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Sistemas Digitais e Arquitetura de Computadores - SDAC Prof. Dr. Dalton P. de Queiroz CURSO DE SEGUNDA LICENCIATURA EM INFORMÁTICA UNIDADE DE NOVA ANDRADINA.

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1 Sistemas Digitais e Arquitetura de Computadores - SDAC Prof. Dr. Dalton P. de Queiroz CURSO DE SEGUNDA LICENCIATURA EM INFORMÁTICA UNIDADE DE NOVA ANDRADINA 2011 Aula 08

2 ORGANIZAÇÃO BÁSICA DE UM COMPUTADOR (HARDWARE)

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4 Na verdade, a CPU (ula + controle), Memória e E/S consistem de subsistemas computacionais complexos que são estudados, em um primeiro momento, separadamente devido a sua complexidade

5 Organização Básica de um Computador

6 Várias Formas De Representação

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8 Esquema Geral dos Computadores atuais (HARDWARE) OBS OBS: Todo fluxo de dados (sinais elétricos) é feito pelos barramentos. Barramento é toda e qualquer interconexão (fios, cabos, trilhas, etc.) entre os elementos de um computador.

9 Diagrama em Blocos de um Computador Básico (Hardware)

10 gabinete, placa mãe, processador, memórias, placa de vídeo, placa de som, CD-ROM, cabos, etc

11 Uma representação mais adequada !

12 A UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO (UCP ou CPU - do inglês Central Processing Unit ) (Microprocessadores) O cérebro do computador A UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO (UCP ou CPU - do inglês Central Processing Unit ) (Microprocessadores) O cérebro do computador

13 Placa-mãe, também denominada mainboard ou motherboard, é uma placa de circuito impresso, que serve como base para a instalação e ligação de diversos componentes do computador. A CPU (microprocessador) fica instalada nessa placa

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15 Funções realizadas pela CPU Processamento operações aritméticas e lógicas movimentação de dados desvios operações de entrada ou saída Controle Busca, interpretação e controle da execução das instruções. Controle da ação dos demais componentes do sistema de computação (memória, entrada/saída).

16 Unidade Central de Processamento (CPU) ou Processador (Microprocessadores) Executa programas armazenados na memória principal, buscando suas instruções, examinando-as e executando-as, uma após a outra. Unidade de Controle (UC – Control Unit) (circuito combinacional) Controla a execução das instruções no processador. Realiza a busca na memória principal da próxima instrução a ser executada, trazendo-a para o processador e decodifica-a (isto é, determina que operação ela comanda). Unidade Lógico-aritmética (ALU – Arithmetic Logic Unit) (somadores) Realmente executa as instruções. Exemplo: UC busca na memória a próxima instrução a executar, que é a soma de dois valores (add A,B). ALU realiza operação de soma de dois operandos, produzindo um resultado. ALU é capaz de realizar várias operações lógicas e aritméticas (comparação, soma, subtração, etc.).

17 Registradores (arranjos de flip-flops) Pequenas unidades capazes de armazenar informações (dados, instruções). Processador possui vários registradores, alguns com propósito específico, outros de uso geral. Quais registradores existem, varia de um tipo de processador para outro. Porém, quase todos os processadores possuem registradores para: Conter o endereço na memória da próxima instrução a ser executada Conter a próxima instrução a ser executada Outros: registradores de uso geral para a realização de operações lógico-aritméticas Dispositivos de armazenamento de rápido acesso possuem um custo elevado processador tem número limitado de registradores. Meio de armazenamento volátil (se o suprimento de energia é cortado, seu conteúdo é perdido).

18 Intel 4004 Intel 8086 Microprocessador por Dentro Mais informações:

19 Intel 486DX Intel Pentium III Microprocessador por Dentro

20 Evolução dos Microprocessadores (CPUs) A Intel foi a líder dos fabricantes de microprocessadores até 1999, lançando primeiro os microprocessadores mais velozes e com maior capacidade de processamento. A história começou a mudar com o lançamento do microprocessador Athlon pela empresa AMD em 1999, que foi considerado o microprocessador mais avançado do mercado na época. Para contra atacar a Intel lançou o Pentium 4. A briga pela liderança tem sido cerrada, o que beneficia os consumidores.

21 Evolução dos Microprocessadores (CPUs) - Intel Primeiro Primeiro: ª Geração: 1ª Geração: ª Geração: 2ª Geração: ª Geração: 3ª Geração: ª Geração: 4ª Geração: ª Geração: 5ª Geração: Pentium e Pentium MMX 6ª Geração: 6ª Geração: Pentium Pro, Pentium II, Pentium III, Celeron, Pentium II Xeon, Pentium III Xeon 7ª Geração: 7ª Geração: Pentium 4 Novas gerações Novas gerações: Processadores Dual-Core, Multi-Core

22 Processadores Dual-Core e Multi-Core Em meados de 2005 foram lançados os primeiros processadores com dois núcleos. Depois vieram outros modelos, tanto da AMD quanto da Intel. Incorporam dois ou mais cores de execução total em um único processador, possibilitando o gerenciamento simultâneo de atividades. Os processadores Dual-Core contêm dois processadores cores, residem em um chip, realizam cálculos em duas correntes de dados, aumentando a eficiência e velocidade enquanto roda diferentes programas. O número máximo de núcleos em processadores multi-core dobrou com o lançamento das famílias de processadores quad-core Intel Core 2 Extreme e o quad-Core Intel Xeon 5300, em Novembro de 2006.

