UniversidadeFederaldeRoraimaNcleodeEducaoaDistnciaPr-ReitoriadeEnsinoeGraduaoCentrodeCinciaseTecnologiaDepartamentodeCinciadaComputaoCursodeLicenciaturaemProf.JooPaulodeBritoGonalvesINFORMTICA BSICA/2Licenciatura em InformticaGoverno FederalMinistro de EducaoFernando HaddadIfes Instituto Federal do Esprito SantoReitorDnio Rebello ArantesPr-Reitora de EnsinoCristiane Tenan Schlittler dos SantosCoordenadora do CEAD Centro de Educao a DistnciaYvina Pavan BaldoCoordenadoras da UAB Universidade Aberta do Brasil Yvina Pavan BaldoMaria das Graas ZamborliniCurso Licenciatura em InformticaCoordenao de CursoGiovany Frossard TeixeiraDesigner Instrucional Jonathan Toczek SouzaProfessor Especialista/AutorJoo Paulo de Brito GonalvesG635iGonalves, Joo Paulo de BritoIntroduo informtica / Joo Paulo de Brito Gonalves. 2009. Cachoeirode Itapemirim: Ifes, 2009.109 folhas.Material do curso de Licenciatura de Informtica Distncia Instituto Federal do Esprito Santo, Campus Cachoeiro de Itapemirim, 2009.1. Informtica - Introduo. 2. Processamento de dados. 3. Computadores - Evoluo. I. Ttulo. CDD 004.25 DIREITOS RESERVADOSIfes Instituto Federal do Esprito SantoAv. Vitria Jucutuquara Vitria ES - CEP - (27) 3331.2139Crditos de autoria da editoraoCapa: Juliana Cristina da SilvaProjeto grco: Juliana Cristina da Silva / Nelson TorresIconograa: Nelson TorresEditorao eletrnica: Duo TranslationsReviso de texto: Zenas Vieira RomanoCOPYRIGHT proibida a reproduo, mesmo que parcial, por qualquer meio, sem autorizao escrita dos autores e do detentor dos direitos autorais.3Introduo InformticaOl, Aluno(a)! um prazer t-lo conosco. OIfesofereceavoc,emparceriacomasPrefeiturasecomoGoverno Federal,oCursodeLicenciaturaemInformtica,namodalidadedis-tncia.Apesar de este curso ser ofertado distncia, esperamos que haja proximidadeentrens,pois,hoje,graasaosrecursosdatecnologiada informao(e-mails,chat,videoconfernca,etc.),podemosmanteruma comunicao efetiva. importante que voc conhea toda a equipe envolvida neste curso: coor-denadores, professores especialistas, tutores distncia e tutores presenciais. Assim, quando precisar de algum tipo de ajuda, saber a quem recorrer.NaEaD-EducaoaDistncia-vocogranderesponsvelpelo sucessodaaprendizagem.Porissonecessrioqueseorganizepara os estudos e para a realizao de todas as atividades, nos prazos esta-belecidos, conforme orientao dos Professores Especialistas e Tutores.Fique atento s orientaes de estudo que se encontram no Manual do Aluno!AEaD,pelasuacaractersticadeamplitudeepelousodetecnologias modernas, representauma nova forma de aprender, respeitando, sempre, o seu tempo.Desejamos a voc sucesso e dedicao!Equipe do Ifes4Licenciatura em InformticaFala do ProfessorConceitos importantes. Fique atento!Atividades que devem ser elaboradas por voc, aps a leitura dos textos.Indicao de leituras complemtares, referentes ao contedo estudado.Destaquedealgoimportante,referenteao contedo apresentado. Ateno!Reexo/questionamentosobrealgoimpor-tante referente ao contedo apresentado.Espao reservado para as anotaes que voc julgar necessrias.ICONOGRAFIAVeja, abaixo, alguns smbolos utilizados neste material para gui-lo em seus estudos.5Introduo InformticaINTRODUO INFORMTICACap. 1 - CONCEITOS DE PROCESSAMENTO DE DADOS91.1.Dados X Informao91.2Processamento de Dados131.2.1Entrada141.2.2Processamento141.2.3Sada141.2.4Armazenamento14Cap. 2 - EVOLUO DOS COMPUTADORES172.1Geraes de Computadores172.1.1Gerao Zero172.1.2Primeira Gerao222.1.3Segunda Gerao242.1.4Terceira Gerao252.2A Era dos Microcomputadores e das Interfaces Grficas26Cap. 3 - SISTEMAS NUMRICOS333.1Introduo aos Sistemas Numricos333.1.1.Sistema Binrio343.1.2Sistema Hexadecimal353.2Representao Interna de Dados no Computador393.2.1.Cdigo Ascii41Cap. 4 - ORGANIZAO E ARQUITETURA DE SISTEMAS DE COMPUTADORES ATUAIS454.1Hardware X Software454.1.1.Software Bsico464.1.2Utilitrios474.1.3Aplicativos484.2O Conceito de Arquitetura484.3 Nveis de Arquitetura504.4Compilao de Programas514.5Execuo de Programas536Licenciatura em InformticaCap. 5 - MEMRIA575.1Introduo575.2Tipos de Dispositivos de Memria595.2Endereamento da Memria Principal615.3A Interao entre Processador e Memria Principal635.4Memrias Cache65Cap. 6 - PROCESSADORES716.1A Seo de Processamento716.2A Execuo de Instrues746.3A Seo de Controle756.4O Sinal de Clock77Cap. 7 - DISPOSITIVOS DE DISCO817.1Introduo817.2Discos Rgidos827.2.1Geometria de um HD847.3Taxa de Transferncia Interna e Externa85Cap. 8 - DISPOSITIVOS DE ENTRADA E SADA898.1Introduo aos Dispositivos de E/S898.2Organizao de uma Interface de E/S918.3Tcnicas de Transferncia de Dados938.3.1.E/S com Polling938.3.2E/S com Interrupo958.3.3E/S com Acesso Direto Memria96Cap. 9 - TPICOS AVANADOS EM ARQUITETURA DE COMPUTADORES999.1A tcnica de pipelining999.2Arquiteturas Superescalares1019.3Arquiteturas RISC x CISC1029.3.1A Filosofia RISC1049.4Arquiteturas Paralelas106REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS1097Introduo InformticaAPRESENTAOOl!Meu nome Joo Paulo de Brito Gonalves, responsvel pela disciplina In-troduo Informtica. Atuo como professor do Ifes h um ano e j lecio-nei em outras instituies de ensino superior (FACIG, UNIPAC e DOC-TUM).SougraduadoemCinciadaComputao(2003)pelaUFJFe Mestre em Informtica (2006) pelo IME. Atualmente fao ps-graduao em Administrao em Redes Linux pela Universidade Federal de Lavras. Minhasreasdeinteresseso:RedesdeComputadores,comnfaseem serviosderede,SistemasOperacionaiscomnfaseemvirtualizaoe Organizao e Arquitetura de Computadores.Nesta disciplina, voc conhecer a organizao bsica de um computador e ter as noes iniciais sobre informtica que sero essenciais no decorrer do seu curso. Visto que uma disciplina introdutria, sendo, portanto, ofe-recida no primeiro semestre, no sero necessrios conhecimentos prvios acerca dos assuntos aqui abordados.O objetivo deste material auxili-lo no estudo da disciplina Introduo Informtica, por meio de dicas e sugestes que destacam os pontos mais importantesaseremestudados.Aquivocencontrarconceitoscomos quais trabalharemos ao longo de todo o Curso, o que no dispensa a utili-zao dos outros livros que fazem parte da bibliograa sugerida.Em geral, para ser bem sucedido neste curso, importante que se faam os exerccios e se estude regularmente, evitando-se, dessa forma, o acmulo de contedo. Por falar nisso, acumular contedo deve ser evitado em qualquer processo educacional,poiscomprometeoaprendizadodoalunoetornaoatode estudarmontonoeenfadonho.DeveseraindamaisevitadoemEaD, pois a organizao do tempo se torna essencial para o sucesso de qualquer empreitada. Ento, se voc pode tornar o seu aprendizado uma viagem divertida por um universo novo e rico em possibilidades, por que no faz-lo? Assim,desejoavocmuitosucessoeempenhonestaetapaquese inicia!Prof. Joo Paulo de Brito Gonalves8Licenciatura em Informtica9Introduo InformticaPrezado aluno,Comearemosnossaprimeiraaulacomumavisogeralsobrea funo primordial dos computadores, que a transformao de da-dos em informaes teis para ns, seres humanos. Adespeitodequodiferentessoasformasatravsdasquaisos computadores realizam esta tarefa, o ciclo entrada-processamento-sada est presente em todas as abordagens. Entender como esse ci-clo acontece e conhecer os dispositivos participantes do processo so osobjetivosqueesperamosquevocalcanceaonaldocaptulo, quandovocdevercomprovarseusconhecimentosrealizandoos exerccios propostos.Bom estudo!1.1. Dados X InformaoCom o crescimento das atividades do homem em vrios setores da vida, e com o aumento do uxo de informaes, surge, cada vez mais, a neces-sidade de organizar tais informaes de forma prtica, rpida e segura.Houve um tempo em que arquivos com pastas suspensas eram bastante utilizados e muito teis para o armazenamento de informaes. Atual-mente, esse tipo de recurso no atende necessidade de armazenamen-to e organizao dos dados, devido grande produo de informaes e ao tempo desperdiado em pesquisas com essa forma de armazenamen-to. Ento, comeou a surgir a necessidade do uso de algum dispositivo que permitisse o armazenamento destes dados de forma eletrnica.Mas o que so dados? Dados so conjuntos de informao em estado bruto que, atra-vs de determinados processos, se transformam em informao.CONCEITOS DE PROCESSAMENTO DE DADOS10Licenciatura em InformticaOuseja,osdados,porsis,noapresentamsignicadotilparao serhumano,soapenassmbolos,letrasounmeros.Umexemplo ilustrativooprocessodecriaodetextoscomumeditordetex-to.Quandoinserimososcaracteresqueirocomporotexto,letras, nmerosecaracteresespeciais,estesindividualmentenopossuem signicado til para o ser humano. Entretanto, ao ser agrupado sob a forma de um texto, o conjunto passa a expressar algum signicado, se tornando com isso, informao. Mas o que ento informao?Informao um conjunto de resultados que so obtidos aps um processamento,equegeralmentepossuisignicado,deformaa ser til em algum processo da atividade humana.Muitaspessoasassociamoconceitodeinformaoaousodocompu-tador de forma indissocivel, entretanto a transformao de dados em informaesacontecedesdeosprimrdiosdahumanidade.Oqueo computadorrealizanaverdade,oprocessamentoautomticodeda-dos,quepodeserdenidocomoqualqueratividadeque,utilizando informaes (ou dados), efetua transformaes para obter novas infor-maes (ou dados) como resultado. Voltando ao exemplo do editor de texto, as transformaes envolvidas na criao do texto seriam o agru-pamento e a formatao dos dados para formar o texto completo. Desta deniodaprincipalfunodocomputador,podemosderivaruma denio para o prprio computador.OComputadorumaferramentaquepermitearealizaodo processamentoautomtico(oueletrnico)dedados,visando criao de informao.Os computadores vm ocupando espao, esto cada vez mais presen-tes, at mesmo em lugares antes inimaginveis. No cinema, por exem-plo,oslmessoprojetadoscomauxliodecomputadores;emuma farmcia, por menor que ela seja, sempre existe um computador para registrar os produtos e os preos. Tudo isso sem falar nas grandes em-presas, bancos, supermercados, escolas, hospitais, enm, onde a utili-zao desses equipamentos for til.Captulo 111Introduo InformticaE em quantas partes se divide um computador?Bom, podemos considerar duas formas de diviso. Uma a diviso ex-terna,quevisvelparaqualquerpessoa.Aoutraadivisointerna, ondeestooscomponentesdesuaarquitetura,quepermitemqueele realize processamento automtico de dados. Por ora, vamos conhecer a organizao externa dos computadores, que se encontra na gura 1.1.Figura 1.1: organizao externa do computadorFonte: Histria do Computador (2009)Na diviso acima ilustrada, encontramos dispositivos bastante conheci-dos do nosso dia-dia. Temos o teclado, til para a entrada de dados no computador, o mouse, tambm usado para inserir comandos de clique e posicionamento dentro do computador, o monitor, utilizado para apre-sentarasinformaesgeradasdentrodocomputadorparaousurio, eogabinete,quecontmumconjuntodecomponentesedispositivos responsveispeloprocessamentoefuncionamentodocomputadore equipamentos auxiliares.Oscomputadorespodemserclassicadosdeacordocomseuportee funcionalidade. Uma classicao simples pode ser feita assim:a) computadores de porte manual ou PDAs; b) notebooks ou computadores