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Introdução à Computação
Universidade Federal do Maranhão
Departamento de Informática
Prof. Esp. Gedson Rios Lopes [email protected]
Apresentação
• Gedson Rios: - Especialista em Redes de Computadores com
ênfase em Software Livre – UESPI; - MBA em Governança de TI – FGV; - Certificação Linux Professional Institute – LPIC-1 - Representante do Conselho Ubuntu Brasil – no
Maranhão. - Professor Substituto da UEMA do Curso de Eng.
da Computação: D isc ip l inas Redes de Computadores e Sistemas Distribuidos.
- Linha de Pesquisa: - Segurança em Redes Autonômicas; - Algorítmos Mútiplos de Roteamento
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Ementa: Hardware Software Introdução a Sistemas Operacionais Microsoft Word Microsoft Excel
Universidade Federal do Maranhão
Departamento de Informática
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HARDWARE PARTE 1
Universidade Federal do Maranhão
Departamento de Informática
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O que é COMPUTAÇÃO?
DADOS PROCESSAMENTO
Introdução à Computação
RESULTADOS
O que é INFORMÁTICA?
INFOR mação autoMÁTICA
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§ O que é um Computador?
§ É uma máquina constituída por uma série de componentes e circuitos eletrônicos, capaz de receber, armazenar processar e transmitir informações.
§ Máquina programável, capaz de realizar uma grande variedade de tarefas, seguindo uma seqüência de comandos, de acordo com o que for especificado.
§ O Computador não faz absolutamente nada sem que lhe seja ordenado fazer.
Introdução à Computação
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§ Integração de componentes atuando como uma entidade, com o propósito de processar dados, i.e., realizar algum tipo de operação aritmética/ lógica envolvendo os dados, de modo a produzir diferentes níveis de informações.
§ Componentes: Peopleware (pessoas), Hardware, Software.
O que é um Sistema Computacional?
Introdução à Computação
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§ Peopleware (pessoas) § Componente humana de um sistema de computação, i.e.
indivíduos que utilizam o computador como ferramenta. (Programador de computador: escreve software).
§ Hardware § Componente física de um sistema de computação, i.e.
todos os equipamentos utilizados pelo usuário nas ações de entrada, processamento, armazenamento e saída de dados.
§ Software § Componente lógica de um sistema de computação, i.e.
séries de instruções que fazem o computador funcionar (programas de computador).
Introdução à Computação
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§ Negócios § Medicina e saúde pública § Educação § Arqueologia § Engenharia § Manufatura § Direito § Política § Uso doméstico § Entretenimento
Uso dos computadores
Introdução à Computação
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Classificação dos computadores
• Computadores pessoais • Computadores de rede • Computadores manuais (handheld) • Computadores midrange • Mainframes • Supercomputadores
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Computadores Pessoais
• Computadores de mesa: – Também conhecidos como PCs, microcomputadores,
ou computadores domésticos.
– Divididos em três categorias: • Computadores de segunda linha (low-end).
– Adequados para usuários domésticos, para processamento de texto, jogos simples e acesso à Internet
• Computadores pessoais com plena capacidade. – Bons para acentuado uso de gráficos, programação ou
jogos baseados em ação • Estações de trabalho.
– Computadores de primeiríssima linha usados por engenheiros, operadores financeiros e designers gráficos
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Computadores Pessoais
• Computador de rede:
– Unidade central de processamento e memória mínima.
– Projetado para ser usado em uma rede - Às vezes chamado de cliente magro (thin client)
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Computadores Notebook
• Computadores pequenos e leves. • Suas capacidades se comparam às
dos computadores de mesa: – Processamento e memória similares. – A maioria tem disco rígido e de CD-ROM.
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Computadores Netbook
• É um termo usado para descrever uma classe de computadores portáteis t ipo subnotebook com características típicas: peso reduzido, dimensão pequena ou média e baixo custo. São utilizados, geralmente, em serviços baseados na internet, tais como navegação na web e e-mails.
