Escola Técnica Estadual República Curso Técnico de Informática S I S T E M AS. Nome: Equipe de OSO

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1 Escola Técnica Estadual República Curso Técnico de Informática ORGANIZAÇÃO DE S I S T E M AS OPERACIONAIS Matrícula: Turma: Nome: Equipe de OSO

2 Março de 0SUMÁRIO Página 2 de 58

3 INTRODUÇÃO.- CONCEITUAÇÃO..- Processamento de Dados Um computador é uma máquina (conjunto de partes eletrônicas e eletromecânicas) capaz de sistematicamente coletar, manipular e fornecer os resultados da manipulação de informações para um ou mais objetivos. Processamento de Dados consiste, então, em uma série de atividades ordenadamente realizadas, com o objetivo de produzir um arranjo determinado de informações a partir de outras obtidas inicialmente. A manipulação das informações coletadas no início da atividade chama-se processamento, as informações iniciais são usualmente denominadas dados. Os termos dados e informações podem ser tratados como sinônimos ou como termos distintos; dado pode ser definido como matéria-prima originalmente obtida de uma ou mais fontes (etapa de coleta), e informação como o resultado do processamento, isto é, o dado processado ou acabado. Informação são os dados organizados (segundo uma orientação específica) para o atendimento ou emprego de uma pessoa ou grupo que os recebe. Como o conhecimento é a tomada de decisão são importantes em várias áreas e em diferentes níveis hierárquicos de uma organização, a informação para uma determinada pessoa ou grupo pode ser considerada um dados para outra...2- Sistemas Um sistema pode ser dividido de diferentes maneiras. Um sistema pode ser compreendido, por exemplo, como um conjunto de partes que cooperam para atingir-se um objetivo comum. Porém, a que parece mais apropriada para nossas conceituações é a seguinte, ligeiramente diferente da anterior: Conjunto de partes coordenadas que concorrem para a realização de um determinado objetivo. Atualmente, o enfoque sistêmico se faz presente em quase todas as áreas do desenvolvimento comercial, científico, industrial e social. O processamento eletrônico de dados, devido a sua própria natureza a de ser um conjunto de componentes separados que se integram segundo procedimentos e regras previamente estabelecidos -, vem se desenvolvendo de acordo com os conceitos da Teoria dos Sistemas e, por essa razão, é chamado de sistemas de computação. É sistema porque é um conjunto de partes que se coordenam (o teclado, a memória, o processador, os dispositivos periféricos) para a realização de um objetivo: computar. Computar significa calcular, realizar cálculos matemáticos. Os computadores são máquinas de computar, de calcular, de realizar operações matemáticas. Mesmo quando um processador está sendo usado para processar texto, ele o faz por meio de cálculos matemáticos; como também acontece quando ele realiza processamento gráfico e outros mais. Na realidade, um computador realiza contínuas e constantes manipulações de dados. Chama-se a isso de processamento de dados. A manipulação dos dados, realizada segundo instruções de um programa eletrônico, dos dados necessários ao funcionamento de um outro sistema maior: o sistema de informações. Página 3 de 58

4 O sistema de informações de uma empresa pode ser conceituado como o conjunto de métodos, processos e equipamentos necessários para se obter, processar e utilizar informações dentro de uma empresa. Dessa forma, ele compreende não só o Sistema de Processamento de Dados (SPD), como também todos os procedimentos manuais necessários a promover informações para um determinado nível de decisão de uma organização. Em geral, um sistema de processamento de dados compreende duas partes: o sistema de computação (o computador e os programas básicos) e os sistemas de aplicação. O primeiro,normalmente fornecido completo pelo fabricante ou fornecedores específicos, e os últimos, desenvolvidos pelo usuário ou por terceiros, especificamente dedicados a uma aplicação de interesse do usuário...3- Sistemas de Computação Qualquer processamento de dados requer a execução de suma série de etapas, as quais podem ser realizadas de forma manual ou automática por um computador. Tais etapas, elaboradas e executadas passo a passo, constituem o que se chama de programa. Cada um dos passos mencionados é uma diferente instrução, ou ordem de comando, dada ao hardware, objetivando a realização de uma determinada ação (uma operação aritmética, uma transferência de informação etc.). O programa é um conjunto de instruções. Consideremos que se deseja, por exemplo, somar 00 números e imprimir o resultado. Se o processo é manual, precisa-se de uma máquina de somar e outra de escrever, bem como de uma pessoa que executará todas as etapas. Estas poderão estar relacionadas em um papel, de modo que o operador não cometa erros nem se esqueça de alguma etapa, devendo ser executadas sistematicamente, uma após outra, conforme mostrado no exemplo a seguir: Escrever e guardar N=0 e SOMA=0 Ler número da entrada Somar o valor do número ao de SOMA e guardar resultado como SOMA Somar ao valor de N e guardar resultado como novo N Se valor de N for menor que 00, então passar par item 2 Senão: imprimir valor de SOMA Parar O grupo de passos de passos relacionados acima constitui um algoritmo: conjunto de etapas finitas, ordenadamente definidas, com o propósito de obter solução para um determinado problema. As etapas de um algoritmo são as instruções que deverão ser executadas por uma máquina (quando falamos de computadores). O conjunto de instruções constitui o que chamamos de programa. Um programa de computador é a formalização de um algoritmo em linguagem inteligível pelo computador. Assim como o operador deve ter entendido os sete passos do programa apresentado, um computador precisa entender cada instrução, de modo a executar corretamente a operação que se pretende. O operador entendia português, sua linguagem de comunicação com outras pessoas; os computadores têm uma linguagem própria a linguagem binária. Todo dado coletado pelos computadores, as instruções por eles executadas, bem como os resultados de um processamento, são sempre constituídos de conjuntos ordenados de zeros e uns. No entanto, essa linguagem, chamada de linguagem de máquina, é para os seres humanos, tediosa de manipular, difícil de compreender e fácil de acarretar erros. Por essa razão, foram desenvolvidas outras liguagens, mais próximas do entendimento dos operadores, genericamente chamadas de liguagens de programação. Atualmente, há dezenas dessas linguagens, tais como: Cobol, Pascal, Fortran, Visual Basic, Lisp, Assembly, C, C++, Delphi, Java etc. Cada uma dessas linguagens possui regras fixas e rígidas de sintaxe, semelhantes às das liguagens de comunicação humana, tais como português, inglês etc (embora estas não possuam sintaxe tão rígida). O programador escreve por intermédio da descrição de instrução por instrução. Página 4 de 58