portteis; c) computadores de mesa ou desktops; e,d) mainframes ou computadores de grande porte e os supercomputadores.Conceitos de Processamento de Dados12Licenciatura em InformticaVale citar que, por conta das intersees existentes entre funcionalida-des de dispositivos eletrnicos temos, por exemplo, telefones celulares atuandocomocomputadores.Comisso,torna-seumtantocomplexa uma diviso em categorias distintas.PDA(PersonalDigitalAssistants)ouHandheld,oAssistente Pessoal Digital, umcomputador de dimenses reduzidas, dotado degrandecapacidadecomputacional,cumprindoasfunesde agenda e sistema de escritrio elementar, com possibilidade de in-terconexo com um computador pessoal em uma rede sem osUm mainframe um computador de grande porte, dedicado nor-malmenteaoprocessamentodeumvolumegrandedeinforma-es. Os mainframes so capazes de oferecer servios de proces-samento a milhares de usurios atravs de milhares de terminais conectados diretamente ou atravs de uma rede.Este o momento de chamar sua ateno para uma importante as-sociaoquecasonotenhasidofeita,importantequesefaa agora. Lendo os pargrafos anteriores, voc prestou ateno quando foi descrito que o teclado e o mouse permitem a entrada de dados e comandos e o monitor permite a sada das informaes?Lembra-se,ainda,quefoiditoanteriormentequeafunoprimordialdo computador a transformao automtica de dados visando gerar informao? Desta forma, acho que j possvel visualizar na sua vida prtica esta dinmica, no ?Almdotecladoedomousecomodispositivosdeentradaedo monitorcomodispositivodesada,queoutrosdispositivosdo computador voc imaginaria com as mesmas funes?Captulo 113Introduo Informtica1.2 Processamento de Dados Comofaladoanteriormente,afunoprimordialdocomputadora transformao de dados em informaes teis para ns, seres humanos. Mas, como realizada esta transformao?Em linhas gerais, podemos denir o ciclo de processamento do com-putadorcomocompostoportrsetapasbsicas:entrada,processa-mento e sada. Na etapa de entrada, os dados so inseridos de forma eletrnica no computador atravs de dispositivos projetados para esta nalidade, chamados de dispositivos de entrada. Na etapa de proces-samento, os dados so manipulados internamente no computador de forma a gerar os dados de sada, ou informao que so visualizados atravs de dispositivos de sada. Caso estas informaes geradas sejam relevantes para o uso posterior do usurio, elas podem ser armazena-das em dispositivos de armazenamento.Figura 1.2: ciclo entrada-processamento-sadaOs dispositivos envolvidos neste processo so muitos, sendo que a gura 1.3 nos d uma ideia da tamanha diversidade existente. As prximas sees abordaro cada uma das classes de dispositivos envolvidos no processo.Figura 1.3: exemplos de dispositivos de entrada, sada, processamento e armazenamentoFonte: Histria do Computador (2009)Conceitos de Processamento de Dados14Licenciatura em Informtica1.2.1 EntradaOsdispositivosdeentradapermitemaousuriocomunicar-secomo computador. Podem ser utilizados para recolher dados de entrada for-necidos pelo usurio e emitir comandos. O teclado, o mouse e o joystick so exemplos de dispositivos de entrada.1.2.2 ProcessamentoA Unidade de Processamento Central (CPU) o processador, disposi-tivoprincipaldeumcomputador.Oprocessadorprocessainstrues, efetua clculos e gere o uxo da informao. A CPU est para um com-putador assim como o crebro est para o ser humano. O processador oresponsvelpelaexecuodasinstruesdoprograma(soware), recorrendo a todos os componentes da arquitetura envolvente para re-alizar as tarefas que no dependam exclusivamente de si (ex.: leitura do teclado, impresso, apresentao no monitor etc.). Podemos, ento, di-zer que o processador recebe os dados de entrada, efetua operaes com eles e devolve as informaes atravs dos dispositivos de sada.1.2.3 SadaOsdispositivosdesadapermitemqueocomputadorsecomunique com o usurio. Eles convertem informaes eletrnicas produzidas pe-los programas instalados no computador em uma forma inteligvel pelo homem, com o m de serem apresentadas aos usurios nais. Ainda que seja possvel receber informaes dos computadores em uma multipli-cidade de formas, os monitores de vdeo e as impressoras foram, e ainda so, as formas mais comuns de sada de dados dos computadores.1.2.4 ArmazenamentoUmdispositivodearmazenamentousadoparaguardarinformao para um uso posterior. Desta forma, estes dispositivos podem ser usa-dostantoparaleituradearquivosquantoparasuagravao.Umdos principais dispositivos de armazenamento o disco rgido ou HD (Hard Disk), pois armazena todos os programas e dados, que cam gravados no computador aps o seu desligamento. Alm dele, so dispositivos de armazenamento: disquetes, CDs, DVDs etc.Captulo 115Introduo Informtica[1] MONTEIRO, M. A., Introduo a Organizao de Computa-dores. Editora LTC, 2006[2] MURDOCCA, M. J.; HEURING V.P., Introduo a Arquitetu-ra de Computadores, Rio de Janeiro, Editora Campus, 2001.[3] PATTERSON, D. A.; HENESSY, J. L., Organizao e Projeto de Computadores. Editora LTC, 2000[4] TANENBAUM, A. S., Organizao Estruturada de Computa-dores. Editora LTC, 1999AtividadesRespondasquestesabaixoedepoisenvie-aspeloambiente Moodle,seguindoasinstruesdeformatoedatadeentrega descritas na Tarefa 1:a) Diferencie dados de informao e explique como um gerado a partir do outro.b) Quais as funes dos dispositivos de entrada? Cite pelo menos dois exemplos diferentes dos vistos no captulo.c)Quaisasfunesdosdispositivosdesada?Citepelomenos dois exemplos diferentes dos vistos no captulo.d) Quais as funes dos dispositivos de armazenamento? Cite pelo menos dois exemplos diferentes dos vistos no captulo.3Atalgunsanosatrsexistiamostermosnotebookelap-top para designar computadores portteis, que podiam ser carregados em uma maleta. Hoje em dia, estes termos so considerados inter-cambiveis sendo que vemos uma predominncia de uso do ter-monotebook.Entretanto,quandoforamoriginalmentecriados, estes dois termos designavam computadores diferentes. Pesquise na Internet as diferenas entre eles.4 Pesquise e descreva as diferenas entre os PDAs e os Smartphones.Conceitos de Processamento de Dados16Licenciatura em InformticaCaptulo 117Introduo InformticaPrezado aluno,Agora que voc j entende a funo primordial de um computador e consegue visualizar como o processo de uso acontece em linhas gerais, hora de entender como o computador chegou at sua forma atual.Neste captulo, voc conhecer as principais invenes que partici-param desta evoluo e como elas se complementaram em um pro-cesso contnuo de desenvolvimento.Aonaldaleituradocaptulo,osobjetivosquevocdeveatingir so: entender a importncia das invenes histricas para a criao dos computadores e o impacto que estas transformaes tiveram em nossa sociedade atual. Na atividade proposta no ambiente voc dever entender um pouco maisumainvenodesuaescolha,descrevendo-aemumatarefa descrita ao nal do captulo.Bom estudo!2.1 Geraes de Computadores2.1.1 Gerao ZeroDesde os primrdios da humanidade, o ser humano vem buscando criar uma srie de auxlios para ajud-lo em suas necessidades de clculo e resoluo de problemas. Os homens primitivos no tinham necessidade de contar, pois o que necessitavam para a sua sobrevivncia era retirado da prpria natureza. A necessidade de contar comeou com o desenvol-vimento das atividades humanas, quando o homem foi deixando de ser pescador e coletor de alimentos para xar-se no solo.O homem comeou a plantar, produzir alimentos, construir casas, pro-tees e forticaes, e passou a domesticar animais, usando os mesmos para obter a l e o leite, tornando-se criador de animais domsticos, o que trouxe profundas modicaes na vida humana.EVOLUO DOS COMPUTADORES18Licenciatura em InformticaAs primeiras formas de agricultura de que se tem notcia, foram criadas h cerca de dez mil anos na regio que hoje denominada Oriente Mdio.A agricultura passou ento a exigir o conhecimento do tempo, das esta-es do ano e das fases da Lua. Assim comearam a surgir as primeiras formas de calendrio.No pastoreio, o pastor usava vrias formas para controlar o seu rebanho. Pelamanh,elesoltavaosseuscarneiroseanalisavaaonaldatarde, se algum tinha sido roubado, fugido, se perdido do rebanho ou se havia sidoacrescentadoumnovocarneiroaorebanho.Assimelestinhama correspondncia um a um, onde cada carneiro correspondia a uma pe-drinha que era armazenada em um saco.Nocasodaspedrinhas,cadaanimalquesaaparaopastodemanh correspondia a uma pedra que era guardada em um saco de couro. No naldodia,quandoosanimaisvoltavamdopasto,erafeitaacorres-pondncia inversa, onde, para cada animal que retornava, era retirada uma pedra do saco. Se no nal do dia sobrasse alguma pedra, porque faltava algum dos animais e se algum fosse acrescentado ao rebanho, era s acrescentarmais uma pedra. A palavra que usamos hoje, clculo, derivada da palavra latina calculus, que signica pedra pequena.Acorrespondnciaunidadeaunidadenoerafeitasomentecompe-dras, mas eram usados tambm ns em cordas, marcas nas paredes, ta-lhes em ossos, desenhos nas cavernas e outros tipos de marcao.Devido s limitaes mentais dos homens primitivos, eles necessitaram com o tempo criar uma srie de auxlios para ajud-los em sua crescente necessidadedecalcular.Umadasferramentasmaisantigasjcriadas para ajudar o homem a calcular foi o baco. O baco surgiu aproximadamente a 4.000 a.C. Em sua verso original, ele era formado por uma placa de argila, onde se escreviam algarismos que auxiliavam nos clculos. Aps aprimoramentos, cerca de 200 a.C., o baco era constitudo por uma moldura retangular de madeira, com varetasparalelasepedrasdeslizantes.Umdosbacosmaispopulares foi desenvolvido na China, foi chamado de Suan-Pan e era usado para adies e subtraes. Captulo 2 19Introduo Informtica Figura 2.1 baco Fonte: Histria do Computador (2009)Passaram-sesculossemquequalquerinvenocasseregistradaat que fossem criados os bastes de Napier no nal do sculo XVI.Eram tabelas mveis de multiplicao e diviso feitas de marm. O respons-velfoiumnobreescocschamadoJohnNapier,inventortambmdos logaritmos. Apesar de dispositivos semelhantes aos bastes terem sido usados desde o nal do sculo XVI, eles s apareceram documentados a partir de 1614. Um conjunto completo de bastes de Napier consiste em 9 peas: uma para cada dgito de 1 a 9 e ajudava no processo de mul-tiplicao de nmeros.Em 1642, um francs de 18 anos de nome Blaise Pascal, inventou a pri-meira mquina de somar, a Pascalina, que executava operaes aritm-ticas, quando se giravam os discos interligados. Essa mquina foi a pre-cursora das calculadoras mecnicas.Figura 2.2PascalinaFonte: Histria do Computador (2009)Em 1802, Joseph Jacquard, na Frana, passou a utilizar cartes perfura-dos, para controlar suas mquinas de tear e automatiz-las. Esse proces-so despertou,j nessa poca, temor pelo desemprego, provocando uma grande reao popular contra essa espcie de pr-automao.Evoluo dos Computadores20Licenciatura em InformticaEntre1802e1822,CharlesBabbage(1792-1871),ummatemticoe engenheiro britnico, construiu a mquina de diferenas que baseava-setambmnoprincpiodediscosgiratrioseeraoperadaporuma simplesmanivela.Babbageconsideradooprecursordosmodernos computadores eletrnicos digitais.Figura 2.3 Mquinas das DiferenasFonte: Histria