Fundamentos da Computação

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1 Fundamentos da Computação
Dispositivos de Armazenamento de Dados e Dispositivos de Entrada e Saída

2 Dispositivos de Armazenamento de Dados

3 Introdução Até o momento verificamos:
Como representar a informação em um computador. Como projetar os circuitos usando portas lógicas. Como dados e programas são “processados”no “kernel” de um computador (UC,ULA e memória). Unidades de memória: voláteis Dispositivos de armazenamento de dados: capazes de manterem a informação mesmo quando sem fonte de energia.

4 Introdução Entre os dispositivos de armazenamento de dados mais conhecidos podemos citar: Unidades de fita Discos magnéticos Flexíveis Rígidos Discos óticos (uso do laser para recuperar dados) CD DVD Chips de memória EPROMS Memórias Flash

5 Armazenamento em disco
Capacidade: de centenas de Kb até vários Gb Elemento básico: 0/1 Representação dos dado: alterações microscópicas da superfície do disco para que representem zeros ou uns. Formatação: Acesso aos dados de maneira organizada Trilhas, setores Organizam o acesso das cabeças de leitura/gravação

6 Gravando e lendo bits Superfície do disco: filme magnético (contém partículas de ferro espalhadas de forma aleatória) A eletricidade pulsa em uma bobina de ferro na cabeça de L/G Gravação: a bobina induz um campo organizando as particulas (em um sentido 0, no outro 1). Leitura: o magnetismo das particulas polarizadas na gravação induz corrente na bobina (em um ou outro sentido).

7 Formatação Tarefa básica para permitir o uso de uma unidade de disco.
Organiza um padrão de bits sobre a superfície para permitir a localização das cabeças de L/G Divisão radial em setores e em círculos chamados trilhas

8 Organização de arquivos
Cluster: unidade mínima de leitura/gravação Um arquivo ocupa no mínimo um cluster Um arquivo pode ocupar vários clusters de forma não seqüêncial (cada cluster indica o próximo) Diretório: Localizado em uma trilha fixa (normalmente 0) Possui lista de arquivos e cluster inicial Diferentes S.O. podem usar diferentes tabelas de alocação de arquivos: FAT VFAT etc Para evitar que a lista de arquivos seja muito longa: Estrutura de diretórios

9 Unidades de disco Unidades de disco flexível 8”, 5 ¼”, 3 ½”
Capacidade: 128Kb a 2.88 Mb Vantagem: custo

10 Unidades de disco Unidade de disco rígido:
Velocidade: acima de 7200 rpm Capacidade: Vários Gb Em geral 8 discos graváveis dos dois lados

11 Unidades de disco Vetores de disco:
Simular uma unidade de maior capacidade Espelhamento: usado para evitar a perda de dados

12 Unidade de backup tradicional
Cópias de segurança são sempre necessárias Unidades de fita: Cópia física do disco inteiro Custo/capacidade (1Gb) Tipos: QIC, DAT (4 cabeças; duas gravam e duas lêem fazendo conferência dos dados que estão sendo gravados)

13 Unidades óticas A sensibilidade das cabeças de R/W de um disco magnetico são limitadas. Um laser consegue atingir área muito menores Funcionamento: Usa-se a mesma cabeça magnética mas ela não consegue polarizar sozinha o material usado nestes discos O laser aquece uma região diminuta que então fica sensível ao magnetismo e é organizada A leitura é feita por um laser de menor intensidade O feixe emitido é refletivo pelas partículas organizadas anteriormente e é captado por um sensor

14 Gravação a laser

15 Leitura a laser

16 Otimizando tempo e espaço
Cache de disco O S.O. lê mais clusters que o necessário porque provavelmente serão os próximos a serem requisitados Desfragmentação Re-organiza os arquivos em clusters posicionados de maneira a otimizar as operações de R/W (nem sempre contíguo) Compactação Cada arquivo ocupa pelo menos um cluster (não importando se for menor) Cria-se um arquivo só e trata este arquivo como um disco virtual. Ainda pode aplicar algoritmos de compactação neste arquivo.