5 Tal programa não é, entretanto, possível ser diretamente executado pela máquina, uma vez que as linguagens de programação são apenas um modo de o operador comunicar-se com o computador. A máquina somente entende e executa instruções mais simples, chamadas instruções de máquina. Todo computador é construído com circuitos eletrônicos capazes de reconhecer e executar diretamente apenas um conjunto limitado e simples de instruções de máquina, nas quais todo programa (escrito em Pascal, Delphi, Java etc) deve ser convertido antes de ser executado. Em resumo, o computador, sendo uma máquina, precisa de ordens específicas (suas instruções) para executar as atividades para as quais foi construído. Esta formalização em instruções de máquina constitui a linguagem de comunicação dos humanos com a máquina e desta internamente entre seus componentes. Uma vantagem dessas linguagens reside no fato de que, em face de suas semelhanças com as linguagens dos humanos, elas podem ser definidas para atender a requisitos e intenções específicas de emprego. Ainda há outras vantagens do uso de linguagem de alto nível sobre a linguagem de máquina, entre as quais: A concisão das linguagens de alto nível se comparadas com programas binários. Neste último caso, os programas são mais longos e de difícil entendimento em face de as instruções serem mais simples e, portanto, cada item operacional precisar de muitas. As linguagens de alto nível possuem uma estrutura de comandos que são identificados por palavras da nossa linguagem, o que facilita o entendimento do programador. Para efeitos de entendimento, desenvolvimento, fabricação e funcionamento, pode-se separar um computador em duas grandes e distintas partes: hardware e software. O conjunto formado pelos circuitos eletrônicos e partes eletromecânicas de um computador é conhecido como hardware. É a parte física, visível do computador. Software consiste nos programas, de qualquer tipo e em qualquer linguagem, que são introduzidos na máquina para fazê-la trabalhar, passo a passo, e produzir algum resultado o conjunto de instruções, já mencionadas anteriormente. O hardware sozinho não funciona sem as instruções (software) sobre o quê e quando fazer. O software dá vida ao computador, fazendo com que suas partes elétricas, eletrônicas e mecânicas possam funcionar. Há uma classe de programas, geralmente escritos pelo fabricante do computador ou por firmas especializadas, chamada genericamente software básico (é o caso dos sistemas operacionais, como o Windows, o Unix, o Linux, como também dos compiladores e interpretadores) e que, em conjunto com o hardware, constitui o que chamamos de sistema de computação. A outra classe de programas, definida e implementada para atender aos problemas de cada um, é genericamente conhecida como programas de aplicação ou sistemas de aplicação, pois aplicam-se a um determinado problema de uma empresa ou mesmo de uma pessoa física. Página 5 de 58