do Computador (2009) Em1833,Babbageprojetouumamquinabastanteaperfeioada,quecha-moudeMquinaAnaltica.AMquinaAnalticapoderiaserprogramada para calcular vrias funes diferentes, era constituda de unidade de controle de memria aritmtica e de entrada e sada. Sua operao era governada por conjunto de cartes perfurados, de modo que, de acordo com os resultados dos clculos intermedirios, a mquina poderia saltar os cartes, modicando dessa forma o curso dos clculos. Porm, sua mquina s pde ser concluda anos aps a sua morte, tornando-se a base para a estrutura dos computadores atuais, o que fez com que Charles Babbage fosse considerado como o Pai do Computador. De fato, o projeto de mquina de Babbage muito se aproxima do projeto das mquinas atuais, pois possua dispositivos de entrada e sada, uma memria e engrenagens que permitiam o processamento.Figura 2.4 Mquina AnalticaFonte: Histria do Computador (2009)Captulo 2 21Introduo InformticaAproximadamente em 1885, Herman Hollerith, funcionrio do Depar-tamentodeRecenseamentodosE.U.A,percebeuquearealizaodo censo anual demorava cerca de 10 anos para ser concludo e que a maio-ria das perguntas tinha como resposta sim ou no. Em 1886 idealizou um carto perfurado que guardaria as informaes coletadas no censo eumamquinacapazdetabularessasinformaes.Construiuento a Mquina de Recenseamento ou Mquina Tabuladora, perfurando-se cercade56milhesdecartes.Comisso,eleconseguiuobterosre-sultados em tempo recorde, isto , 3 anos depois do censo ele j tinha os resultados. A mquina foi sucesso nos EUA e foi usada no censo do Canad, ustria e Rssia.Em funo dos resultados obtidos com seu invento, Hollerith, em 1896, fun-dou uma companhia chamada TMC - Tabulation Machine Company, asso-ciando-se, em 1914 a duas outras pequenas empresas, e formando a , que se tornou, em 1924, a conhecida IBM - Internacional Business Machine.Com a chegada da Segunda Guerra Mundial, houve a necessidade de se projetar mquinas capazes de executar clculos balsticos com rapidez e preciso, para serem utilizadas na indstria blica. Desta forma, houve um grande impulso no desenvolvimento dos computadores, e surgiram os primeiros sistemas hbridos eletromecnicos.Comisso,surgiu,em1944,oprimeirocomputadoreletromecnico, oMARKI,(construdonaUniversidadedeHarvard,pelaequipedo professorH.Aiken,comaajudananceiradaIBM,queinvestiuUS$ 500.000,00 no projeto). Esse computador, era controlado por programa eusavaosistemadecimal,tinhacercade15metrosdecomprimento e 2,5 metros de altura e era envolvido por uma caixa de vidro e de ao inoxidvel brilhante. Aps ele, foi iniciado o projeto de um computador totalmente eletrnico, iniciando a 1 gerao de computadores.Figura 2.5 MARK I (IBM archives)Fonte: Histria do Computador (2009)Evoluo dos Computadores22Licenciatura em Informtica2.1.2 Primeira GeraoAprimeirageraodecomputadoresmarcadapelosurgimentodos primeiroscomputadoreseletrnicos.Umgrandenmerodeprojetos foram implementados, baseados na utilizao de rels e vlvulas eletr-nicas para a realizao de clculos automaticamente. Os rels so eletroms cuja funo abrir ou fechar contatos eltri-cos com o intuito de interromper ou estabelecer circuitos. J a vlvula um dispositivo que conduz a corrente eltrica num s sentido.Uma das grandes vantagens da primeira gerao em relao s mquinas eletromecnicas era, sem dvida, a maior velocidade de processamento. Entretanto, por serem todos baseados em tecnologias de vlvulas eletr-nicas, normalmente quebravam aps no muitas horas de uso, devido ao alto aquecimento que as vlvulas alcanavam em pouco tempo de uso.Em1943,umprojetobritnico,sobalideranadomatemticoAlan Turing, colocou em operao uma srie de mquinas mais ambiciosas, dentreelasoColossusque,aoinvsderelseletromecnicos,usava 2.000 vlvulas eletrnicas. OColossustrabalhavacomsmbolosperfuradosnumaargoladeta de papel que, inserida na mquina de leitura fotoeltrica, comparava a mensagem cifrada com os cdigos conhecidos at encontrar uma coin-cidncia. Ele processava 25.000 caracteres por segundo e foi muito usa-do para decifrar cdigos alemes secretos. Talvez o computador mais relevante desta gerao seja o ENIAC (Eletro-nic Numerical Interpreter and Calculator ou seja, Computador e Intr-prete Numrico Eletrnico), projetado para ns militares pelo Depar-tamento de Material de Guerra do Exrcito dos EUA, na Universidade de Pensilvnia. Era o primeiro computador digital eletrnico de grande escala e foi pro-jetado por John W. Mauchly e J. Presper Eckert. A entrada de dados no ENIAC era baseada na tecnologia de cartes perfurados e os programas erammodicadosatravsdereconguraesnocircuito.Apesardas dvidas com relao sua conabilidade, o ENIAC permaneceu opera-cional por mais de 10 anos e em algumas operaes, conseguia ser at mil vezes mais rpido que o MARK I.Captulo 2 23Introduo InformticaFigura 2.6 ENIACFonte: Histria do Computador (2009)O ENIAC realmente possua dimenses gigantescas. Veja o ENIAC em nmeros:18.000 vlvulas - 70.000 resistores - 10.000 capacitores - Peso: 30 toneladas- rea: 1 400 m- Consumo: 150 quilowatts de potncia- 5000 adies ou 300 multiplicaes por segundo- Uma das maiores contribuies da poca para a evoluo dos compu-tadoresveiodeumdosconsultoresquetrabalhavamcomoENIAC, chamadoJohnVonNeumann.Elepercebiaasdiculdadesinerentes programao destes computadores e delineou com isso os elementos crticos de um sistema de computador (memria, processador e dispo-sitivosdeentradaesada)eoconceitodeprogramaarmazenadoem memria, que at hoje a base da arquitetura dos computadores. OnovoconceitodeprogramaointroduzidoporVonNeumanndeu origem a muitos outros projetos, nos quais ele prprio esteve envolvido, comoporexemplo,oEDVAC(ElectronicDiscreteVariableAutomatic Computer),eoIBM650(oprimeirocomputadordaIBM).Oinven-to de perifricos como a impressora e dispositivos de ta magntica, e particularmente do transistor, marcaram o m da primeira gerao de computadores e o incio da segunda, composta por computadores me-nores e mais econmicos.Evoluo dos Computadores24Licenciatura em InformticaPode parecer estranho e at engraado que mquinas to grandes e inecientes como o ENIAC e o EDSAC fossem o que havia de me-lhor naquela poca. Entretanto, preciso entender que elas eram o que de melhor a tecnologia existente poderia construir. Como no existianadamaisavanadonapoca,elaseramconsideradaso topo da evoluo tecnolgica humana. Voc pode no ter pensado nisso,masdaquitalvez60,70anososcomputadoresserototal-mente diferentes dos que temos agora, alm de muito mais rpidos e econmicos. Provavelmente, algum daquela poca olhar para um velho computador de mesa encostado em um canto e car imagi-nando como um computador daqueles pode ter sido o que havia de melhor no mundo em uma poca passada....2.1.3 Segunda GeraoA segunda gerao foi marcada por computadores transistorizados, ou seja,queusavamumcomponenteeletrnicochamadotransistor.Este componenteapresentavaumconsumoeaquecimentomuitomenores queasvlvulas,almdeseremmaisconveis.Porcontadetambm possuir dimenses menores, sua adoo contribuiu para uma reduo no tamanho dos computadores da poca.Em 1952, John Mauchly e Presper Eckert abriram sua prpria rma na Fila-da e criaram o UNIVAC (Universal Automatic Computer, ou seja, Compu-tador Automtico Universal), destinado ao uso comercial. Mquina eletr-nica de programa armazenado, que recebia instrues de uma ta magntica de alta velocidade ao invs dos cartes perfurados, o UNIVAC foi utilizado para prever os resultados de uma eleio presidencial. O UNIVAC marcou tambm o surgimento de dois perifricos: o UNITYPER e UNIPRINTER. Figura 2.7 UNIVAC e seus perifricosFonte: Histria do Computador (2009)Captulo 2 25Introduo InformticaEm 1955, conclui-se o primeiro computador transistorizado, feito pela BellLaboratories:oTRADIC,com800transistores,cadaumemseu prprio recipiente. O transistor um componente eletrnico que comeou a se po-pularizarnadcadade1950tendosidooprincipalresponsvel pelarevoluodaeletrnicanadcadade1960,ecujasfunes principais so amplicar e chavear sinais eltricos. Figura 2.8 TRADIC Fonte: Histria do Computador (2009)2.1.4 Terceira GeraoDe 1958 a 1959, Robert Noyce, Jean Hoerni, Jack Kilby e Kurt Lehovec par-ticiparam do projeto de desenvolvimento do primeiro CI - Circuito Inte-grado. O circuito intergrado um conjunto detransistores e outros com-ponenteseletrnicosminiaturizadosemontadosnumanicapastilhade silcio. A tecnologia dos circuitos integrados, que permitiu a substituio de dezenas de transistores numa nica pea de silcio, viabilizou o surgimento de computadores de menores dimenses, mais rpidos e menos caros.Em 1960, a IBM lana o IBM/360, cuja srie marcou uma nova tendncia na construo de computadores com o uso de CI. Os computadores desta srie eram mais poderosos e baratos e aceitavam uma grande variedade de perifricos, tornando-se com isso um enorme sucesso comercial.Evoluo dos Computadores26Licenciatura em InformticaEm 1965, a Digital Equipment introduz o PDP-8, primeiro minicompu-tador comercial com preo competitivo. Naquelapoca,onveldeintegraoexistentenoschipseradepequena escala de integrao (SSI Small Scale of Integration) com a qual cerca de mil transistores podiam integrar-se no circuito de uma pastilha. Com o passar dosanos,foramdesenvolvidasescalasmaioresdeintegrao,deformaa conseguir alocar mais transistores em uma mesma pastilha de silcio.Figura 2.9 IBM 360Fonte: Histria do Computador (2009)Um outro computador desta gerao que conheceu grande sucesso, par-ticularmente nas universidades e centros de pesquisa, foi o minicompu-tador da srie PDP-11.A inveno dos circuitos integrados teve efeito importante na vitria dos EstadosUnidosnadisputaespacialcomaantigaUnioSoviticaena conquista da Lua, pois tornou possvel o embarque de computadores mais complexos em foguetes, necessrios para o xito das misses espaciais.2.2 A Era dos Microcomputadores e dasInterfaces GrficasEm 1974, Ed Roberts, do MITS (Micro Instrumentation and Telemetry Systems), em Albuquerque - Novo Mxico, construiu um microcompu-tador chamado ALTAIR 8800. Esse microcomputador, construdo com base no processador da Intel, o 8080, descendente do processador Intel 8008, tornou-se um grande sucesso, marcando o incio de uma inds-triamultibilionria.RobertsesperavavendercercadeoitocentosAL-TAIRporano,mastevediculdadesparasatisfazer4.000pedidos.O ALTAIR considerado o primeiro microcomputador comercial criado, e marcou o incio da era de popularizao dos computadores para usu-rios domsticos.Captulo 2 27Introduo InformticaNesta poca, dois estudantes, William (Bill) Gates e Paul Allen criam o pri-meiro soware para microcomputador, uma adaptao do BASIC (Begin-ners All-Purpose Symbolic Instruction Code, ou Cdigo de Instrues Sim-blicas para todos os Propsitos dos Principiantes) para o ALTAIR. Anosmaistarde,GateseAllenfundaramaMicroso,umadasmais bem sucedidas companhias de soware para microcomputadores. En-quantoacomercialcriado,emarcouoinciodaeradepopularizao dos computadores para usurios domsticos. Sthephen Wozniak e Steve Jobs formaram em 1976 uma pequena em-presa, a Apple, onde construram, numa garagem de fundo de quintal, o Apple I. Um ano depois, com um novo e melhor projeto, surge o Apple II,primeiromicrocomputadorcomgrandesucessocomerciale,mais