Introdução à Informática

Apresentação em tema: "Introdução à Informática"— Transcrição da apresentação:

1 Introdução à Informática
O cenário onde estamos inseridos

2 Histórico da Informática
O início clássico da história sobre processamento de dados remonta dos antigos ábacos (dispositivo manual de cálculo). Que são utilizados no oriente até hoje. O marco seguinte mais citado data do final do século XVI, foram os Napier’s Bones. Criados pelo matemático escocês John Napier, (inventor dos logaritmos naturais), eram tabelas móveis para multiplicação/divisão. Será contada aqui toda a história da computação, desde as formas mais primitivas, em que nem se sonhava com a possibilidade da existência dos computadores, até os mais modernos e potentes processadores existentes atualmente.  Já há muito tempo o homem vem tentando livrar-se dos trabalhos manuais e repetitivos, como por exemplo operações de cálculo e redação de relatórios. A palavra CÁLCULO tem sua origem no termo latino CALCULUS. Que a milhares de anos servia para denominar pequenas pedras que eram usadas para contar deslizando-se por sulcos cavados no chão. Essa espécie de Ábaco foi descoberta em recentes escavações arqueológicas. A partir desse elemento de cálculo, outros similares apareceram em diversos lugares do mundo, sendo chamados de ábaco. O mais antigo data de aproximadamente 3500 a.C., no Vale entre os rios Tigre e Eufrates. Por volta do ano 2600a.C. apareceu o ábaco chinês que evoluiu rapidamente e foi chamado em sua forma final de Suan-Pan, de modo semelhante apareceu no Japão o Soroban. O ábaco constituiu o primeiro dispositivo manual de cálculo; servia para representar números no sistema decimal e realizar operações com eles No final do século XVI, o matemático escocês John Napier, inventor dos logaritmos naturais, idealizou um dispositivo baseado em bastões que continham números, capaz de multiplicar e dividir de forma automática. Também idealizou um calculador com cartões que permitia a realização de multiplicações e recebeu o nome de Estruturas de Napier Ábaco Estruturas de Napier

3 Histórico da Informática
No século XVII, com base nas tabelas de Napier e com a invenção dos logaritmos, Patridge criou um instrumento mais sofisticado para efetuar contas: a régua de cálculo. A primeira máquina de calcular que funcionou com sucesso é de 1642, e foi construída pelo filósofo e matemático francês Blaize Pascal. Realizava somas e subtrações por meio de catracas. Em 1642 o filósofo e matemático francês Blaise Pascal inventou a primeira máquina automática de calcular, a máquina era feita de rodas dentadas que simulavam o funcionamento do ábaco, realizava apenas soma e subtração e o resultado era mostrado numa seqüência de janelinhas. Primeiro esta máquina foi chamada de PASCALINA, mas terminou, mais tarde, recebendo o nome de Máquina Aritmética de Pascal. Patridge, em 1650, com base nas experiências de Napier, inventou um novo instrumento, a Régua de Cálculo, que era constituída de uma pequena régua que deslizava sobre uma base fixa, na qual haviam diversas escalas para a realização de determinadas operações. Exemplo de Régua de Cáculo Pascaline, máquina de somar mecânica

4 Histórico da Informática
30 anos mais tarde (1672), o matemático alemão Leibnitz construiu uma máquina mecânica que também podia multiplicar e dividir. A moderna tecnologia de PD nasceu dessas calculadoras pioneiras e da automação industrial. Em 1805, Jacquard aperfeiçoou o tear automático, passando a utilizar cartões perfurados. O matemático alemão Gottfried Wilhelm Von Leibnitz, em 1672, aperfeiçoou a Máquina de Pascal, construindo a calculadora universal, que realizava soma, subtração, multiplicação, divisão e ainda calculava raiz quadrada. Em 1801 Joseph Marie Jacquard construiu um tear automático que aceitava entrada de dados através de cartões perfurados para controlar a confecção e desenho dos tecidos. Esta máquina pode ser considerada a primeira máquina mecânica programável. Calculadora Universal de Leibnitz Tear Automático de Jacquard

