Aula 8 -Conceitos básicos de informática, hardware e software. Conversão de binário para decimal e vice-versa.

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1 Aula 8 -Conceitos básicos de informática, hardware e software. Conversão de binário para decimal e vice-versa. Olá pessoal, meus cumprimentos!!! Hoje trago para vocês a nossa oitava aula, na qual são discutidos os principais conceitos relacionados a hardware/software e conversão de binário para decimal e vice-versa. Finalizando, como qualquer questão pode ser decisiva para a sua aprovação, então, vamos "arregaçar as mangas" e partir para mais esta etapa do curso. Boa sorte nos estudos! Estou torcendo pelo sucesso de vocês! Um forte abraço, Prof a Patrícia Lima Quintão patricia@pontodosconcursos.com.br Twitter: Roteiro da Aula - Tópicos - Sistema de computação, com destaque para tipos de computadores, conceitos de hardware e de software. - Conversão de decimal para binário. - Revisão em tópicos e palavra-chave. - Questões de provas comentadas. - Lista das questões apresentadas na aula. Sistema de computação As partes de um sistema de computação são: Hardware: é o conjunto de dispositivos físicos de um computador. Qualquer dispositivo que possa ser "tocado", é classificado como hardware. Exemplos: teclado, monitor, impressora, cabo, placa, chip, unidade de disco, etc. Software: conjunto de dispositivos lógicos de um computador. Dispositivos lógicos são os arquivos e programas com os quais o computador trabalha. Exemplos: Windows, Word, Excel, etc. Prof 3 Patrícia Lima Quintão 1

2 Conceitos básicos de hardware O funcionamento de praticamente qualquer computador digital, independentemente do seu porte, pode ser entendido a partir do desenho básico de John von Neumann, matemático húngaro. Caiu em prova! (CESPE BASA - Técnico Científico - Tecnologia da Informação - Arquitetura de Tecnologia) A máquina proposta por Von Neumann reúne componentes como memória, unidade aritmética e lógica, unidade central de processamento (UCP), composta por diversos registradores, e unidade de controle. Analisando de forma simplificada a arquitetura por ele proposta, vemos que ela reúne: uma unidade lógica e aritmética (ULA), uma unidade de controle (UC), uma memória, e uma unidade central de processamento (CPU), composta por diversos registradores, os dispositivos de entrada e saída (E/S ou I/O - input e output). Figura. Diagrama Simplificado de von Neumann Fazem parte da unidade central de processamento (CPU) a ULA (unidade lógica aritmética), a UC (unidade de controle) e os registradores. Unidade Lógica Aritmética (ULA): é o dispositivo da CPU que executa realmente as operações matemáticas com os dados. Ela fica encarregada das operações aritméticas (soma, subtração) e lógicas (E, OU etc.). Registradores: para que um dado possa ser transferido para a ULA, é necessário que ele permaneça, mesmo que por um breve instante, armazenado em um registrador. Além disso, o resultado de uma operação aritmética ou lógica realizada na ULA deve ser armazenado temporariamente, de modo que possa ser reutilizado mais adiante (por outra instrução) ou apenas para ser, em seguida, transferido para a memória. Para atender a esses propósitos, a CPU é fabricada com uma Prof 3 Patrícia Lima Quintão 2

