TECNOLOGIA EM REDES DE COMPUTADORES INTRODUO A COMPUTAO

TECNOLOGIA EM REDES DE COMPUTADORES INTRODUÇÃO A COMPUTAÇÃO Aula 2 18/02/2013 Professor Leomir J. Borba- professor. leomir@gmail. com –http: //professorleomir. wordpress. com 1

Agenda Ø Arquitetura e organização de computadores Ø Evolução Histórica ØModelo de Turing ØModelo de Von Neumann Ø Periféricos de Entrada e Saída Ø Exercícios de aplicação. 18/02/2013 Professor Leomir J. Borba- professor. leomir@gmail. com –http: //professorleomir. wordpress. com 2

Arquitetura e organização de computadores ØAo descrever computadores, usualmente se distingue a Arquitetura e a organização. ØArquitetura – Atributos de um sistema visíveis a um programador ou que impactem diretamente a execução lógica de um programa ØEx. : Conjunto de Instruções, Numero de Bits usados para representar dados, mecanismos de E/S e técnicas de endereçamento de memória. 18/02/2013 Professor Leomir J. Borba- professor. leomir@gmail. com –http: //professorleomir. wordpress. com 3

Arquitetura e organização de computadores Ø Arquitetura e Organização - continuação ØOrganização – Diz respeito as unidades operacionais e suas interconexões que realizam as especificações arquiteturais, trata da estrutura interna que não é visível para o programador. ØEx. : Freqüência do relógio ou tamanho da memória física, sinais de controle, interfaces entre o computador, periféricos e a tecnologia de memória utilizada 18/02/2013 Professor Leomir J. Borba- professor. leomir@gmail. com –http: //professorleomir. wordpress. com 4

Evolução histórica do computador Ø Modelo de Turing ØIdéia de dispositivo de computação universal foi descrita pela primeira vez em 1937 por Alan Turing. ØApresentou sua descrição matemática mais preocupado com a questão filosófica do que construir a maquina em si. ØTinha como base as ações que as pessoas realizam quando envolvidas na computação. 18/02/2013 Professor Leomir J. Borba- professor. leomir@gmail. com –http: //professorleomir. wordpress. com 5

Evolução histórica do computador Ø Processadores de Dados ØPara entendermos melhor o modelo de Turing é necessário primeiro conhecer processadores de dados. ØPor essa definição o computador age como uma caixa preta que aceita inserção de dados, processa e cria informações referentes aos resultados. 18/02/2013 Professor Leomir J. Borba- professor. leomir@gmail. com –http: //professorleomir. wordpress. com 6

Evolução histórica do computador Ø Continuação ØEmbora esse modelo possa definir um computador, na atualidade tornou-se muito genérico por que serve ate mesmo para uma calculadora. Ø Dados de entrada -> Computador -> Dados de Saída Uma maquina de computação com propósito especifico 18/02/2013 Professor Leomir J. Borba- professor. leomir@gmail. com –http: //professorleomir. wordpress. com 7

Evolução histórica do computador Ø Continuação Ø Outro problema desse modelo é que ele não especifica o tipo de processamento e se mais de um tipo pode ser executado. Ø Modelo de Turing poderia representar um computador de propósito especifico (ou processador) projetado para tarefas simples como controle de temperatura de um edifício ou marcador de combustível de um carro. Ø Os computadores como são utilizados hoje são maquinas de propósito geral, por isso precisaríamos transformar no modelo de Turing para refletir os computadores atuais. 18/02/2013 Professor Leomir J. Borba- professor. leomir@gmail. com –http: //professorleomir. wordpress. com 8

Evolução histórica do computador Ø Continuação Ø Processadores de dados programáveis. Ø O modelo de Turing é melhor para um computador de propósito geral por que acrescenta um elemento extra de computação especifica : o Programa. Ø Um programa é um conjunto especifico de instruções que diz ao computador o que fazer com os dados. Ø No modelo de Turing os dados de saída dependem da combinação de dois fatores : Dados de entrada e Programas. 18/02/2013 Professor Leomir J. Borba- professor. leomir@gmail. com –http: //professorleomir. wordpress. com 9