Prós: Baixo custo Bateria de longa duração Ultraportátil Conexão com a internet Pequeno e Leve Contras: Processador lento Pouca memória RAM HD menor Não possui drive de CD ou DVD
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Computadores Tablet
• É um dispositivo pessoal em formato de prancheta que pode ser usado para acesso à Internet, organização pessoal, visualização de fotos, vídeos, leitura de livros, jornais e revistas e para entretenimento com jogos 3D.
• Apresenta uma tela touchscreen que é o dispositivo de entrada principal. A ponta dos dedos ou uma caneta aciona suas funcionalidades. É um novo conceito: não deve ser igualado a um computador completo ou um smartphone, embora possua diversas funcionalidades dos dois.
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Computadores Manuais (Handheld)
• Assistente Digital Pessoal – Personal Digital Assistant (PDA): – Controla a agenda de compromissos,
contatos etc. – Aceita entrada por meio de um estilo
manual. • PC de Bolso (Pocket PC):
– Oferece as capacidades existentes nos PDAs, além da capacidade de rodar versões reduzidas de software, como, por exemplo, processador de texto e planilhas eletrônicas.
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Computadores Manuais (Smartphone)
• é um telefone celular com funcionalidades avançadas que podem ser estendidas por meio de programas executados por seu sistema operacional.
• Os sistemas operacionais dos smartphones são "abertos" (não confundir com código-fonte aberto), o que significa que é possível a qualquer pessoa desenvolver programas que podem funcionar nesses telefones.
• G e r a l m e n t e u m s m a r t p h o n e p o s s u i características mínimas de hardware e software, sendo as principais a capacidade de conexão com redes de dados para acesso à internet, a capacidade de sincronização dos dados do organizador com um computador pessoal.
• Um smartphone pode ser considerado um telefone celular com as funcionalidades de um PDA.
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Computadores Midrange
• Computadores multiusuário projetados para suprir as necessidades de organizações de porte médio. – Centenas ou milhares de usuários
conectados. – Usados para controle de estoques, entrada
de pedidos e outras aplicações da companhia como um todo.
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Mainframes
• Computadores muito grandes e potentes: – Capazes de processar bilhões de instruções por segundo. – Capazes de manipular bilhões de caracteres de dados.
• Freqüentemente usados para aplicações com muitos usuários: – Sistemas de reservas de passagens aéreas. – Grandes estabelecimentos de vendas por encomenda postal. – Servidores de e-mail.
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Supercomputadores
• Os computadores mais rápidos e mais poderosos, capazes de processar trilhões de instruções por segundo.
• Usados para aplicações muito sofisticadas que requerem gigantescas manipulações de dados: – Previsão do tempo. – Pesquisa de armamentos. – Efeitos especiais para cinema.
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Hardware: Os Componentes Básicos de um Computador
• Quatro componentes principais:
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Entrada: O Que Entra
• Entrada: são os dados colocados no computador para serem processados. – Teclado
• Gera sinais elétricos que são convertidos em caracteres
– Mouse • Move-se sobre uma superfície plana. • O movimento da esfera do mouse provoca o movimento correspondente de
um ponteiro na tela.
– Scanner • Lê letras, números e símbolos especiais • Caneta óptica, leitora de código de barras – freqüentemente usada em lojas. • Scanners de mesa e de folhas soltas escaneiam imagens ou documentos
impressos.
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O Processador e a Memória: Manipulação de Dados
• Processador – Também chamado de unidade central de processamento (CPU). – Consiste em circuitos elétricos:
• Interpreta e executa instruções de programa. • Comunica-se com os dispositivos de entrada, saída e
armazenamento.
• Memória (armazenamento primário) – Estreitamente relacionada com o processador, mas distinta dele. – Provê armazenamento temporário (volátil).
• Os dados contidos na memória se perdem se a energia cair ou se o programa for fechado.
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Saída: O Que Sai
• Saída: o resultado produzido pela CPU. • Formas comuns de saída: texto, números, gráficos e
sons.
• Dispositivos comuns de saída: – Tela (monitor): pode exibir texto, números, fotografias
e até mesmo vídeo, totalmente em cores. – Impressora: produz relatórios impressos conforme as
instruções de um programa.