5 Histórico da Informática
Com o conhecimento da tecnologia de Jacquard, o inglês Charles Babage passou a automatizar cálculos matemáticos. Em 1822, apresentou modelo de máquina que calculava tabelas de quadrados, através de somas e subtrações (Diferencial). Após a máquina diferencial, se propôs a criar uma máquina muito mais poderosa, capaz de executar mais de um algoritmo (Analítica). No ano de 1822, Charles Babbage, professor de Cambridge e matemático, idealizou a Máquina das Diferenças, que consistia num dispositivo mecânico baseado em rodas dentadas, para a avaliação de funções e a obtenção de tabelas. Mas esta máquina não chegou a ser construída devido as limitações tecnológicas da época. Babbage, em 1833, projetou a Máquina Analítica ou Diferencial, que de certa forma era semelhante aos computadores atuais, pois dispunha de programa, memória, unidade de controle e periféricos de saída. A idéia da construção surgiu da necessidade de se realizar automaticamente tabelas de logaritmos e funções trigonométricas. Pelos mesmos motivos da sua invenção anterior Babbage não viu essa sua máquina ser construída, mas devido a esse projeto, ele ficou conhecido como Pai da Informática. Máquina diferencial Máquina analítica

6 Histórico da Informática
Em 1854, o matemático inglês George Boole contribuiu decisivamente para a teoria dos computadores. Ele descreveu a álgebra destinada a descrever operações lógicas. A álgebra de Boole utilizava os números 0 e 1 para representar as duas condições possíveis de uma afirmação: falso ou verdadeiro, da mesma forma que Babage utilizava o sistema binário nas suas máquinas. No século atual, essas duas técnicas foram reunidas, possibilitando junto com a aritmética binária, a invenção dos computadores digitais.

7 Os primeiros computadores
Em paralelo ao desenvolvimento das máquinas eletromecânicas, como calculadoras e teares, surgiu o conceito de processamento automático de dados. Censo americano de Concorrência vencida por Herman Hollerith e seu sistema de tabulação elétrico. Empregava cartões perfurados para entrada de dados. A máquina obteve sucesso, e a empresa, após fusões e associações tornou-se a IBM em 1924. Aproximadamente em 1885, Herman Hellerith, funcionário do Departamento de Recenseamento dos E.U.A., percebeu que a realização do censo anual demorava cerca de 10 anos para ser concluído e que a maioria das perguntas tinha como resposta sim ou não. Em 1886 idealizou um cartão perfurado que guardaria as informações coletadas no censo e uma máquina capaz de tabular essas informações. Construiu então a Máquina de Recenseamento ou Máquina Tabuladora, perfurando-se cerca de 56 milhões de cartões. Hollerith, em 1895, inclui a função de somar em sua máquina para poder utilizá-la também na contabilidade das Ferrovias Centrais de New York. Essa é a primeira tentativa de realização automática de uma aplicação comercial. No ano seguinte ele fundou a Tabulating Machines Company, que se juntou em 1924 a outras empresas formando a atual Internacional Business Machines (IBM). cujo primeiro presidente foi Thomas J. Watson(o pai), que não estava muito convencido do futuro dessas máquinas, idéia não compartilhada pelos seus sucessores, dentre os quais estava seu filho de mesmo nome. Máquina de tabulação de Hollerith

8 1a Geração – Válvulas (até 59)
As máquinas construídas a partir de relês elétricos já eram verdadeiros computadores, na moderna concepção da palavra. Mas tinham seus inconvenientes. A substituição de relês por válvulas a vácuo na década de 1940, caracterizou o advento da tecnologia eletrônica no tratamento de dados. Minimizando os inconvenientes. Estímulo: 2a Guerra Mundial. Foi construído na Universidade da Pensilvânia um grande computador a válvula, o ENIAC Em 1937, Howard H. Aiken, da universidade de Harvard, desenvolve a idéia de Babbage junto com cientistas de seu departamento e engenheiros da IBM. Como resultado desse desenvolvimento, construíram o primeiro computador eletro-mecânico baseado em reles e engrenagens, denominado Calculadora Automática de Seqüência controlada (Automatic Sequence Controlled Calculator - ASCC), que recebeu o nome de MARK-I. O MARK-I acabou de ser construído em 1944 e possuía unidades de entrada, memória principal e unidade aritmética de controle e de saída. Utilizava para a entrada de dodos cartões e fitas perfuradas. John W. Mauchly e J. Prester Eckert Jr., junto com os cientistas da Universidade da Pensilvânia, construíram, na Escola Moore de Engenharia Elétrica, o primeiro computador eletrônico, foi o ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Calculator) (figura abaixo), que entrou em funcionamento em Era um projeto militar americano para o cálculo da trajetória de morteiros através de tabelas. ENIAC

