profs.: joseluce de farias cunha roberto medeiros de faria ulrich schiel ç carga horária:60 h
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Profs.: Joseluce de Farias CunhaRoberto Medeiros de FariaUlrich Schiel 䪗 ç 䪗 軷
Carga Horária: 60 h
O COMPUTADOR E SUAS UTILIDADES
•Substitução de tarefas repetitivas •Tarefas altamente complexas (cálculos científicos e de engenharia)•Processos de tomada de decisão•Informática no Ensino•Projetos de Engenharia e Arquitetura (CAD)•Robótica•Análises estatísticas•Comunicação local e a distância - Internet•Substituição do papel•Interatividade (redes sociais, e-mail, vídeo, música)
História:•Ábaco
•Blaise Pascal (1623-1667) – Pascaline: máquina de somar e subtrair
História:Charles Babbage
(1792-1871) – Calculador analítico: uso de cartões perfurados e registradores. Impressora.
Herman Hollerith (1860-1929): Uso de cartões perfurados. Censo de 1890. Empresa: IBM.
História:Konrad Zuse: computador eletro-mecânico
(Z1) – primeira máquina programável.- Aiken – MARC I. 120m2.- ENIAC - 18 mil válvulas e 1.500 relés, pesava 30 toneladas e consumia 140 quilowatts deenergia.
História:- John von Neumann – arquitetura do
computador ~ cérebro humano
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Computador e Computação
•O Hardware
•O Software
Computador Máquina eletrônica capaz de realizar uma
grande variedade de tarefas com rapidez e precisão
Computadores processam dados a partir de conjuntos de instruções denominadas programas
Um programa é um conjunto especificado/pré-determinado de operações lógicas/aritméticas e fornecer o resultado destas operações
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Os computadores executam quatro tipos de operações
Entrada (Input)
Processamento (Processing)
Saída (Output)
Armazenamento (Storage)
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Ciclo IPOS
Ciclo IPOS
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EntradEntradaa
ProcessamenProcessamentoto
ArmazenamenArmazenamentoto
SaídSaídaa
Sistema de Computação Integração de componentes atuando
como uma entidade, com o propósito de processar dados, para a produzir informações
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Componentes de um Sistema Computacional
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PeoplewaPeoplewarere
SoftwaSoftwarere
HardwarHardwaree
Componentes de um Sistema Computacional Peopleware
Componente humana de um sistema de computação, i.e.
programadores e usuários
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Componentes de um Sistema Computacional
Hardware Componentes físicas de um sistema de
computação, i.e. todos os equipamentos utilizados como teclado, mouse, Unidade Central de Processamento, Unidade de disco, Impressora, etc.
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Componentes de um Sistema Computacional Software
Componente lógica de um sistema de computação, i.e. séries de instruções que fazem o computador funcionar (programas do usuário e programas básicos)
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Unidade Central de Processamento
Unidadede Controle ULA
Memória Principal
Dispositivosde Entrada
Dispositivosde Saída
Memórias Secundárias
Partes funcionais de um computador digital:
Unidade de Entrada
Obtenção da informação a partir de dispositivos de entrada (e.g. teclado, mouse)
Unidade de Saída
Apresenta a informação em dispositivos de saída (e.g. monitor, impressora)
Unidade de Memória Principal (Primária)
Acesso rápido, de baixa capacidade e armazenamento da informação obtida pelos dispositivos de entrada
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Unidade Central de Processamento – UCP (Central Processing unit - CPU)
Supervisão e coordenação das demais unidades que compõem o computado
Unidade de Memória Secundária
Armazenamento barato, de alta capacidade e longa duração
Armazenamento de programas inativos
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Conjunto complexo de circuitos eletrônicos.
Executa instruções de programa armazenadas.
Duas partes:
Unidade de Controle Unidade Lógica e
Aritmética (ULA)
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Direciona o sistema do computador a executar instruções de programa armazenadas.
Deve comunicar-se com a memória e com a ULA.
Envia dados e instruções do armazenamento secundário para a memória, quando necessário.
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Executa todas as operações aritméticas e lógicas.
Operações aritméticas: Adição, subtração, multiplicação, divisão.
Operações lógicas: Compara números, letras ou caracteres
especiais. Testa uma de três condições:
Condição de igualdade (igual a) Condição menor que Condição maior que
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Dois tipos de armazenamento: Armazenamento primário
(memória): Armazena informações temporariamente. A CPU referencia-o tanto para obtenção de
instruções de programa como de dados. Armazenamento secundário:
Armazenamento de longo prazo. Armazenado em mídia externa; por
exemplo, um disco.
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A CPU não pode processar dados diretamente do disco ou de um dispositivo de entrada: Primeiramente, eles devem residir na memória. A unidade de controle obtém dados do disco e
transfere-os para a memória.