tarde,oAppleIII.AApplesetornouumadasmaioresfabricantesde microcomputadores e se expandiu rapidamente.Percebendo o rpido crescimento da Apple, a IBM comeou a car apre-ensiva, dado que at ento ela era a maior fabricante de computadores e lder no mercado mundial. At ver o sucesso da Apple, a IBM nunca acreditou que microcomputadores seriam um mercado rentvel, sendo acreditando que o lucro residia nos grandes mainframes empresariais.Rapidamente, a IBM requisita um projeto de um microcomputador para disputar mercado com a Apple, chamado de IBM PC. Aps um acordo de parceria entre a Intel e a Microso, a IBM montou e lanou o primei-ro PC Personal Computer (Computador Pessoal), com o processador chamado 8088 e usando o sistema operacional MS-DOS.Desta forma, rmou-se uma acirrada disputa que permitiu que milhares de pessoas possussem computadores pessoais em suas casas. Entretanto, ainda havia um problema: todos os computadores da poca possuam a chamada interface de linha de comando, ou seja, a forma atravs da qual o usurio interagia com os computadores era sempre usando comandos inseridos via teclado em uma tela geralmente de baixa resoluo. Com o uso cada vez mais crescente dos computadores por pessoas com pouco conhecimento de informtica, comeava a existir a necessidade da cria-o de uma forma mais fcil de interao com o sistema.Em uma visita aos laboratrios da Xerox, Steve Jobs, da Apple entrou em contato com tecnologias de ponta que estavam sendo desenvolvi-das:ainterfacegrcaeomouse,umdispositivoapontadorquefoi ridicularizadonapoca.Percebendooimensopotencialdeusabili-dade que tais dispositivos teriam, Steve Jobs passa a exigir no projeto de seus computadores o uso da interface grca, culminando em 1984 Evoluo dos Computadores28Licenciatura em InformticacomolanamentodoMacintosh,alinhadecomputadoresmaisco-nhecida da empresa.Posteriormente, a Microso lana o WINDOWS 1.0, que foi uma inter-face grca para o MS-DOS e era executado no IBM-PC. Essa interface evoluiuparanovasverses,culminandonoMicrosoWindows,um sistema utilizado por milhes de usurios ao redor do mundo. Hoje existe uma clara tendncia por computadores cada vez menores, mais rpidos e com interface cada vez mais intuitiva, com o uso de dispositivos de fcil interao com o usurio, como telas sensveis ao toque, por exemplo.ATIVIDADE 1Descrevaemnomximotrslinhasasprincipaiscaractersticas de cada gerao de computadores (3 Linhas para cada gerao co-meando na gerao zero).______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________Captulo 2 29Introduo InformticaFigura 2.10Apple IIFonte: Histria do Computador (2009)Interface Grca do usurio um tipo de interface que permite a interao com dispositivos digitais, atravs de elementos grcos como cones e outros indicadores visuais, em contraste interface de linha de comando. A interao feita atravs do mouse ou do teclado, com os quais o usurio capaz de selecionar smbolos e manipul-los de forma a obter algum resultado prtico. Os sm-bolos so chamados cones e so agrupados em uma tela grca colorida de alta resoluo. Figura 2.11Macintosh Fonte: Histria do Computador (2009)Evoluo dos Computadores30Licenciatura em InformticaOcrebrohumano,deumpontodevistaestritamentefuncional, pode ser denido como um sistema complexo de 100 bilhes de neu-rnios. Para conter o mesmo nmero de elementos do crebro, um computador dos anos 40 (vlvulas) teria as dimenses de So Paulo, enquantononaldosanos50(transistores)teriaasdimensesdo Cristo Redentor e nos anos 60 (circuitos integrados de baixo nvel de integrao) teria as dimenses de um nibus. Atualmente, crebro e computador esto se equiparando em termos de dimenses.[1]MONTEIRO, M. A., Introduo a Organizao de Com-putadores. Editora LTC, 2006[2]MURDOCCA,M.J.;HEURINGV.P.,Introduoa ArquiteturadeComputadores,RiodeJaneiro,EditoraCampus, 2001.[3]PATTERSON, D. A.; HENESSY, J. L., Organizao e Pro-jeto de Computadores. Editora LTC, 2000[4]TANENBAUM, A. S., Organizao Estruturada de Com-putadores. Editora LTC, 1999Atividade 2Agora hora de voc entender um pouco melhor uma inveno quetenhacontribudoparaaevoluodoscomputadores.No sei se voc percebeu, mas foram dados poucos detalhes acerca de cada inveno, primeiramente para permitir uma maior uidez ao textoetambmparaquevocpossacomplementarasinforma-es dadas com as pesquisas feitas no seu trabalho.Desta forma, leia o enunciado da Tarefa 2 no ambiente e siga as re-gras de formatao e entrega de seu trabalho sobre uma inveno especca. Lembre-se de que a escolha da inveno a ser estudada deveserfeitanoWikiprprioparatal,colocandoseunomena frente da inveno que voc escolher. Bom trabalho!31Introduo InformticaPara quem se interessa pela histria da informtica, indico dois lmes que podem ser interessantes para aumentar seu conhecimento:- O piimeiio o lme Enigma (2001), com DOUGRAYSCOTTeKATEWINSLETe contaumpoucodahistriadoscomputa-dores Colossus e Enigma, usados para cifrar e decifrar cdigos na 2 Guerra Mundial. O lme reconstitui bem a tecnologia da poca, embora seja historicamente falho, pois atri-bui a um matemtico ctcio os feitos reali-zados pelo cientista Alan Turing. Talvez voc tenha um pouco de diculdade para ach-lo nas locadoras, mas ainda sim vale a pena.- O segundo lme Piratas da Informtica (1999),quecontaaascensodaAppleeda Microso,asduasmaioresempresasdein-formtica do planeta. Em busca da liderana domercadoSteveJobs(NoahWyle)eBill Gates(AnthonyMichaelHall),fundadores das empresas, enfrentam-se em uma guerra debastidores.Apesardemaisantigoqueo anterior, provvel que voc tenha mais fa-cilidade em ach-lo nas locadoras, pois ele amplamente utilizado em escolas e faculdades quando se fala em hist-ria da informtica. Como todo lme, vrios dilogos so ctcios, mas pelo menos a reconstituio dos acontecimentos mais el histria. Vale muito a pena.32Licenciatura em InformticaCaptulo 2 33Introduo InformticaLinguagem C Mtodos e Estratgias de EstudoPrezado aluno,Agora que voc j entendeu alguns conceitos bsicos sobre a organi-zao do computador e viu como foi seu processo de evoluo, est na hora de conhecer como o computador entende internamente os dados inseridos pelo usurio.Veremosqueseriamuitocomplexoparaocomputadorentender osdadosdaformacomoentendemos.Sendoassim,eleusauma linguagem muito mais simples para tal, onde existem apenas dois smbolos, o 0 (zero) e o 1 (um). Aonaldaleituradocaptulo,osobjetivosquevocdeveatingir so:entenderaimportnciadossistemasbinrioehexadecimal paraoscomputadoresecomonmerosexpressosemumsistema podem ser transformados em nmeros em outro sistema numrico. Na atividade proposta no ambiente, voc dever realizar os exerccios que esto no nal do captulo e envi-los de acordo com as instrues.Bom estudo!3.1 Introduo aos Sistemas NumricosSistemas numricos so sistemas de notao usados para repre-sentar quantidades abstratas denominadas nmeros. Um sistema numrico denido pela base que utiliza. A base o nmero de smbolosdiferentes,oualgarismos,necessriospararepresentar um nmero qualquer, dos innitos possveis no sistema.Vimos no captulo passado que os homens primitivos no tinham ne-cessidade de contar, pois o que necessitavam para a sua sobrevivncia era retirado da prpria natureza. A necessidade de contar comeou com o desenvolvimento das atividades humanas, quando o homem foi dei-xando de ser pescador e coletor de alimentos para xar-se no solo.SISTEMAS NUMRICOS34Licenciatura em InformticaDestanecessidadeprimitivadeclculo,surgiramossistemasnumricos para que fosse possvel representar uma variedade sem limites de diferentes nmeros. Talvez o primeiro sistema numrico moderno existente seja o sis-tema decimal devido sua natural associao com os dedos das mos.O sistema decimal um sistema de notao posicional. Em um sistema de nmero posicional, um nmero representado por uma sequncia de dgitos na qual cada posio de dgito tem um peso associado. Tomando como exemplo o sistema decimal, ou base 10, que o sistema numrico que utilizamos diariamente (0, 1, 2, ... 9), o valor D, que o valor absolu-to de um nmero decimal de 4 dgitosd3d2d1d0 D = d3*10 +d2*10 +d1*10 + d0*100. Desta forma, o nmero 547 pode ser representado como 547(10) = 5x102 + 4x101 + 7x100= 500 + 40 + 7 = 547. 3.1.1. Sistema BinrioO sistema binrio, ou base 2, apresenta unicamente dois dgitos: 0,1. Nes-se sistema a contagem realizada do seguinte modo: 0, 1, 10, 11, 100, 101, 110, 111, 1000, ... O sistema numrico binrio moderno foi documentado de forma abrangente por Gottfried Leibniz no sculo XVIII em seu artigo Explication de lArithmtique Binaire. O sistema de Leibniz utilizou 0 e 1, tal como o sistema numrico binrio corrente nos dias de hoje.Para se converter um nmero binrio em um nmero decimal, multipli-ca-se o algarismo do nmero binrio pela base elevada ao expoente de sua posio no nmero, sendo que a base do nmero binrio sempre dois. Por exemplo: 1001 =1x23 + 0x22 + 0x21 + 1x20 = 8 + 0 + 0 + 1= 9Desta forma, o dgito menos significativo (mais a esquerda) sem-premultiplicadopor20,sendoqueesteexpoenteacrescidoa1 medidaquevamosseguindoosdgitosdaesquerdaparaadireita. Apsfazerasdevidasmultiplicaesdedgitoporbaseelevadaao expoente, s somar as parcelas.Para se transformar um nmero decimal em um nmero binrio, divi-de-se o nmero decimal pela base 2, obtendo um resultado e um resto. Caso o resultado possa ainda ter outra diviso pela base, tornar-se- a fazerestaoperao,attermosumresultadoquenopossamaisser dividido pela base, ou seja, d como quociente o resultado zero. Com isso, teremos o nmero em questo, sendo o primeiro dgito igual ao ltimo resultado. Por exemplo, para achar o nmero binrio correspon-dente ao nmero decimal 18, poderamos realizar a seguinte operao:Captulo 335Introduo Informtica Figura 3.1: converso decimal - binrioDesta forma, podemos perceber que aps realizarmos a diviso, s preci-samos pegar os restos das divises sucessivamente feitas, de trs para fren-te para, desta forma, compormos o nmero binrio correspondente.3.1.2 Sistema HexadecimalNosistemahexadecimalutilizam-se16smbolosdiferentes,quevo de 0 a 9 e a partir do 9, temos as letras de A a F. Essas letras represen-tam os nmeros de 10 a 15. Assim, ns contamos os dgitos hexadeci-mais da seguinte forma: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F. Ainda possvel utilizar um H ao nal do nmero, para mostrar que se trata de um nmero hexadecimal. Para convertermos um nmero hexadecimal em nmero binrio, toma-se cada grupo de quatro algarismos binrios da direita para a esquerda, e se faz a converso desses grupos individualmente em algarismos hexa-decimais, mas obedecendo sempre a transformao com quatro dgitos binrios para cada digito hexadecimal. Desta forma:Figura 3.2: exemplos de converso binrio - hexadecimalSistemas Numricos36Licenciatura em InformticaAgura3.3mostraacorrelaoentreossistemasdecimal,binrioe hexadecimal.Figura 3.3 - correlao entre os sistemas binrio, decimal e hexadecimalPara se converter um nmero hexadecimal em um nmero binrio to-ma-se cada algarismo hexadecimal e transforma-o em binrio individu-almente, mas obedecendo sempre a transformao com quatro dgitos binrios para cada nmero hexadecimal. Por exemplo: Figura 3.4- converso de um nmero hexadecimal em binrio Captulo 