6 COMPONENTES DE UM SISTEMA DE COMPUTAÇÃO Um sistema de computação é um conjunto de componentes integrados para funcionar como se fossem um único elemento e que têm por objetivo realizar manipulações com dados, isto é, realizar algum tipo de operações com os dados de modo a obter uma informação útil. Vamos agora apresentar cada um dos componentes deste sistema. A Unidade Central de Processamento é o componente vital do sistema, porque além de efetivamente realizar as ações finais (as operações matemáticas com os dados), interpreta o tipo e o modo de execução de uma instrução, bem como controla quando e o que ser realizado pelos demais componentes, emitindo para isso sinais apropriados de controle. Os programas e dados são armazenados na Memória para execução imediata (memória principal e memória cachê) ou para execução ou uso posterior (memória secundária). Os dispositivos de Entrada e Saída servem basicamente para permitir que o sistema de computação se comunique com o mundo exterior, realizando ainda, além da interligação, a conversão das linguagens do sistema para a linguagem do meio exterior (caracteres de nossas linguagens) e vice-versa. Os seres humanos entendem símbolos como A, b,?, + etc e o computador entende sinais elétricos que podem assumir um valor de tensão para representar o valor ou um outro valor para representar o valor 0. o teclado (dispositivo de ENTRADA) interliga o usuário (mudo exterior) e o computador, permitindo a comunicação entre ambos através do uso das suas teclas. Ao ser pressionada a tecla correspondente ao caractere A, por exemplo, os circuitos eletrônicos existentes no teclado convertem a pressão mecânica em um grupo de sinais elétricos, alguns com voltagem alta (bit ) e outros com voltagem baixa (bit 0), que corresponde, para o computador, ao caractere A. Os dispositivos de saída operam de modo semelhante, porém em sentido inverso, isto é, do computador para o exterior, convertendo os sinais elétricos internos (e que, em grupos, podem representar um caractere inteligível pelo ser humano) em símbolos conhecidos pelos humanos, como os caracteres C, e, h, *, >, + etc. Em resumo, os sistemas atuais, embora mais potentes, possuem os mesmos componentes básicos e realizam suas funções essenciais orientadas pelos mesmos conceitos fundamentais expostos no relatório apresentado por John Von Neumann, relativo à arquitetura do seu sistema EDVAC e do IAS, quais sejam: Dados e instruções são armazenados em uma memória do tipo que escreve e recupera (leitura); O conteúdo da memória é endereçado conforme a sua posição, independentemente do tipo da informação nele contido; A execução das instruções ocorre de forma seqüencial (a não ser que a instrução específica mude momentaneamente a seqüência), uma em seguida à outra. 2.- REPRESENTAÇÃO DAS INFORMAÇÕES 2..-O Bit, o Caractere, O Byte e a Palavra Toda a informação introduzida em um computador (sejam dados que serão processados ou instruções de um programa) precisa ser entendida pela máquina, para que possa corretamente interpreta-la e processá-la. O computador, sendo um equipamento eletrônico, armazena e movimenta as informações internamente sob forma eletrônica; esta pode ser um valor de voltagem ou de corrente (sabemos também que na memória secundária as informações são armazenadas sob a forma magnética ou ótica). Página 6 de 58

7 Para que esta máquina pudesse representar eletricamente todos os símbolos utilizados na linguagem humana, seriam necessários mais de 00 diferentes valores (ou de corrente). Tal máquina certamente seria difícil de ser construída para fins comerciais e, possivelmente, teria confiabilidade muito baixa. Depois do ENIAC, as próximas máquinas (computadores) construídas foram máquinas binárias. Devido ao fato que seria muito mais simples e confiável um circuito capaz de gerar e manipular o menor número possível de valores distintos, isto é, capaz de entender apenas dois valores diferentes: 0 e. Além disso, com uma máquina binária, torna-se mais simples o emprego da lógica booleana (do SIM/NÃO, ABERTO/FECHADO, ACIMA/ABAIXO, LIGADO/DESLIGADO etc.). Dessa forma, os computadores digitais (que trabalham com valores discretos) são totalmente binários. Toda a informação introduzida em um computador é convertida para a forma binária, através do emprego de um código qualquer de armazenamento. As linguagens utilizadas pelos humanos possuem uma estrutura de informação criada para permitir a construção dos elementos necessários à comunicação entre pessoas, seja no formato falado seja no escrito. Assim é que nos comunicamos uns com os outros através de trechos do conjunto de elementos disponíveis na nossa linguagem, como os caracteres e as palavras, unindo-os de acordo com as regras de construção estabelecidas (léxica e sintaxe). O menor elemento disponível de uma linguagem humana é o caractere. A menor unidade de informação armazenável em um computador é o algarismo binário ou dígito binário, conhecido como bit (contração das palavras inglesas binary digit). O bit pode ter, então, somente dois valores: 0 e. No entanto, um caractere isoladamente posto praticamente nada significa para nosso sentido de comunicação, razão por que criaram-se as palavras que são conjuntos de caracteres formando um sentido de informação útil. Da mesma forma que na nossa linguagem a menor unidade de informação (o caractere) pouco ou nada significa como informação útil, em computação, com possibilidades tão limitadas, o bit pouco pode representar isoladamente; por essa razão, as informações manipuladas por um computador são codificadas em grupos ordenados de bits, de modo a terem um significado útil. O menor grupo ordenado de bits que pode representar uma informação em computadores é o caractere da linguagem dos humanos, justamente a menor unidade de informação das nossas linguagens (como se pode verificar, em computação há um nível ainda mais baixo de representação de informação que é o bit). Qualquer caractere a ser armazenado em um sistema de computação é convertido em um conjunto de bits previamente definido para o referido sistema (chama-se de código de representação de caracteres). A primeira definição formal atribuída a um grupo ordenado de bits, para efeito de manipulação interna mais eficiente, foi instituída pela IBM e é, atualmente, utilizada por praticamente todos os fabricantes de computadores. Trata-se do byte, definido como um grupo ordenado de oito bits, tratados de forma individual, como unidade de armazenamento e transferência. O byte foi definido para servir de elemento de referência para a construção e funcionamento dos dispositivos de armazenamento e também como referência para os processos de transferência de dados para os periféricos e CPU/MP. Como os principais códigos de representação de caracteres utilizam grupos de oito bits por caractere, os conceitos de byte e caractere tornam-se semelhantes, e as palavras, quase sinônimas. O termo caractere é mais empregado para fins comerciais, enquanto o termo byte é empregado mais na linguagem técnica dos profissionais da área. Como os computadores são máquinas binárias, todas as indicações numéricas referem-se a potência de 2 e não a potência de 0 como, por exemplo, no sistema métrico, e por essa razão, o Kb Página 7 de 58