23 Exemplo de Processadores Multi-Core que entraram no mercado a partir de 2007 Pentium D Pentium Extreme Edition Athlon 64 X2 Athlon 64 FX (FX60 e superiores) Core 2 Duo Core 2 Quad Core 2 Extreme

24 Processador Dual-Core Intel Pentium Extreme Edition 840

25 Placa mãe para dois processadores Intel Xeon. Cada pastilha de silício do Core 2 Duo integra dois núcleos. Processadores de quatro núcleos (Core 2 Quad e Core 2 Extreme) são formados por duas dessas pastilhas integradas no mesmo chip, formando quatro núcleos).

26 26 Velocidade de processamento e capacidade de processamento das CPUs

27 Velocidade de Processamento - o Relógio (clock) da CPU A CPU possui um relógio para marcar o seu compasso de trabalho. A unidade de medida de tempo desse relógio é o Hertz (hz), que está relacionada com a grandeza física denominada Freqüência. Freqüência é o número de repetições do sinal elétrico em 1 segundo. Para o computador seria o número de operações que a CPU é capaz de realizar em 1 segundo. Múltiplos mais comuns da freqüência: Kilo (K) =>1 Khz = 1000 Hz (mil operações por segundo) Mega(M) => 1 MHz = Hz (um milhão de operações por segundo) Giga (G) => 1 GHz = Hz (um bilhão de operações por segundo)

28 Clock em inglês significa "relógio". Num computador, o circuito gerador de clock, um pequeno cristal de quartzo que fica na placa mãe e tem a função de marcar o tempo para que o computador funcione de maneira sincronizada, como uma orquestra. Cada vez que é gerado um pulso de clock, todos os dispositivos realizam uma operação, param e continuam o que estiverem fazendo no próximo ciclo. Existem dois tipos de clocks: o clock interno e o clock externo. Clock interno é aquele que regula a freqüência de trabalho do microprocessador (CPU) Clock externo regula a freqüência da placa mãe e dos periféricos. OBS 1: Até o momento, ainda não foi possível fazer com que uma placa mãe funcionasse corretamente com um clock superior a 100 MHz. Isso fez com que, em determinado momento da história, o processador e a placa mãe viessem a funcionar em velocidades diferentes. Na verdade, o clock interno é o resultado da multiplicação do clock externo por um fator. OBS 2: Estão submetidas ao clock interno as seguintes operações: cálculos matemáticos, compactação e descompactação de arquivos, execução de programas, dentre outros. Estão submetidas ao clock externo as seguintes operações: operações de I/O como leitura e gravação no HD, envio de dados à impressora e ao vídeo, troca de informações entre placas e periféricos em geral.

29 Bit (b) - é menor informação que um computador pode processar. Corresponde a um pulso elétrico. A capacidade de processamento de um computador consiste na quantidade de bits que este pode processar ao mesmo tempo dentro do microprocessador (em função da capacidade de seus registradores – chamada capacidade interna) ou na quantidade de bits recebida pela CPU do exterior (da memória por exemplo – chamada capacidade externa). Não deve ser confundida com velocidade de processamento, ou seja, o clock (quantidade de operações por segundo). Contudo, a capacidade de processamento (numero de bits manipulados ao mesmo tempo) é um dos fatores de velocidade do micro, como um todo. Capacidade de Processamento da CPU - Número de bits

30 Microprocessadores (CPUs)– Tabela Comparativa Fonte:

31 A cada dia é lançado um microprocessador mais veloz e com maior capacidade de processamento, cabendo a nós fazermos uma análise detalhada na hora da compra. A escolha de um microprocessador deve ser baseada na relação custo benefício A escolha de um microprocessador deve ser baseada na relação custo benefício, ou seja, qual o microprocessador que vai atender as minhas necessidades com o menor custo.

32 Durante a década de 70, Gordon Moore, na época o presidente da Intel lançou uma profecia, que dizia que a partir dali o poder de processamento dos processadores dobraria a cada 18 meses. a famosa lei de Moore Esta "profecia" tornou-se tão verdadeira que acabou virando a famosa lei de Moore. Mas, você já parou para pensar até onde os processadores podem evoluir? Até onde a lei de Moore pode continuar sendo válida?

33 33 O problema do aquecimento das CPUs

34 Quanto maior a velocidade de trabalho dos microprocessadores, maior a quantidade de calor gerada. O calor é um dos principais problemas num processador. Para sanar utiliza-se coolers e dissipadores de calor.