337Introduo InformticaVoc deve estar se perguntando por que precisamos de quatro al-garismos binrios para cada nmero hexadecimal. Isto se deve ao fatodeque,pararepresentarmostodososalgarismoshexadeci-mais de 0 a F, precisamos de 4 algarismos binrios, pois o 0 0000 em binrio e o F 1111.O nmero binrio correspondente ser a juno dos conjuntos de nmeros binrios criados a partir da converso de cada algarismo hexadecimal.Para convertermos um nmero hexadecimal em decimal, ns utilizamos amesmafrmulautilizadanaconversobinrioparadecimal,sendo a base 2 logicamente trocada por 16. Por exemplo, para convertermos B2Ah em decimal:B2Ah =11*16 + 2*16 + 10*16= 2816 + 32 + 10 = 2858Destaforma,necessrioconvertermoscadaalgarismohexadecimal maior que 9 em um nmero decimal, de modo que possam ser feitas as operaes de multiplicao e soma para se achar o resultado. Jparaconvertermosumnmerodecimalemhexadecimal,nsutili-zamos a mesma frmula utilizada na converso de um nmero decimal em binrio, dividindo por 16 em vez de 2. Por exemplo, para converter-mos 32 em hexadecimal:Figura 3.5- converso de um nmero decimal em hexadecimalRecolhemos ento os restos de trs para frente para criarmos o nmero hexadecimal correspondente.Destaforma,foipossvelentenderoprocessodeconversoentreos sistemas numricos mais comuns. Mas qual a utilidade destes sistemas para a informtica em geral? Entenderemos isto na prxima seo.Sistemas Numricos38Licenciatura em InformticaObserve que quanto menor a base do sistema maior em quan-tidadedealgarismossoosnmerosquepodemserformados pelosistema.Porexemplo,umnmeroemnotaobinriaser sempre maior que seu correspondente em notao decimal, e bem maior que seu correspondente em hexadecimal. ATIVIDADE 1Realize as seguintes converses:a)convertaosseguintesnmerosdosistemabinrioparaosistema decimal:111010101100110001 b)convertaosseguintesnmerosdecimaisparaosistema binrio:21552715 c) transforme os nmeros abaixo de binrio para hexadecimal:1100011110001111000111001000110011 d)Transformeosnmeroshexadecimaisabaixoemnmeros binrios:1EDHABFH37 HCaptulo 339Introduo Informtica3.2 Representao Interna de Dados no ComputadorAindaquepossamosvisualizarosdadosqueentramesaemdocom-putadoremumamultiplicidadedeformasdiferentes,internamenteo computador s consegue entender dados armazenados em um formato: o binrio. Portanto, a importncia de conhecer o sistema binrio reside no fato de que este o sistema usado para armazenar todos os tipos de dados do computador. Dentro dele, as informaes geralmente so armazenadas sob a forma debytes,queogrupamentobsicodebitsqueocomputadoropera como uma unidade singular. Um bit o menor elemento dos dados (um dgito binrio) que pode ter valor zero ou um. Via de regra, o byte con-siste em oito bits, e utilizado para representar um caractere de dados namaioriadosesquemasdecodicaoemcomputador(porexem-plo, 8 bits = 1 byte). A capacidade dos dispositivos de memria de um computador normalmente expressa em termos de bytes. As principais unidades de medida existentes so:1 Byte = 8 bits 1 KB (Kilobyte) = 210 = 1024 bytes1 MB (Megabyte)= 220 = 1024 Kbytes = 1.048.576 bytes1 GB (Gigabyte)= 230 = 1024 MB = 1.073.741.824 bytes1 TB (Terabyte)= 240 = 1024 GB = 1.099.511.627.776 bytesMUITASPESSOASSEQUESTIONAMOPORQUDEAS UNIDADES DE MEDIDA DO BYTE NO SEREM NMEROS MLTIPLOS DE 10. ISTO SE D PELO FATO DE QUE, COMO ABASEUSADABINRIA,OSNMEROSRESULTANTES SEMPRE SO MLTIPLOS DE 2. Arazopelaqualtodaainformaonocomputadorrepresentada apenaspordoissmbolosqueoscomputadoresdigitaistrabalham internamentecomdoisnveisdetenso,peloqueoseusistemade numerao natural o sistema binrio (aceso, apagado). Com efeito, num sistema simples como este possvel simplicar o clculo, com o auxlio da lgica booleana.Sistemas Numricos40Licenciatura em InformticaOsistemabinriobaseparaalgebrabooleana(deGeorgeBoole- matemticoingls),quepermitefazeroperaeslgicasearitmticas usando-se apenas dois dgitos ou dois estados (sim e no, falso e verda-deiro, tudo ou nada, 1 ou 0, ligado e desligado). Toda eletrnica digital e computao est baseada nesse sistema binrio e na lgica de Boole, quepermiterepresentarporcircuitoseletrnicosdigitais(portaslgi-cas) os nmeros ou caracteres, e realizar operaes lgicas e aritmticas. Os programas de computadores so codicados sob forma binria e ar-mazenados nas mdias (memrias, discos, etc) sob esse formato.AlgebradeBooleumconjuntodeestruturasalgbricasque capturamaessnciadasoperaeslgicas,ouseja,estruturas que permitem equacionar as expresses lgicas. Foi proposta em 1854 pelo o matemtico britnico George Boole, que publicou um artigo fundamental detalhando um sistema lgico que se tornaria conhecido como lgebra Booleana. Seu sistema lgico tornou-se essencial para o desenvolvimento do sistema binrio, particular-mente sua aplicao a circuitos eletrnicos.Os bytes representam todas as letras (maisculas e minsculas), sinais depontuao,acentos,sinaisespeciaiseatsinaisquenopodemos ver, mas que servem para comandar o computador e que podem, in-clusive, ser enviados pelo teclado ou por outro dispositivo de entrada de dados e instrues. Ainda que tenha ficado clara a importncia do sistema binrio, voc pode estar se perguntando: qual a importncia do sistema hexadeci-mal neste contexto?Osistemahexadecimalpossuiumaprofundaaplicaonainformti-ca,pelofatodequedoisalgarismoshexadecimaissoobastantepara representar toda a informao representada por um byte. Voc deve se lembrar que foi dito que quando menor a base do sistema, maior a quantidadenecessriadedgitospararepresentarcertonmero.Des-ta forma, um nmero muito grande em binrio se torna sensivelmente menor em hexadecimal. Por essa razo, a notao hexadecimal usada para simplicar representaes de grandes volumes de informao ar-mazenados em binrio no computador.Captulo 341Introduo Informtica3.2.1. Cdigo AsciiNos pargrafos anteriores foi apresentada a ideia de que toda informa-o existente no computador est organizada na forma de nmeros bi-nrios. Entretanto, essa informao inserida no computador na forma de caracteres inteligveis ao homem. Ento, como o computador repre-senta os caracteres do usurio na forma de nmeros binrios e depois faz o processo inverso?A resposta simples: para essa tarefa so usados cdigos que atribuem a cada caractere do teclado um cdigo binrio nico.UmdoscdigosmaisusadoseamplamenteaceitosocdigoASCII. Noincio,eramusadoscdigosde7bits,quepermitiamadenio de128 caracteres, preenchendo completamente os sete bits disponveis. Desses, 33 no so imprimveis, como caracteres de controle atualmente obsoletos, que afetam o processamento do texto. Exceto pelo caractere de espao, o restante composto por caracteres imprimveis.ASCII , portanto, um cdigo de 7 bits, mas muitos computadores ma-nipulam uma quantidade de 8 bits (byte). Portanto, os caracteres ASCII devemserfrequentementearmazenadosumporbyte,comobitmais signicante igual a 0. O bit extra , algumas vezes, usado para propsitos especcos, dependendo da aplicao. Por exemplo, algumas impresso-ras reconhecem um ASCII estendido, com os caracteres adicionais ini-ciando pelo bit mais signicativo igual a 1. Esses caracteres habilitam a impressoraaimprimirsmbolosadicionais,comooalfabetogregoou fontes do tipo itlico.Figura 3.6- Cdigo ASCIIFonte: Histria do Computador (2009)Sistemas Numricos42Licenciatura em Informtica[1] MONTEIRO, M. A., Introduo a Organizao de Computa-dores. Editora LTC, 2006[2] MURDOCCA, M. J.; HEURING V.P., Introduo a Arquitetu-ra de Computadores, Rio de Janeiro, Editora Campus, 2001.[3] PATTERSON, D. A.; HENESSY, J. L., Organizao e Projeto de Computadores. Editora LTC, 2000[4] TANENBAUM, A. S., Organizao Estruturada de Computa-dores. Editora LTC, 1999Apesardeseromaisfamoso,cdigoASCIInoanicacodi-cao binria possvel de caracteres existente. Alm dele, ainda temos outras codicaes como ISO Latin-1, EBCDIC (Extended Binary Coded Decimal Interchange Code) que um padro de pro-priedade da IBM, os caracteres ANSI, suportados pelo Windows e o padro UNICODE.Atividades 1 Realize as atividades abaixo e envie-as de acordo com o enun-ciado da Tarefa 3 do ambiente:Converta para o sistema decimal:a) 11000102 =b) 01111002 =c) 1000010102 =d) 1010110012 =e) 20F16 =f) 4BE16 =g) 100A16 =h) 9F016 = Captulo 343Introduo Informtica2 - Converta para o sistema binrio:a) 14410 =b) 30110 =c) 7210 =d) 23110 =e) 20216 =f) F1616 =g) AA0B16 =h) D99F16 =3 - Converta para o sistema hexadecimal:a) 125310 =b) 81910 =c) 301410 =d) 160010 =e) 01110110112 =f) 10001100012 =g) 1101110002 =h) 11101Sistemas Numricos44Licenciatura em InformticaCaptulo 345Introduo InformticaPrezado aluno,Agora que voc j obteve conhecimentos acerca da organizao b-sicadocomputador,suaevoluoatosdiasatuaiseaformade representao de dados entendida por ele, hora de entender como o computador funciona na prtica e a forma como seus programas do dia-a-dia so executados internamente.Destaforma,vocirobterumconhecimentomaisprofundoda mquina, mas a obteno deste conhecimento exigir que voc sai-ba fazer as devidas associaes sobre tudo que viu at agora.Os objetivos que esperamos de voc ao nal deste captulo so: en-tenderasdiferenasbsicasentresowareehardware,entender como os mesmos se complementam e compreender como se organi-za internamente um sistema computacional.Na atividade proposta no ambiente, voc dever realizar os exerc-cios que esto no nal do captulo.Bom estudo!4.1 Hardware X SoftwareAtestemomento,falamosapenasdedispositivosfsicosdocomputa-dor, ou seja, dispositivos palpveis, que podem ser tocados. Entretanto, quando pensamos no uso dirio do computador, sempre fazemos uma associaocomosprogramasqueusamosemnossodia-a-dia.Esses programas no so fsicos, como os componentes dos quais falamos at ento, mas so essenciais para nossas atividades. Podemos perceber que h uma clara diferena entre os dispositivos f-sicoseosprogramas,aindaquenosejapossvelimaginarousodo computador sem um deles. Assim sendo, damos a denominao de hardware a todos os itens fsicos docomputadoreadenominaosowareatodosositenslgicos,ou seja, todos os programas instalados no computador.ORGANIZAO E ARQUITETURA DE SISTEMAS DE COMPUTADORES ATUAIS46Licenciatura em InformticaO hardware representa a parte fsica (equipamentos) de um com-putador-sendoconstitudodosseuscomponentesmecnicos, eltricos e eletrnicos -, incluindo quaisquer equipamentos peri-fricos, tais como impressora, teclado, modem e mouse. Almdohardwareesoftware,aindaexisteoPeopleware,que compreendetodasaspessoasenvolvidasemumsistemade computao,desdeengenheirosdehardwareesoftwareat usurios finais.No faz muito sentido pensar no uso de um computador sem soware instalado, da mesma forma que no teria nenhuma utilidade ter um sof-tware sem um computador para execut-lo. Estas ideias so to difceis de desassociar que geralmente falamos dos dois como um conjunto, sob o nome de sistema computacional ou sistema de computao.Devido sua diversidade e vasta utilidade na atividade humana, o sof-twaredocomputadorpossuialgumasdivisesconhecidas.Aseguir, apresentaremos algumas delas.4.1.1. Software BsicoPodemosdenirsowarebsicocomosowareusadoparacontrolar oucoordenarousodohardwareentrevriosprogramasaplicativose usurios.Taissowarescaracterizam-seporforteinteraocomhar-dware de computador e por um intenso uso de mltiplos usurios. Fa-zem parte deste grupo a BIOS (Basic Input Output System), os drivers de dispositivos e o sistema operacional.Os drivers de dispositivo so programas que fazem parte do n-cleo do sistema operacional e possuem como funo dirigir ou controlar o funcionamento de um dispositivo (geralmente de en-trada e sada), fornecendo uma forma de interao entre este usu-rio e o dispositivo.

