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010 · Linux Essentials

Entendendo o Hardware do Computador

TópicoT13Objetivo4.2Peso2PáginasLinux Essentials (010) - Version 4.1

Resumo Conciso

Papel do Linux face ao hardware

  • Sem o hardware, o software "nada mais é do que literatura". O Linux fornece interfaces padronizadas que permitem ao software aceder ao hardware (processamento, armazenamento, E/S). Mesmo a nuvem assenta em hardware físico.
  • Os padrões (conectores, fatores de forma) são estáticos; desempenho e capacidade evoluem. Os conceitos da lição permanecem válidos apesar das mudanças físicas.

Fontes de alimentação e arrefecimento

  • Fontes de alimentação normalizam a eletricidade (tomada → tensões com tolerância estreita). Permitem componentes globais. Servidores usam várias fontes (redundância).
  • Energia = calor; calor excessivo abranda/interrompe componentes. Usa-se ventoinhas + dissipadores de calor (heatsinks), muitas vezes com ventoinha própria, sobre os processadores.

Placa-mãe

  • Interliga todo o hardware via conectores padronizados e fatores de forma; fornece configuração e necessidades elétricas.
  • Firmware (memória não-volátil) configura/inicializa o hardware antes do SO arrancar:
    • BIOS — firmware original (Basic Input/Output System).
    • EFI (Intel) → cedido a organismo de normalização → UEFI (Unified Extensible Firmware Interface). Hoje quase todas as placas usam UEFI. A maioria das pessoas ainda diz "BIOS".
  • Opção frequentemente alterada no firmware: ativar extensões de virtualização.

Memória do sistema (RAM)

  • Conserva dados e código dos programas em execução. Termos: RAM, DIMM, SIMM, DDR. Fisicamente em módulos na placa-mãe (2 GB – 64 GB cada).
  • Mínimos típicos: 4 GB (uso geral), 16 GB (workstation), 128-256 GB (servidores).
  • Swap (espaço de troca): área no disco para onde o Linux move aplicações inativas quando a RAM é insuficiente.
  • Sistemas sem vídeo dedicado usam parte da RAM (~1 GB) como memória de vídeo.
  • Inspeção:
bash
free -m      # em MiBfree -h      # legível (GiB/MiB)

Saída: total / used / free / shared / buff/cache / available (linha Mem:) e idem para Swap:.

Processadores (CPU)

  • Processador = termo geral; CPU = Unidade Central de Processamento de uso geral; GPU = processador gráfico. "Toda CPU é processador, nem todo processador é CPU."
DesignaçãoSignificado
i386Instruções 32 bits (Intel 80386)
x8632 bits, sucessores do 80386 (80486, Pentium…)
x64 / x86-64Suporta 32 e 64 bits da família x86
AMD64x64 da AMD
ARMCPU RISC, não-x86 (embarcados/móveis; Raspberry Pi)
  • Fatores a considerar:
    • Tamanho do bit — 32 vs. 64 bits. Sistemas 64 bits acedem >4 GB; apps 64 bits não correm em CPUs 32 bits.
    • Velocidade de clock (MHz/GHz) — rapidez de execução; PCs desktop raramente passam 2-3 % de CPU ativa.
    • Cache — memória ultra-rápida dentro do chip; camadas L1, L2, L3, L4.
    • Núcleos — CPUs físicas; HTT (Hyper-Threading) = núcleo atua como vários. Mais núcleos ajudam em tarefas paralelas (renderização, VMs multiutilizador).
bash
cat /proc/cpuinfo      # detalhe extensolscpu                  # vista amigável (Architecture, CPU(s), cores, flags…)

Armazenamento

  • HDD — discos magnéticos rotativos (físicos, herméticos). SSD — chips, sem partes móveis (versão evoluída das USBs).
  • Comparação: SSD 3-10× mais caro por GB; acesso aleatório vs. HDD tem latência rotacional; SSD 3-5× mais rápido, consome menos energia, mais fiável.
  • Capacidades comuns: HDD 5 TB, SSD 1 TB. Mas mais capacidade = maior perda em falha + backups mais longos.
  • Interfaces: SCSI ou SATA ligados à placa-mãe; a ordem de boot é definida no firmware.
  • RAID (Redundant Array of Independent Disks) — vários discos com cópias/paridade; níveis 0, 1, 5, 6, 10 (compromissos capacidade/desempenho/redundância). Transparente para o utilizador.
bash
lsblk        # lista dispositivos de bloco e partiçõeslsblk -f     # com FSTYPE/LABEL/UUID/MOUNTPOINT

Partições

  • Mecanismo que diz ao Linux para tratar uma longa sequência de blocos como uma ou várias sequências independentes.
  • Cada partição funciona como dispositivo individual; mas partilham o mesmo hardware físico — se o disco falha, todas as partições falham.
  • Disco bruto precisa de ser formatado (sistema de ficheiros) antes de operações de ficheiros.
  • Usos típicos: gerir espaço, isolar encriptação, suportar vários sistemas de ficheiros, multi-boot.
  • LVM (Logical Volume Manager) — software que combina discos/partições numa única unidade lógica.