8 (kilobyte) representa 024 unidades, o Mb (megabyte) representa unidades e o Gb (gigabyte) indica um valor igual a 024 Mb ou Kb ou unidades (byte). Com o progressivo aumento da capacidade dos dispositivos de armazenamento dos computadores, estão sendo utilizados mais dois novos elementos para abreviar valores mais elevados: tratase do termo tera (Tb), para representar um valor igual a 024 Gb, e do peta (Pb) para representar 024 Tb. Certamente, em um futuro próximo, estaremos utilizando outras abreviaturas mais poderosas. Dessa forma, os valores utilizados em computação para indicar capacidade de memória são normalmente compostos de um número (sempre entre 0 e 999) e uma das abreviaturas citadas, como mostra a tabela abaixo: Kb = 024 bytes Mb = 024 Kb = 024 x 024 = bytes Gb = 024 Mb = Kb = x 024 = bytes 256 Kb = 256 x 024 = bytes 64 Mb = 64 = 024 = Kb = x 024 = bytes 6 Gb = 6 x 024 Mb = x 024 = Kb = x 024 = bytes A estrutura das linguagens dos humanos inicia pelo caractere e segue organizando grupos de caracteres para formar uma unidade útil de informação, as palavras. Também em computação criou-se o conceito de palavra, embora nesse caso ele tenha pequenas diferenças em relação às palavras das nossas linguagens. Assim, além do bit e do byte, temos o conceito relacionado com o armazenamento e a transferência de informações entre MP e CPU, porém mais especialmente relacionado ao processamento de dados pela CPU, denominado palavra. Inicialmente, podemos definir a palavra como um conjunto de bits que representa uma informação útil para os computadores. Desse modo, uma palavra estaria associada ao tipo de interação entre MP e CPU, que é individual, informação por informação. Ou seja, a CPU processa instrução por instrução (cada uma estaria associada a uma palavra), armazena ou recupera número a número (cada um estaria associado a uma palavra), e assim por diante. A palavra nos computadores é um valor fixo e constante para um dado processador, diferentemente das linguagens dos humanos onde a palavra têm quantidades variáveis de caracteres. O conceito de palavra não é rigorosamente igual para todos os fabricantes. Alguns estabelecem o tamanho dos registradores internos da CPU igual ao da palavra, enquanto outros usam este conceito de palavra de modo mais abrangente. De modo geral, usam-se dois valores diferentes: um relacionado à unidade de armazenamento o byte e outro para indicar a unidade de transferência e processamento a palavra. Em geral, a CPU processa valores representados por uma quantidade de bits igual à da palavra, indicando assim a capacidade de processamento do sistema Conceito de Arquivos e Registros. Todo processamento em um computador consiste na manipulação de dados segundo um conjunto de instruções que, globalmente, chamamos de programa. Para que seja possível individualizar grupos diferentes de informações (o conjunto de dados de um programa constitui um grupo diferente do conjunto de dados de outro programa, por exemplo), os sistemas operacionais (programas que controlam o armazenamento e recuperação dessas informações para entrada, saída ou guarda em memória secundária) estruturam esses grupos de dados sob uma forma denominada arquivo. Um arquivo de informações (ou dados) é um conjunto formado por dados (ou informações) de um mesmo tipo ou para uma mesma aplicação. Página 8 de 58

9 Cada arquivo é constituído por itens individuais de informação chamados registros. Um programa é também um arquivo (embora constituído de um único registro, visto que as instruções não são consideradas como registros individuais). A estrutura de armazenamento e recuperação de informações na memória secundária de um sistema de computação é concebida segundo o conceito de arquivos e registros. Isso porque, na memória secundária, o sistema operacional pode guardar informações em grupos para obter maior eficiência na transferência com a memória principal. O processo é diferente da estrutura da memória principal, onde a preocupação é com itens individuais de informação CLASSIFICAÇÃO DE SISTEMAS DE COMPUTAÇÃO Inicialmente, os computadores eram agrupados em dois tipos: Pessoal: caracterizavam-se pela limitação de recursos de periféricos, pela não conexão com outros equipamentos e pela baixa velocidade de transmissão de dados. Profissional: permitiam a expansão de periféricos à sua configuração básica, maior velocidade de transmissão e a conexão a outros equipamentos. Eram classificados, quanto às características de utilização: Científicos: que possuem uma pequena entrada de dados; um processamento complexo, com grandes rotinas de cálculos e uma pequena saída de resultados. Comerciais: que possuem uma grande entrada de dados; um processamento relativamente simples e uma grande saída de resultados. Quanto às características de operação: Analógicos: computadores que executam trabalhos usando elementos representados por grandezas físicas, como por exemplo, a intensidade de uma corrente elétrica ou o ângulo de giro de uma engrenagem. São computadores criados para uma finalidade específica, isto é, só se aplicam a um determinado trabalho. Os resultados obtidos com o uso de computadores analógicos são aproximados e servem ao próprio sistema onde é utilizado, como por exemplo: controle de temperatura de uma caldeira utilizando sensores, medidor de água ou de energia elétrica. Digitais: computadores que realizam suas operações utilizando elementos representados por grandezas matemáticas (números), ou seja, operam dígito a dígito. São computadores destinados a aplicações múltiplas, podendo ser utilizados em diversas tarefas. Por utilizar valores numéricos, os resultados obtidos com esse tipo de computador são exatos, como por exemplo: os cálculos de engenharia. (O computador analógico "mede" e o computador digital "conta") Quanto às categorias: Microcomputadores ou Computadores Pessoais (PC): São computadores de dimensões relativamente pequenas, de modo que é possível a uma carregá-lo. Podemos classificar os microcomputadores em palmtop, laptop ou desktop. Página 9 de 58

