Organizao de Computadores Aula 1 Introduo aos Computadores

Organização de Computadores Aula 1: Introdução aos Computadores Professor: Me. Ronnison Reges Vidal

Agenda Introdução Conceitos de processamento de dados; Evolução histórica dos computadores; Estrutura básica de um computador; Linguagem de programação; Unidades de informação (bit, byte).

Introdução A disciplina de Organização de Computadores apresenta a estrutura funcional do hardware e os componentes que o integram. Desempenha um papel importante no ciclo de formação geral dos alunos de TI, pois apresenta, em detalhes, a máquina que será objeto foco tanto na aprendizagem quanto na atuação profissional do aluno.

Introdução ¨Atributos de um sistema visíveis ao Arquitetura Organização de um computador programador. ¨Atributos que têm impacto direto sobre a execução lógica de um programa. ¨Unidades operacionais e suas interconexões. ¨Implementam as especificações da sua arquitetura.

Conceitos de processamento de dados Processamento de dados: É a transformação de informações, podemos dizer que é o tratamento sistemático de dados, através de computadores ou de outros dispositivos eletrônicos, com o objetivo de obtenção de um determinado resultado. A essência do processamento está descrita abaixo: Essência do processamento de dados

Conceitos de processamento de dados Conceitos Básicos: -Dados: referem-se a tudo aquilo que é fornecido ao computador de forma “bruta”. Exemplo: Uma letra, um valor numérico. Ex: 5. -Informação: conjunto estruturado de dados. Os dados foram organizados e interpretados. Ex: 5+4=9 -Conhecimento: vai além de informações, pois ele além de ter um significado tem uma aplicação. Ex: Média aritmética das notas dos alunos dessa sala.

Evolução histórica dos computadores Antigamente, alguns povos utilizavam pedras, conchas e ábacos para a realização de cálculos. Para facilitar os cálculos, diversos dispositivos foram inventados. 1603: Máquina de calcular muito primitiva, elaborada por Wilhelm Schickard. 1642: Pascal construiu a Pascaline, primeira máquina mecânica de calcular. Com a rotação de engrenagens ela permitia a realização de somas e subtrações. 1801: O tecelão francês, Joseph-Marie, construiu uma máquina de tear comandada por cartões (ou placas) perfurados e enfileirados.

Evolução histórica dos computadores 1822: O matemático Babbage construiu a máquina diferencial, para calcular tabelas de funções logaritmos e funções trigonométricas. 1834: Charles Babbage inventava a Máquina Analítica. Ada Lovelace desenvolveu os algoritmos que permitiriam à máquina computar os valores de funções matemáticas. 1937: Howard Aiken desenvolveu o primeiro computador eletromecânico, com à utilização de relês chamado Mark 1. 1946: Nos EUA surgia o ENIAC, 18. 000 válvulas, 170 m 2. 1951: UNIVAC surgia como o primeiro computador comercial. 1954: John Von Newmann, nos EUA, criava o conceito de programa de computador armazenado na memória. Máquina Analítica ENIAC

Evolução histórica dos computadores 1975: surgia o primeiro microcomputador (Altair 8800). 1976: Steve Wozniak e Steve Jobs lançavam o Apple. 1981: a IBM lançava o PC (Personal Computer). 1984: foi lançado o Macintosh. 1985: Microsoft lança o Windows 1. 0 em 1985. Windows 2. 0 em 1987, 3. 0 em 1990 e até hoje avança estando na versão 8. 0. Primeiro PC Macintosh

Evolução histórica dos computadores Primeira Geração (1951/1959 ) Tecnologia: Circuitos eletrônicos e válvulas Uso restrito ; Precisava ser reprogramado a cada tarefa; Grande consumo de energia; Problemas devido à muito aquecimento; As válvulas foram utilizadas em computadores eletrônicos, como por exemplo no ENIAC. Normalmente quebrava após algumas horas de uso e tinha o processamento bastante lento. Nesta geração os computadores calculavam com uma velocidade de milésimos de segundo e eram programados em linguagem de máquina.

Evolução histórica dos computadores Segunda Geração (1959/1965) Tecnologia: Uso de transistores em substituição às válvulas; Início do uso comercial Tamanho gigantesco; Capacidade de processamento muito pequena; A válvula foi substituída pelo transistor. Seu tamanho era 100 vezes menor que o da válvula, não precisava de tempo para aquecimento, consumia menos energia, era mais rápido e confiável. Os computadores desta geração já calculavam em microssegundos (milionésimos) e eram programados em linguagem montadora.

Evolução histórica dos computadores Terceira Geração (1965/1975) Tecnologia: Os transistores foram substituídos pela tecnologia de circuitos integrados (associação de transistores em pequena placa de silício). Diminuição do tamanho; Maior capacidade de processamento; Início da utilização dos computadores pessoais; Os computadores com o CI são muito mais confiáveis, bem menores, tornando os equipamentos mais compactos e rápidos além de possuírem baixíssimo consumo de energia. Nesta geração surge a linguagem de alto nível, orientada para os procedimentos.