3 certa quantidade de registradores, destinados ao armazenamento de dados. Servem, pois, de memória auxiliar da ULA. Unidade de Controle (UC): similar a um guarda de trânsito. Com a chegada da informação, ela decide quando e para onde essa informação deve ir, controlando todo o fluxo, desde a entrada (teclado) até a saída (display), inclusive guardando e recuperando informações quando necessário. As gerações de computadores A partir do momento que surgiram os primeiros computadores, na acepção popular da palavra, divide-se a história dos computadores em cinco gerações distintas. As três primeiras gerações de computadores refletiam a evolução dos componentes básicos do computador (hardware) e um aprimoramento dos programas (software) existentes. O pulo de uma geração para a geração seguinte se dá sempre com o advento de alguma nova tecnologia que possibilita grandes avanços do poder de cálculo ou descobertas que modificam a base de um computador. Embora existam diferenças e discordâncias quanto às datas das gerações de computadores, será usada aqui aquela mais amplamente aceita. Primeira Geração ( ) Os computadores dessa geração eram todos baseados em tecnologias de circuitos eletrônicos e válvulas. Apresentavam pouca confiabilidade, grande consumo de energia e os problemas devido ao aquecimento produzido pelas milhares de válvulas. Tinham dispositivos de entrada/saída primitivos, utilizam quilômetros de fios e eram muito lentos. Um programa somente era executado em cada momento, ou seja, precisava ser reprogramado a cada tarefa (job). Eram de uso científico, muito restrito. Exs: ENIAC, UNIVAC I, o EDVAC, o IBM/650 e o IBM/701. Segunda Geração ( ) Engloba os computadores que utilizavam transistores organizados em circuitos impressos: 100 vezes menores que a válvula, menor aquecimento, maior poder de cálculo e confiabilidade, um consumo de energia bem menor, com o adicional de que não necessitava de tempo para aquecer. Os computadores se tornaram mais rápidos, mas ainda eram computadores de tamanho muito grande. As salas de operação dos CPDs tinham uma separação entre usuários e operadores, que eram responsáveis pelo carregamento e a execução do programa. Cada programa era gravado pelo programador em cartões, Prof 3 Patrícia Lima Quintão 3

4 entregues a um operador e mais tarde os resultados saiam em papel, numa impressora. Passou-se a utilizar sistemas batch: vários jobs gravados em fita magnética, que eram executados num único batch, isto é, sem a intervenção de um usuário. As tarefas formavam uma fila de espera, e eram executados em sequência. Os resultados podiam também ficar guardados em fita magnética. Exs: IBM/1401; IBM/7094. Nessa época começaram a surgir também as linguagens de programação de alto nível: Fortran (1957), Algol (1958), Cobol (1960) e Basic (1964). Terceira Geração ( /77) Inicia-se com a utilização dos circuitos integrados. Os transistores, resistores, diodos e outras variações de componentes eletrônicos passaram a ser miniaturizados e montados sobre um único chip, que já calculava em bilionésimos de segundo (nanosegundos) e possuíam baixíssimo consumo de energia. Os custos de produção de um computador começavam a cair, atingindo uma faixa de mercado que abrangia empresas de médio porte, centros de pesquisa e universidades menores. É o começo da utilização dos computadores pessoais. Tem início a utilização de avançados sistemas operacionais e da multiprogramação (vários jobs em memória) e os sistemas de proteção de memória. Os computadores servem tanto para uso científico (cálculo numérico) e de uso comercial. Passam a ser interativos, com terminais on-line ou estações de trabalho (workstations) que permitem ao usuário comunicar com o programa em tempo de execução e conhecer imediatamente os resultados. Dá-se também, nessa geração, a origem dos sistemas de tempo compartilhado (timesharing), multitarefa e multiusuário: divisão do tempo em intervalos, restringindo cada intervalo à execução de uma das tarefas (processo). Nessa geração surgem as linguagens de alto nível, orientadas para procedimentos. Ex.: IBM/370 Quarta Geração (1975/77-199?) Em 1975/77 ocorrem avanços significativos, surgindo os microprocessadores, os microcomputadores e os supercomputadores. Em 1977 houve uma explosão no mercado de microcomputadores, sendo fabricados em escala comercial e, a partir daí, a evolução foi consolidando a computação pessoal através dos PCs (personal computers), criados pela IBM a partir de Ainda mais avançados que os primeiros circuitos integrados (os SSI, Small Scale Integration e os MSI, Medium Scale Integration), foram os circuitos de larga escala (LSI, Large Scale Integration, com mil transistores por chip) e os circuitos de larguíssima escala (VLSI, Very Large Scale Integration, Prof 3 Patrícia Lima Quintão 4