35 Dissipador de calor - Placa mãe para Athlon 64 X2.

36 Memória ARMAZENAR (ESCRITA, WRITE) RECUPERAR (LEITURA, READ)

37 Hardware – Memória Componente de um sistema de computação cuja função é armazenar informações que são (ou serão) manipuladas por esse sistema, para que elas (as informações) possam ser prontamente recuperadas, (quando necessário). Conceitualmente Conceitualmente : a memória é um depósito onde são guardados elementos (informações) para serem usadas quando desejado (recuperação). Operações em um depósito Operações em um depósito (memória): guardar um elemento (ou um grupo) recuperação de um elemento

38 bit Elemento a ser manipulado: bit - Armazena a informação na forma de bits célula Unidade de informação a ser armazenada, recuperada ou transferida (célula) 1 Byte - Grupo de n bits (n = 8) 1 Byte ENDEREÇO ENDEREÇO: é o código de identificação da localização das células (informações). Operações Operações: ESCRITA : transferência de informações de outro componente do sistema de computação para a memória (CPU memória) LEITURA : transferência de bits da memória para a CPU, disco.

39 Em um sistema de computação não é possível construir e utilizar apenas um tipo de memória. Para certas atividades, por exemplo, é fundamental que a transferência de informações seja a mais rápida possível. Memória de um computador Memória de um computador subsistema - construída de vários componentes (vários tipos diferentes de memória) interligados e integrados, com o objetivo de armazenar e recuperar informações.

40 HIERARQUIA DE MEMÓRIA Hierarquia de Memória Memória Principal Memória Cache Registradores CD-ROM Discos Custo baixo Velocidade baixa Capacidade elevada Custo alto Velocidade alta Baixa capacidade Memória Secundária

41 Hardware – Memória Registradores Elementos superiores da pirâmide de memória, por possuírem a maior velocidade de transferência dentro do sistema (menor tempo de acesso), menor capacidade de armazenamento e maior custo. Memórias rápidas usadas em execução de instruções dentro do processador (objetivo: minimizar os acessos às memórias externas ao processador).

42 Hardware – Memória Memória Cache Problema de Sistemas de Computação - gargalo de congestionamento na comunicação CPU/MP. Solução: desenvolvimento de uma técnica que consiste na inclusão de um dispositivo de memória entre CPU e MP - memória CACHE. Memória Cache Memória Cache - função - acelerar a velocidade de transferência das informações entre CPU e MP, aumentando o desempenho dos sistemas. Usada para armazenamento de instruções e dados mais freqüentemente acessados do programa em execução.

43 Memória Principal A memória básica de um sistema de computação desde seus primórdios. É o dispositivo no qual o programa (e seus dados) que vai ser executado é armazenado para que a CPU vá "buscando" instrução por instrução. Hardware – Memória Uma das principais características definidas no projeto de arquitetura do sistema de Von Neumann, o qual se constitui na primeira geração dos computadores, consistia no fato de ser uma máquina "de programa armazenado". O fato de as instruções, uma após a outra, poderem ser imediatamente acessadas pela CPU é que garante o automatismo do sistema e aumenta a velocidade de execução dos programas.

44 Memória Principal Hardware – Memória Configuração da memória principal (MP) de um microcomputador do tipo PC.

45 Exemplo: Memória com m células, cada célula com k bits. Células são endereçadas de 0 a m – 1. Em cada célula podemos representar um número inteiro binário de 0 a 2 k - 1. Na memória principal (também na cache), cada célula possui um endereço de memória, através do qual uma informação é lida ou escrita naquela célula da memória. As células de memória são endereçadas de 0 até um endereço máximo. Uma célula é a menor unidade endereçável e de acesso da memória. OBS.:Uma palavra (word) é uma seqüência de células. Quando dizemos que um determinado computador possui uma palavra de n bits, isto quer dizer que a maioria das instruções de máquina dele opera com dados de n bits (isto é, opera com palavras), e que seus registradores são do tamanho da palavra. Exemplo: computador com palavra de 32 bits a maioria das suas instruções de máquina opera com dados de 32 bits e seus registradores são de 32 bits.

46 46 Memória Secundária Denominada memória secundária, memória auxiliar ou memória de massa. Objetivo: garantir um armazenamento mais permanente à toda a estrutura de dados e programas do usuário - deve possuir maior capacidade que a memória principal. Pode ser constituída por diferentes tipos de dispositivos, alguns diretamente ligados ao sistema para acesso imediato (Ex.: discos rígidos), e outros que podem ser conectados quando desejado (Ex.: disquetes, fitas, CD-ROM etc.). Hardware – Memória

47 47 Tecnologias de fabricação de Memórias Memórias de semicondutores (Principal, Cache e registradores (interna da CPU)) Memórias de meio magnético (E/S) Memórias de meio magnético (E/S) Memórias de meio óptico (E/S) Memórias de meio óptico (E/S)

48 Memórias de semicondutores Dispositivos fabricados com circuitos eletrônicos e baseados em semicondutores. Rápidas e relativamente caras, se comparadas com outros tipos. Há várias tecnologias específicas, cada uma com suas vantagens, desvantagens, velocidade, custo, etc.. Exemplos Exemplos: Registradores, Memória Principal e Memória Cache.