17 Algoritmos de compactação
Substituir trechos com caracteres repetidos por uma indicação de quantidade (próprio para imagens): Ex: AAAAABBBBBCCC  5A5B3C Criar dicionários de trechos repetidos: Ex: A moça molhou a colher do molho (31 caracteres) Dicionário: 1  mo 2  lho Compactado: A 1ça 12u a colher do 12 (24 caracteres)

18 Dispositivos de Entrada e Saída

19 Introdução Primeiros computadores: Atualmente: Chaves no painel
Cartões perfurados Atualmente: Teclados Monitores de vídeo Portas, Scanners Mouse, Impressoras,....

20 BIOS Os dispositivos de E/S vão além dos clássicos teclado, mouse etc
Praticamente todos os dispositivos – com exceção do próprio microprocessador – (leitura ou gravação nos discos, por exemplo) usam serviços da BIOS (Basic Input and Output System).

21 Barramentos Todos os dispositivos de um computador conectam-se através dos barramentos (vias de dados) Os barramentos não são formados por um único componente. São compostos por: Trilhas impressas na placa mãe Micro-chips Slots de expansão

22 Placas de expansão Permitem conectar equipamentos não previstos no projeto original Exemplos: ISA, EISA, VESA, PCI etc Aumentou a largura dos barramentos Aumentou a velocidade das placas Segredo: compatibilidade entre os sistemas

23 Teclado Tecnologia consagrada que pouco evolui Funcionamento:
Quando uma tecla é pressionada ocorre uma alteração na corrente que flui pelos circuitos associados a ela Um processador monitora constantemente essas alterações gerando códigos de varredura (um para quando pressiona e outro para quando solta) O BIOS do teclado armazena a tecla no buffer do teclado Se for uma tecla de alteração (Shift etc) o BIOS armazena essa informação de maneira a alterar o código de varredura das próximas teclas

24 Monitor de vídeo Imagem composta por PIXELS Matriz de pixels:
Fósforo RGB Canhão de elétrons Varredura a 60hz Quanto maior a resolução, mais rápido tem de ser o canhão Memória de vídeo: Frame buffer/mapa de bits O que está nesta memória é enviado para o monitor de vídeo Esquemas com paleta Cada posição no mapa de bits referencia uma posição da paleta. A paleta contém as cores. True color (24 bits)

25 Mouse Dispositivo de apontamento inicialmente explorado por Douglas Engelbert do Centro de Pesquisas de Stanford. Tornou-se extramente popular com o surgimento de uma nova geração de sistemas operacionais (Machintosh OS e Windows).

26 Mouse Quando movemos o mouse, arrastando-o em uma superfície plana, uma esfera – feita de borracha ou aço recoberto com borracha, gira na direção do movimento.

27 Mouse À medida que a esfera gira, ela faz contato e aciona dois roletes montados em um ângulo de 90 graus entre si. Enquanto um detecta os movimentos verticais, o outro detecta os movimentos horizontais.

28 Mouse Cada rolete está ligado a uma roda, conhecida como codificador.
Este codificador registra uma quantidade de sinais elétricos que é proporcional à distância percorrida pelo mouse.

29 Mouse Estes sinais são enviados ao PC através do cabo (cauda do mouse) para um software, que converte o número, a combinação e a freqüência dos sinais para coordenadas de tela.

30 Portas As portas (coleção de conectores cavados na porta traseira do PC, por exemplo) permitem que qualquer tipo de periférico seja conectado ao computador. As portas mais conhecidas são as seriais, paralelas e USB (barramento serial universal)

31 Porta Serial É considerada um dos conectores externos mais básicos de um computador. Utilizada já a mais de 20 anos.

32 Porta Serial O nome vem do fato de que os dados (em bytes) são transmitidos em série, isto é, bit a bit. Como vantagem, apenas um cabo é necessário para transmissão dos oito bits. A desvantagem, é que o tempo necessário é oito vezes maior do que houvessem oito cabos (ou fios).

33 Porta Serial Antes de cada byte de dados, uma porta serial envia um bit de sinal. Após a transmissão do byte completo, ela também envia um bit para dizer que a transmissão foi completada.