5 com cem mil transistores por chip). O uso desses últimos circuitos na construção de processadores representou o salto na história dos computadores que constituiu a quarta geração. A quarta geração é caracterizada, portanto, por um aperfeiçoamento da tecnologia já existente e pela importância de uma maior escala de integração alcançada pelos chips LSI e VLSI, proporcionando uma otimização da máquina para os problemas do usuário, maior grau de miniaturização, confiabilidade e velocidade maior. Os computadores são providos de interfaces gráficas amigáveis com o usuário e utilizados cada vez mais por usuários não especializados. Surgem as redes de computadores com sistemas de operação em rede e sistemas distribuídos. São sistemas compostos por máquinas pequenas conectadas em rede, compartilhando vários recursos (impressoras, memórias auxiliares (discos), software etc.). Surgem também os sistemas multiprocessadores. Os sistemas operacionais têm também de controlar a atribuição de tarefas a cada processador, ou seja, a alocação de tarefas, garantindo o uso efetivo dos processadores e a divisão de tarefas em sub-tarefas para cada processador. Junto com essa quarta geração de computadores surgem os processadores de texto, as planilhas eletrônicas, os gerenciadores de banco de dados, os softwares gráficos e os gerenciadores de comunicação. Nessa geração começa a utilização das linguagens de altíssimo nível, orientadas para o problema. Quinta Geração (199? - dias de hoje) Podemos considerar ainda uma última geração, com os mais modernos computadores. Ampliou-se drasticamente a capacidade de processamento de dados, de armazenamento e as taxas de transferência. O conceito de processamento partiu para os processadores paralelos, ou seja, a execução de muitas operações simultaneamente pelas máquinas. Na realidade, a maior novidade desta nossa época são os novos processadores, cada vez mais velozes. Permitiu-se, assim, a automação de escritórios e a automação comercial e industrial, oferecendo oportunidade para simular e reduzir custos na fase de desenvolvimento do produto. Além disso, esta última geração desenvolveu a robótica, a imagem virtual, a multimídia e inaugurou a era on-line, com comunicação através da Internet e troca de informação pela Web. Tendências de médio e longo prazo Enfim, para além dessas gerações de computadores, a informática evolui cada vez mais rapidamente e as velocidades de processamento dobram em períodos cada vez mais curtos. Para se ter uma noção disso, basta observar Prof 3 Patrícia Lima Quintão 5

6 que entre os modelos de computador mais antigos, os espaçamentos entre uma novidade e outra eram de dezenas de anos, sendo que hoje não chega a durar nem um mês. Isso nos leva a concluir que o avanço científico e o poder de cálculo avançam de maneira que não se encontra paralelo da história humana, barateando os custos e tornando acessíveis os computadores às pessoas de baixa renda. Crescimento do uso de virtualização de servidores, com a possibilidade de rodar (emular) vários sistemas em uma mesma máquina sem a necessidade de sair do sistema operacional padrão; é uma forma de abstrair o hardware de um único sistema operacional; Resolvem problemas críticos: incompatibilidade de Hardware; incompatibilidade de Software. Gerenciamento centralizado; instalações simplificadas; facilidade para a execução de backups; suporte e manutenção simplificados; acesso controlado a dados sensíveis e à propriedade intelectual mantendo-os seguros dentro do Data Center da empresa; economia de espaço físico; economia de Energia. Tl-Verde "Trata-se de uma nova tendência, que vem surgindo junto com a necessidade cada vez mais crescente de economia de recursos naturais e controle do clima mundial." "A ideia é não somente se preocupar com sistemas melhores, mais rápidos e mais baratos, mas também com sistemas com responsabilidade ambiental." "TI pode habilitar muitas iniciativas verdes. Iniciativas verdes comuns incluem o uso de documentos eletrônicos, reduzindo despesas de viagem e tele trabalho. A TI também pode fornecer as ferramentas analíticas que outros na empresa podem usar para reduzir o consumo de energia para o transporte de mercadorias ou de outras atividades de gestão de carbono." Computação em nuvem ou cloud computing é uma representação abstrata da utilização dos recursos computacionais funcionando em servidores web, ou seja, programas e recursos rodando em servidores dedicados específicos - armazenados nos Data Centers. Toda a administração e monitoração é feita na internet, reduzindo consideravelmente dos custos com TI. É um estilo de computação que caracteriza por um modelo no qual provedores oferecem uma variedade de recursos de TI aos consumidores de Prof 3 Patrícia Lima Quintão 6