49 Memórias de meio magnético Fabricados de modo a armazenar informações sob a forma de campos magnéticos. Devido à natureza eletromecânica de seus componentes e à tecnologia de construção em comparação com memórias de semicondutores, esse tipo é mais barato, permitindo armazenamento de grande quantidade de informação. seqüencial Método de acesso às informações - seqüencial. Exemplos Exemplos: disquetes, discos rígidos e fitas magnéticas (de carretel ou de cartucho).

50 Memórias de meio óptico Dispositivos que utilizam um feixe de luz para marcar o valor (0 ou 1) de cada dado em sua superfície. Exemplos Exemplos: CD-ROM (leitura) CD-RW (leitura e escrita) DVD

51 Entrada e Saída, O usuário se comunica com o núcleo do computador (composto por UCP e memória principal) através de dispositivos de entrada e saída (dispositivos de E/S ou I/O devices, também denominados periféricos). Funções básicas dos dispositivos de E/S: comunicação do usuário com o computador; comunicação do computador com o meio ambiente (dispositivos externos a serem monitorados ou controlados por sensores); armazenamento (gravação) de dados. Permitem a comunicação homem-máquina

52 Dispositivo de E/S é composto de 2 partes: Parte mecânica: dispositivo realmente. Parte eletrônica: controlador do dispositivo de E/S. São circuitos que controlam a operação do dispositivo de E/S. É o controlador do dispositivo que está conectado ao barramento. O Dispositivo é ligado ao controlador por um cabo. O Controlador normalmente ficava em uma placa pequena conectada a placa-mãe, sendo que atualmente esses circuitos já estão totalmente integrados na placa mãe do computador

53 Então, a UCP não se comunica diretamente com cada dispositivo de E/S e sim com "interfaces", de forma a compatibilizar as diferentes características. O processo de comunicação ("protocolo") é feito através de transferência de informações de controle, endereços e dados propriamente ditos. OBS: Compatibilização de velocidades - feita geralmente por programa, usando memórias ("buffers) que armazenam as informações conforme vão chegando da UCP e as libera para o dispositivo à medida que este as pode receber.

54 Exemplos de Dispositivos de Entrada e Saída

55 Modem - MOdulador/DEModulador Equipamento que converte os sinais digitais do computador em forma analógica – de forma que eles possam ser transmitidos através da linha telefônica-, sendo, também, capaz de executar a operação inversa. Podem ser internos ou externos. Os externos são ligados ao computador pela porta serial.

56 Placa de Rede Permite a interligação de computadores em rede. Permite a interligação de computadores em rede. Responsável pela envio e recebimento dos dados. Ela necessita de um meio físico para trafegar, o cabo. Os principais cabos são: cabo coaxial, par trançado e fibra ótica. Responsável pela envio e recebimento dos dados. Ela necessita de um meio físico para trafegar, o cabo. Os principais cabos são: cabo coaxial, par trançado e fibra ótica.

57 Rede de linhas de comunicação que conecta os elementos internos do processador e que também conduz até os conectores externos que ligam o processador com os demais elementos do sistema de informática. O barramento deverá ter tantas linhas condutoras (fios, trilhas quanto forem os bits (unidade básica de informação) a serem transportados de cada vez. Em alguns computadores (usando uma abordagem que visa a redução de custos), os dados podem ser transportados usando mais de um ciclo do barramento. BARRAMENTOSBARRAMENTOS

58 Barramentos Barramento Interno Barramento do Sistema Barramento de Expansão

59 Tipos de Barramentos Barramento de endereços – unidirecional Barramento de dados – bidirecional Barramento de controle - bidirecional

60 Esquema de slots para três normas de barramentos. Barramentos (slots)

61 Placa-mãe da Asus com suporte a diferentes slots PCI Express. O conector do barramento PCI Express em placas-mãe pode variar conforme a velocidade usada

62 Barramentos - Protocolos - Padronização UNIBUS - UNIBUS - definido pela DEC, praticamente fora de uso. MCA MCA (Micro Channel Architecture) - definido pela IBM, sistemas PS-2. ISA ISA (Industry Standard Adapter) - definido pela IBM para o PC-AT e adotado por toda a indústria. EISA EISA (Extended ISA) - praticamente abandonado.

63 Barramentos - Protocolos - Padronização PCI PCI (Peripheral Component Interconnect) - desenvolvido pela Intel, quase um padrão para o mercado, com barramento de E/S de alta velocidade. USB USB (Universal Serial Bus) - permite a conexão de muitos periféricos simultaneamente ao barramento e este, por uma única tomada, se conecta a placa mãe. Pretende ser norma dos dispositivos que necessitem de baixo desempenho (Ex.: teclado, mouse, modem, scanner, impressoras, etc). AGP AGP (Accelerated Graphics Port) - visa acelerar as transferências de dados do vídeo para a memória, especialmente dados para 3D.