9 1a Geração – Válvulas (até 59)
Em 1946, John Von Neumann publica artigos lançando idéias que revolucionariam a concepção de computadores como o ENIAC. Adoção do sistema binário de numeração para a representação dos números. Até então se utilizava o sistema decimal. Outra idéia tratava da forma como a máquina receberia instruções para processar dados. Ao invés de programar a máquina diretamente nos circuitos, a instrução do que fazer seria passada para uma parte da máquina na forma de programa. As instruções seriam programadas em linguagem binária. Após serem lidas por cartões ou fitas perfuradas, eram armazenadas na memória eletrônica da máquina. Equip. de I/O Unid. Arit. e Lógica Unid. de Controle Memória Principal

10 2a Geração – Transistores (até 64)
Tem início com a substituição da VÁLVULA pelo TRANSISTOR, fabricado a partir do silício. Transistor foi desenvolvido em 1947, no Bell Laboratories. Seu tamanho era 100 vezes menor que o da válvula, não precisava de tempo para aquecimento, consumia menos energia, gerando menos calor. Era mais rápido e confiável. Computadores a válvula ficaram obsoletos já no final dos anos 50. Aplicações foram ampliadas. Começaram a ser utilizadas linguagens de programação. Surgiram os primeiros Sistemas Operacionais. Começou a se utilizar fita magnética para armazenamento de dados.

11 3a Geração – CI (até 71) Tem início com a substituição da TRANSISTOR pela tecnologia de CIRCUITOS INTEGRADOS, (transistores e outros componentes eletrônicos em um único chip). Implementado rapidamente pela IBM (família 360) em 64. Tornou os antecessores totalmente obsoletos. O CI, criado pela Texas Instruments entrou em mercado em 59. Suas características resumem a evolução e tendência dos computadores. Surge a multiprogramação, onde vários programas compartilham a mesma memória principal e dividem o uso da CPU. A memória para a ser orientada a byte. É desenvolvido o sistema operacional Unix, surge a linguagem de programação C. Evolui a utilização de discos magnéticos.

12 Tecnologias de CI (de 3a. geração)
SSI (Small Scale of Integration): Os circuitos integrados consistiam em tratamentos físico-químicos sobre uma película de silício, permitindo diferentes circuitos e portas lógicas. Teve início a ciência para projeto lógico de circuitos com baixa escala de integração (SSI), permitindo incluir em cada circuito uma média de 10 portas lógicas. Início da década de 60. MSI (Medium Scale of Integration): Surgiu a integração em média escala (MSI), na qual passaram a integrar-se numa única pastilha de CI entre 100 e 1000 portas lógicas. Fim da década de 60. LSI (Large Scale of Integration) No início dos anos 70 conseguiu-se introduzir num mesmo circuito entre 1000 e portas lógicas, com que passou à integração em larga escala (LSI)

13 Tecnologias de CI (de 4a. geração)
VLSI (Very Large Scale of Integration): Quando foram ultrapassadas as portas lógicas por circuito. Ocorreu em meados da década de 70, onde passou-se à altíssima escala de integração (VLSI). Utilizada até hoje. ULSI (Ultra Large Scale of Integration): Apareceu no final da década de 80 e início da década de 90. Foram ultrapassadas HUM MILHÃO de portas lógicas por circuito. Também utilizada até hoje.

14 4a Geração – MICROPROCESSADOR (até 81)
Em 69, a Intel começa a desenvolver o primeiro Microprocessador a ser lançado em 71, o Intel 4004, que tinha 46 instruções de 4 bits. Microprocessador CI onde foram incluídos todos os elementos de uma CPU (modelo de Von Neumann). Inicialmente tecnologia LSI e evoluiu rapidamente para VLSI. Viabilizou a fabricação de minicomputadores, microcomputadores (PC’s) do tipo desktop e até máquinas portáteis. Nessa geração dá-se a utilização do disquete (floppy disk) como unidade de armazenamento. Microcomputadores produzidos em escala comercial. Preços muito reduzidos e alta capacidade de processamento.