Evolução histórica dos computadores Quarta Geração ( 1975/19? ? ) Tecnologia: softwares integrados Surgem os Processadores de Texto Planilhas Eletrônicas Gerenciadores de Banco de Dados Gráficos Em 1975/77, surgem os microprocessadores, os microcomputadores e os supercomputadores. O processo de miniaturização continuou e foram denominados por escalas de integração dos circuitos integrados: LSI (Large Scale of Integration), VLSI e ULSI , utilizado a partir de 1980. Nesta geração começa a utilização das linguagens de altíssimo nível, orientadas para um problema.

Evolução histórica dos computadores Quinta Geração (19? ? ) /19? ? ) Supercomputadores Automação de escritórios Automação comercial e industrial Robótica Imagem virtual Multimídia Era on-line (comunicação através da Internet) O primeiro supercomputador, de fato, surgiu no final de 1975. As aplicações para eles são muito especiais e incluem laboratórios e centro de pesquisa aeroespacial como a NASA, empresas de altíssima tecnologia, produção de efeitos e imagens computadorizadas de alta qualidade, entre outros. Eles são os mais poderosos, mais rápidos e de maior custo.

Estrutura básica de um computador Memória: Dispositivo que armazena dados e instruções; Processador: Dispositivo que processa as informações, reproduz vídeos, mostra gráficos, faz cálculos, faz a máquina funcionar; Periféricos: equipamentos que servem tanto para entrada como para saída de informações. Ex: mouse, teclado, impressora etc. Barramento: dispositivos. Um caminho de comunicação conectando 2 ou mais

Estrutura básica de um computador

Estrutura básica de um computador Memória -Memória principal: O processador busca as instruções necessárias para executar e armazena os dados do processamento. -Memória secundária: Permite que os dados sejam armazenados de forma permanente onde foram colocados até que sejam retirados, ex: os disquetes, CDROM, DVD, Pendrive, etc. -Memória cache: É uma pequena quantidade de memória com curto tempo de resposta integrada aos processadores. RAM ROM

Estrutura básica de um computador A memória principal é chamada de memória interna e se divide em duas: RAM: Memória de acesso randômico: um tipo de memória que pode ser regravada e perdida toda a vez que o computador é desligado. ROM: Memória somente para leitura, um tipo de memória que está dentro do computador e tem apenas algumas instruções para ele fazer o que chamamos de auto-teste e possui rotinas para que o computador chame o sistema operacional. A memória secundária é chamada de memória externa. Memória Cache é uma memória de acesso rápido. Ela é uma memória intermediária entre a memória RAM e o processador. Com essa memória, o processador não precisa ficar acessando muito a memória RAM - o que pode ser lento - e os dados são armazenados nessa pequena memória.

Estrutura básica de um computador Processador: - É um circuito integrado considerado o “cérebro” do computador porque controla todas as suas operações. A unidade central de processamento (CPU) tem como função: -Interpretar e executar instruções fornecidas pelos programas. -Processamento de todos os dados. -Controle e gerenciamento do Hardware. Processador

Estrutura básica de um computador Componentes da CPU: -ULA: Unidade lógica e aritmética; -UC: Unidade de controle; -Registradores; ULA: Executa as operações aritméticas (soma, subtração etc e lógicas (ou, e, negação etc). UC: Realiza o gerenciamento do "tráfego" de dados e das atividades realizadas pelo computador, dirigindo, assim, o funcionamento de todo o sistema. Registrador: É uma pequena porção de memória localizada no processador central, permite acessos rápidos a dados e aumenta a velocidade de execução de programas.

Estrutura básica de um computador A UC gerencia 4 operações: -Busca(fetch): Traz a instrução da memória para uma área de armazenamento dentro da CPU; -Decodificação: Após ser trazida, a instrução precisa ser decodificada, os circuitos da CPU “descobrem” o que a instrução deve fazer; -Execução: Uma vez decodificada, a instrução será executada; -Gravação: Escreve os resultados para um registro interno (um local temporário de armazenamento) ou para memória. Existem 2 ciclos: 1)Instrução: busca e decodificação; 2)Execução: execução e armazenamento.

Estrutura básica de um computador Visão simplificada da arquitetura de um computador.

Exemplo de funcionamento do computador Uso de um programa que faz cálculos matemáticos: Usuário digita: 10+15*2 UC recebe estes dados UC verifica que precisam ser calculados UC envia para a ULA realiza o cálculo necessário ULA retorna o valor 40 para a UC UC armazena na memória UC mostra o resultado no dispositivo de saída

Clock O relógio do sistema (Clock) é um circuito oscilador a cristal que tem a função de sincronizar e ditar a medida de tempo de transferência de dados no computador. Esta frequência é medida em ciclos por segundo, ou Hertz. Clock de um processador

Transmissão Paralela x Transmissão Serial

Barramentos Barramento ou bus é um caminho comum pelo qual os dados trafegam dentro do computador. O tamanho de um barramento determina quantos dados podem ser transmitidos em uma única vez. Por exemplo, um barramento de 8 bits pode transmitir 8 bits de dados, e um barramento de 16 bits pode transmitir 16 bits de dados a cada vez. Todo barramento tem uma velocidade medida em MHz.