64 Barramentos - Protocolos - Padronização PCI Express PCI Express (sucessor do AGP e do PCI) - conta com um recurso que permite o uso de uma ou mais conexões seriais, isto é, "caminhos" (também chamados de lanes) para transferência de dados. Se um determinado dispositivo usa um caminho, então diz- se que este utiliza o barramento PCI Express 1X, se utiliza 4 conexões, sua denominação é PCI Express 4X e assim por diante. Cada lane pode ser bidirecional, ou seja, recebe e envia dados. Tecnologia PCI Express se mostra muito promissora (tende a ser um padrão).

65 A INTERCONEXÃO DOS CINCO SISTEMAS PRINCIPAIS E OUTROS QUE FORMA M O SISTEMA DE COMPUTAÇÃO É CENTRALIZADA EM UM CIRCUITO ELETRÔNICO DENOMINADO PLACA MÃE

66 Placa-mãe ou Motherboard Placa interna que faz a conexão de componentes. Possui slots de expansão onde são encaixadas placas de controle de dispositivos, tipo placa de vídeo, de som, modem, etc.

67 Placa-mãe ou Motherboard Fonte:

68 Placa-mãe ou Motherboard Item A – local onde o processador deve ser conectado (socket). Item B - encaixes para a memória Principal. Esse conector varia conforme o tipo (Padrão mais usado atualmente - DDR (Double Data Rate), que também recebe a denominação de SDRAM II (termo pouco usado). Item C - Slots de expansão (permitem a conexão de vários tipos de dispositivos. Placas de vídeo, placas de som, placas de redes, modems, etc, são conectados nesses encaixes). item C1: PCI (Peripheral Component Interconnect) Item C2: AGP (Accelerated Graphics Port) Item C3: CNR (Communications Network Riser) e o PCI Express (PCI-E). As placas-mãe mais antigas apresentavam ainda o slot ISA (Industry Standard Architecture).

69 Placa-mãe ou Motherboard Item D - Plug de alimentação (Existem, atualmente, dois padrões para isso: o ATX e o AT, este último saiu de linha, mas ainda é utilizado). A placa-mãe sozinha consegue alimentar o processador, as memórias e a grande maioria dos dispositivos encaixados nos slots. No entanto, HD, unidades de CD e DVD, drive de disquete e cooler devem receber conectores individuais de energia. Item E - Conectores IDE e drive de disquete. Existe também, um tipo de HD que não segue o padrão IDE, mas sim o SATA (Serial ATA). Item F - BIOS e bateria. Item F2 - aponta para o chip Flash-ROM e o Item F1, para a bateria que o alimenta. Através de uma interface denominada Setup, também presente na Flash-ROM, é possível alterar configurações de hardware, como velocidade do processador, detecção de discos rígidos, desativação de portas USB, etc.

70 Placa-mãe ou Motherboard Item G - aponta para a parte onde ficam localizadas as entradas para a conexão do mouse (tanto serial, quanto PS/2), teclado, portas USB, porta paralela, além de outros que são disponibilizados conforme o modelo da placa-mãe. Item H - Furos de encaixe Item I – Chipset - responsável pelo controle de vários itens da placa-mãe, como acesso à memória, barramentos e outros. Ponte Sul (South Bridge) – I1 controle de dispositivos de entrada e saída, como as interfaces IDE ou SATA. Placas-mãe que possuem som onboard, podem incluir o controle desse dispositivo também na Ponte Sul; Ponte Norte (North Bridge) - I2 controle do FSB (Front Side Bus - velocidade na qual o processador se comunica com a memória e com componentes da placa-mãe), da freqüência de operação da memória, do barramento AGP, etc. Este chip realiza um trabalho "mais pesado" e, por isso, geralmente requer um dissipador de calor para não esquentar muito.

71 Placa-mãe ou Motherboard Placas-mãe "onboard" - placas-mãe que possuem um ou mais dispositivos de expansão integrados. Placa-mãe "offboard" - com nenhum item integrado, ou no máximo, com placa de som ou rede onboard.

72 O GABINETE (ONDE TUDO SE É ABRIGADO)

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76 ORGANIZAÇÃO BÁSICA DE UM COMPUTADOR (SOFTWARE)

77 Instruções de Máquina Números binários: O Computador é uma máquina eletrônica, logo precisamos enviar sinais eletrônicos para interagirmos com ele. Os Sinais eletrônicos mais simples são: on (ligado) e off (desligado) o alfabeto do computador possui apenas dois simbolos: 0 e 1. Logo, a linguagem do computador é formada por números na base 2, ou números binários. Denominamos cada símbolo 0 ou 1 como bit (binary digit). Da mesma maneira que as 23 letras do alfabeto português não limitam o que podemos escrever, as 2 letras do alfabeto do computador também não limitam o que ele pode fazer. Instruções de máquina: Computadores executam o que nós comandamos, o que queremos que ele faça. Para isso precisamos passar para o computador uma seqüência de comandos, dizendo o que queremos que ele faça (programa) Um comando é denominado instrução (ou instrução de máquina). Uma instrução é uma coleção de bits que o computador entende e pode ser vista como um número. Exemplo: os bits mandam o computador somar 2 números.