7 computação em nuvem. Serviços baseados em nuvem podem ser explorados em uma variedade de maneiras para desenvolver um aplicativo ou uma solução. Usar recursos de nuvem não elimina os custos de soluções, mas reorganiza alguns e reduz outros. Redes Sociais Entende-se por Rede Social como "uma das formas de representação dos relacionamentos afetivos ou profissionais dos seres humanos entre si ou entre seus agrupamentos de interesses mútuos." Atualmente na web, as redes sociais estão presentes em sites de relacionamento online, e muitas vezes é possível se construir uma rede de contatos dentro de sites de social media. Os exemplos mais populares de redes sociais são o Orkut, Facebook, e Myspace. Tendência para 2011 é o uso das redes sociais no ambiente corporativo para trazer para as áreas de negócios informações dos clientes e da concorrência, que muitas vezes ficam na cabeça dos funcionários e não são compartilhadas. Até 2013, os telefones celulares vão ultrapassar os PCs como dispositivo mais comum para acesso à Web. De acordo com as estimativas do Gartner, o número total de PCs em uso chegará a 1,78 bilhão de unidades em Até 2013, a base instalada combinada de smartphones e telefones equipados com navegadores vai ultrapassar 1,82 bilhão de unidades e, dali em diante, será maior do que a base instalada de PCs. Tipicamente, os usuários de dispositivos móveis estão preparados para dar menos cliques em um site web do que os usuários que acessam em um PC. Embora um número crescente de sites e aplicações baseadas na web ofereça suporte para dispositivos móveis pequenos, muitos ainda não o fazem. Os sites que não forem otimizados para formatos de tela menores vão se tornar uma barreira de mercado para seus proprietários - muito conteúdo e muitos sites terão que ser reformatados/reconstruídos. Incremento da realização de negócios eletrônicos (pregão eletrônico, Ensino a Distância, comércio eletrônico...). Classificação dos computadores quanto à operação Quanto à sua operação os computadores podem ser classificados em analógicos e digitais. Computadores analógicos: são os computadores que fazem medições. Muito utilizados em institutos e laboratórios de pesquisa para aplicações científicas e tecnológicas. Prof Patrícia Lima Quintão 7

8 Computadores digitais: trabalham diretamente com números, ou seja trabalham realizando operações diretamente com os números, enquanto os analógicos medem. Classificação dos computadores quanto ao porte Quanto ao porte, os computadores podem ser divididos em: 1- Grande porte Supercomputadores e mainframes. Os supercomputadores são, em geral, grandes computadores não comerciais, desenvolvidos para aplicações específicas como previsão meteorológica ou projetos espaciais. Os mainframes, por sua vez, são computadores de grande porte que têm mais aplicação comercial, são utilizados, por exemplo, nos sistemas bancários. Os computadores de grande porte muitas vezes ocupam salas inteiras ou ainda vários andares de um prédio. 2- Médio Porte Minicomputadores. São a categoria intermediária dos computadores. Não são tão poderosos e volumosos como os de grande porte, mas também não são acessíveis a usuários domésticos ou a empresas pequenas. Uma observação: a divisão clássica entre mainframes e minicomputadores é cada vez mais sutil. Empresas como IBM, Sun e Unisys produzem computadores com alta capacidade de processamento para diversos segmentos comerciais com configurações e tamanhos igualmente distintos. Hoje essa classificação é mais utilizada para fins didáticos. 3- Pequeno Porte Essa é a categoria que mais nos interessa. Aqui estão os populares PCs, Personal Computers ou computadores pessoais. São os mais comuns e numerosos. Por estarem cada vez mais presentes em nossos lares e principalmente em nosso trabalho é que são o alvo preferencial dos concursos públicos. Eles se dividem em: 3.1- Desktops ou micros de mesa (desk, em inglês). São os micros pessoais mais populares. Normalmente possuem teclado, monitor e gabinete separados, apesar de haver exceções. Há alguns computadores pessoais da marca Apple que possuem monitor e gabinete integrados. A principal distinção dos desktops em relação aos outros PCs é que estes não são portáteis. Prof 3 Patrícia Lima Quintão 8