15 4a Geração – MICROPROCESSADOR (até 81)
Ganharam destaque os mini e superminicomputadores com sistemas operacionais UNIX e VMS. Surge o conceito de multiprocessamento. Surge o conceito de multitarefas Proliferam os protocolos de redes TCP/IP, SNA, X.25.

16 5a Geração (até os dias de hoje)
Caracteriza-se pelos avanços em termos de hardware, software e telecomunicações. Sistemas exploram a parte gráfica com novas interfaces. Surgimento da internet como meio de comunicação. Linguagens OO para se tornarem mais poderosas. Surgimento de novos conceitos. Sistemas Especialistas Sistemas em tempo Real Sistemas Multimídia Banco de Dados distribuídos Inteligência Artificial

17 Componentes de um Sistema de Computação
Sistema de Computação: Um Sistema de Computação é um conjunto de componentes (Hardware + Software) que são integrados para funcionar como se fossem um único elemento, tendo por objetivo realizar manipulações com dados. Os Componentes básicos de um Sistema de Computação são : Hardware Software A Memória Principal e Secundária  Sistema Operacional Unidade Central de Processamento  Software de linguagem Dispositivos de Entrada e Saída  Sistemas Aplicativos Hardware + Software = Sistema de Computação

18 Hardware - Memória assemelha-se a um depósito.
Definição: “É o componente de um sistema de computação cuja função é armazenar as informações que foram ou serão manipuladas pelo sistema.” (Mário Monteiro) Algumas características: assemelha-se a um depósito. varia em: velocidade, capacidade de armazenamento, tecnologia de construção. realiza apenas duas operações: escrita e leitura. Tipos de memória Registradores Cache Memória Principal Memória Secundária

19 Hardware - Memória Reg Cache Memória Principal
Hierarquia e Variações: Reg Cache Memória Principal Memória Secundária ou Auxiliar Tipo Capac. Veloc. e custo Loc. Volat. MP MS Bytes Kbytes Mbytes Gbytes Altíssimos Altos Médios Baixos CPU CPU ou Placa Placa Externa Sim Não Velocidade e Custo Capacidade

20 Hardware - Memória Dispositivos de armazenamento temporário.
Registradores Dispositivos de armazenamento temporário. Dois tipos: Registradores de dados e Registradores de endereços. O alto custo é devido à sua localização, pois implica na complexidade de construção da CPU, já que se encontra na própria pastilha (“chip”) da CPU. O conceito de registrador surgiu da necessidade da CPU armazenar temporariamente dados intermediários durante um processamento. Memória Cache Alta velocidade (p.ex: 25 ns contra 70 ns da MP), entretanto não é econômico construir um computador somente com a tecnologia de memória cache. Função: acelerar a velocidade de transferência de informações entre a CPU e MP, aumentando o desempenho dos sistemas de computação.

21 Hardware - Memória Memória Principal É a memória que armazena os programas e seus dados. Nela a CPU busca instrução por instrução para executar o programa. Também é chamada de memória RAM. A memória principal de qualquer sistema de computação é organizada como um conjunto de N células seqüencialmente dispostas a partir da célula de endereço igual a 0 até a última, de endereço igual a N-1. End 257A End 257B 1F 2C Conteúdo da posição de memória End 0000 End N-1 Célula de memória

22 Hardware - Memória RAM - Random Access Memory Permite operações de leitura e escrita pelo usuário e programas. Seu tempo de acesso é da ordem de 70ns independente do endereço de acessado. É construída com tecnologia de semicondutores. É volátil. ROM - Read Only Memory Utilizada geralmente por fabricantes para gravar programas que não devem ser alterados ou apagados acidentalmente. Não é volátil. Quando se liga uma máquina, é da ROM que vem os programas que são carregados e processados no "boot" (inicialização do hardware). Ex: BIOS - Basic Input Output System e microprogramas de memórias de controle. Memória Secundária Utilizada para armazenar grandes quantidades de informações. Os principais dispositivos são: discos rígidos, drives de disquete, unidades de fita, CD-ROM, etc.