Barramentos Internos: Ligam o processador aos equipamentos que ficam dentro do gabinete. Existem diversos tipos de barramentos específicos para equipamentos diferentes dentre eles: IDE ISA PCI AGP SCSI

Barramentos Barramento IDE (Integrated Drive Electronics) A conexão dos equipamentos se dá através de cabos Flat. Usado para ligar a placa mãe a unidades de armazenamento internas, como HDs, Drives de CDs e DVDs, entre outras.

Barramentos Barramento ISA( Industry Standard Architecture) Barramento de expansão para encaixar placas de expansão como modems, placas de som, placas de vídeo. São barramentos lentos necessário tempo de espera entre uma transferência e outra.

Barramentos Barramento PCI (Peripheral Component Interface). Substituto do barramento ISA (nas novas placas-mãe, é mais comum encontrar vários slots PCI e apenas alguns poucos ISA).

Barramentos Barramento Com PCI Express a insuficiência do PCI em suportar periféricos cada vez mais rápidos, foi lançado o barramento PCI Express(PCIe). Dados são transmitidos através de pares de fios denominados pistas. O PCIe permite combinar várias pistas de forma a melhorar o desempenho. Pode-se encontrar barramentos PCI Express com 1, 2, 4, 8, 16 e 32 pistas.

Barramentos

Barramentos Barramento AGP: (Accelerated Graphical Port). Acelerar o desempenho de placas de vídeo em máquinas.

Barramentos SCSI (Small Computer System Interface). O SCSI é muito usado em servidores de empresas, que normalmente precisam de uma maior velocidade de conexão com os discos rígidos, CDs, periféricos etc. Conector SCSI

Barramentos Externos: Interliga os diversos componentes de um sistema operacional como, memória, dispositivos de entrada e saída etc. PS/2 Serial Paralela USB Firewire (IEEE 1394)

Barramentos Porta PS/2 É o barramento utilizado para conectar mouse e teclado. Há duas portas na parte traseira do gabinete, uma para o mouse e a outra para o teclado.

Barramentos Porta Serial (Rs-232) Porta de comunicação utilizada para conectar, modems, mouses, impressoras, e outros equipamentos de hardware.

Barramentos Porta Paralela Uma interface de comunicação entre um computador e um periférico. As portas paralelas são usadas para conectar impressoras, scanners, gravadores de cds etc.

Barramentos Porta USB (Universal Serial Bus) A interface externa USB fornece uma comunicação serial. Usada em mouses, webcams, HDs removíveis ou gravadores de DVD externos etc.

Barramentos Firewire (IEEE 1394) Barramento serial padrão externamente rápido que suporta taxas de transferências de dados de até 400 Mbps.

Placa Mãe

Chipset O chipset é um grupo de circuitos integrados ou chips projetados para trabalhar em conjunto e que são comercializados como um produto único. Se divide em: Ponte norte (northbridge) e Ponte sul (southbridge). Ponte norte: Controla todos os componentes rápidos do computador, como processador, placa de vídeo (AGP e PCI Express) e memória RAM. Ponte sul: Abriga os controladores de HDs (ATA/IDE, SATA), portas USB, paralela, PS/2, serial, os barramentos PCI e ISA.

Chipset

Linguagem de programação É um método padronizado para expressar instruções para um computador, é uma linguagem que permite um programador especificar precisamente sobre quais dados um computador vai atuar. Linguagem que o computador entende é a linguagem de máquina, composta de 0 e 1.

Linguagem de programação As linguagens de programação podem ser classificadas em níveis de linguagens, sendo que os níveis mais baixos são mais próximas da linguagem interpretada pelo processador e mais distante das linguagens naturais. Baixo nível: Linguagem de máquina e de montagem. Mais compatíveis com o hardware do computador; Alto nível: Linguagens de compilação e interpretação. Similares à nossa linguagem natural.

Linguagem de programação Um compilador é um tipo de tradutor que lê um programa escrito numa linguagem, a linguagem fonte, e transforma-o em um outro programa equivalente escrito em outra linguagem, a linguagem objeto para que possa ser executada pela máquina. A enorme variedade de compiladores existentes é bem vinda, visto que existem milhares de linguagens fonte, e as linguagens alvo são também muito variadas.

Unidades de informação (bit, byte) Quando se armazena algo, isto ocupa um certo espaço de armazenamento; Os dados de um computador são medidos em bits e bytes; Bit: É a menor unidade possível de informação que um computador é capaz de processar; Byte: É o conjunto de 8 bits capaz de representar um caractere ou informação;

Unidades de informação (bit, byte) Grandes Números

Unidades de informação (bit, byte) Cálculo de Potência de 2