Dados e instruções permanecem na memória até serem enviados a um dispositivo de saída ou armazenamento, ou o programa ser fechado.
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Registradores Memória
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Campos de armazenamento temporário de alta velocidade. Localizações de armazenamento
situadas dentro da CPU. Funcionam sob direção da unidade
de controle: Recebem, guardam e transferem Instruções ou
dados. Controlam onde a próxima instrução a ser
executada ou os dados necessários serão armazenados.
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Também conhecida como memória primária, memória principal ou memória central. memória de acesso aleatório (RAM). Não faz parte da CPU.
Retém dados e instruções para serem processados.
Armazena informações somente enquanto o programa está em operação.
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Quatro etapas são executadas para cada instrução:
Ciclo de máquina: a quantidade de tempo necessária para executar uma instrução.
Computadores pessoais executam-nas em menos de um bilionésimo de segundo.
Supercomputadores executam-nas em menos de um trilionésimo de segundo.
Cada CPU tem seu próprio conjunto de instruções:
Aquelas instruções as quais a CPU pode entender e executar.
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1. Captar.2. Decodificar3. Executar4. Armazenar
O clock de sistema sincroniza as operações.
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Também chamado de I-time.1. A unidade de controle recebe a
instrução da memória e a coloca em um registro.
2. A unidade de controle decodifica a instrução e determina qual é a localização na memória para os dados necessários.
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1. A unidade de controle transfere dados da memória para registros na ULA.1. A ULA executa instruções relativas
aos dados.
2. A unidade de controle armazena o resultado da operação na memória ou em um registro.
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1. EXEMPLOCHA R1 (carrega a entrada no registrador R1)
CHA 2 (carrega a entrada no endereço 2)
SUM 2 (soma o valor no endereço 2 ao registrador)
PRT R1 (Imprime o conteúdo do registrador R1)
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Cada localização de memória tem um endereço: Um número único, como em
uma caixa postal. Pode conter somente uma
instrução ou peça de dados: Quando dados são reescritos
na memória, o conteúdo anterior desse endereço é destruído.
Referenciado pelo número: As linguagens de
programação usam um endereço simbólico (nomeado), tal como Horas ou Salário.
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Os computadores entendem duas coisas: ligado e desligado.
Dados são representados na forma binária: Sistema numérico binário
(base 2). Contém somente 2 dígitos: 0 e
1. Corresponde a dois estados:
ligado e desligado.
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Bit (~átomo)
Byte (~molécula)
Palavra (32 bits ou 64 bits) (~célula)
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Abreviação de binary digit (dígito binário). Dois valores possíveis: 0 e 1. Nunca pode estar vazio.
Unidade básica para armazenar dados: 0 significa desligado; 1 significa
ligado.
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Um grupo de 8 bits. Cada byte tem 256 (28) valores
possíveis. Para texto, armazena um caractere:
Pode ser letra, dígito ou caractere especial.
Dispositivos de memória e armazenamento são medidos em número de bytes.
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O número de bits que a CPU processa como uma unidade. Tipicamente, um número inteiro de
bytes. Quanto maior a palavra, mais potente
é o computador. Computadores pessoais tipicamente
têm 32 ou 64 bits de extensão de palavras.
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Kilobyte: 1024 (210) bytes. Capacidade de memória dos computadores pessoais mais
antigos. Megabyte: aproximadamente, um milhão (220) de
bytes. Memória de computadores pessoais antigos. Dispositivos de armazenamento portáteis (disquetes, CD-
ROMs). Gigabyte: aproximadamente, um bilhão (230) de bytes.
Dispositivos de armazenamento (discos rígidos). Capacidade de memória de computadores pessoais,
mainframes e servidores de rede atuais. Terabyte: aproximadamente, um trilhão (240) de
bytes. Dispositivos de armazenamento para sistemas muito grandes
ou discos rígidos de armazenamento externo.
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Provêem uma maneira comum para representar um caractere de dados. Necessários para os computadores
poderem intercambiar dados. Esquemas comuns:
ASCII EBCDIC Unicode
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Sigla de American Standard Code for Information Interchange.
O padrão mais amplamente usado. Usado virtualmente em todos os
computadores pessoais. Exemplos: ASCII(048) = 0, ASCII(065) = A
ASCII(135) = ç ASCII(146) = Æ ASCII(185) = ╣
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Sigla de Extended Binary Coded Decimal Interchange Code. Usado principalmente em mainframes
IBM e compatíveis com IBM.
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Projetado para acomodar alfabetos com mais de 256 caracteres.
Usa 16 bits para representar um caractere. 65.536 valores possíveis.
Exige duas vezes mais espaço para armazenar dados.
