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1 Introdução à Informática O cenário onde estamos inseridos.

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1 1 Introdução à Informática O cenário onde estamos inseridos

2 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. Estruturas de Napier Ábaco

3 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. Pascaline, máquina de somar mecânica Exemplo de Régua de Cáculo

4 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. Calculadora Universal de Leibnitz Tear Automático de Jacquard

5 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). Máquina diferencial Máquina analítica

6 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 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 Máquina de tabulação de Hollerith

8 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 ENIAC

9 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 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 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 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 13 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. Tecnologias de CI (de 4a. geração)

14 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 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 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 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 18 Hardware - Memória 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 19 Hardware - Memória Hierarquia e Variações: Reg Cache Memória Principal Memória Secundária ou Auxiliar Tipo Reg Capac. Veloc. e custo Loc.Volat. Cache MP MS Bytes Kbytes Mbytes Gbytes Altíssimos Altos Médios Baixos CPU CPU ou Placa Placa Externa Sim Não Velocidade e Custo Capacidade

20 20 Hardware - Memória 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 21 Hardware - Memória End 257A End 257B 1F 2C Conteúdo da posição de memória End 0000 End N-1 Célula de 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.

22 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 23 Hardware - CPU 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. BuscaDecodificação Execução Início Fim CICLO DE INSTRUÇÃO

24 24 Hardware - CPU 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 Principais Componentes da CPU e suas funcionalidades:

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

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

27 27 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. Hardware - Dispositivos de Entrada e Saída

28 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 -> > 1101 C -> Assim, codificação binária irá representar dados existentes nas empresas ou no nosso dia a dia.

29 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 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 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 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” UnidadeAbreviaçãoValor AproximadoValor Exato KiloK1.0002^10 →1.024 MegaM ^20 → GigaG ^30 → TeraT ^40 → Quando se referir a capacidade de armazenamento de dados, utilizamos BYTE, simbolizado por “B”, combinado com essas letras.

33 33 Bits e Bytes UnidadeEquivalênciaEquivalência 1 byte8 bits 1 KB2 10 bytes1024 bytes 1 MB2 20 bytes1024 KB 1 GB 2 30 bytes1024 MB 1 TB2 40 bytes1024 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 Grandezas nos Computadores

34 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 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 = (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 36 Sistemas de Numeração Sistema binário Matematicamente seria o mais natural de todos. Representa os estados naturais da lógica = * 2^10 = * 2^9 = * 2^8 = * 2^7 = * 2^6 = * 2^5 = * 2^4 = * 2^3 = * 2^2 = * 2^1 = 2 11 * 2^0 =

37 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. DecimalBinárioHexadecimal DecimalBinárioHexadecimal A B C D E F

38 38 Conversão de Bases de Numeração Conversão Binário - Decimal Decompor em potências de x 2 0 = 1 0 x 2 1 = 0 1 x 2 2 = 4 0 x 2 3 = 0 1 x 2 4 = 16 21

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

40 40 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? Sistemas de Numeração

41 41 Conversão Decimal - Hexa B D A B 16 Resíduo Final sempre = 0 Conversão de Bases de Numeração

42 42 Conversão Hexa - Decimal Decompor em potências de F 1 E x 16 0 = 14 1 x 16 1 = x 16 2 = x 16 3 = => Conversão de Bases de Numeração

43 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 44 Conversão de Bases de Numeração Conversão Hexa - Binário - converter cada dígito hexa em um grupo de 4 dígitos binários Ex. A7B2 16 A 7 B


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