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Entrada e Saída
• Entrada/saída (em inglês: Input/output, sigla I/O) • Algumas unidades são de entrada e saída de dados ou
também chamados Dispositivos Híbridos: disco rígido, disco flexível ou disquete, monitor sensível a toques, pendrive, joystick e impressora multifuncional.
• Essa função de conexão foi basicamente desenvolvida para que seja possível a comunicação entre vários dispositivos, fazendo com que a velocidade do barramento seja mais bem aproveitada e ainda tanto os periféricos quanto os elementos essenciais tenham programação/produção mais vo l tada ao seu desempenho, deixando a interconexão com as interfaces de entrada e saída.
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Armazenamento Secundário • Provê armazenamento em longo prazo • Mídias comuns:
– Discos magnéticos • Disco Rígido: mais capacidade de armazenamento e acesso
mais rápido do que os disquetes
– Discos ópticos • Usam raios laser para ler grandes volumes de dados a baixo
custo: CD-ROMs / DVD-ROMs
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HARDWARE PARTE 2
Universidade Federal do Maranhão
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Organização de Computadores
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A Unidade de Sistema
• Abriga os componentes eletrônicos do sistema de computador: – Placa-mãe (motherboard)
• Placa de circuitos plana que contém os circuitos do computador.
• A unidade central de processamento (microprocessador) é o componente mais importante.
– Dispositivos de armazenamento
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A Unidade de Sistema
• 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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Microprocessador
• Unidade central de processamento impressa em chip de silício.
• Contém dezenas de milhões de minúsculos
transistores (Comutadores eletrônicos que podem permitir ou não a passagem de corrente elétrica).
• Componentes-chave: – Unidade central de processamento. – Registradores. – Clock do sistema.
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Tipos de Chips
• A Intel produz uma família de processadores: – Processadores Core 2 na maioria dos PCs atuais (ano de 2010) – Processadores Dual Core ou Atom vendidos para PCs ou
Netbooks de baixo custo. – Processadores Quad Core 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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• Conjunto complexo de circuitos eletrônicos.
• Executa instruções de programa armazenadas.
• Duas partes: – Unidade de controle – Unidade aritmética e lógica (ALU)
Unidade Central de Processamento
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Unidade de Controle
• Direciona o sistema do computador a executar instruções de programa armazenadas.
• Deve comunicar-se com a memória e com a ALU.
• Envia dados e instruções do armazenamento
secundário para a memória, quando necessário.
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Unidade Aritmética e Lógica
• 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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O Ciclo da Máquina
• O tempo necessário para recuperar, executar e armazenar uma operação.
• Componentes: – Tempo de instrução (I-time) – Tempo de execução
• O clock de sistema
sincroniza as operações.
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• Tempo de Instrução – A unidade de controle recebe a instrução da memória e a coloca
em um registro. – A unidade de controle decodifica a instrução e determina qual é a
localização na memória para os dados necessários.
• Tempo de Execução – A unidade de controle transfere dados da memória para registros
na ALU (A ALU executa instruções relativas aos dados). – A unidade de controle armazena o resultado da operação na
memória ou em um registro.
O Ciclo da Máquina
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Como a CPU Executa Instruções
– Ciclo de máquina: a quantidade de tempo necessária para executar uma instrução.
– Cada CPU tem seu próprio conjunto de instruções.
– Computadores pessoais executam-nas em menos de um milionésimo de segundo.
– Supercomputadores executam-nas em menos de um trilionésimo de segundo.
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Velocidades de Processamento dos Computadores
• As velocidades de instrução são medidas em segundos: – Milissegundo: um milésimo de segundo. – Microssegundo: um milionésimo de segundo. – Nanossegundo: um bilionésimo de segundo. – Picossegundo: um trilionésimo de segundo.
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Processamento Paralelo e Pipelining
• Pipelining – Uma variação do processamento serial tradicional.
• Processamento Paralelo – Que usa múltiplos processadores simultaneamente
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A CPU e a Memória
• 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 recupera dados do disco e transfere-os
para a memória.