78 Evolução da Programação Primeiros programadores comunicavam-se com o computador em números binários difícil e demorado. Depois se passou a utilização de notação simbólica (códigos), mais perto do modo como nós pensamos. Notação era traduzida para números binários à mão demorado. Passou-se então a utilização de programas para traduzir da notação simbólica para números binários. (Utilização do computador para nos ajudar a programar o computador.) Exemplo: programador escrevia add A,B e o programa traduziria para a instrução , que manda o computador somar 2 números A e B. O Programa tradutor é denominado montador (assembler) e a linguagem simbólica é denominada linguagem de montagem (assembly language) a linguagem de montagem ainda é muito distante da maneira que pensamos. Exige que o programador escreva uma linha para cada instrução que o computador deve executar, forçando-o a pensar como o computador.

79 Se podemos ter um programa que traduz da linguagem de montagem para números binários, porque não podemos fazer um programa que traduza de uma notação de mais alto nível para a linguagem de montagem? Estes programas tradutores são denominados compiladores e as linguagens que eles aceitam são denominadas linguagens de programação de alto nível. Exemplo: escrevemos a expressão alto nível A+B. O compilador traduz para o comando da linguagem de montagem add A,B. O montador traduz para a instrução binária (Obs.: Alguns compiladores fazem este processo em um único passo.)

80 Vantagens das linguagens de alto nível: Permitem programador pensar e programar de um modo mais natural, usando palavras em inglês e notação algébrica. Programas parecem mais um texto do que uma codificação. Permitem que as linguagens sejam projetadas de acordo com a sua aplicação. Aumentam a produtividade do programador. Programas são mais concisos, logo mais rápidos de desenvolver. Permitem que programas sejam independentes do computador em que foram desenvolvidos. Compiladores e montadores podem traduzir programas em linguagem de alto nível para as instruções binárias de qualquer computador. Utilização de bibliotecas de subrotinas muito utilizadas maior eficiência na programação. Bibliotecas para entrada e saída de dados: subrotinas para controlar dispositivos de E/S (impressora, discos magnéticos, etc).

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82 PASSOS PARA CRIAR UM PROGRAMA DE COMPUTADOR

83 CRIAÇÃO DE ALGORITMOS Algoritmo: descrição narrativa 1) L er dois valores: variáveis A e B; 2) Somar A e B, sendo o resultado apresentado na variável X; 3) Apresentar o valor da variável X inicio A B X A+B X Fim Fluxograma Algoritmo: Português estruturado Programa SOMA_NUMEROS var X: inteiro A: inteiro B: inteiro início leia A leia B X A + B Escreva X fim

84 PASSAGEM DO ALGORITMO PARA UMA LINGUAGEM DE ALTO NÍVEL (PROGRAMA EM C) Programa em Linguagem C #include using namespace std:: main() { int a, b, x; cout >a; cout >b; x = a + b; cout<<" A soma eh: "<

85 Classificação de computadores

86 Atualmente devido a grande diversidade de computadores, com diferentes tamanhos, custos, propósitos e funcionalidades, tornou-se difícil conseguir uma classificação padrão. Por essa razão, têm-se optado pelo agrupamento dos computadores (sistemas computacionais) em categorias. COMPUTADORES (SISTEMAS COMPUTACIONAIS) Como podemos classificá-los ?

87 Quanto à característica de construção Primeira, segunda, terceira, quarta, quinta (????) geração Quanto ao princípio de construção (quanto à natureza) Analógicos e Digitais Quanto ao âmbito Âmbito geral e Âmbito específico Quanto ao Porte Quanto ao Porte (porte, custo, desempenho e propósito) Supercomputadores, Mainframes, Minicomputadores, Estações de trabalho e Computadores pessoais Esta classificação não é única, porém é um razoável auxílio para quem vai adquirir um sistema, a fim de definir suas necessidades. CLASSIFICAÇÃO DOS COMPUTADORES (SISTEMAS COMPUTACIONAIS)