9 3.2- Portáteis. Os portáteis por sua vez englobam os notebooks, palmtops e PDAs. Os Notebooks são também conhecidos como laptops porque podem ser usados sobre o colo (lap, em inglês). Em questão de recursos e dimensões de tela os notebooks estão mais próximos dos computadores de mesa. De fato, há notebooks com maior capacidade de processamento que muitos micros de mesa (desktops). A principal distinção entre os notebooks e os micros de mesa, como disse, está na portabilidade dos primeiros. Isso quer dizer que os notebooks têm, por exemplo, monitor, teclado, e caixas acústicas integrados, formando uma unidade portátil. Além disso, possuem certa autonomia elétrica, já que utilizam baterias quando não estão conectados a uma rede elétrica. Cabe observar que, apesar de os notebooks possuírem teclado e monitor integrados, isso não impede que possamos conectar monitores e teclados externos a eles. Isso é até bem comum. E só para não deixar de citar, os notebooks vêm também com um dispositivo que substitui o mouse dos micros de mesa, o touchpad (trata-se de uma superfície sensível ao toque por meio da qual posicionamos o ponteiro na tela. Ela vem acompanhada de dois botões com as mesmas funções dos botões do mouse). Os palmtops - computadores de mão -, também pertencentes à categoria dos computadores pessoais portáteis, são ainda menores que os notebooks, mas ainda possuem teclado e monitor. Os PDAs (Personal Digital Assistant Assistente pessoal digital) são os "irmãos" menores da família dos PCs. São a evolução das antigas agendas eletrônicas. Têm como característica marcante não possuírem teclado integrado. A entrada de dados normalmente é feita como em um bloco de papel, escrevendo-se sobre uma tela sensível. Podemos ainda citar os Smartphones que são PDAs integrados a telefones celulares. Você sabia!! ipad é um dispositivo em formato tablet produzido pela Apple Inc. O aparelho foi anunciado em janeiro/2010, e hoje já bastante utilizado. Figura. ipad com sua tela inicial sendo exibida Prof 3 Patrícia Lima Quintão 9

10 Tela do ipad com exibição de uma página web no browser Safari Tecnologias CISC e RISC Existem duas correntes, ou filosofias, na construção de processadores. Uma delas baseia-se em um processador com um conjunto de instruções complexas (CISC) e outra em processador com um conjunto de instruções simples (RISC). Mas qual a diferença entre as duas tecnologias? Os processadores CISC (Complex Instruction Set Computer) baseiam-se na utilização de instruções mais complexas, enquanto que um processador RISC (Reduced Instruction Set Computer) baseia-se na utilização de instruções mais simples. Por conter instruções mais complexas, os processadores CISC poupam trabalho dos programadores, que podem escrever programas menores para fazer a mesma tarefa. Entretanto, instruções mais complexas são mais lentas, pois podem necessitar de vários ciclos do processador para serem executadas. Os processadores modernos, na realidade, utilizam as duas filosofias em sua construção, quer dizer, são híbridos. Tanto os processadores RISC utilizam alguma quantidade de instruções complexas, como os processadores CISC fazem uso de instruções simples. Exemplos de processadores CISC são Pentium e Celeron da Intel e Atlhon e Semprom da AMD. Exemplos de RISC são PowerPC, da IBM/Motorola e Sparc da Sun Microsystems. Evolução dos Processadores Desde a chegada da geração dos Circuitos Integrados, a Unidade Central de Processamento dos computadores passou a agregar outros componentes do sistema, como o clock - dispositivo que dá ritmo aos trabalhos da UCP, a UC, a ULA e até mesmo uma parte da memória conhecida por cache. A esses novos circuitos VLSI dá-se o nome de processador. Existem inúmeros processadores no mercado, a seguir destacamos alguns exemplos, fabricados pela Intel, que são bastante populares: Celeron: desde o primeiro Pentium, esse é um processador alternativo para quem não precisa de todo o poder computacional do Pentium "completo", aqui sempre tem um recurso não implementado para justificar um preço mais baixo para o consumidor, sem prejuízo de acesso a tecnologia mais recente. Um dos mais recentes processadores Celeron é o Core2-Duo que é alternativo ao Pentium IV Dual Core; Prof 3 Patrícia Lima Quintão 10