• Itens enviados à CPU para ser processados: – A unidade de controle envia itens à CPU e depois os envia
novamente à memória após serem processados.
• 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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Armazenamento de Dados e a CPU • Dois tipos de armazenamento:
– Armazenamento primário (memória): • Armazena dados 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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Áreas de Armazenamento Temporário
• Registradores • Memória RAM • Memória cache
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Registradores
• Áreas 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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Memória
• Também conhecida como armazenamento primário e memória principal. – Freqüentemente expressa como 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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Endereços de Memória
• 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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Representação de Dados
• 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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Representando Dados
• Bit – 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.
• Byte – 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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Capacidades de Armazenamento
• Kilobyte: 1024 (210) bytes. – Capacidade de memória dos computadores pessoais mais antigos.
• Megabyte: aproximadamente, um milhão (220) de bytes.
– Memória de computadores pessoais. – Dispositivos de armazenamento portáteis (disquetes, CD-ROMs).
• Gigabyte: aproximadamente, um bilhão (230) de bytes. – Dispositivos de armazenamento (discos rígidos). – Memória de mainframes e servidores de rede.
• Terabyte: aproximadamente, um trilhão (240) de bytes. – Dispositivos de armazenamento para sistemas muito grandes.
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Componentes da Memória
• Memória semicondutora
• RAM - Memória de Acesso Aleatório – Random- Access Memory
• ROM - Memória Somente de Leitura – Read-Only Memory
• Memória Flash
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Memória Semicondutora
• 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 de Acesso Aleatório RAM
• Dados 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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Memória Somente de Leitura ROM
• 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.
• Chips de ROM programáveis (PROM): – Algumas instruções no chip podem ser alteradas.
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Memória Flash
• RAM não-volátil – Usada em telefones celulares, câmeras
digitais e computadores manuais (handheld). – Os chips de memória flash assemelham-se
aos cartões de crédito. – Menores do que uma unidade de disco e
requerem menos energia.
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Memória Cache
• Uma área de armazenamento temporário: – Agiliza a transferência de dados dentro do computador.
• 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 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.
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Arquitetura CISC x RISC
• Computação com um Conjunto Reduzido de Instruções • –Reduced Instruction Set Computing - RISC Usa um pequeno subconjunto de instruções. Um menor número de instruções aumenta a velocidade. Inconveniente: operações complexas têm de ser divididas em uma série de instruções de tamanho menor. Mais adequada para aplicações gráficas e de engenharia Ex: PowerPC, Alpha • Computação com um Conjunto Complexo de Instruções • – Complex Instruction Set Computing(CISC) Instruções mais complexas e poderosas Ex: Intel
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Cache de Processador
• 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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O Barramento (Bus) do Sistema
• 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. • 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.
– Velocidade de Barramento: • Medida em megahertz (MHz). (ex. 400 MHz ou 533 MHz)
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Barramentos de Expansão
• Adicione dispositivos periféricos ao sistema: • Placa de expansão –
– Conectam-se a slots (encaixes) de expansão ou à placa-mãe. – São usadas para conectar dispositivos periféricos
• Porta – Conectores externos para plugar periféricos, como, por exemplo,
impressoras. – Dois tipos de portas:
• Seriais: transmitem dados à base de um bit a cada vez. • Paralelas: transmitem grupos de bits em conjunto, lado a lado.
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Barramentos de Expansão e Portas Comuns
• Barramento Industry Standard Architecture (ISA): Usado para dispositivos lentos, como o mouse e o modem.
• Barramento Peripheral Component Interconnect (PCI): Usado para dispositivos mais rápidos, como discos rígidos.
• Accelerated Graphics Port (AGP): Provê desempenho de vídeo mais rápido.
• Porta Universal Serial Bus (USB): Permite-lhe converter muitos dispositivos em série para a porta USB.
• Barramento IEEE 1394: Um barramento de alta velocidade normalmente usado para conectar equipamentos de vídeo.
• Barramento PC Card: Usado em laptops para plugar um dispositivo do tamanho de um cartão de crédito.
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