88 1ª GERAÇÃO (...Década de 50): A válvula é o componente básico ; Grande, Esquentava muito, Gastava muita energia elétrica Computadores ocupavam muito espaço físico. Tinham, dispositivos de Entrada/Saída primitivos (através da cartões perfurados). Eram aplicados em campos científicos e militares. Linguagem de programação: linguagem de máquina. Operações internas mediam-se em milissegundos Quanto à característica de construção ): 2ª GERAÇÃO (Início dos anos 60): O transistor é o componente básico: Tamanho menor que a válvula, Esquentava menos, Gastava menos energia elétrica, Mais durável e confiável. As máquinas diminuíram muito em tamanho e suas aplicações passam além da científica e militar a administrativa e gerencial. Surgem as primeiras linguagens de programação. Além dos núcleos de ferrite, fitas e tambores magnéticos passam a ser usados como memória.Operações internas mediam-se em microssegundos. 3ª GERAÇÃO (meados dos anos 60 até meados dos anos 70): Marco inicial: surgimento dos C.Is. Tecnologia LSI (único componente básico, que ficou conhecido como chip : pequena pastilha de silício de 1 cm 2 c omposto de milhares de transistores). Os computadores diminuíram de tamanho e aumentaram seu desempenho. Evolução dos Sistemas Operacionais, surgimento da multiprogramação, real time e modo interativo. A memória é feita de semicondutores e discos magnéticos. Operações internas mediam-se em nanossegundos. : 4ª GERAÇÃO (meados dos anos 70 a início dos anos 90): Tem como marco inicial o surgimento do microprocessador.O VLSI é a tecnologia básica (menor que o LSI). Houve a miniaturização dos computadores. Nesta geração é que surgiram os microcomputadores PC. Surgem muitas linguagens de alto-nível e nasce a teleinformática, transmissão de dados entre computadores através de rede. Operações internas mediam-se em picossegundos. - ????): 5ª GERAÇÃO (anos 90 - ????): Devido ao avanço tecnológico o conceito de geração torna-se obsoleto. A ULSI é a tecnologia básica (menor que o VLSI). Caracteriza-se pelas aplicações de Linguagem Natural, Processamento Paralelo, Inteligência Artificial,etc. Altíssima velocidade de processamento. Alto grau de interatividade, etc. OBS: Para alguns historiadores a 3ª GERAÇÃO de computadores vai até hoje. Outros, afirmam que de 1970 até os dias de hoje fazem parte da 4ª GERAÇÃO. Outros definem que a 4ª GERAÇÃO começou a partir de 1975 com os circuitos de VLSI. Para outros, desde os circuito integrados de escala ULSI e processamento paralelo, já estamos na 5ª GERAÇÃO DE COMPUTADORES. CLASSIFICAÇÃO DOS COMPUTADORES (SISTEMAS COMPUTACIONAIS)

89 Computador Analógico Representa variáveis por meio de analogias físicas. Trata-se de uma classe de computadores que resolve problemas referentes à condições físicas, por meio de quantidades mecânicas ou elétricas, utilizando circuitos equivalentes como analogia ao fenômeno físico que está sendo tratado. A informação é recebida e processada de um modo contínuo. A informação pode ser, por exemplo, um conjunto de valores de corrente elétrica, de temperatura ou de velocidade. Quanto ao princípio de construção Computador Digital Processa informações representadas por combinações de dados discretos ou descontínuos. Mais especificamente: trata-se de um dispositivo projetado para executar seqüências de operações lógicas e aritméticas. Estes computadores são bastante versáteis e por isso são muito mais utilizados do que os computadores analógicos. Normalmente, quando não é feita qualquer referência à natureza do computador subentende-se que se trata de um computador digital. Ocomputador analógico mede. O computador digital conta. CLASSIFICAÇÃO DOS COMPUTADORES (SISTEMAS COMPUTACIONAIS)

90 Computadores de âmbito específico Computadores desenhados para desempenhar um conjunto muito reduzido de tarefas. Utilizados, por exemplo, no controlo de mecanismos industriais e em cálculos científicos. Quanto ao âmbito Computadores de âmbito geral Computadores capazes de desempenhar uma grande variedade de tarefas, através da execução de um grande número de programas. Estes computadores são bastante utilizados em escritórios, escolas e mesmo em casa. OBS: Os computadores também podem ser classificados quanto à utilização, em Computador Científico e Computador Comercial. Computador Científico - dirigido ao emprego em áreas de cálculos e pesquisas científicas, nas quais são requeridos resultados de maior precisão e pequeno volume de entrada e saída de dados. Computador Comercial - constitui a grande maioria dos equipamentos utilizados nas empresas, caracteriza-se por permitir o trato rápido e seguro de problemas que comportam grande volume de entrada e saída de dados. A maioria dos fabricantes hoje dispõe de produtos – ditos de uso geral – que comportam emprego tanto na área científica quanto na área comercial. CLASSIFICAÇÃO DOS COMPUTADORES (SISTEMAS COMPUTACIONAIS)

91 Quanto ao porte SupercomputadoresSupercomputadores MainframesMainframes MinicomputadoresMinicomputadores Estações de trabalhoEstações de trabalho Computadores pessoaisComputadores pessoais o Desktop o Notebook o Palmtop computador de rede Com o grande desenvolvimento que as comunicações têm sofrido, foi criado um novo conceito de computador: o computador de rede. CLASSIFICAÇÃO DOS COMPUTADORES (SISTEMAS COMPUTACIONAIS)

