dispositivos que exigem menos processamento como dispositivos móveis e laptops);
CISC (Complex Instructions Set Computer):
- Caracterizado por um conjunto de instruções mais complexas e abrangentes (voltado para dispositivos que exigem mais poder de processamentos como desktops e servidores);

Unidade Funcional de Controle

Executa algumas funções:

Busca de instruções a serem executadas e armazenadas em um registrador da CPU;
Interpretar as instruções para serem enviadas à ULA
- Gerar sinais de controle, ao interpretar vai gerar um sinal para a ULA dizendo qual das operações devem ser executadas;

Contador de Instruções (CI)

O Contador de Instruções é aquele que vai registrar a contagem para sequenciamento das instruções, ou seja, montar aquela fila de fichas, onde cada ficha possui um número de ordem de chamada para que se possa ter o controle das ordens de instruções.

Registrador de Instruções (RI)

Este Registrador de Instruções possui a função de armazenar a instrução que deve ser executada pela CPU.

Decodificador de Instruções

O RI irá passar uma sequência de bits representando a instrução a ser executada para o Decodificador de Instruções que, por sua vez, irá interpretar essa sequência de bits e relacionar com a operação que deve ser feita. Em seguida, mandar essa instrução já interpretada para a UC, assim ela manda os sinais necessários para a ULA, por exemplo, do que deve ser feito.

Diagrama de funcionamento RI e Decod. Instruc.

    ------     _____________      ______
    | UC |o----| Decod.    |o-----| RI |
    ------     | Instrução |      ------
               -------------

RDM e REM

RDM (Registrador de Dados em Memória): sendo o registrador que armazena os dados que estão sendo transmitidos da CPU e para a Memória e vice-versa.
REM (Registrador de Endereços de Memória): sua função é armazenar o endereço de acesso à memória para que seja necessária a leitura e a escrita de dados.

Ambos os registradores possuem registro temporário dos dados que são gravados neles.

    --------------
    | Barramento o-----|----------|
    |  Interno   |------|         |
    --------------      |         |
                     ---|---   ---|---
                     | RDM |   | REM |
                     -----|-   ---|---
                          |       |
                         -o-------o-
                         | Memória |
                         -----------

Barramentos 🚍

Barramentos são as interconexões dos componentes computacionais.

Tipos de Barramentos

São divididos em três categorias:

Estrutura
- Dados
- Endereço
- Controle
Hierarquia
- Local
- Sistema
- Expansão

Estrutura

É formado por três tipos seguintes de Barreamentos:

    CPU   MP  E/S
     |    |    |
--------------------  Barramento Dados
     |    |    | 
-------------------- Barramento Endereços
     |    |    |
-------------------- Barramento Controle

Barramento de Dados

Esse barramento interliga o RDM (Registrador de Dados em Memória) com a memória principal, para a transferência de instruções ou dados a serem executados.

Sendo um barramento bidirecional:
- Já que pode tanto ir da CPU à Memória, assim realizando uma operação de escrita;
- E também consegue ir da Memória à CPU, assim realizando uma operação de leitura.

A largura do barramento está diretamente ligada ao desempenho da máquina, já que quanto mais envio de dados (bits) maior será a velocidade e poder de processamento, tal que, por consequência, o desempenho irá aumentar. Os primeiros PCs continham apenas 8 bits de largura do seu barramento, hoje temos algo em torno ou maior que 128 bits.

Barramento de Endereços

Feito para interligar o REM (Registrador de Endereços de Memória) com a Memória Principal que irá fazer a transferência de bits que vão representar endereços de memória das instruções ou dados a serem executados.
Tem seu sentido unidirecional, já que somente a CPU aciona a memória principal para fazer operações de leitura e escrita.

Barramento de Controle

Irá interligar a UC com os outros componentes.
Sendo bidirecional, pois consegue enviar sinais de controle para a Memória e receber dela sinais do tipo wait (espere), para que possa terminar a execução da tarefa para começar outra.

Assim, os barramentos compartilham os dados por vias que são físicas, por meio de fios de cobre, e conectam todos os componentes.

Hierarquia de Barramentos

A Hierarquia está ligada à velocidade de tráfego desses barramentos.