10 Computador Palmtop: é um computador pessoal do tamanho de uma agenda ou de calculadora, pesando mais ou menos 600 gramas. É alimentando por pilhas ou por energia convencional, não possui drive interno e tem um sistema operacional residente. Computador Laptop: é um computador pessoal, do tamanho de uma pasta de executivo ou de um livro grosso. Pode ser alimentado por baterias ou energia convencional, utiliza qualquer software ou periférico de um micro de mesa. Computador Desktop: pode ter uso pessoal ou empresarial, pode ser mono ou multiusuário, tem o tamanho aproximado de três caixas de sapato, pesa cerca de 5 kg, mas para ser utilizado exige o acoplamento de um monitor de vídeo e de um teclado. É alimentado via tomada. Estação de Trabalho ou Workstation: é essencialmente um microcomputador projetado para realizar tarefas pesadas, em geral na área cinetífica ou industrial, como complexas computações matemáticas, projetos com auxílio de computação (CAD), fabricação com auxílio de computação (CAM) e a composição, manipulação e apresentação de gráficos e imagens de altíssima resolução. Essas tarefas requerem mais velocidade de processamento, mais capacidade de memória e dispositivo de vídeo de mais alta qualidade do que as características usuais de um microcomputador. Minicomputador: São equipamentos empresariais multiusuários de alta performance, equipados com discos de alta velocidade, geralmente dotados de processadores RISC de alto desempenho. Grande Porte ou Mainframe: São equipamentos empresariais, multiusuários, destinados a instalações que precisam processar grandes quantidades simultâneas de dados e controlar grande quantidade de terminais. Supercomputadores: é projetado primariamente para atender a um único propósito realizar grandes quantidades de cálculos matemáticos o mais rapidamente possível. Podem realizar aplicações que demandam mais o processador que os demais componentes, tasi como: previsão do tempo, simulação, modelagem tridimensional etc MEDIDAS DE DESEMPENHO DE SISTEMAS DE COMPUTAÇÃO Na busca do aumento de desempenho de sistemas de computação, verifica-se que a medida geral desde desempenho depende fundamentalmente da capacidade e da velocidade de seu diferentes Página 0 de 58

11 componentes, da velocidade com que estes componentes se comunicam entre si e do grau de compatibilidade que possa existir entre eles. Para aumentar o desempenho desses sistemas é necessário que todos os seus componentes tenham qualidade adequada para que um deles não comprometa o esforço dos demais. O desempenho dos processadores, em geral, é medido em termos da sua velocidade de trabalho. Como o seu trabalho é executar instruções, criou-se a unidade chamada MIPS (milhões de instruções por segundo) e também a unidade MFLOPS (milhões de operações de ponto flutuante por segundo), que é uma medida típica de estações de trabalho e de supercomputadores, pois estes costumam trabalhar mais cálculos matemáticos. Para tentar equalizar e padronizar as medidas de desempenho de processadores de diferentes fabricantes e com características diferentes, foram desenvolvidos programas de teste e medida denominados SPEC (System Performance Evaluation Coorperative). O conjunto compreende 6 programas de teste e medida, sendo 8 para cálculos com inteiros e 0 para ponto flutuante. Quando se trata de recuperação ou escrita de informações na memória, o tempo de acesso é uma unidade de medida mais apropriada, estando relacionada à velocidade de cada componente e à do canal de interligação entre os dois. Tempo de resposta é uma medida ligada ao desempenho mais global do sistema e não de um ou outro componente. Trata-se do período de tempo gasto entre o instante em que o usuário iniciou uma solicitação ou interrogação e o instante em que o sistema apresentou ao usuário a sua resposta ou atendeu à sua solicitação. Uma outra unidade de medida de desempenho é a vazão (throughput), que define a quantidade de ações ou transações que pode ser realizada por um sistema na unidade de tempo. Quando estamos nos referindo à velocidade com que um determinado dispositivo de entrada ou de saída transfere ou recebe dados da UCP, utilizamos uma unidade que mede a taxa de transferência que o canal de ligação pode suportar, isto é, a quantidade de bits por segundo que pode trafegar pelo referido canal. Página de 58