Captulo 4 47Introduo InformticaBios signica Basic Input Output System, ou sistema bsico de entrada e sada. A Bios a primeira camada de soware do siste-ma, que ca gravada em um pequeno chip na placa me, e tem a funo de dar a partida, reconhecendo os dispositivos instalados no micro e realizando a inicializao do sistema.Um sistema operacional um programa que atua como intermedirio en-tre o usurio e o hardware de um computador e tem por funo gerenciar os recursos de hardware disponveis, fornecendo ao usurio um ambiente conveniente e eciente para executar seus programas. O sistema operacio-nal o principal programa do sistema, que controla todos os recursos do computador (dispositivos fsicos e funes de soware). Ele tambm tem por funo realizar a interao entre o usurio e os dispositivos do siste-ma, permitindo um uso mais fcil do computador pelo usurio. Exemplos de sistemas operacionais so o Windows, Linux, UNIX, etc. Dentre suas vrias funes especcas, podemos citar:execuo de programas.- gerncia das operaes de entrada/sada. - manipulao do sistema de arquivos. - deteco de erros- alocao de recursos. - gesto da memria principal- proteo do sistema computacional - Porcontadaexistnciadeumadisciplinaespecficasobreoas-suntonocurso,noentraremosemdetalhesadicionaisacercado sistema operacional.4.1.2 UtilitriosUtilitrios so programas criados para auxiliar a utilizao de um Siste-ma Operacional. Os utilitrios geralmente no so usados para nenhu-maatividadedeproduohumanadireta,mascomoonomediz,so teis para garantir a estabilidade e o bom funcionamento do sistema. A maioriadossistemasoperacionaisofereceumconjuntodeprogramas utilitrios que tornam o ambiente mais conveniente para o desenvolvi-mento e execuo de programas. Esto nesta categoria os vericadores de disco, desfragmentadores de disco etc. Organizao e Arquitetura de Sistemas de Computadores Atuais48Licenciatura em Informtica4.1.3 AplicativosComo o nome propriamente diz, aplicativos so programas criados para seremaplicadosematividadeshumanas,comoediodetexto,cria-o de planilhas eletrnicas, comunicao, dentre outros. Possuem geral-mente interface grca de fcil interao com o usurio, permitindo um alto nvel de interatividade. So exemplos de aplicativos: editores de texto, programas para envio de e-mail, programas de editorao grca, etc.A diviso de soware acima a mais comum, mas no a nica existente. voc conseguiria pensar em alguma outra categoria de soware existente no citada no texto?4.2 O Conceito de ArquiteturaEsta uma seo introdutria sobre arquitetura de computadores. Sen-do assim, importante, em primeiro lugar, denir precisamente o signi-cado que aqui ser dado ao termo arquitetura de computador. A arquitetura de um computador um modelo da organizao e funcio-namentodeumsistemadeprocessamento.Adescriodaarquitetura destaca as funes dos componentes bsicos de um computador, a interco-nexo destes componentes e o modo como os componentes interagem.Esta seo focaliza aqueles tipos de sistemas que j fazem parte do nos-so cotidiano prossional, basicamente os microcomputadores. A Figura 1.1 mostra a organizao tpica de um sistema computacional.Figura 4.1. Organizao tpica de um computador.Captulo 4 49Introduo InformticaEstaguramostraostrscomponentesbsicosdeumcomputador:o processador (tambm conhecido como unidade central de processamen-to), a memria principal e as interfaces de entrada e sada. O processa-dor o componente ativo, controlador de todo o sistema. o processador que realiza todas as operaes sobre os dados, de acordo com o indicado pelas instrues no cdigo do programa. A memria principal armazena as instrues que so executadas pelo processador, e os dados que sero manipulados. As interfaces de entrada e de sada so as portas de comu-nicao para o mundo externo, s quais esto conectados os dispositivos perifricos tais como monitor de vdeo, teclado, discos e impressora. Uma interface de entrada e sada um canal de comunicao entre o computador e um dispositivo de entrada e sada. Essa interface possibilita a comunicao entre o computador e o dispositivo de forma inteligvel, possibilitando ao sistema controlar o funciona-mento do dispositivo.Oscomponentesbsicossointerconectadospormeiodeumbarra-mento,atravsdoqualoprocessadorrealizaoacessoainstruese dadosarmazenadosnamemriaprincipal.tambmatravsdesse mesmobarramentoqueoprocessadorrecebeouenviadadosparaas interfaces de entrada/sada. Instruesedadoscamarmazenadosemlocaesdememria,na memria principal. Para realizar o acesso a uma informao, o proces-sador envia para a memria, atravs do barramento, o endereo da lo-cao de memria que contm a informao onde ser feito o acesso. A informao trocada entre o processador e a memria, tambm atravs dobarramento.Oacessosinterfacesdeentrada/sadasemelhante, sendo cada interface identicada por um endereo nico. AFigura4.1eadiscussoaelaassociadadescrevemsucintamentea arquiteturadeumcomputador.Conformemencionadoacima,essa descrio indica quais so os componentes bsicos da arquitetura (pro-cessador,memriaprincipaleinterfaces)esuasfunes,comoesto interconectados(atravsdeumbarramento)ecomointeragem(troca de endereos, instrues e dados atravs do barramento). Nos captulos que se seguem, a arquitetura ser descrita com mais deta-lhes. Por ora, o conhecimento aqui visto o suciente. Organizao e Arquitetura de Sistemas de Computadores Atuais50Licenciatura em InformticaObserve que foi dada nfase aos componentes internos do com-putador, no sendo considerados os acessrios externos sem liga-o com os componentes internos que a arquitetura de um com-putador ditada pelos componentes envolvidos em seu sistema de processamento, ou seja, na execuo de programas.4.3 Nveis de ArquiteturaNarealidade,oconceitodearquiteturapodeseraplicadoadiferentes sistemas de hardware e soware, levando a diversos nveis de arquitetu-ra conforme mostra a Figura 4.2. Figura 4.2. Nveis de arquiteturaOnveldearquiteturadeprocessadordescreveaorganizaoeo funcionamento de um dos componentes de um sistema de processa-mento. Nesse nvel so descritos os elementos bsicos de um proces-sador, o modo como instrues so executadas pelo processador e o seu conjunto de instrues. Oprximonvelodearquiteturadecomputadorque,comojvisto, descreve o sistema de processamento como um todo. O nvel seguinte o de arquitetura de sistema operacional. Nele, so des-critas a organizao e as funes de um sistema operacional e so espe-cicados os servios oferecidos por esse sistema. Finalmente, o nvel de arquitetura de rede de computadores aborda um sistema formado por computadores interligados por um meio de comu-nicao. No nvel de arquitetura de redes descrita a conexo fsica en-tre os computadores, bem como os protocolos de comunicao usados na troca de informaes entre os computadores.Captulo 4 51Introduo Informtica muito importante perceber que os nveis de arquitetura no esto iso-lados. O perfeito entendimento de um nvel mais elevado exige a com-preenso de vrios aspectos de um ou mais nveis inferiores. Por exem-plo, para entender o gerenciamento de memria virtual um assunto que tratado dentro do nvel de arquitetura de sistema operacional necessrio conhecer o suporte para memria virtual oferecido pelo pro-cessador, o que abordado no nvel de arquitetura de processador.Atualmente, est cada vez mais claro que o pleno domnio de algumas reas da computao exige do indivduo uma viso de conjunto destes quatro nveis de arquitetura.4.4 Compilao de ProgramasEm geral, todos os programas usados no seu dia-a-dia so desenvolvi-dos em uma linguagem de alto nvel como Java, Delphi ou C. Ocompiladortraduzoprogramadealtonvelemumasequnciade instrues de processador. O resultado dessa traduo o programa em linguagem de montagem (assembly language). Alinguagemdemontagemumaformaderepresentartextualmente asinstruesoferecidaspelaarquitetura,jqueasmesmassorepre-sentadas internamente na forma de nmeros binrios. Cada arquitetura possui uma particular linguagem de montagem. No programa em linguagem de montagem, as instrues so representadas atravs de mnemnicos, que associam o nome da instruo sua funo, como por exemplo, ADD (soma) ou SUB (subtrao). Esta transformao necessria porque para ns, seres humanos, muito mais fcil progra-mar em uma linguagem de programao de alto nvel, ou seja, mais prxi-ma da nossa linguagem natural. Entretanto, como vimos anteriormente, o processador s entende cdigos binrios. Para vencer o abismo semntico entre nossa linguagem e a linguagem do computador, existem os compila-dores, que criam uma ponte entre as duas linguagens.Organizao e Arquitetura de Sistemas de Computadores Atuais52Licenciatura em InformticaFigura 4.3. Etapas na compilao de um programaLinguagem de programao conjunto bem denido de smbo-los, regras sintticas e semnticas, utilizado para escrever progra-mas de computador. Em funo de suas peculiaridades, cada lin-guagemdeprogramaotemseuprpriocompiladorparacada famlia de equipamentos.Compilador um programa de computador que substitui cada ins-truo de uma linguagem de programao por um conjunto de ins-trues equivalentes de uma linguagem mais prxima do processa-dor. Assim, o processador executa programa em linguagem binria. No processo de compilao, todo o programa traduzido uma ni-ca vez para linguagem de mquina e executado vrias vezes.O programa em linguagem de montagem convertido para um programa em cdigo objeto pelo montador (assembler). O montador traduz direta-mente uma instruo da forma textual para a forma de cdigo binrio. sob a forma binria que a instruo carregada na memria e interpreta-Captulo 4 53Introduo Informticada pelo processador.Programas complexos so normalmente estrutura-dos em mdulos. Cada mdulo separadamente compilado e submetido ao montador, gerando diversos mdulos em cdigo objeto. Estes mdu-los so reunidos pelo ligador (linker), resultando nalmente no programa executvel que carregado na memria. Desta forma, qualquer programa precisaserconvertidoemcdigobinrioparaserexecutado,ouseja,o computador s consegue entender dados que estejam em binrio.CADAARQUITETURADEPROCESSADORPOSSUIUMA LINGUAGEM DE MONTAGEM EM PARTICULAR QUE COR-RESPONDE AO SEU CONJUNTO DE INSTRUES E CADA COMANDOEMLINGUAGEMDEMONTAGEMPRODUZ EXATAMENTE UMA INSTRUO DE MQUINA. 