Periféricos

  • Fornecem E/S e acesso ao mundo exterior (teclado, rato, som, vídeo, rede).
  • Placas-mãe atuais integram: Ethernet, HDMI, USB (várias versões numa só placa). Slots de expansão para placas dedicadas (gráfica, som, rede, RAID, legados série/paralelo).
  • SoC (System on a Chip) — CPU+memória+SSD+controladores num único circuito integrado. Mais eficientes (energia, espaço, fiabilidade); usados em telemóveis, tablets, Raspberry Pi.
  • Laptops / Tudo-em-Um — periféricos incorporados de fábrica.

Drivers e ficheiros de dispositivo

  • Driver = aceita pedidos padronizados do SO e traduz nos controlos específicos de cada dispositivo → permite ignorar detalhes (HDD, SSD, USB, encriptado…).
  • Ficheiros de dispositivo em /dev:
    • SCSI/SATA: prefixo sd + letra (a, b, c…) por dispositivo físico + número por partição.
      • /dev/sda = dispositivo inteiro; /dev/sda3 = partição 3 de sda.
    • Cartões SD: prefixo mmcblk + p + dígito (mmcblk0p1, mmcblk0p2).
  • Ao listar ls -l /dev/... nota-se:
    • 1ª letra: b (block device) ou c (character device).
    • Campo "tamanho": dois números separados por vírgula (driver + dispositivo).
    • Nome: prefixo + identificador + sufixo partição.
  • O conteúdo de /dev é criado na instalação: existem entradas para todos os drivers/dispositivos possíveis, mesmo ausentes.
ProcessadorTermo geral que se aplica a qualquer tipo de processador. Frequentemente (e mal) usado como sinónimo de CPU.
CPUUnidade Central de Processamento — unidade de processamento que suporta as tarefas computacionais de uso geral.
GPUUnidade de Processamento Gráfico — otimizada para suportar atividades relacionadas com a apresentação de imagens.

Guiado 2 — Componentes críticos para edição de vídeo

Enunciado: Ao executar principalmente aplicativos de edição de vídeo (atividade intensiva em computação), quais componentes/characterísticas teriam o maior impacto na usabilidade: CPU cores · CPU speed · Available system memory · Storage system · GPU · Video display?

Solução:

ComponenteImpacta?Justificação
Núcleos de CPU✅ SimMúltiplos núcleos suportam tarefas concorrentes de apresentação e renderização.
Velocidade da CPU✅ SimRenderização exige atividade computacional significativa.
Memória do sistema⚠️ ProvavelmenteVídeo não-comprimido é grande; 16 ou 32 GB permitem mais quadros em RAM (8 GB é limitante).
Sistema de armazenamento✅ SimFicheiros são grandes; SSD local dá transferência eficiente; drives de rede lentos são contraproducentes.
GPU❌ NãoImpacta sobretudo a apresentação do vídeo renderizado.
Exibição de vídeo❌ NãoIdem — só afeta a apresentação do vídeo já renderizado.

Guiado 3 — Nome do ficheiro /dev para a partição 3 do 3º drive SATA

Enunciado: Qual o nome do ficheiro de dispositivo /dev para a partição 3 do terceiro drive SATA? Opções: sd3p3 · sdcp3 · sdc3.

Solução passo a passo:

  1. 3º drive → letra c (a=1º, b=2º, c=3º). Descarta sd3p3 (3 não é letra).
  2. Partição 3 → sufixo numérico 3 (sem p). Descarta sdcp3 (usa p3).
  3. Combina prefixo sd + dispositivo c + partição 3.
bash
# resultado final/dev/sdc3

Resposta: sdc3 ✅

Guiado 4 — Níveis de RAID e compromissos

Enunciado: Quais são os compromissos entre capacidade, desempenho e redundância nos níveis RAID 0, 1 e 5?

Solução:

RAIDCapacidade utilizávelDesempenhoRedundânciaNotas
RAID 0100% (N × disco)Alta (striping)❌ NenhumaFalha de 1 disco = perda total de dados
RAID 150% (espelho)Leitura alta; escrita igual ao disco✅ Sim (cópia completa)Mínimo 2 discos; tolera N-1 falhas
RAID 5(N-1) × discoAlta leitura; escrita com paridade✅ Sim (paridade distribuída)Mínimo 3 discos; tolera 1 falha

Ligação ao manual: RAID é transparente para o utilizador — o Linux vê uma única unidade de bloco (ex.: /dev/md0). A gestão é feita pelo firmware (hardware RAID) ou pelo kernel via mdadm (software RAID).