12 CONVERSÃO DE BASE É através de impulsos elétricos, pela polaridade magnética ou pela luz refletida, que a conversão de dados em informações é feita na CPU (Unidade Central de Processamento). Para um computador todos os dados, sejam letras, números ou caracteres especiais, são números. Isto é, a cada letra do alfabeto corresponde um número. Assim, a letra F é representada pelo número 70. Por outro lado, o sistema numérico utilizado pelo computador para processar os dados não é o mesmo utilizado comumente, isto é, o sistema decimal. Na verdade, o computador utiliza principalmente o sistema binário ou de base 2, 0 e, para processar os números, assim, o número 70 no sistema decimal que representa a letra F e no sistema binário é Outro sistema utilizado é o hexadecimal ou de base 6. Os diferentes sistemas numéricos utilizam um método diferente de representar quantidades, assim, um sistema numérico de base x, utiliza x símbolos naquele sistema. Desta forma: O sistema de base 0 (sistema decimal) utiliza 0 símbolos (de 0 a 9); O sistema de base 6 (sistema hexadecimal) utiliza 6 símbolos; O sistema de base 2 (sistema binário) utiliza 2 símbolos, (0,) e outras bases O SISTEMA NUMÉRICO Surgiu como uma forma de solucionar o problema de armazenamento dos dados. No início do desenvolvimento dos computadores, a tecnologia mecânica disponível permitia construir um dispositivo capaz de armazenar dados reduzindo estes ao seu estado fundamental, onde existem apenas duas condições distintas, ligado ou desligado. Essas duas condições também podem ser descritas como, verdadeiro ou falso, sim ou não, aberto ou fechado, etc. Um dispositivo mecânico disponível na época, o relé, era formado por um interruptor que podia ser ativado quando uma voltagem era aplicada a ele, e desativado quando a voltagem era removida. Se uma lâmpada pudesse ser conectada a um relé, os dois estados possíveis da lâmpada seriam: aceso () ou apagado (0). Utilizando uma lâmpada podemos representar somente 2 números, utilizando lâmpadas adicionais podemos representar números cada vez maiores. Quantas combinações serão possíveis utilizando duas lâmpadas? Sabendo que temos dois estados para cada lâmpada: 2x2 = 22 = 4 Com três lâmpadas: 2x2x2 = 23 = 8 Com oito lâmpadas: 2x2x2x2x2x2x2x2 = 28 = 256 Assim se substituirmos cada lâmpada apagada por zero e cada lâmpada acesa por um, será possível começar a contar usando números binários. Na Tabela apresenta-se uma comparação de números em base decimal e binário utilizando três lâmpadas. Página 2 de 58

13 DECIMAL (base 0) 0 BINÁRIO (base 2) Tabela Como transformar números em base 0 para a base 2? Os números decimais podem ser decompostos em relação às potências do número 2. NÙMERO DECIMAL NÚMERO BINÁRIO Tabela Para se fazer a transformação dos números do sistema decimal para o sistema binário devese dividir o número da base 0 por 2, escreve-se o quociente e o resíduo. Se o quociente é maior do que um, divide-se o quociente entre dois. Mais uma vez escreve-se o quociente e o resíduo. Este processo é repetido até que o quociente seja zero. Quando o quociente é zero, escreve-se o quociente e o resíduo. Para se obter o número binário, escreve cada um dos resíduos começando do último até o primeiro de esquerda à direita, isto é, o primeiro resíduo escreve-se à esquerda, o segundo resíduo escreve-se à direita do primeiro, assim por diante. Exemplo : Como transformar o número 0 do sistema decimal ao sistema binário? Divisão Quociente Página 3 de 58 Resíduo

14 0 / 2 5/2 2/2 /2 = = = = O resultado é: 00 = 002 Onde: (Começando de baixo para cima) é o da divisão / 2, 0 é o resíduo da divisão de 2 / 2, é o resíduo da divisão de 5 / 2, 0 é o resíduo da divisão de 0 / 2. Exemplo 2: Como transformar o número 23 do sistema decimal ao sistema binário? Divisão 23 / 2 / 2 5/2 2/2 /2 Quociente = = = = = Resíduo 0 O resultado é: 230 = 02 Onde: é o resíduo da divisão de / 2, 0 é o resíduo da divisão de 2 / 2, é o resíduo da divisão de 5 / 2, é o resíduo da divisão de / 2, é o resíduo da divisão de 23 / 2, Como transformar números em base 2 para a base 0? Para transformar um número binário a número decimal MULTIPLICA-SE cada dígito binário pela potência e se somam todos os valores. Para se obter o valor da potência, utiliza-se 2n onde 2 é a base e n é o expoente. Como se está transformando um número binário em um decimal, utilizamos a base 2. O expoente indica a posição do dígito. Algumas potências do sistema binário são: Exemplo : Como transformar o número binário 02 ao sistema decimal? 02 = x 23 + x x 2 + x 20 = x 8 + x x 2 + x Página 4 de 58 20