92 Supercomputadores Computadores com grande poder de processamento Utilizados principalmente no campo científico, nos quais se destacam as simulações. Outros exemplos de aplicação: previsão de tempo e modelagem tridimensional. Estes computadores são de âmbito específico, realizando um grupo de tarefas reduzido. Seu custo é muito elevado. Possuem um tamanho muito grande e necessitam de condições especiais de funcionamento. Exemplos: CRAY Y-MP e IBM 9021

93 Mainframes (Computadores de Grande Porte) São sistemas projetados para manusear considerável volume de dados e executar simultaneamente programas de uma grande quantidade de usuários. Utilizados por grandes empresas que necessitam armazenar grande quantidade de informação e ter um acesso rápido à ela. Os usuários acessam o mainframe através de terminais. Um mainframe possui à ele conectado uma grande quantidade de terminais. Ao contrário dos supercomputadores, são de âmbito extenso, utilizadas em grandes organizações como bancos, companhias de seguros e centros de investigação. Sistemas IBM 3090 Terminal burro: todo o processamento é feito no mainframe. O terminal apenas é um meio de entrada e visualização dos dados. Terminal inteligente: fparte do processamento feito no terminal. Geralmente é um computador pessoal (PC).

94 Minicomputadores O minicomputador foi resultado de uma redução no tamanho dos computadores. Grande capacidade de processamento. Possui terminais conectados a ele. Os minicomputadores são computadores de médio porte adequados a tarefas como, por exemplo, o controle de processos industriais e a gestão de sistemas multiusuário. Com o aparecimento e posterior desenvolvimento dos microcomputadores, a distinção entre estas duas categorias é cada vez menos clara. Exemplos: sistemas AS/400/IBM e VAX-11/780/DEC.

95 Estações de trabalho ( workstation) Situam-se logo abaixo dos minicomputadores. Geralmente possuem arquitetura RISC e sistema operacional UNIX. Especialmente no que se refere a velocidade do processador e capacidade de memória, a potência de uma estação de trabalho é semelhante à de um minicomputador. As estações de trabalho são dirigidas para uso de um usuário, ao contrário dos minicomputadores. É essencialmente um microcomputador projetado para realizar tarefas pesadas, em geral na área científica ou industrial, como computações matemáticas complexas, projetos com auxílio de computação (CAD), processamento de imagem, etc. Exemplos: O sistema DECstation 5000/33 ou IBM RS/6000 Desktop/RackMount Ultra 10 Solaris Workstations/Servers

96 Computadores pessoais Também conhecidos como: Microcomputadores, Micro e PC (personal computer). Possuem diversas formas e modelos. A característica marcante era a integração do processador, único e de dimensões micro, num pequeno chip de memória semicondutora, formando um microprocessador. Capacidade de processamento evolui rapidamente. Interligação em rede possibilita a substituição de computadores de maior porte. Preço acessível. Fácil upgrade de hardware. Seu tamanho tende a diminuir cada vez mais. Está presente em todos os tipos de empresas. Há no mercado várias categorias de microcomputadores, cuja classificação está muito relacionada ao tamanho físico do equipamento e seu grau de portabilidade. Tipos: Desktop Notebook Palmtop

97 Computadores pessoais Desktop Computador de mesa. O mais comum dos micros.

98 Computadores pessoais Notebook Computador portátil. Energizados por corrente elétrica ou por bateria. Mais caro. Capacidade de processamento similar ao Desktop. LaptopsNotebooks subnotebooksPalmtops Os microcomputadores portáteis (alimentados por bateria) são chamados de diversos nomes, dependendo do seu tamanho: os maiores foram denominados Laptops, em seguida apareceram os Notebooks, de tamanho menor, em formato parecido com um livro. Há também os subnotebooks, ainda menores, e os Palmtops, quase são do tamanho da palma de nossas mãos.

99 Palmtop Computador portátil. Alimentado por bateria. Mais caro. Capacidade de processamento menor. Conhecido também por PDA (Personal Digital Assistants)

100 Computadores pessoais Macintosh Computador pessoal da empresa Apple. Muito utilizado em trabalhos gráficos, dada a sua capacidade neste ramo, simplicidade e facilidade de uso. Os MACs estão sendo utilizados por profissionais da área gráfica, arquitetura, vídeo e tudo relacionado à multimídia principalmente.

101 Computadores pessoais - Macintosh O Mac foi o primeiro computador pessoal a incluir: drive de disquetes de 3½ e drive de CD-ROM. O Mac foi o primeiro computador pessoal a possibilitar a visualização de imagens foto-realistas em milhões de cores e foi o primeiro capaz de passar seqüências de vídeo. [segundo a Apple]

102 ) Computadores de rede (Network Computers – NCs) Fornecem grande parte das funcionalidades dos PCs por um menor preço. Pelo fato de obterem seu software a partir de uma rede de computadores, eles não precisam, necessariamente, de unidades de disco.

103 Leitura Recomendada E-book: Hardware Total - Laercio Vasconcelos Todo o livro Introdução a Organização de Computadores – Mário A. Monteiro Todo o livro


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