4.5 Execuo de Programas Como j vimos nas sees passadas, uma das principais funes e uti-lidades de um sistema computacional para o usurio a possibilidade de execuo de programas teis para a vida prtica. Como j citado, um programa uma sequncia de instrues, que ensinam o computador a resolver de forma automatizada um problema da vida prtica humana. Os programas so codicados em uma linguagem de alto nvel e poste-riormente so compilados, gerando assim um cdigo executvel, que na verdadecompostoporvriassequnciasdenmerosbinrios.Mas, como tais cdigos chegam at o computador?Geralmente, os programas so instalados nos computadores atravs de mdias (Cds, DVDs), ou de sites na Web, e aps isso passam a residir no computador sob a forma de arquivos no disco rgido (HD). Entretanto,quandoumprogramaprecisaserexecutado,elenopode ser acessado diretamente no HD pelo processador, pois como j citado, necessrio que ele esteja na memria principal para ser executado.Desta forma, quando o usurio quer executar um programa, ele geral-mente clica em um cone existente na rea de trabalho do seu sistema operacional. Esse cone (um atalho) nada mais que uma forma mais rpidadeacessaroprogramanodiscorgido,oqualacessadopelo sistema operacional e colocado na memria principal. Organizao e Arquitetura de Sistemas de Computadores Atuais54Licenciatura em Informticacones-smbolosgrcosutilizadoscomoformadeexecutar aplicativos a partir dainterface grca do sistema operacional ou, dentrodeumaplicativo,comoformadeinicializarouexecutar determinadas tarefas.O processo de transferncia do programa do disco rgido para a mem-ria principal pode demorar um pequeno intervalo de tempo, dependen-do do tamanho do programa. Por isso, existe uma pequena demora (que varia em relao congurao do seu computador) do momento em que se clica em um cone de atalho at o momento em que o programa efetivamente aberto para uso pelo usurio.Aps ser armazenado na memria principal, o programa comea a ser exe-cutado pelo processador, que ento permite que o usurio possa usufruir dele. A partir da, entram em ao os dispositivos de entrada e a sada, que so usados para permitir ao usurio efetuar a entrada de dados no progra-ma, e tambm permitir a visualizao dos resultados do processamento nele feitos. Entretanto, caso no sejam gravados em algum dispositivo de arma-zenamento, as informaes geradas pelo programa sero perdidas, pois a memria principal, onde cam alojadas as informaes enquanto houver energia na mquina, apagada sempre que o computador desligado.Desta forma, se o usurio considera que os resultados produzidos sero teisemoutraocasio,eledevearquiv-losemalgumdispositivode armazenamento, que pode ser tanto o disco rgido (que o de uso pa-dro), como alguma mdia removvel (pen-drive, disquete, CD, DVD).Quando o programa no mais apresenta serventia para o usurio, ele pode ser fechado (encerrado), o que acarretar na liberao do espao ocupado por ele na memria principal. Entretanto, seus arquivos continuam exis-tindo no disco rgido, de forma que ele possa ser executado outras vezes.comumaconfusoentreosconceitosdememriaprincipale disco rgido, sendo que muitas pessoas acreditam que a memria principalditaaquantidadedearquivosquepodemserarmaze-nados no computador. Na verdade, o tamanho do disco rgido que dita a capacidade de armazenamento de arquivos, enquanto o tamanho da memria principal dita a quantidade de programas quepodemserexecutadossimultaneamente.Destaforma,ota-manho da memria principal sempre relacionado velocidade de execuo dos programas no computador.Captulo 4 55Introduo Informtica[1] MONTEIRO, M. A., Introduo a Organizao de Computa-dores. Editora LTC, 2006[2]MURDOCCA, M. J.; HEURING V.P., Introduo a Arquitetu-ra de Computadores, Rio de Janeiro, Editora Campus, 2001.[3] PATTERSON, D. A.; HENESSY, J. L., Organizao e Projeto de Computadores. Editora LTC, 2000[4] TANENBAUM, A. S., Organizao Estruturada de Computa-dores. Editora LTC, 1999 AtividadesRespondasquestesabaixoedepoisenvie-aspeloambiente Moodle, seguindo as instrues de formato e data de entrega des-critas na Tarefa 4:1) Qual a atividade de um compilador? Por que ele essencial na criao de programas?2) Qual a diferena entre um programa em linguagem de alto n-vel e um programa em linguagem de montagem?3) Qual a diferena entre um aplicativo e um utilitrio? Cite dois aplicativos e utilitrios que voc no seu dia-dia seja no trabalho, escola ou em casa.4) Explique com suas palavras, por que na organizao da arquite-tura em nveis, o nvel de computador ca acima do processador, odesistemaoperacionalacimadonveldecomputadoreode rede acima dos demais (deixe claro em sua resposta a relao exis-tente entre estes nveis).5) Utilizando um soware de sua escolha, descreva o processo de utilizao dele desde sua inicializao, passando pela gravao de informaes no HD e terminando com seu encerramento. (expli-que o que acontece internamente no computador em cada etapa do uso do soware).6) Pesquise na Internet e explique com suas palavras qual a dife-rena entre um erro de compilao e um erro de execuo.7) Pesquise na Internet e cite pelo menos 3 diferenas entre a for-ma como a memria principal do computador armazena dados e como o disco rgido armazena os dados. Organizao e Arquitetura de Sistemas de Computadores Atuais56Licenciatura em InformticaCaptulo 4 57Introduo InformticaPrezado aluno,Agoraquevocjconheceuaarquiteturabsicadeumcompu-tador,estnahoradeconhecercadaumdoscomponentesdesta arquitetura.Estecaptulointroduzoscomponentesnormalmente encontrados no sub-sistema de memria de um microcomputador ou de uma estao de trabalho, apresenta os principais tipos e ca-ractersticasdedispositivosdememriaeanalisaaorganizao da memria principal. Trata em detalhe o mecanismo de acesso do processador memria principal e, em seguida, apresenta os princi-pais tipos e caractersticas de dispositivos de memria. Finalmente, apresenta os conceitos de memria cache.Comodecostume,encerrando-seocaptulo,vocdeveresolveros exerccios propostos.Bom estudo!5.1 IntroduoNum sistema de computador, tanto a CPU quanto os dispositivos de E/S (Entrada e Sada) interagem com a memria. Dado que cada contedo (palavra ou byte) armazenado na memria possui seu prprio endereo, a interao feita atravs de uma sequncia de leituras e escritas a ende-reos de memria especcos.Em um sistema de computador, existem tipos de memria com di-ferentescaractersticas,queformamumahierarquiacomoailus-trada na figura 5.1MEMRIA58Licenciatura em Informtica Figura 5.1 Hierarquia de MemriaA hierarquia de memria pode ser analisada segundo suas capacidades de armazenamento, custo por bit e tempo de acesso. PartindodonvelmaisinferiordaFigura5.1,observa-sequeasme-mrias secundrias so capazes de armazenar uma grande quantidade deinformao.Seucustoporbitmenoreoseutempodeacesso relativamentemaiordoqueasmemriasdosnveissuperiores.As memrias secundrias geralmente so memrias de disco, como HD, DVD, CDs, etc.No segundo nvel, est a memria principal ou memria RAM. Ela capazdearmazenarumaquantidademenordeinformao.Seu custo por bit maior e seu tempo de acesso menor do que as me-mrias secundrias.No nvel seguinte da hierarquia esto as memrias cache. Estas mem-rias so as mais rpidas e com o maior custo por bit. Por serem muito caras as memrias cache so pequenas, isto , possuem menor capacida-de de armazenamento em relao s demais.Notopodahierarquiaestoosregistradores,unidadestemporrias dearmazenamentoqueexistemdentrodosprocessadores.Osregis-tradorespossuemumtempodeacessopraticamentenulo,jquese encontramdentrodaprpriapastilhadoprocessador,mastambm possuemumacapacidadedearmazenamentomuitopequena,geral-mente na ordem de 32 ou 64 bits. Asmemriasdosdiferentesnveisdahierarquiasoproduzidasde acordo com uma srie de tecnologias diferentes. Veremos quais so es-tas tecnologias na prxima seo.Captulo 559Introduo Informtica5.2 Tipos de Dispositivos de MemriaNo sub-sistema de memria de um computador possvel encontrar memrias eletrnicas e memrias de disco. Dentre as memrias ele-trnicas, podemos destacar alguns tipos. O primeiro tipo a mem-riaprogramvelsomentedeleitura,maisconhecidacomoPROM (Programmable Read Only Memory). Este tipo de dispositivo permite apenas acessos de leitura. As informaes ali armazenadas so atri-budas pelo fabricante do sistema, e no podem ser modificadas aps o seu armazenamento. O segundo tipo a memria programvel e apagvel somente de lei-tura, ou simplesmente EPROM (Erasable Programmable Read Only Me-mory).AssimcomonocasodaPROM,oprocessadorrealizaapenas acessos de leitura a uma EPROM. No entanto, ao contrrio da PROM, o contedo de uma memria EPROM pode ser apagado, e a memria pode ser novamente usada para armazenar um novo conjunto de infor-maes. Apesar de poder ser apagada, este tipo de memria geralmente no pode ser apagada eletricamente, mas sim atravs de operaes uti-lizando luz ultravioleta. OterceirotiposoasEEPROMmemriaeletricamenteprogra-mvel e apagvel somente de leitura - permitindo que mltiplos en-dereossejamapagadosouescritosnumasoperao.Emtermos leigos, trata-se de um chip reescrevvel que, ao contrrio de uma me-mriaRAMconvencional,preservaoseucontedosemanecessi-dadedefontedealimentao,masquepodeserapagadaemuma operao normal do computador.Memrias PROM, EPROM e EEPROM so usadas para armazenar o rmwaredocomputador.Emgeral,ormwareformadoporsub-rotinas usadas pelo sistema operacional, e que interagem diretamente com o hardware do computador. O BIOS (Basic Input/Output System) em sistemas microcomputadores do tipo IBM PC um exemplo de r-mware. As rotinas que formam o BIOS so armazenadas em memrias do tipo EPROM.Oltimotipodedispositivodememriaeletrnicaencontradoem um computador a memria de leitura/escrita, ou RAM (Random Ac-cess Memory Memria de Acesso Aleatrio). Como a prpria denomi-nao indica, o processador pode efetuar acessos de leitura e escrita a um dispositivo RAM de forma aleatria, ou seja, sem uma ordem de-nida. Memrias deste tipo so usadas para armazenar as instrues e dados de um programa em execuo. Existem dois tipos de memria RAM:asmemriasRAMestticas,ouSRAM(StaticRAM)easme Memria60Licenciatura em Informticamrias RAM dinmicas, ou DRAM (Dynamic RAM). Estes dois tipos de memrias RAM diferem quanto capacidade de armazenamento e ao tempo de acesso.Para memrias fabricadas com a mesma tecnologia, a capacidade de um dispositivo DRAM at 16 vezes maior que a de um dispositivo SRAM. Esta diferena na capacidade de armazenamento deve-se ao modo como uma clula de bit implementada. Nas memrias DRAM, a clula de bit implementada por um circuito eletrnico que ocupa uma rea de inte-grao menor que a ocupada pelo circuito usado nas memrias SRAM. Como a rea por clula bit menor, para a mesma rea total de integra-o o nmero total de clulas de bit em uma DRAM maior. Noentanto,asmemriasSRAMapresentamumavantagemsobreas memrias DRAM no que se refere ao tempo de acesso.Para a mesma tecnologia, o tempo de acesso de uma SRAM at 4 vezes menor que o tempo de acesso de uma DRAM. Atualmente, existem memrias SRAM com tempo de acesso de 15 ns, enquanto as memrias dinmicas mais rpidas apresentam um tempo de acesso de 60 ns. Melhorias no tempo de acesso dos dispositivos DRAM no acontecem na mesma taxa que o aumento observado na sua capacidade de armazenamento. Enquanto a tendnciadeaumentonacapacidadedearmazenamentodosdisposi-tivos DRAM de 60% ao ano, quadruplicando a cada trs anos, a ten-dncia observada indica uma diminuio do tempo de acesso de apenas 30% a cada dez anos. OsdispositivosDRAMsoutilizadosemsistemasdebaixoemdio custotaiscomomicrocomputadoreseestaesdetrabalho.Comeste tipodedispositivopossveldotarumsistemacomumacapacidade dememriaprincipalelevada,semaumentarsignicativamenteoseu custo. No entanto, o uso de dispositivos DRAM favorece a capacidade