15 = = Resultado: 02 = 30 Exemplo 2: Como transformar o número binário 2 ao sistema decimal? 2 = x 24 + x 23 + x 22 + x 2 + x 20 = x 6 + x 8 + x 4 + x 2 + x = = 3 Resultado: 2 = 30 Exemplo 3: Como transformar o número binário 0002 ao sistema decimal? 0002 = x x 24 + x x 22 + x x 20 = x x 6 + x x 4 + x x = = 42 Resultado: 0002 = 420 Como transformar números em base 0 para a base 6? Outro sistema, muito utilizado, em computação é o Sistema Hexadecimal (BASE 6), isto é, fazendo agrupamento de 4 em 4. O conjunto de símbolos é {0,, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F} 0,, 2, 3, 4, 5 Exemplo : Como transformar o número 23 do sistema decimal ao Hexadecimal? Divisão Quociente Resíduo 23 /6 = /6 = 0 4 E O resultado é: 230 = E76 Como transformar números em base 6 para a base 0? Exemplo : Como transformar o número hexadecimal 2E ao sistema decimal? 2E6 = x x 6 + E x 60 = x x x = = 302 Resultado: 2E6 = 3020 Como transformar números em base 6 para a base 2? Exemplo : Como transformar o número F de Hexadecimal ao Sistema Binário? Lembrando que F na base hexadecimal é igual a 5. Divisão Quociente Resíduo /2 = 0 Página 5 de 58

16 5/2 7/2 3/2 /2 = = = = O resultado é: F6 = 2 Como transformar números em base 2 para a base 6? Lembre: 6 = 24 (agrupamento de 4 em 4) Exemplo : Como transformar o número 00 de binário ao sistema hexadecimal? 002 = x 20 =x = = x 23 + x x x 20 = x 8 + x x x = = 2 = C Resultado: 002 = C A REPRESENTAÇÃO DE DADOS A simplicidade do armazenamento de duas condições diferentes faz com que os equipamentos ainda armazenem dados nesses dois estados fundamentais. A CPU do computador é composta de pequenos interruptores chamados de transistores, algo parecidos aos relés, mas muito mais sofisticados. Os transistores são tão pequenos que uma CPU têm mais de um milhão deles. Cada um dos dados (0 ou ) é chamado de bit (binary digit). Os bits estão agrupados em unidades maiores para poder representar número e outros símbolos, como os caracteres (incluindo maiúsculas e minúsculas) e os sinais de pontuação que usamos nas linguagens escritas. Por outro lado, procedimentos especiais tais como: a tecla RETURN ou a tecla TAB também devem ser registrados pelo processador. Para se ter o efeito desejado essas teclas especiais têm de produzir caracteres especiais e invisíveis. Esses caracteres são chamados caracteres de controle ou códigos de controle. Os caracteres ou símbolos que queremos ser capazes de representar são: Caracteres alfabéticos maiúsculos Caracteres alfabéticos minúsculos Algarismos Sinais de pontuação e outros símbolos Caracteres de controle Total Se considerarmos 7 bits, poderíamos representar 27 = 28 caracteres, então sobrariam 0 apenas para gastar com caracteres tais como setas e trevos ou linhas e molduras. Assim, 7 bits não são necessários. Logo, 8 é o número de bits mais lógico para representar uma unidade, isto é um byte. Então, byte = 8 bits. Existem dois sistemas importantes desenvolvidos para representar símbolos com números binários ou bits, EBCDIC e ASCII e um novo padrão, Unicode (Unicódigo). Página 6 de 58

17 EBCDIC - Foi um dos primeiros sistemas completos para representar símbolos com bits. A IBM definiu o BCD (Binary Coded Decimal Decimal Codificado em Binário) para um dos seus primeiros computadores, que consistiam em palavras de 6 bits que permitiam um máximo de 64 símbolos possíveis, assim, só podiam trabalhar com letras maiúsculas outros poucos símbolos. Como outras necessidades foram surgindo, a IBM desenvolveu o sistema EBCDIC (Extended Binary Coded Decimal Interchange Code Código Ampliado de Caracteres Decimais Codificados em Binário para o Intercâmbio de Dados). Este é um código de 8 bits que define 256 símbolos que é utilizado nos mainframes IBM e em sistemas de médio porte. O código ASCII (American Standard Code for Information Interchange Código Padrão Americano para o Intercâmbio de Informações) - Era um código de 8 bits, mas o oitavo bit servia a um finalidade especial e era chamado bit de paridade, o qual mais tarde perdeu a sua importância. A IBM encarregou-se de desenvolver uma versão aprimorada do conjunto ASCII que fizesse uso do oitavo bit, permitindo a descrição de 256 símbolos. Na Tabela 3 é mostrada a tabela ASCII nos sistemas: decimal, hexadecimal, octogonal, html e o caractere que representa. Para se obter o caractere desejado basta pressionar a tecla ALT e o número em base de decimal. Assim, # é ALT + 35.e444. Tabela 3 - O código ASCII A seguir apresentam-se, na Tabela 4, os caracteres adicionais do código ASCII, esta tabela muda dependendo do teclado utilizado. Página 7 de 58