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Abriga os componentes eletrônicos do sistema de computador: Placa-mãe (motherboard) Dispositivos de armazenamento
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Placa de circuitos plana que contém os circuitos do computador. A unidade central de
processamento (microprocessador) é o componente mais importante.
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Memória central (armazenamento temporário)
Memórias secundárias (Armazenamento de longo prazo ). Dados não se perdem quando o
computador é desligado. discos rígidos (HD), disquetes,
DVD-ROMs.
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Unidade central de processamento impressa em chip de silício.
Contém dezenas de milhões de minúsculos transistores.
Componentes-chave: Unidade central de
processamento. Registradores. Clock do sistema.
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Comutadores eletrônicos que podem permitir ou não a passagem de corrente elétrica. Se a corrente elétrica passar, o
comutador estará ativado, representando um bit 1.
Caso contrário, o comutador estará desativado, representando um bit 0.
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A Intel produz uma família de processadores: Processadores Pentium 4, Pentium Dual Core,
Core 2 Duo, i3 e i5, na maioria dos PCs. Processador Celeron e Atom vendidos para PCs de
baixo custo. Opteron, Xeon, Itanium, Core 2 Extreme, Core 2
Quad e i7, para estações de trabalho high-end e servidores de rede.
Outros processadores: A Cyrix e a AMD produzem microprocessadores
compatíveis com Intel. Chips PowerPC são usados principalmente em
computadores Macintosh. O microprocessador Alpha, da Compaq, é usado
em servidores high-end.
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RAM e ROM Tecnologias:
Memória semicondutora Memória Flash
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Usada pela maioria dos computadores modernos: Confiável, barata e compacta. Volátil: exige corrente elétrica contínua.
Se a corrente for interrompida, os dados se perdem.
Semicondutor Complementar de Óxido de Metal – Complementary Metal Oxide Semiconductor (CMOS).
Retém informação quando a energia é desligada. Usado para armazenar informações necessárias
quando o computador é inicializado.
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Memória Flash
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• um chip re-escrevível que, ao contrário de uma memória RAM convencional, preserva o seu conteúdo sem a necessidade de fonte de alimentação
Os chips de memória flash assemelham-se aos cartões de crédito.
Menores do que uma unidade de disco e requerem menos energia.
Memória de Acesso Aleatório – Random- Access Memory (RAM)
Memória Somente de Leitura – Read-Only Memory (ROM)
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Dados temporários que podem ser acessados aleatoriamente: O endereço de memória 10 pode ser
acessado tão rapidamente quanto o endereço de memória 10.000.000.
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Contém programas e dados registrados permanentemente na memória pela fábrica. Não pode ser alterada pelo
usuário. Não-volátil: o conteúdo não
desaparecerá quando houver queda de energia.
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Percursos elétricos paralelos que transportam dados entre a CPU e a memória.
Largura de barramento: O número de percursos elétricos
para transportar dados. Medida em bits.
Velocidade de barramento: Medida em megahertz (MHz).
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Tipicamente, a mesma largura do tamanho de palavra da CPU.
Com um tamanho de barramento maior, a CPU pode: Transferir mais dados simultaneamente:
Torna o computador mais rápido. Referenciar números de endereço de memória
maiores: Permite mais memória.
Suportar um número e uma variedade maiores de instruções.
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Quanto maior a velocidade de barramento, mais rapidamente os dados viajarão por meio do sistema.
Computadores pessoais têm velocidades de barramento de 400 MHz, 533 MHz, 800 MHz ou 1066 MHz.
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Adiciona dispositivos periféricos ao sistema: Placa de expansão Porta
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Conectam-se a slots (encaixes) de expansão ou à placa-mãe. São usadas para
conectar dispositivos periféricos.
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Conectores externos para plugar periféricos, como, por exemplo, impressoras.
Três tipos de portas: Seriais: transmitem dados à base de um bit a cada
vez. Usadas para dispositivos lentos, como o mouse e o teclado.
Paralelas: transmitem grupos de bits em conjunto, lado a lado.
Usadas para dispositivos mais rápidos, como impressoras e scanners.
Porta Universal Serial Bus (USB): Permite conectar muitos dispositivos em série na porta
USB.
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As velocidades de instrução são medidas em segundos: Milissegundo: um milésimo de segundo. Microssegundo: um milionésimo de
segundo. Nanossegundo: um bilionésimo de
segundo. Computadores modernos atingiram essa
velocidade. Picossegundo: um trilionésimo de
segundo.
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Medida da velocidade de clock do sistema: Quantos pulsos eletrônicos o clock produz
por segundo. Usualmente, expressa em gigahertz (GHz).
Billhões de ciclos de máquina por segundo. Alguns PCs antigos mediam em megahertz (MHz).
