Informática Aplicada

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1 Informática Aplicada Aula 1 Introdução Diogo Pinheiro Fernandes Pedrosa Departamento de Ciências Exatas e Naturais Universidade Federal Rural do Semi-Árido

2 Introdução Informática informação aplicada; Pressupõe o uso de computadores no tratamento de informações; Derivação de informatique, criada a partir de information science.

3 Introdução Arquitetura de computadores; Processamento de dados; Engenharia de software. Ciência da Computação Ciência da Informação Tratamento da informação (armazenamento e veiculação) Teoria dos Sistemas Cibernética Automação Solução de problemas (aspectos teóricos) Informática

4 Introdução Utilização de computadores a partir dos anos 1940 aplicações militares; Aplicações acadêmicas; Aplicações industriais e comerciais.

5 Introdução Objetivo da informática: Coletar, tratar e disseminar dados para gerar informação; Dados: elementos de um problema; Informação: conjunto estruturado de dados.

6 Introdução Modalidade de computadores: Computador analógico: manipula e representa variáveis por meio analógico (quantidades mecânicas ou elétricas);

7 Introdução Modalidade de computadores: Computador digital: manipula e representa as informações por meio digital (representação computacional bits, bytes);

8 Introdução Modalidade de computadores: Computador digital: manipula e representa as informações por meio digital (representação computacional bits, bytes); Variável analógica Conversão A/D Representação digital Computador Digital Representação digital Conversão D/A Variável analógica

9 Computadores por Geração 1ª geração ( ): Máquinas baseadas em válvulas; Equipamento de grande porte e problemas de aquecimento; Grande consumo de energia; Programação por cabos; Sem interface visual; ENIAC;

10 Computadores por Geração 1ª geração ( ):

11 Computadores por Geração 2ª geração ( ): Substituição de válvulas por transistores; Diminuição do tamanho físico das máquinas; Aumento da capacidade de processamento.

12 Computadores por Geração 2ª geração ( ):

13 Computadores por Geração 2ª geração ( ):

14 Computadores por Geração 3ª geração (anos 1970): Substituição dos transistores por circuitos integrados (encapsulamento de vários transistores em um único componente eletrônico); Maior capacidade de processamento; Menor consumo de energia.

15 Computadores por Geração 3ª geração (anos 1970):

16 Computadores por Geração 3ª geração:

17 Computadores por Geração 4ª geração (a partir dos anos 1980): Computadores com circuitos integrados em escala ultra larga (chips); Dispositivos computacionais móveis (PDAs, notebooks, netbooks, etc.).

18 Computador por Geração Independente do tipo de computador... Hardware equipamento propriamente dito; Software programas que atendem às necessidades dos usuários.

19 Software Sistema Operacional: Interface entre o usuário e o computador; Programa mais importante em uma máquina. Drivers: Programas que controlam equipamentos específicos do computador (placa de vídeo, placa de som, etc.).

20 Software Aplicativos: Softwares desenvolvidos para executarem alguma tarefa específica para o usuário; Exemplo: aplicativos para escritório (editor de texto, planilha eletrônica, etc.), aplicativos para execução de música e vídeo, navegadores para internet...

21 Hardware Elementos funcionais básicos: Unidade central de processamento (CPU); Unidades de entrada e saída; Memória principal. Entrada Memória Principal Saída CPU Unidade de controle Unidade Lógico/Aritmética

22 Hardware Unidade de controle: Direciona o sistema do computador a executar instruções de programa armazenadas. Deve comunicar-se com a memória e com a ALU (unidade lógico aritimética). Envia dados e instruções do armazenamento secundário para a memória, quando necessário.

23 Hardware Unidade lógico/aritmética: Executa todas as operações aritméticas e lógicas. Operações aritméticas: Operações lógicas: Adição, subtração, multiplicação, divisão. Compara números, letras ou caracteres especiais. Testa uma de três condições: Condição de igualdade (igual a) Condição menor que Condição maior que

24 Hardware Armazenamento de dados: Armazenamento primário (memória): Armazena dados temporariamente. A CPU referencia-o tanto para obtenção de instruções de programa como de dados. Armazenamento secundário: Armazenamento de longo prazo. Armazenado em mídia externa; por exemplo, um disco.

25 Hardware A CPU não pode processar dados diretamente do disco ou de um dispositivo de entrada: Primeiramente, eles devem residir na memória. A unidade de controle recupera dados do disco e transfere-os para a memória. Itens enviados à CPU para ser processados: A unidade de controle envia itens à CPU e depois os envia novamente à memória após serem processados. Dados e instruções permanecem na memória até serem enviados a um dispositivo de saída ou armazenamento, ou o programa ser fechado.

26 Hardware Memória: Também conhecida como armazenamento primário e memória principal. Frequentemente expressa como memória de acesso aleatório (RAM). Não faz parte da CPU. Retém dados e instruções para serem processados. Armazena informações somente enquanto o programa está em operação.

27 Hardware São necessárias quatro etapas para que uma CPU processe um determinado dado; Ciclo de máquina: a quantidade de tempo necessária para executar uma instrução. Computadores pessoais executam-nas em menos de um milionésimo de segundo. Supercomputadores executam-nas em menos de um trilionésimo de segundo. Cada CPU tem seu próprio conjunto de instruções.