Barramento Local ou Interno

É o barramento mais rápido, já que está dentro da área da CPU e funcionando no mesmo tempo do relógio do processador, ou seja, está na mesma velocidade de clock do processador.

Barramento Sistema

Tem por finalidade fazer a conexão entre o barramento local com os outros componentes do sistema, como por exemplo: memória principal, cache L2, E/S. Ele faz uso do chipset norte da placa-mãe.

Um Circuito Integrado (chipset) cuida de fazer a integração desse barramento deste modo:

      |----------|
      | Placa de |   |-----------|      |------| 
      |  Vídeo   |   | Memória|  |      | CPU  |
      |---|------|   | Principal |      |--|---|
          |          |-----|-----|         | 
          |                | Barramento    |
          |                | de Memória    |
          |           |----|--|            |                         
          |-----------| Ponte |------------|
       Barramento     | Norte |   Barramento Externo
         AGPU         |-------|

Barramento de Expansão (ou E/S)

Sendo o barramento que interliga os dispositivos de E/S com os outros componentes do computador. Tal integração ocorre por meio do chipset (circuito integrado) chamado de: ponte sul.



                    Barramento 
           |------|    PCI     |-------|     
           | Ponte|------------| Algum |
           | Sul  |            |  E/S  |
           |--|---|            |-------| 
              |  
              | Barramento ATA ou IDE
              |
            |-|------|
            | Disco  |
            | Rígido |
            |--------|

💡 Em Discos Rígidos os dois tipos ATA e IDE podem ser integrados irá variar do tipo de memoria escolhida.

ATA

IDE

Slots

Os slots nada mais são que as entradas que os barramentos possuem (as boquinhas que têm na placa-mãe para conectar os fios).

Os slots variam de acordo com o modelo da placa-mãe.

Dispositivos de E/S ⇳

Os dispositivos de entrada e saída são os responsáveis por fazer essa integração da máquina com o humano, para que se possa tanto inserir dados quanto receber esses dados processados.
Possuindo as seguintes funções:

Receber e enviar informações para o meio.
Converter as informações recebidas e enviadas para possuírem um formato inteligível para o computador e para o usuário.

Exemplos: teclado, mouse, HD, SSD, etc.

Classificação dos Dispositivos

Entrada

Eles fornecem os dados, ou seja, um teclado é um dispositivo de entrada.

Saída

Eles exibem os dados, ou seja, um monitor é um dispositivo de saída.

Entrada e Saída

Eles realizam tanto a entrada quanto a saída de dados, uma impressora se enquadra nessa categoria, já que ela recebe o que se quer imprimir e gera a saída do material impresso.

Comunicação

Os dispositivos de E/S precisam se comunicar com a CPU, e para isso existem algumas tecnologias de comunicação.

Serial

Envio de dados bit a bit.

 Gabinete
-----            --------------
| CPU |----------| Controlador | 
------           | ----------- |         ---------
                 |    Buffer   |--------| Teclado |
                  -------------          ---------

O controlador também pode ser chamado de driver.
Buffer: é a área que vai armazenar temporariamente e fazer a sincronização de velocidade.

USB

Uma das formas de fazer a comunicação de dispositivos é o Universal Serial Bus (USB), possuindo alguns tipos, como:

Micro USB: mais lento e comum em carregadores.
USB-A: usado de forma muito comum para conectar laptops, desktops, etc.
USB-C: rápido, carrega e pode-se usar os dois lados para carregar, por exemplo.
USB-B: usado em impressoras.

Bluetooth

É uma forma de conexão feita por ondas de rádio, simples, sem fio e rápida.

Wi-Fi

Conexão feita por sinais sem fio.

Gerenciamento dos Dispositivos

Existem algumas formas de gerenciamento:

Polling: antiga forma de gerenciamento, em que a CPU fica constantemente consultando os dispositivos de E/S para verificar se estão prontos ou precisando de atenção.
Interrupção: a CPU fica ouvindo um dispositivo e, quando este terminar sua tarefa, ela será interrompida para processar a solicitação.
DMA (Acesso Direto à Memória): permite o acesso direto à memória principal para transferir dados, sem a intervenção da CPU em cada processo.

Este é o fim...

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Referencias e links úteis que recomendo e que estou vendo: