Introdução à Informática Prof. Roberto Cabral de Mello Borges Instituto de Informática / Escola Técnica - UFRGS 2009 Parte 1

Introdução à Informática Breve Histórico Estrutura Interna do Computador Unidade Central de Processamento Memórias Meios e Dispositivos de Entrada e Saída Microcomputadores Organização das Informações no Computador Redes de Computadores Software Sistemas Operacionais Linguagens de Programação Aplicativos

Histórico 1642 - Blaise PASCAL: 1ª máquina de somar 1801 - Joseph Marie JACQUARD: 1ª máquina de tecelagem controlada por cartões de couro perfurados. 1812 - Charles BABBAGE: 1ª máquina de calcular de 4 operações. 1880 - censo EUA: 7,5 anos 1890 - censo EUA: estimativa --> 11 anos apuração --> 2,5 anos 1896 - Hermann HOLLERITH: Tabulating Machine Company. 1911 - Computing-Tabulating Recording Company. 1924 - International Business Machines (IBM). 1927 - Sperry Rand Corporation. 1946 - ENIAC: 1º computador eletrônico à válvula

Ábaco - 2600 a.C. Primeiro dispositivo manual de cálculo representando os números no sistema decimal Japonês Chinês 7

Ábaco Especial

Estruturas de Napier - 1550 John Napier idealizou um dispositivo baseado em bastões com números, capazes de multiplicar e dividir 8

Régua de Cálculo - 1650 Criada pelo atrônomo inglês Edmund Gunter, implementada pelo Reverendo William Oughtred e aperfeiçoada pelo Prof. de Geometria Amédée Mannheim, em 1850 (França) Possui uma régua deslizante sobre uma base fixa, com escalas logarítmicas para a realização de diversas operações Utilizada até a década de 70 Oughtred 11

Régua de Cálculo Exemplo 1,3 x 2 = 2,6 1,3 2,6

Máquina Aritmética de Pascal - 1642 10

Máquina para multiplicar - 1623 Idealizada por Wilhelm Schickard Realizava operações de multiplicação, através de rodas dentadas. Multiplicação realizada através de somas sucessivas 9

Máquina arimética de Morland - 1666 Samuel Morland (Inglaterra) Máquina mecânica operações de soma e subtração Em 1672 publicou “The Description and Use of Two Arithmetic Instruments”, que descrevia a máquina de Napier aperfeiçoada. 12

Calculadora Universal de Leibnitz - 1672 Consiste num aprimoramento da máquina de Pascal Operações de soma, subtração, divisão e raiz quadrada 13

Calculadora de Hahn - 1779 (Philip Matthäus Hahn) Máquina de calcular capaz de realizar somas, subtrações, multiplicações e divisões 14

Tear automático de Jaquard - 1801 Possuia uma entrada de dados através de cartões perfurados que controlavam a confecção dos tecidos e dos desenhos Primeira máquina mecânica programada 15

Tear automático de Jaquard - 1801

Máquina de Diferenças de Babbage - 1822 Dispositivo mecânico baseado em rodas dentadas para avaliação de funções e obtenção de tabelas. 16

Máquina de Diferenças de Babbage Museu de Ciências (Londres)

Máquina Analítica de Babbage - 1833 Dispunha de programa, memória, unidade de controle e periféricos de entrada e saída Cálculo automático de tabelas de logaritmos e funções trigonométricas Devido a esse projeto Babbage é considerado Um dos pais da informática 17

Augusta Ada Byron (Condessa Ada Lovelace) 1842 : Augusta Ada Byron (Condessa de Lovelace) apresenta certos aspectos da arimética binária utilizados 100 anos depois por Von Neumann Considerada a primeira programadora da história por seus trabalhos na máquina analítica de Babbage, o qual conheceu em 1832. 19

George Scheutz 1854: George Scheutz contrói um modelo da Máquina de Diferenças de Babbage que funciona bem na obtençao de tabelas