34 Porta Serial O conector externo de uma porta serial pode ser de 9 ou 25 pinos. Originalmente, o uso principal da porta serial era para a conexão de um modem (e as diversas atribuições dos pinos refletem isso).

35 Porta Paralela Portas paralelas foram originalmente desenvolvidas pela IBM, como uma forma de conectar a impressora a um PC. Embora portas USB estejam cada vez mais populares, a porta paralela é ainda a interface padrão para impressoras.

36 Porta Parela Quando o computador envia dados para a impressora, ele envia oito bits de dado (um byte) de cada vez. Estes bits são transmitidos em paralelo. Um porta paralela padrão é capaz de enviar entre 50 e 100 KB de dados por segundo.

37 Porta Paralela Portas paralelas são normalmente formadas por 25 pinos, que possuem as mais diversas funções para comunicação com a impressora.

38 Portas USB (Universal Serial Bus)
Praticamente qualquer computador hoje vem equipado com um ou mais conectores USB. Estes conectores suportam praticamente qualquer tipo de periférico (desde mouses (sic) até impressoras).

39 Portas USB Problemas com portas seriais e paralelas
Impressoras usam portas paralelas, e maioria dos computadores só vem com uma. Zip Drives precisam de conexão com alta velocidade, e portas paralelas não resolvem o problema de forma aceitável.

40 Portas USB Problemas com portas seriais e paralelas
Modems usam a porta serial, mas também alguns tipos de impressoras, assim como Palm Pilots e câmaras digitais. A maioria dos computadores só possuem duas portas seriais,e elas são muito lentas na maioria das vezes.

41 Portas USB Problemas com portas seriais e paralelas
Dispositivos que precisam de conexões rápidas normalmente vêm com as próprias placas. Entretanto, o número de slots para placas é bastante limitado em qualquer computador.

42 Portas USB O objetivo principal da porta USB é eliminar estes problemas todos de uma só vez: O barramento serial universal permite uma maneira única e fácil de conectar até 127 dispositivos em um computador. Sistemas operacionais atuais suportam portas USB, detectando novos periféricos e pedindo (ou ativando) os drivers necessários.

43 Portas USB Uma vez que a maioria dos computadores possuem apenas um conector USB, a questão é como suportar tantos dispositivos: Solução: hubs (centros) USB

44 Portas USB Características: O computador age com um hospedeiro (host).
Até 127 dispositivos podem ser conectados ao hospedeiro, diretamente ou por meio de hubs USB. Cabos USB podem ter até 5 metros. Com hubs, até 30 metros.

45 Modem O termo “modem” é uma contração para as palavras modulador-demulador, tipicamente usadas para o envio de informação digital através da linha telefônica. O modem que envia converte os dados em um sinal compatível com a linha telefônica (analógico). O modem que recebe, demodula o sinal de volta a forma digital. Modems sem fio (wireless) convertem dados digitais em ondas de rádio e vice-versa.

46 Modem Modems surgiram nos anos 1960´s como uma forma de permitir que terminais se conectassem com computadores através da linha telefônica. Uma configuração típica é mostrada abaixo.

47 Modem Em uma configuração como esta, um terminal burro (monitor + teclado) poderia discar para um computador central (mainframe). Como esta era uma época de computadores com sistemas operacionais de tempo compartilhado, companhias “compravam” tempo um computador, conectando-se a ele através de um modem com velocidade de 300 bps (bits por segundo).

48 Modem As pessoas conseguiram sobreviver com 300 bps por um tempo razoável. Esta velocidade era tolerável, porque 300 bps representava aproximadamente 30 caracteres por segundo, o que é muito mais do que uma pessoa pode ler ou escrever por um tempo igual a um segundo.

49 Modem Quando foi necessário transferir programas grandes e imagens esta velocidade tornou-se intolerável. Uma evolução da velocidade dos modems pode ser avaliada a seguir:

50 Modem 300 bps (1960-1983) 1200 bps (1984-1985) 2400 bps
19.2 Kbps (Kilobits por segundo) 28.8, 33.8 56 Kbps (Tornou-se padrão em 1998) D(igital) S(ubscriber) Line (até 8 Mbps-1999)