23 Hardware - CPU Função Básica - Execução de Instruções
Unidade Central de Processamento - UCP ou CPU Função Básica - Execução de Instruções Buscar uma instrução na memória; Atualiza o contador de instruções para que aponte para a instrução seguinte; Determina o tipo de instrução; Se a instrução usa dados da memória, determina onde eles estão; Busca os dados; Executa a instrução; Armazena os resultados no local apropriado; Reinicia o processo apanhando uma nova instrução. Busca Decodificação Execução Início Fim CICLO DE INSTRUÇÃO

24 Hardware - CPU Principais Componentes da CPU e suas funcionalidades: Unidade de Controle Unidade Lógica e Aritmética Registradores ... Barramento Memória Principal Disco Impressora Dispositivos de E/S Busca as instruções da memória principal e determina seus tipos. Executa operações tais como adições e operações boleanas, necessárias à execução das instruções. Memória usada p/ armazenar resultados temporários e certas informações de controle

25 Hardware - CPU Unidade de Controle Aritmética e Lógica Memória Unidade
Interação entre os componentes de Hardware Unidade de Controle Aritmética e Lógica Memória Unidade de Saída Entrada Unidade Central de Processamento Memória Secundária Registrador

26 Hardware - CPU Evolução do Processador dos PCs (Intel):

27 Hardware - Dispositivos de Entrada e Saída
Dispositivos de Entrada e Saída: São os dispositivos que possibilitam o manuseio de dados e informações. Permitem a comunicação do usuário com o computador. Traduzem as linguagens do sistema para a linguagem do meio exterior. Dispositivos de Entrada: converte a instrução ou dado capturado em uma forma possível de ser manipulado pelos componentes eletrônicos do computador. Ex: Teclado, Mouse, Canetas Óticas, Modem, Scanners, Filmadoras, etc. Dispositivos de Saída: traduz a linguagem de máquina do computador para a linguagem humana que o usuário entende. Ex: Monitor de Vídeo, Impressoras, Plotters, Equipamento de Áudio, etc.

28 Como a informação é representada?
Sistema binário é a base para a operação dos computadores. Tecnologia baseada na álgebra de Boole e no conceito de V/F. Computadores modernos foram desenvolvidos a partir de conceitos a partir de códigos em fitas ou papéis perfurados. Esses conceitos consolidaram o uso dos dígitos 0 (F) e 1 (V). A partir daí podemos representar valores ou símbolos. 5 -> 101 13 -> 1101 C -> Assim, codificação binária irá representar dados existentes nas empresas ou no nosso dia a dia.

29 Como a informação é representada?
Dois termos que aparecem com freqüência na terminologia da informática são o bit e byte. O bit pode ser entendido como um “circuito” onde podemos guardar 0 ou 1. É o componente básico da memória e representa um dígito binário. Podemos representar uma letra ou número com as várias combinações de dígitos binários. Este agrupamento de dígitos recebe o nome de byte. Um byte tem normalmente 8 bits (por convenção) A convenção surgiu da necessidade de representar todos os caracteres com um certo número de bits. Com seis bits temos dois à sexta potência → 64 (pouco) Com sete bits temos dois à sétima potência → 128 (satisfatório) Oitavo bit de paridade

30 Como a informação é representada
Para o melhor desempenho dos computadores foi adotado outro conceito: a palavra (WORD), múltipla do byte e também de tamanho variável, a depender da capacidade do barramento adotado pelo microprocessador. Por exemplo, palavras de 16, 32,64 ou 128bits.

31 Códigos Padrões de Caracteres
Codificações binárias utilizadas pelos computadores. Codificação EBCDIC Considera do byte com oito bits Utilizada pelos grandes computadores, como os IBM Codificação ASC II Utiliza 7 bits de um byte para informação. Codificação utilizada nos microcomputadores e no sistemas de telecomunicações.

32 Grandezas nos Computadores
Tanto para quantificar a memória principal como para medir a capacidade de armazenamento são utilizados múltiplos de bytes, como “K”, “M”, “G” e “T” Unidade Abreviação Valor Aproximado Valor Exato Kilo K 1.000 2^10 →1.024 Mega M 2^20 → Giga G 2^30 → Tera T 2^40 → Quando se referir a capacidade de armazenamento de dados, utilizamos BYTE, simbolizado por “B”, combinado com essas letras.