Evolução histórica do computador Ø Processadores de dados programáveis. – cont. Ø O mesmo programa pode gerar diferentes resultados dependendo dos dados de entrada. Programa Dados de Entrada Computador Dados de Saída Um computador que tem como base o modelo de Turing : Processador de dados programável. 18/02/2013 Professor Leomir J. Borba- professor. leomir@gmail. com –http: //professorleomir. wordpress. com 10

Evolução histórica do computador Ø Evolução histórica do computador – Continuação Ø Maquina Universal de Turing Ø Pode realizar qualquer calculo se o programa adequado for instalado, foi a primeira descrição do computador moderno. Ø Pode se afirmar que um computador poderoso e uma maquina Universal de Turing podem as mesmas coisas bastando apenas fornecer os dados de entrada e o programa. 18/02/2013 Professor Leomir J. Borba- professor. leomir@gmail. com –http: //professorleomir. wordpress. com 11

Evolução histórica do computador Ø Evolução histórica do computador – Continuação Ø Modelo de Von Neuman Ø Computadores feitos com base na Maquina Universal de Turing armazenam dados na memória. Ø Entre 1944 -1945 John Von Newman propôs que se os programas e dados são logicamente os mesmo, os programas também deveriam ser armazenados na memória. 18/02/2013 Professor Leomir J. Borba- professor. leomir@gmail. com –http: //professorleomir. wordpress. com 12

Evolução histórica do computador Ø Modelo de Von Newman – Continuação Ø Quatro subsistemas Ø O computadores construídos com base no modelo de Von Newman dividem o hardware do Computador em quatro Subsistemas : Memória, Unidade lógica e aritmética, Unidade de controle de I/O. 18/02/2013 Professor Leomir J. Borba- professor. leomir@gmail. com –http: //professorleomir. wordpress. com 13

Evolução histórica do computador Ø Modelo de Von Newman – Continuação Ø Memória – Área de armazenamento para programas e dados. Ø Unidade de lógica e aritmética (ULA) – Área operações de lógica e cálculos, necessária realizar operações aritméticas e lógicas sobre dados. Ø Unidade de controle – Responsável pelas operações da memória, a ULA e o sub sistema de I/O. Ø Entrada e saída – Aceita input de dados e programas vindos de fora do computador e realiza saída dos resultados do processamento para o mundo externo. Inclui dispositivos de armazenamento secundários (discos ou fitas). 18/02/2013 Professor Leomir J. Borba- professor. leomir@gmail. com –http: //professorleomir. wordpress. com 14

Evolução histórica do computador Ø Conceito de programa armazenado – No modelo de Von Newman determina-se que o programa deve ser armazenado na memória, diferente da arquitetura dos primeiros computadores onde somente os dados eram armazenados na memória. Ø Os programas para respectivas tarefas eram implementados através de manipulação de comutadores ou modificações do sistema de fios. Ø Para armazenar programas e dados eles são convertidos para o mesmo formato, como padrões binários na memória – uma sequência de 0 s e 1 s. 18/02/2013 Professor Leomir J. Borba- professor. leomir@gmail. com –http: //professorleomir. wordpress. com 15

Evolução histórica do computador Ø Execução seqüencial de Instruções Ø No modelo de Von Newman, um programa e composto por um numero finito de instruções, executados pela unidade de controle após decodificá-las. Ø As instruções são executados de modo seqüencial Ø Nos computadores modernos as instruções são executadas na ordem em que forem mais eficientes. 18/02/2013 Professor Leomir J. Borba- professor. leomir@gmail. com –http: //professorleomir. wordpress. com 16

Periféricos de Entrada e Saída Ø Os dispositivos de E/S (Entrada e Saída) servem basicamente para a comunicação do computador com o meio externo. Eles provêem o modo pelo qual as informações são transferidas de fora para dentro da máquina, e vice-versa, além de compatibilizar esta transferência através do equilíbrio de velocidade entre os meios diferentes. 18/02/2013 Professor Leomir J. Borba- professor. leomir@gmail. com –http: //professorleomir. wordpress. com 17