🔬 Exercícios Exploratórios (prática no terminal)

Exercícios originais para praticares no terminal Linux. Consolidam o objetivo 4.2 com comandos reais (lscpu, free, lsblk, lspci, lsusb, cat /proc/cpuinfo, cat /proc/meminfo, df, dmidecode). Dica: precisa de uma sessão Linux (física, VM ou WSL). As soluções estão em <details> — tenta primeiro.

Exploratório 1 — Retrato completo do teu CPU

Sem olhar para especificações, descobre: arquitetura, nº de núcleos físicos vs. threads, frequência máx./mín. e uma das flags suportadas (ex.: vmx/svm = virtualização).

bash
# Vista amigável do CPUlscpu# Detalhe por núcleo (inclui "flags" no final de cada bloco)cat /proc/cpuinfo# Confirmar suporte a virtualização (Intel=vmx, AMD=svm)grep -E 'vmx|svm' /proc/cpuinfo | head -1

Como interpretar:

  • Architecture: (ex.: x86_64 ou armv7l) → arquitetura.
  • CPU(s): = threads totais; Core(s) per socket: × Thread(s) per core: permite confirmar hyper-threading.
  • CPU max MHz: / CPU min MHz: — escala de frequência.
  • Se grep devolver linha → virtualização ativa no CPU (podes ativar no firmware/BIOS).

Exploratório 2 — Estado da memória RAM e swap

Determina quanta RAM física tens, quanta está disponível para novos processos e se o swap está a ser usado.

bash
# Resumo legível em GiB/MiBfree -h# Detalhe completo (procura MemTotal, MemAvailable, SwapTotal)cat /proc/meminfo | grep -E 'MemTotal|MemAvailable|SwapTotal|SwapFree'

Leitura:

  • Mem: → total (instalada) e available (estimativa para novos processos).
  • Swap: → se used > 0, o sistema já está a usar disco como RAM (sinal de pressão de memória).
  • buff/cache não é "memória perdida" — pode ser libertada; por isso se deve olhar para available e não free.

Exploratório 3 — Mapa de discos e partições

Identifica todos os dispositivos de bloco, as suas partições, os pontos de montagem e os sistemas de ficheiros. Distingue se há cartão SD (mmcblk) ou NVMe (nvme).

bash
# Árvore de dispositivos de bloco com tipo/size/mountpointlsblk# Acrescenta FSTYPE, LABEL e UUIDlsblk -f# Espaço usado por cada sistema de ficheiros montadodf -h -T

Convenções de nomes a procurar:

  • /dev/sda, /dev/sdb… → SATA/SCSI.
  • /dev/nvme0n1, partições nvme0n1p1… → NVMe moderno.
  • /dev/mmcblk0, partições mmcblk0p1… → cartão SD (ex.: Raspberry Pi).
  • Coluna TYPE distingue disk / part / lvm / rom.

Exploratório 4 — Inventariar periféricos PCI e USB

Lista os dispositivos PCI (gráfica, rede, controladoras) e os dispositivos USB atualmente ligados.

bash
# Dispositivos PCI (gráfica, rede Wi-Fi/Ethernet, áudio…)lspci# Saída verbosa com drivers/kernels em usolspci -k# Dispositivos USB ligadoslsusb# Sumário hierárquico PCI → USBlspci -tv ; lsusb -t

O que procurar:

  • Linhas com VGA compatible controller → GPU.
  • Ethernet controller / Network controller → rede (cabo / Wi-Fi).
  • Se lspci -k mostrar Kernel driver in use:, o módulo/driver está carregado; se vazio, o dispositivo pode não ter driver.

Exploratório 5 — Inspeção de hardware via DMI (SMBIOS)

Descobre fabricante e modelo da placa-mãe, versão do firmware (BIOS/UEFI) e quantos módulos de RAM estão instalados (slots usados vs. livres).

bash
# Requer root; lê a tabela SMBIOS/DMI da placa-mãesudo dmidecode -t baseboard     # fabricante + modelo da placasudo dmidecode -t bios          # fornecedor e versão do firmware (UEFI/BIOS)sudo dmidecode -t memory | grep -E 'Size|Type:|Speed|Locator' | grep -v 'No Module'

Como interpretar:

  • BIOS Information → Vendor + Version → confirma UEFI vs BIOS antiga.
  • Memory Device → Size mostra cada módulo; linhas No Module Installed indicam slots vazios (ainda podes adicionar RAM).
  • Comando inválido ou vazio? Algumas VMs/máquinas expõem pouco DMI — nesse caso usa lscpu, lspci e cat /proc/meminfo.