Máquina milionária de Steiger - 1893 Primeira calculadora a obter sucesso comercial Utilizada em transações e cálculos científicos 22

George Boole (Lincoln, England 02/11/1815 - 08/12/1864) 1854: George Boole desenvolve a teoria da Álgebra de Boole, origem da Teoria dos Circuitos Lógicos

Máquina de Cartões Perfurados de Hollerith - 1896 Possui cartões perfurados onde foram armazenados as informações coletadas no censo e uma máquina para ler e tabular essas informações 20

Herman Hollerith Fundador da IBM Slogans: Do It Right Think

Fatos históricos ...continuação... 1887: Leon Bolle contrói uma máquina de multiplicar diretamente, sem o processo de somas sucessivas 1895: Hollerith inclui na sua máquina a operação de somar para a contabilidade das Ferrovias Centrais de Nova York 1896: Hollerith funda a empresa Tabulating Machines Company, que em 1924 junto com outras empresas forma a IBM. 21

Fatos históricos ...continuação... 1914: Leonardo Quevedo constrói uma máquina que simula os movimentos das peças de xadrez 1936: Alan Turing desenvolve a teoria de uma máquina capaz de reolver qualquer tipo de problema. Teve início a Teoria Matemática da Computação algoritmo representa um processo Surge a Teoria da Computabilidade estudos para encontrar formas de descrição e representação de processos através de algoritmos 1937: construção do primeiro computador eletromecânico baseado em relés e engrenagens Calculadora Automática de Seqüência Programada, MARK - I 23

Fatos históricos ...continuação... 1938: Claude Shannon aplica a Teoria da Álgebra de Boole na representação de circuitos lógicos 25

MARK -I Possuia unidades de entrada, memória principal e unidade aritmética. Utilizava cartões e fitas perfuradas como entrada Primeiro computador eletromecânico construído a funcionar 117 metros de comprimento, 2 de altura, 70 toneladas Constituído de 700.000 peças móveis, com fiação de 800.000 metros Somava dois números em menos de 1 segundo e multiplicava em 6 segundos. Trabalhava com 23 dígitos decimais 24

ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Calculator) 1946 a 1952: operação 18.000 válvulas 1500 relés sala de 9 x 30 m consumia 200 kWh criado por John Mauchly e Prosper Eckert em 1952 19.000 válvulas já tinham sido substituídas operava por algumas horas e parava pela queima de cerca de 100 a 200 válvulas; ficava até uma semana em manutenção.

O Computador ENIAC - 1945 Electronic Numerical Integrator And Calculator Primeiro computador eletrônico. Entrou em funcionamento em 1945. Utilizado pelo exército para cálculo da trajetória de projéteis através de tabelas 26

ENIAC - características 1000 vezes mais rápido que o MARK - I Somava 2 números em 0,0002 s Multiplicava em 0,003 s 111 metros cúbicos 30 toneladas 17.000 válvulas a vácuo 50.000 comutadores 70.000 resistências 7.500 interruptores Consumo oscilava entre 100.000 e 200.000 watts 27

Curiosidades sobre o ENIAC Mulheres que trabalharam no projeto: Marilyn Wescoff Ruth Lichterman Kay McNutty Frances Bilas Jean Jeannings Betty Snyder Foram escolhidas porque os militares americanos achavam que os homens não tinham a paciência necessária para programar o projeto. Porém elas usavam uma sigla SP no crachá (Subprofessional)

Fatos históricos ...continuação... 1942: John Atanasoff e Clifford Berry , do projeto ENIAC construíram uma máquina eletrônica que operava em código binário, seguindo as idéias de Babbage. Foi o primeiro computador digital 1944: John von Neumann desenvolve a idéia de um programa interno descrevendo o fundamento teórico para a construção de um computador eletrônico, denominado Modelo de von Neumann existência simultânea de dados e instruções no computador e a possibilidade de programação. 1952: construído o computador de von Neumann, como uma modificação do ENIAC. Foi chamado EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer 28