dearmazenamentodamemriaprincipalemdetrimentodoseutem-podeacesso,comprometendoodesempenhodosistema.Emclasses deaplicaesgrcas,taiscomoprocessamentogrcoemultimdia, o desempenho um fator cada vez mais importante na faixa de micro-computadores e estaes de trabalho. A soluo para obter o compromisso desejado entre capacidade de ar-mazenamento, desempenho e custo encontra-se no uso apropriado de tecnologias de memria com diferentes relaes entre esses trs fatores. Almdasmemriaseletrnicas,temosaindaasmemriasdedisco, cujos principais exemplos so HDs, disquetes, CDs e DVDs. Por conta da existncia de um captulo exclusivo para estes dispositivos, no en-traremos em detalhes sobre os mesmos neste captulo.Captulo 561Introduo Informtica5.2 Endereamento da Memria PrincipalA memria principal, mencionada no captulo anterior (item 4.2) co-nhecida como memria RAM, sigla em ingls para Random Access Me-mory, que signica Memria de Acesso Aleatrio. uma memria que permite a leitura e a gravao dos dados que esto sendousadosenquantoocomputadorestiverligado.umamemria temporria, ou seja, seus dados cam armazenados nela por tempo de-terminado. Na verdade, tudo o que voc faz no computador ca na me-mria RAM enquanto o computador se encontra ligado. As memrias RAM so organizadas em vrias clulas que correspondem a unidades de armazenamento da memria. Cadaclulacompostadeumdeterminadonmerodebitsepode ser identicada e localizada individualmente por um nico endereo. Todas as clulas de um dado computador tm o mesmo tamanho, isto ,todasasclulasdaquelecomputadorteroomesmonmerode bits.Geralmente,cadacluladamemriapossui8bitsdetamanho, perfazendo um byte.Se N o nmero de clulas de uma memria principal, teremos, en-to, os endereos damemria denidos de 0 a N-1. Figura 5.2 Estrutura da Memria PrincipalSe N o nmero de endereos ou posies que uma memria principal possui e b o nmero de bits disponveis para enderear em binrio to-das as N posies da memria principal, ento vlido deduzir que:N = 2b (l-se 2 elevado a b).Memria62Licenciatura em InformticaDesta forma, em um sistema com endereos com nmero de bits igual a b possvel enderear at 2b locaes de memria distintas. No entan-to, isto no signica necessariamente que o sistema possui esta capaci-dade de memria principal instalada. Por exemplo, um sistema baseado no processador 80386 ou 80486 po-deria,aprincpio,terumamemriaprincipaldeat232=4Gbytes, mas os sistemas que utilizavam esses processadores no possuam ne-cessariamenteessaquantidadedeRAM.Portanto,esseapenasum limitemximodeendereamentodeposiesqueaarquiteturado computador suporta.Alm disso, a capacidade da memria principal em bits igual ao pro-duto do nmero de clulas pelo total de bits por clula, de forma que:T = N x M ondeT = capacidade da memria em bits N = nmero de endereosM = nmero de bits de cada clula.Dessaforma,paraencontraracapacidadeembytesdeumamemria, bastaria encontrar a capacidade em bits e depois multiplicar por 8 (pois cada byte contm 8 bits) ou ento converter o tamanho da clula para bytes e depois multiplicar pelo nmero de clulas.Exemplo:Em uma memria com uma quantidade de N= 256 endereos, podemos dizer que os endereos vo de 0a N-1= 255. Desta forma, podemos di-zer que b = 8, pois se N = 2b, ento 256 = 2b e desta forma, b = 8. Captulo 563Introduo InformticaDa mesma forma, possvel dizer que se N = 256, e sabemos pela gura que M = 10 bits, ou seja, a capacidade cada clula igual a 10 bits, e se T = M x N, ou seja, a capacidade total da memria dada pelo produto de sua quantidade de clulas multiplicada pela capacidade de cada clula, temos ento que T = 10 x 256 = 2560 bits.ATIVIDADE 1Baseadonosclculosquevocacaboudever,preenchaata-bela abaixo:M E N TFAIXA DE ENDEREOS8 BITS - - 1 K BYTE -16 BITS - 1 K ENDEREOS - -- 4 BITS - 256 BITS -4 BYTES - - 4 GBYTES -- - - 1 MBYTE 0 A 65.5355.3 A Interao entre Processador e Memria PrincipalO componente bsico da memria principal chamado clula de bit. A clula de bit um circuito eletrnico que armazena um bit de informa-o. Em uma referncia memria, o processador no realiza o acesso ao contedo de apenas uma clula de bit, mas sim informao armazenada em um grupo de clulas de bits. O menor conjunto de clulas de bits que acessado pelo processador chamado locao de memria. Na maioria dos computadores, uma locao de memria formada por 8 clulas de bits. Como 8 bits formam o chamado byte, uma locao de memria tam-bm conhecida informalmente como byte de memria.Em um acesso, o processador deve fornecer memria principal uma identicaodalocaoondeserfeitooacesso.Estaidenticao simplesmente um nmero, chamado endereo de memria. No caso de um acesso de leitura, ao receber um endereo de memria, amemriaprincipalselecionaalocaocorrespondenteeforneceao processador a informao ali contida. No caso de um acesso de escrita, Memria64Licenciatura em Informticaa memria principal armazena na locao indicada pelo endereo a in-formao fornecida pelo processador.Na realidade, processador e a memria principal esto interligados atra-vs de trs barramentos distintos, conforme mostra a Figura 5.3. Figura 5.3. Interligao entre processador e memria principal.O barramento de endereo a via atravs da qual o processador trans-mite para a memria principal o endereo da locao onde ser feito o acesso. O barramento de dados a via atravs da qual o contedo da locao transferida entre o processador e a memria principal. Por sua vez,obarramentodecontroleformadopordiversossinaisatravs dosquaisoprocessadorcontrolaoacessomemria,indicando,por exemplo, se o acesso de leitura ou de escrita.Em um acesso de leitura, o processador inicia o ciclo de barramento co-locando o endereo da locao de memria a ser acessada no barramen-to de endereo. No incio do prximo ciclo de clock o processador ativa um sinal de controle indicando uma operao de leitura. O endereo e o sinal de controle chegam memria que, aps algum tempo, coloca o contedo da locao de memria endereada no barramento de dados. No incio do quarto ciclo de clock, o processador captura a informao presente no barramento de dados e naliza o ciclo de barramento, desa-tivando o sinal de controle e retirando o endereo.J em uma operao de acesso de escrita na memria, o ciclo de barra-mento inicia-se com o processador colocando o endereo da locao de memria no barramento de endereo. Alm disso, o processador tam-Captulo 565Introduo Informticabmcolocaainformaoaserarmazenadanobarramentodedados. No prximo ciclo de clock, o processador ativa um sinal de controle in-dicandoumaoperaodeescritanamemria.Aoreceberosinalde escrita, a memria armazena o dado na locao endereada. O proces-sador naliza o ciclo de barramento retirando o endereo e o dado dos respectivos barramentos, e desativando o sinal de controle.5.4 Memrias CacheA memria cache uma pequena memria inserida na pastilha do pro-cessador, consequentemente mais prxima deste que a memria princi-pal, conforme mostra a Figura 5.4.Figura 5.4. Localizao da memria cache.Amemriacacheimplementadacomomesmotipodecircuitoele-trnicousadonasclulasdebitdeumamemriaRAMesttica.Por este motivo, a capacidade de armazenamento de uma memria cache geralmente pequena. No entanto, a memria cache apresenta um baixo tempo de acesso, possibilitando que o processador acesse dados ali ar-mazenados em apenas um nico ciclo de clock.Nestanovaorganizao,oprocessadordirecionaosacessosinicial-menteparaamemriacache.Seodadoreferenciadoencontra-sena cache, o acesso completado em apenas um ciclo de clock. Diz-se que ocorreumcachehitquandoodadoreferenciadopeloprocessador Memria66Licenciatura em Informticaencontra-se na cache. Se o dado no se encontra na cache, diz-se que ocorreuumcachemiss.Quandoaconteceumcachemiss,umbloco contendoodadoreferenciadoeosdadosarmazenadosemsuavizi-nhana copiado da memria principal para a memria cache. Aps a transferncia deste bloco de dados para a memria cache, o processa-dor completa o acesso. Quando ocorre um cache miss, o acesso conso-me vrios ciclos de clock para ser completado.Naprtica,observa-sequeentre90%e98%dosacessosresultamem um cache hit. Isto acontece devido a uma propriedade exibida por vrios tipos de programas, chamada propriedade da localidade de referncia. Segundo essa propriedade, os acessos memria que acontecem ao lon-godaexecuodeumprogramanosouniformementedistribudos atravs da memria, mas tendem a se concentrar em pequenas regies da memria durante um certo intervalo de tempo. A localidade de referncia manifesta-se no fato que, durante alguns in-tervalos de tempo, so feitos acessos a locaes de memria em ende-reosprximos.Oprincpiodalocalidadesugereque,quandofeito um acesso a uma locao de memria, existe uma grande probabilidade de que acessos a locaes em endereos vizinhos e prpria regio an-teriormenteacessadatambmsejamfeitosnofuturoprximo.Dessa forma, podemos distinguir dois princpios da localidade:- Localidade Temporal (localidade no tempo): se um item refe-renciado, ele tende a ser referenciado novamente dentro de um es-pao de tempo curto. Se voc tiver trazido um livro recentemente para sua mesa, a m de examin-lo, provvel que em breve voc v precisar dele mais uma vez.- Localidade Espacial (localidade no espao): se um item referen-ciado, itens cujos endereos sejam prximos dele tendem a ser logo referenciados. Livros sobre o mesmo tpico so guardados juntos na estante da biblioteca, para maximizar a localidade espacial.Apliquem-seagoraestaspropriedadesaofuncionamentodamemria cache. Como mencionado anteriormente, quando ocorre um cache miss, odadoreferenciadocopiadodamemriaprincipalparaamemria cache,juntamentecomosdadosarmazenadosnaslocaesvizinhas. Segundo a propriedade da localidade, existe uma grande chance de que osacessosaosdadosvizinhostambmsejamfeitosembreve.Seestes outrosacessosdefatoacontecem,ocorrerumcachehitemtodosos acessos, que sero completados em um nico ciclo de clock. Captulo 567Introduo InformticaNarealidade,amemriacachearmazenaosdadosqueseencontram em regies da memria principal onde se verica uma concentrao de acessos. Observe que a memria cache tem a capacidade de se adaptar a mudanas nas regies de concentrao de acesso, que ocorrem ao lon-go da execuo de um programa. Uma nova regio com concentrao deacessostorna-seativaquandofeitoumacessoaumdadoquese encontradistantedosdadosondeforamfeitosacessosrecentemente. Como provavelmente este dado no se encontra na cache, ocorrer um cache miss. Devido a esse cache miss, sero copiados para a memria ca-che o dado referenciado e os dados na vizinhana, que pertencem justa-mente nova regio onde se concentraro os prximos acessos, os quais sero novamente satisfeitos pela cache. Comainclusodeumamemriacache,apenasumapequenaparcela dos acessos realizados sofrem com o alto tempo de acesso da memria principal. Assim, as memrias cache so extremamente importantes no sentidodeobter-seummelhordesempenho,tantoqueatualmente,a maioriadasarquiteturasdecomputadorincluemmemriascacheem seu sub-sistema de memria. De um ponto de vista funcional, a mem-ria cache colocada em processador e memria principal.Emtermosfsicos,ouseja,daformacomorealmenteimplementa-da, existem vrios lugares possveis onde ela pode ser encontrada. Em arquiteturas mais antigas, encontramos parte da memria cache fora dapastil