Periféricos de Entrada e Saída Ø Termos de interesse: Ø Periférico : Qualquer dispositivo conectado a um computador que permita a comunicação ou interação do computador com o mundo externo. (Entrada, Saída e Entrada/Saída). Ø Interface : Componente de hardware localizado entre o processador e um ou mais periféricos, função coordenação de transferência de dados Ø Recebimento dos dados e comandos enviados pelo processador ao periférico Ø Envio ao processador do estado (status) do dispositivo; Ø Manipulação e transformação dos dados e sinais de uma forma que seja compatível com o periférico; Ø Geração de sinais de controle e temporização durante a transferência de dados e estado. 18/02/2013 Professor Leomir J. Borba- professor. leomir@gmail. com –http: //professorleomir. wordpress. com 18

Periféricos de Entrada e Saída Ø Termos de interesse: (continução) Ø Controlador : Componente de hardware de uma interface que realiza todo o controle necessário para a transferência de dados; Ø Driver : Conjunto de rotinas encarregadas da comunicação do processador com a controladora e/ou interface do periférico; Ø Porta de E/S : Corresponde a um endereço no sistema de E/S do processador. Assim como o processador tem uma determinada capacidade de endereçamento de memória, ele também tem uma certa gama de endereços destinados a portas de E/S; Ø Barramento→ Conjunto de fios que transportam sinais de dados, endereço e controle 18/02/2013 Professor Leomir J. Borba- professor. leomir@gmail. com –http: //professorleomir. wordpress. com 19

Periféricos de Entrada e Saída Ø Esquema de E/S 18/02/2013 Professor Leomir J. Borba- professor. leomir@gmail. com –http: //professorleomir. wordpress. com 20

Periféricos de Entrada e Saída Ø Periféricos existem em grande número; Ø Entram e saem de moda de acordo com a evolução tecnológica: Ø ISA, PCI, USB, PCI-X Ø Tipos de transferência de dados: Ø Por controle direto do processador; Ø Por acesso direto a memória (DMA). Ø Podem co-existir no computador sem um anular o outro tipo. 18/02/2013 Professor Leomir J. Borba- professor. leomir@gmail. com –http: //professorleomir. wordpress. com 21

Periféricos de Entrada e Saída Ø Transferência de dados por controle Direto do processador Ø Processador interage diretamente com o dispositivo a cada transferência de um byte ou palavra; Ø Podem ser: Ø Polling. também conhecido como teste de estado. Processador pergunta para cada dispositivo se está apto para receber ou transmitir uma unidade de informação. Ø Interrupção. O processador é interrompido quando o periférico estiver apto a transmitir ou receber dados. Ø Processador controla a transferência byte (palavra a palavra) usando os registradores internos e suas portas de E/S. 18/02/2013 Professor Leomir J. Borba- professor. leomir@gmail. com –http: //professorleomir. wordpress. com 22

Periféricos de Entrada e Saída Ø Transferência de dados por controle Direto do processador 18/02/2013 Professor Leomir J. Borba- professor. leomir@gmail. com –http: //professorleomir. wordpress. com 23

Periféricos de Entrada e Saída Ø Acesso Direto a memória Ø Controlador faz o trabalho de transferência de blocos de dados entre periféricos e memória; Ø Processador não abandona suas tarefas; Apenas inicializa o controlador e dispara as atividades de transferências 18/02/2013 Professor Leomir J. Borba- professor. leomir@gmail. com –http: //professorleomir. wordpress. com 24

Periféricos de Entrada e Saída Ø Exemplos : Ø Teclado : Conjunto de chaves elétricas cada uma acionada por uma tecla. A cada chave dessas corresponde um código binário que é enviado para a placa-mãe e esta sabe como tratar esse código de acordo com o modelo do teclado ou com o software que está em uso. 18/02/2013 Professor Leomir J. Borba- professor. leomir@gmail. com –http: //professorleomir. wordpress. com 25

Periféricos de Entrada e Saída Ø Exemplos : Continuação Ø Mouse (Bolinha): Junto à bolinha existem duas pequenas rodas, as quais estão conectadas cada qual a um eixo. Na outra ponta desses eixos existem rodas maiores e cheias de furos nas bordas. Além disso, ainda existem dois LEDs (“Light-Emitting Diode”, ou diodo emissor de luz) infravermelhos e dois sensores infravermelhos. Ao lado de cada uma das “rodas com furos” existe um par LED/sensor, o qual capta os movimentos realizados pela “roda com furos”. A bolinha move uma roda, a qual move o eixo, que gira uma das “rodas com furos”, então, o sensor infravermelho percebe a interrupção do recebimento das luzes do LED infravermelho e interpreta isso como um movimento vertical ou horizontal, dependendo de qual dos dois sensores foi movido. 18/02/2013 Professor Leomir J. Borba- professor. leomir@gmail. com –http: //professorleomir. wordpress. com 26