Computador UNIVAC I - 1951 Segue o modelo de von Neumann Utiliza fitas magnéticas Em 1952 são construídos os computadores MANIAC - I, MANIAC - II e UNIVAC - II. 29

Classificação dos computadores quanto à geração Ano Elemento Ativo Sistema Operacional Recursos de Programação 1ª 1945 Válvula Todo Manual Poucos 2ª 1959 Transistor Quase Todo Manual Médios 3ª 1965 Circuito Integrado Semi Manual Bons 4ª 1972 Circuito Integrado Monolítico Bastante Automatizado Ótimos 5ª 1985 Circuitos VLSI, ULSI Quase Todo Automatizado Quase Inesgotáveis

Prof. Edward Eteinmüller (Universidade de Stanford) “Se o automóvel tivesse se desenvolvido como o fizeram os computadores nos últimos 40 anos, hoje um Rolls-Royce custaria US$ 2,00, faria um milhão de Km por litro de gasolina, produziria energia suficiente para movimentar o Queen Elizabeth e dez deles caberiam numa cabeça de alfinete” Prof. Edward Eteinmüller (Universidade de Stanford)

Mainframe de 1970 Burroughs B-5000/6000 - Memória de 6Mb

IBM/1130 - UFRGS (1968 - 1979) 32 Kb de memória

B-6700 da UFRGS (1971-1987)

Estrutura Interna do Computador

Estrutura Interna do Computador Entrada Processamento Saída

Processamento Entrada Saída UCP Memória Unidade de Controle Unidade Lógica Unidade Aritmética Saída

Unidade Central de Processamento (U.C.P.) Unidade de Controle Unidade Lógica Unidade Aritmética Memória (Principal)

E S Programas Unidade Aritmética

Processamento Entrada Saída UCP Memória Unidade de Controle Unidade Lógica Unidade Aritmética Saída

UCP - Programa

Unidade Aritmética

Armazenamento (Memória)

Memórias: Bit Núcleos Magnéticos Anel de Ferro Magnetizável Fios de Cobre

Memória de Núcleos Magnéticos

Memórias Integradas

Memórias Integradas RAM (Random Access Memory) ROM (Read Only Memory) É a memória de trabalho do usuário. É nesta memória que se pode armazenar dados e programas. É volátil, ou seja, quando se desliga o computador seu conteúdo é perdido (apagado). Capacidades: de 32 Mbytes a 1 Gbytes ROM (Read Only Memory) É a memória onde o fabricante grava partes do sistema operacional. Nela o usuário não pode gravar nada, somente ler. Não é volátil, ou seja, mesmo desligando o computador, seu conteúdo não é perdido. Capacidades: 256 Kbytes a 16 Mbytes

Tipos de ROM ROM (Read Only Memory) PROM (Programmable ROM) é gravada uma única vez, na fábrica, durante o processo de fabricação. PROM (Programmable ROM) só pode ser gravada uma vez, porém fora da fábrica, usando um gravador de PROM. EPROM (Erasable PROM) similar a PROM, porém seu conteúdo pode ser apagado, através da emissão de luz ultravioleta na “janela” superior, sendo feita a regravação tal como na PROM. EEPROM (Electrically EPROM) e EAROM (Electrically Alterable ROM) similares à EPROM, porém o processo de apagamento se faz através da aplicação de uma tensão em um dos pinos. O apagamento é instantâneo

EPROM EPROM

Tipos de Memórias Atuais nos Micros Registradores Expandida (Expansão qualquer) Estendida (Extensão aos 640K do DOS-PC) Flash Cache Nível 1 (interno UCP) Nível 2 (externo à UCP) Virtual (Paginação e Segmentação)

Registradores Memória Expandida Memória Estendida Registrador é uma área de memória onde são colocados os dados, para que as Unidades Aritmética e Lógica possam fazer suas operações e comparações. Memória Expandida É toda área de memória que é adicionada à memória original do computador. Memória Estendida É toda memória que ultrapassa os 640 KB originais concebidos para o DOS.