Uma comparação de velocidades de clock somente é significativa entre microprocessadores idênticos.
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MIPS – Um Milhão de Instruções por Segundo. Computadores pessoais de alta velocidade
podem executar mais de 500 MIPS. Tipicamente, uma medida de desempenho
mais acurada do que a velocidade de clock. Megaflop – um milhão de operações
em ponto flutuante por segundo. Mede a capacidade do computador para
executar operações matemáticas complexas.
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Uma área de armazenamento temporário: Agiliza a transferência de dados
dentro do computador. Memória cache Cache de processador
© 2004 by Pearson Education64
Um pequeno bloco de memória de alta velocidade: Armazena os dados e as instruções usados com mais
freqüência e mais recentemente. O microprocessador procura
primeiramente na memória cache os dados de que necessita: Transferidos da cache muito mais rapidamente
do que da memória. Se não estiverem na cache, a unidade de
controle recupera-os da memória. Quanto mais “presença de dados” na cache, mais
rápido é o desempenho do sistema.
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Cache interna (Nível 1) embutida no microprocessador. Acesso mais rápido, porém custo mais
elevado.
Cache externa (Nível 2) em um chip separado. Incorporada ao processador e alguns
microprocessadores atuais.
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Que usa múltiplos processadores simultaneamente
O processador de controle divide o problema em partes:
Cada parte é enviada a um processador distinto. Cada processador tem sua própria memória. O processador de controle monta os resultados.
Alguns computadores que usam processamento paralelo operam em termos de teraflops: trilhões de instruções com ponto flutuante por segundo.
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É um conjunto de programas Um programa são instruções
eletrônicas que informam ao computador como realizar determinadas tarefas
Existem duas classes de software: Software Básico Software Aplicativo
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O software básico tem como finalidade possibilitar a operação e o uso do computador, seja qual for a aplicação (o foco está na máquina) – o software básico se concentra na necessidades gerais de grande parte dos usuários
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TIPOS: sistemas operacionais, compiladores, Utilitários:
Office Comunicação Compactação
SGBD, Tocadores e editores de
áudio, vídeo, etc. 70
solução de um problema específico, utilizando o computador como ferramenta (o foco está na aplicação)
Exemplos: Folha de pagamento Controle de vendas Venda de passagens Sistema de biblioteca
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Customizado Aplicações originais
desenvolvidas por analistas e programadores
Pronto Free (Domínio público, código
aberto,..) Shareware
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Linguagens de Programação
Linguagens de baixo nível Primeira geração: Linguagem de máquina Segunda geração: Linguagem de montagem
(Assembler)
Linguagens de alto nível Terceira geração: Linguagens
procedurais Quarta geração: Linguagens aplicativas
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Linguagens de Programação
Linguagens de baixo nívelInstruções de teste de bit: BITF *AR1, #128 ; TESTA BIT D7 BC ptr, NTC ; vai para ptr se bit for igual a 0 MAR *AR1+ ; incrementa ar apontado por arp (1) ptr: MAR *+AR4(-128) ; sbrk 80h
Linguagens de alto nívelREAD(*, *, ERR=20) A, B, C DELTA = B**2 - 4.0*A*C IF( DELTA.GT.0 ) THEN ! (DUAS RAIZES REAIS)
X1= ( -B-SQRT(DELTA) ) / ( 2.0*A ) X2= ( -B+SQRT(DELTA) ) / ( 2.0*A ) PRINT *, "RAIZES: X1= ", X1 PRINT *, "X2= ", X2
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Sistemas Cliente/Servidor Redes locais (LAN) Redes a distância (WAN) Redes de redes (Internet)
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Comunicação: Digital Analógica Modem
Mídias de Comunicação Cabos coaxiais Fibra óptica Micro-ondas / Satélite Semfio – IrDA, Bluetooth
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Padrões de comunicação Protocolo TCP/IP HTTP: HyperText Transfer Protocol
Topologia da Rede: Estrela Anel Barramento
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Aplicações Aplicações distribuídas Correio eletrônico (e-mail) FAX e FTP Teleconferência A Internet e a Web
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É uma rede de redes mundial Web (é um sistema de hiper-
documentos e serviços interligados na Internet)
HTTP: Protocolo de comunicação na Web Navegador (browser): software de
exploração da Web URL: Endereço de um membro da
Internet http://www.dsc.ufcg.edu.br/~icc (protocolo://nome do computador/end local
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Navegadores
Mozilla-Firefox; Chrome; Explorer
Mecanismo de busca na WEB Um Banco de Dados de todos
endereços da Web indexados por palavras-chave
Google, Yahoo, Bing, ..80
Aplicações
Comércio eletrônico Pagamentos Serviços Bancários Portais e home-pages Blogs e redes sociais Notícias
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