33 Grandezas nos Computadores
Bits e Bytes Unidade Equivalência Equivalência 1 byte 8 bits 1 KB bytes 1024 bytes 1 MB 220 bytes 1024 KB 1 GB bytes 1024 MB 1 TB 240 bytes 1024 GB 1) Quanto vale 2 MB em bytes ? 2 x 1024 x 1024 = bytes 2) Quanto vale 3GB em bits ? 3 x 1024 x 1024 x 1024 x 8 = bits 3) Quanto vale bytes em MB? / 1024 / 1024 = 3,39 MB

34 Grandezas nos Computadores
Exemplos: 50 KB →Um pequeno documento no MS Word 1,44 MB →Capacidade de um disquete de 3,5” 256 MB →Capacidade usual da memória dos microcomputadores 40 GB →Capacidade usual de um disco rígido interno de um micro Podemos usar grandezas associadas ao BIT, comparadas à unidade de tempo. 56Kbps (internet - discada) ou 256Kbps (internet - banda larga) Hertz (Hz) é a unidade de medida de freqüência, e corresponde tanto a “ciclos por segundo” em corrente alternada como a “pulsos por segundo” em circuitos digitais. Os atuais computadores são medidos em MHz ou GHz, o chamado “clock” do processador.

35 Sistemas de Numeração Quando dizemos “o número 10” estamos cometendo uma abuso de linguagem. “o número que representamos pelo numeral 10”. O numeral é o símbolo gráfico para representar a idéia Dessa forma o número pode ser representado de diferentes maneiras, a depender do sistema de símbolos desejado. Sistema decimal Conceito de representação criado na Índia, possui característica importante de associar o número tanto a idéia de posição como de valor. 1967 = (1 * 10^3) + (9 * 10^2) + (6 * 10^1) + (7 * 10^0) Do ponto de vista matemático, o sistema com base decimal é tão arbitrário e convencional como qualquer outro.

36 Sistemas de Numeração Sistema binário
Matematicamente seria o mais natural de todos. Representa os estados naturais da lógica. 1967 = 1 * 2^10 = 1 * 2^9 = 1 * 2^8 = 1 * 2^7 = 0 * 2^6 = 100000 1 * 2^5 = 00000 0 * 2^4 = 1000 1 * 2^3 = 100 1 * 2^2 = 10 1 * 2^1 = 1 1 * 2^0 =

37 Sistemas de Numeração Sistema Hexadecimal
O sistema de numeração hexadecimal utiliza 16 dígitos 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F Correlação entre os sistemas decimal, binário e hexadecimal Observe que com quatro dígitos binários podemos representar todos os dígitos hexadecimais. Decimal Binário Hexadecimal 0000 1 0001 2 0010 3 0011 4 0100 5 0101 6 0110 7 0111 Decimal Binário Hexadecimal 8 1000 9 1001 10 1010 A 11 1011 B 12 1100 C 13 1101 D 14 1110 E 15 1111 F

38 Conversão de Bases de Numeração
Conversão Binário - Decimal Decompor em potências de x 20 = x 21 = x 22 = x 23 = x 24 =

39 Conversão de Bases de Numeração
Conversão Decimal - Binário Resíduo Final sempre = 0

40 Sistemas de Numeração Conversão de decimal para binário.
Divisões sucessivas por 2. O resto da última divisão representa o dígito mais à esquerda do número binário, o resto da próxima divisão o próximo dígito, e assim por diante. Como somar em binário? Como subtrair em binário?

41 Conversão de Bases de Numeração
Conversão Decimal - Hexa B D A B16 Resíduo Final sempre = 0

42 Conversão de Bases de Numeração
Conversão Hexa - Decimal Decompor em potências de F 1 E x 160 = x 161 = x 162 = x 163 = =>

43 Conversão de Bases de Numeração
Conversão Binário - Hexadecimal - a partir da direita, dividir em grupos de 4 dígitos - converter cada grupo em um dígito hexadecimal F Obs.: completar com zeros à esquerda quando necessário

44 Conversão de Bases de Numeração
Conversão Hexa - Binário - converter cada dígito hexa em um grupo de 4 dígitos binários Ex. A7B A B