Memória Flash Memória Cache É um tipo de memória similar a uma ROM em que se pode regravar os dados, até cerca de 1000 vezes. É usada para armazenar dados em “cartões de memória”. Memória Cache É uma memória de acesso privilegiado e rapidíssimo, onde são colocados os dados mais frequentemente acessados. Tem características similares aos Registradores. Há 2 níveis de Cache: Cache L1 (Level 1): fica dentro do próprio processador (tamanho pequeno) Cache L2 (level 2): fica na placa mãe (tamanho maior)

Memória Flash

Memória Flash

Memória Virtual É uma área de disco rígido que é usada como se fosse uma memória RAM. A vantagem é que não é necessário adicionar chips de memória para aumentar a capacidade. A desvantagem é que o tempo de acesso é bem mais lento. Na memória virtual geralmente se armazena programas grandes, ficando nela o programa dividido em partes, sendo cada parte levada à memória RAM, quando necessário executar aquela parte.

Particionamento de Programas na Memória Virtual Dois métodos podem ser usados pelo Sistema Operacional: Segmentação Paginação Segmentação: O programa é dividido em partes funcionais, chamadas “Segmentos”, sendo o tamanho destas partes variável, de acordo com o conteúdo a ser armazenado; Paginação: O programa é dividido em partes de igual tamanho, chamadas de “Páginas”, mesmo que determinada parte funcional tenha que ocupar várias páginas, ou que numa página caibam várias partes funcionais.

Memórias (continuação) RAM DRAM (Dynamic RAM) EDO SDRAM RDRAM SRAM (Static RAM) - Cache VRAM (Video RAM) WRAM SIMM DIMM

Memória RAM Pode ser de dois tipos: DRAM (Dynamic RAM) SRAM (Static RAM) DRAM: Memória que não fica energizada todo o tempo, economizando energia. Há um capacitor que mantém a carga por certo período, após o que deve ser recarregado (“refresh”). Tem maior capacidade e menor custo. SRAM - Memória mais rápida que a DRAM, e mais cara.

DRAM - EDO (Extended Data Output) Memória tipo DRAM, mais rápida, que recebe um bloco de memória por vez em sua cache interna, enquanto o processador processa este bloco, recebe outro bloco; DRAM normal recebe um byte por vez. SDRAM (Synchronous DRAM) SDRAM- Transfere dados a cada ciclo da máquina. DDR-SDRAM (Double Data Rate): É uma SDRAM que transfere dados 2 vezes por ciclo. RDRAM (Rambus DRAM) Transfere dados a taxa de 1,6 GBps, enquanto as DRAM comuns transferem a 800 MBps.

VRAM (Video RAM) WRAM (Window RAM) Memória específica para armazenar o conteúdo do que é mostrado no vídeo. Dela depende a resolução (nº PIXELS) e o nº de cores que pode ser exibido. WRAM (Window RAM) Similar a VRAM, porém dispõe de um “buffer” da próxima imagem que será mostrada. Isto diminui o efeito de “flicker” na tela. É uma criação da Samsumg.

Módulos SIMM e DIMM SIMM (Single In-Line Memory Module) Módulo de memória em que os chips estão dispostos numa placa com um fileira única. DIMM (Dual In-Line Memory Module) Módulo de memória em que os chips estão dispostos em fileira dupla. 30, 72 e 100 pinos 72, 144, 168 e 184 pinos

Memória RAM Física Virtual Cache Nível 1 Nível 2 UCP Registradores Cache Nível 1 Nível 2 Memória Virtual RAM Física Dispositivos de Armazenamento Armazenamento Internet/ Redes ROM / BIOS Drives Removíveis Winchester Dispositivos de Entrada Scanner Camera Microf. Video Mídias Removíveis Dispositivos Remotos Teclado Mouse Outros