Periféricos de Entrada e Saída Ø Exemplos : Ø Continuação Ø Mouse (Óptico): 18/02/2013 Professor Leomir J. Borba- professor. leomir@gmail. com –http: //professorleomir. wordpress. com 27

Periféricos de Entrada e Saída Ø Exemplos : Continuação Ø Sistema de Vídeo 18/02/2013 Professor Leomir J. Borba- professor. leomir@gmail. com –http: //professorleomir. wordpress. com 28

Periféricos de Entrada e Saída Ø Exemplos : Continuação Ø Sistema de Vídeo Ø O chamado subsistema de vídeo do computador constitui-se de uma das partes mais complexas; Ø Requer um processador específico para os gráficos a serem exibidos, esses gráficos processados são armazenados na chamada memória de vídeo que recentemente passou a ser uma parte da RAM nas configurações mais populares; Ø Acontece devido a novas tecnologias de barramento (também a serem vistas mais adiante). Finalmente a imagem processada e armazenada em memória específica é exibida em um monitor de vídeo, que por sua vez pode ser baseado na tecnologia de raios catódicos (CRT) ou de cristal líquido (LCD). 18/02/2013 Professor Leomir J. Borba- professor. leomir@gmail. com –http: //professorleomir. wordpress. com 29

Periféricos de Entrada e Saída Ø Exemplos : Continuação Ø Scanner Ø Esse aparelho é composto por uma fonte de luz que é emitida sobre o papel, ou objeto a ser “escaneado” e um sensor que capta os reflexos dessa imagem. Ø Esse sensor ajuda a montar a imagem na memória do computador na forma de um arquivo gráfico ou simplesmente um padrão de barras a ser convertido em um número. 18/02/2013 Professor Leomir J. Borba- professor. leomir@gmail. com –http: //professorleomir. wordpress. com 30

Periféricos de Entrada e Saída Ø Exemplos : Continuação Ø Impressora : É o dispositivo responsável por levar ao papel tudo que se produz em termos de textos e imagens dentro de uma UCP. Ø Existem diversas tecnologias de impressoras, dentre elas tem-se: as de impacto, as jato de tintas, as de cera e as a laser. 18/02/2013 Professor Leomir J. Borba- professor. leomir@gmail. com –http: //professorleomir. wordpress. com 31

Periféricos de Entrada e Saída Ø Exemplos : Continuação Ø Hard Disk : (Misto) 18/02/2013 Professor Leomir J. Borba- professor. leomir@gmail. com –http: //professorleomir. wordpress. com 32

Bibliografia BIBLIOGRAFIA BÁSICA 1 FOROUZAN, Behrouz; MOSHARRAF, Firouz. Fundamentos da Ciência da Computação. 2ª Edição. São Paulo: Cengage, 2011. 2 PERES, Fernando Eduardo; FEDELI, Ricardo Daniel; POLLONI, Enrico G. F. Introdução à Ciência da Computação. 2ª Edição. São Paulo: Cengage Learning: 2010. 3 STALLINGS, Willian. Arquitetura e Organização de Computadores. 8º edição. São Paulo: Prentice Hall Brasil, 2010. BIBLIOGRIA COMPLEMENTAR 1 DALE, Nell; LEWIS, John. Ciência da Computação. N 4ª Edição. Rio de Janeiro: LTC, 2010. 2 FLYNN, Ida; MCHOES, Ann Mclver. Introdução aos Sistemas Operacionais. São Paulo: Cengage Learning, 2008. 3 MAIA, Luiz Paulo. Arquitetura de redes de computadores. 1ª Edição. Rio de Janeiro: LTC, 2009. 4 STUART, Brian L. Princípios de Sistemas Operacionais – Projetos e Aplicações. 1ª Edição. São Paulo: Cengage Learning, 2010. 5 TANENBAUM, Andrew S. Organização Estruturada de Computadores. 5ª Edição. São Paulo: Prentice Hall Brasil, 2007. 02/08/2011 Professor Leomir J. Borba- professor. leomir@gmail. com –http: //professorleomir. wordpress. com 33