28 Hardware Ciclo de máquina tempo necessário para recuperar um dado, executar uma operação e armazenar resultado. Componentes: Tempo de instrução Tempo de execução O clock de sistema sincroniza as operações.

29 Hardware

30 Hardware Tempo de instrução: A unidade de controle recebe a instrução da memória e a coloca em um registro. A unidade de controle decodifica a instrução e determina qual é a localização na memória para os dados necessários.

31 Hardware Tempo de execução: A unidade de controle transfere dados da memória para registros na ALU. A ALU executa instruções relativas aos dados. A unidade de controle armazena o resultado da operação na memória ou em um registro.

32 Hardware Endereços da memória: A memória principal é subdividida em várias partes; Cada parte tem um endereço associado; O dado armazenado é cada uma dessas posições é obtido através do fornecimento deste endereço ao processador.

33 Hardware Computadores basicamente possuem placas de circuito impresso fornecem uma via de conexão entre dispositivos; Principal placa: placa-mãe; Composta por trilhas; Barramento conjunto de trilhas de alta velocidade de tráfego (barramento de dados e barramento de controle);

34 Hardware

35 Hardware A placa-mãe contém chips auxiliares realizam operações de baixo nível: BIOS chip que armazena instruções para testar e inicializar os dispositivos de entrada e saída; também carrega o sistema operacional na memória principal. Chips de controle (ou controladores) gerenciam a transferência de dados nos barramentos da placa;

36 Hardware A placa-mãe contém chips auxiliares realizam operações de baixo nível: Chipset conjunto de controladores, coprocessadores e outros componentes que determinam as capacidades de hardware do sistema (exemplo: que tipo de processador pode ser utilizado na placa-mãe);

37 Hardware Chipset

38 Hardware Nas placas-mãe podem ser adicionadas outros circuitos (placa de vídeo, por exemplo) através de slots de expansão.

39 Processadores Componente de hardware que executa instruções em linguagem de máquina; Podem se apresentar sob diversas formas: CPU, co-processador gráfico, etc.; CPUs podem alocar tarefas para coprocessadores específicos para uma determinada função: co-processador de uma placa de vídeo off-board.

40 Processadores O processador se comunica com a memória e com outros disposistivos do sistema através dos barramentos; O funcionamento do processador é muito mais rápido do que a capacidade de leitura da memória principal;

41 Processadores Os processadores possuem então uma memória de alta velocidade (cache) para guardar os dados que estão sendo lidos pela memória RAM.

42 Processadores Dentro do processador também existem os chamados registradores pequena memória de alta velocidade para ser utilizada no armazenamento de dados durante o seu processamento; O tamanho dos registradores é determinado pela quantidade de bits que o processador trabalha: 32 bits; 64 bits.

43 Processadores Processadores de fabricantes diferentes podem ter arquiteturas diferentes. x86; MIPS; PowerPC;

44 Representação de Dados Os computadores entendem duas coisas: ligado e desligado. Dados são representados na forma binária sistema numérico binário (base 2); Contém somente 2 dígitos: 0 e 1. Corresponde a dois estados: ligado (1) e desligado (0).

45 Representação de Dados Bit corresponde a uma informação binária (0 ou 1); Abreviação de binary digit; É a informação computacional mais simples.

46 Representação de Dados Byte corresponde a um conjunto de 8 bits; Cada byte pode ter 256 valores possíveis: ٢ ٨ =٢٥٦ Considerando um texto, um byte armazena um caractere (letra, número, etc.); Dispositivos de memória e armazenamento são medidos em bytes.

47 Representação de Dados Palavra O número de bits que a CPU processa como uma unidade. Tipicamente, um número inteiro de bytes; Quanto maior a palavra, mais potente é o computador; Computadores pessoais tipicamente têm 32 ou 64 bits de extensão de palavras.

48 Representação de Dados Kilobyte: 1024 (2 10 ) bytes. Capacidade de memória dos computadores pessoais mais antigos. Megabyte: aproximadamente, um milhão (2 20 ) de bytes. Dispositivos de armazenamento portáteis (CD s). Gigabyte: aproximadamente, um bilhão (2 30 ) de bytes. Dispositivos de armazenamento (memórias flash, memórias RAM).

49 Representação de Dados Terabyte: aproximadamente, um trilhão (2 40 ) de bytes. Dispositivos de armazenamento para grandes sistemas.

50 Codificação Provêem uma maneira comum para representar um caractere de dados. Necessários para os computadores poderem intercambiar dados. Esquemas comuns: ASCII EBCDIC Unicode

51 Codificação ASCII (American Standard Code for Information Interchange); O padrão mais amplamente usado. Usado virtualmente em todos os computadores pessoais.

52 Codificação EBCDIC Extended Binary Coded Decimal Interchange Code. Usado principalmente em mainframes IBM e compatíveis com IBM. Não teve o sucesso do código ASCII.

53 Codificação UNICODE: Projetado para acomodar alfabetos com mais de 256 caracteres. Usa 16 bits para representar um caractere (2 16 ) valores possíveis. Exige duas vezes mais espaço para armazenar dados.

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