18 Tabela 4, Código ASCII estendido mais comum (padrão inglês). O Unicódigo ou Unicode é um novo padrão para representação de dados que oferecerá dois bytes para a representação de símbolos. Com dois bytes poderão ser representados mais de 65 mil símbolos ou caracteres diferentes, o que é suficiente para todos os caracteres e símbolos do mundo, incluindo os extensos conjuntos de caracteres e símbolos do chinês, japonês e coreano. Se houvesse um único conjunto disponível para cobrir todos os idiomas do mundo, os programas de computador e os dados seriam intercambiáveis. EXECUÇÃO DE PROGRAMAS Página 8 de 58

19 O computador realiza tarefas de acordo com instruções que lhe são fornecidas por um programa. 6.- PROGRAMA É a seqüência lógica que determina ao computador o que ele deve fazer. Não devemos confundir programa com dados: enquanto o programa define o modo de trabalho do computador, os dados são os elementos que serão manipulados. Para que o computador possa executar um programa, é necessário que consiga entendê-lo, isto só ocorrerá quando as instruções deste programa seguirem uma série de normas e estruturas bem definidas. A escrita de acordo com um conjunto de normas e estruturas preestabelecidas é chamada de linguagem 6.2- LINGUAGEM É uma maneira de comunicação que segue uma forma e uma estrutura com significado interpretável. Portanto, linguagem de programação é um conjunto finito de palavras, comandos e instruções, escrito com o objetivo de orientar a realização de uma tarefa pelo computador. Logicamente, a linguagem que nós utilizamos em nosso dia-a-dia é diferente da linguagem utilizada pela máquina. A máquina trabalha somente com códigos numéricos (linguagem de máquina), baseados nos números O e, que representam impulsos elétricos, ausente e presente. Isto é chamado de sistema binário Assim, qualquer linguagem de programação deve estar situada entre dois extremos: o da linguagem natural do homem (muito clara, porém lenta) e o da linguagem de máquina (muito rápida, porém muito complexa). Este é o conceito de nível de linguagem: alto nível para as mais próximas da linguagem do homem; baixo nível para as mais semelhantes à linguagem de máquina. Independentemente do nível da linguagem utilizada, nosso computador continua falando em linguagem de máquina. Por isso, toma-se necessário um meio de tradução entre a linguagem utilizada no programa e a linguagem de máquina. Este meio pode ser dos seguintes tipos: Compilador e Interpretador - para linguagem de alto nível; Assembler (montador) - para linguagem de baixo nível Linguagem de Alto Nível É uma linguagem próxima ao homem, com apenas uma instrução o computador produz várias instruções em linguagem de máquina; possui uma linguagem universal para a maioria dos computadores. As principais características de uma linguagem de alto nível são: Página 9 de 58

20 A linguagem é mais orientada para o problema, de modo que o programador deve dar pouca ou nenhuma atenção às características do computador que irá executar o programa; Pode ser aproveitado para outro modelo de computador; O número de sentenças a escrever, é multo menor do que o número de instruções que terá o programador em linguagem de máquina. Isto acontece porque o compilador tem a capacidade de compilar, isto é, encaixar no programa sub-rotinas já existentes numa biblioteca de rotinas Linguagem de Baixo Nível Mais conhecida como ASSEMBLER, trabalhando com referências simbólicas que transforma em linguagem de máquina e designa um endereço de memória correspondente. Monta instrução por instrução do programa fonte para o programa objeto. As principais características de uma linguagem de baixo nível são: A linguagem é inteiramente orientada para a máquina. Portanto, o programador que vai escrever um programa numa linguagem de baixo nível deve saber para que modelo de máquina está programando e conhecer o repertório de instruções e as características desse modelo de máquina; Em geral um programa escrito numa linguagem de baixo nível para dados modelo de computador, não pode ser utilizado por outro modelo, a não ser que os dois modelos de máquina sejam compatíveis em programação; O número de sentenças a escrever, numa linguagem simbólica de baixo nível, é aproximadamente igual ao número de instruções que o programa conversor produzirá em linguagem de máquina Compilador É um programa interno do computador que traduz nosso programa escrito em linguagem de alto nível (chamado de programa-fonte, pois é a origem do processo) para um programa equivalente escrito em linguagem de máquina (programa-objeto). O esquema de compilação: Programa objeto Programa fonte Linguagem de alto nível Compilador Linguagem de baixo nível Resultado O compilador faz a tradução do programa inteiro para posteriormente ser executado. Ao fazer isto, ele emite o relatório de erros de SINTAXE. Obviamente, um compilador trabalha somente com uma linguagem, já que é um tradutor especifico. Para cada linguagem que você for utilizar em seu computador, deve ter um compilador próprio para traduzi-la Interpretador É um programa residente de alguns computadores (neste caso já vem gravado de fábrica), também encontrado em disco. Transforma cada comando de um programa escrito em linguagem de alto nível para o computador executar em linguagem de máquina. A diferença entre o compilador e o interpretador está na maneira de traduzir. Compilador: traduz o programa todo para depois executar apenas o traduzido, então torna a execução mais rápida. Página 20 de 58