11 Xeon: pronuncia-se zíon, é uma família especial de Pentiums voltada para os servidores de rede. São processadores que contam com toda a tecnologia disponível no Pentium mais atual e são preparados especialmente para servidores de rede; Centrino: processadores específicos para dispositivos portáteis e móveis, como notebooks e outros. Contam com recursos especiais de gerenciamento de energia e acesso a redes sem fio. Ganhando mercado, temos os processadores chamados core, seja dual, duo ou quad, essa denominação refere-se na verdade ao núcleo do processador. Nos modelos dual ou duo, esse núcleo é duplicado, o que proporciona uma execução de duas instruções efetivamente ao mesmo tempo, embora isto não aconteça o tempo todo. Basta uma instrução precisar de um dado gerado por sua "concorrente" que a execução paralela torna-se inviável, tendo uma instrução que esperar pelo término da outra. Os modelos Quad Core possuem o núcleo quadruplicado. Esses são processadores fabricados pela INTEL, empresa que foi pioneira nesse tipo de produto. Existem concorrentes: NEC, Cyrix e AMD; sendo que atualmente essa última marca mantém-se fazendo frente aos lançamentos da INTEL no mercado. Por exemplo, um modelo muito popular de 386 foi o de 40 MHz, que nunca foi feito pela INTEL, cujo 386 mais veloz era de 33 MHz, esse processador foi obra da AMD. Desde o lançamento da linha Pentium, a AMD foi obrigada a criar também novas denominações para seus processadores, sendo lançados modelos como K5, K6-2, K7, Duron (fazendo concorrência direta à ideia do Celeron) e os mais recentes como: Athlon, Turion, Opteron e Phenom. Caiu em prova! (CESPE BASA - Técnico Científico - Tecnologia da Informação - Arquitetura de Tecnologia) As principais funções da UCP são controlar e executar as operações de processamento dos dados, tendo um papel importante no desempenho do sistema computacional e executando as instruções que estão na memória principal. Marque CERTO para esta afirmação, pois a UCP ou CPU tem como funções principais controlar e executar as operações de processamento de dados. A CPU exerce o controle do computador, sendo responsável pela busca das instruções (na memória), pela sua decodificação (ou interpretação) e execução. A busca e a decodificação das instruções são realizadas pela Unidade de Controle, enquanto que a execução fica ao encargo da Unidade de Execução. A unidade de execução, por sua vez, é composta pela Unidade de Lógica e Aritmética e por um conjunto de Registradores de uso genérico. Prof 3 Patrícia Lima Quintão 11

12 Existem duas categorias básicas de memória de computador A primeira é a do armazenamento primário, que tem esse nome porque serão armazenadas aqui pequenas quantidades de dados e informações a serem utilizadas imediatamente pela CPU. A segunda categoria é a do armazenamento secundário, em que é armazenada uma quantidade muito maior de dados e informações (um programa de software completo, por exemplo) por um período de tempo maior. Armazenamento Primário O armazenamento primário ou memória principal, como é citado às vezes, armazena durante períodos de tempo muito curtos três tipos de informações: dados a serem processados pela CPU, instruções para a CPU sobre como processar os dados, e os programas do sistema operacional que gerenciam diversos aspectos da operação do computador. O armazenamento primário existe nos chips montados sobre a placa do circuito principal do computador (a placa-mãe), localizada o mais próximo possível fisicamente do chip da CPU. Assim como na CPU, todos os dados e instruções no armazenamento primário foram convertidos em código binário. Existem quatro tipos principais de armazenamento primário: Registradores O conceito de registrador surgiu da necessidade da CPU armazenar temporariamente dados intermediários durante um processamento. Por exemplo, quando um dado resultado de operação precisa ser armazenado até que o resultado de uma busca da memória esteja disponível para com ele realizar uma nova operação. Registradores são voláteis, isto é, dependem de estar energizados para manter armazenado seu conteúdo. Os registradores fazem parte da CPU e têm a menor capacidade, armazenando quantidades extremamente limitadas de dados, apenas imediatamente antes e depois do processamento. Caiu em prova! Registradores são dispositivos de armazenamento temporário, extremamente rápidos, com capacidade para apenas um dado (uma palavra). Devido a sua tecnologia de construção e por estar localizado como parte da própria pastilha ("chip") da CPU, é muito caro. Memória de acesso aleatório (RAM - random access memory) A RAM armazena mais informações do que os registradores e está mais distante da CPU, mas guarda menos que o armazenamento secundário e está muito mais perto da CPU do que o armazenamento secundário. Quando Prof Patrícia Lima Quintão 12

13 você inicia a maioria dos softwares no computador, o programa inteiro é transferido do armazenamento secundário para a RAM. Durante a utilização do programa, pequenas partes de instruções e de dados são enviadas para os registradores e, em seguida, para a CPU. Mais uma vez, manter os dados e as instruções o mais próximo possível da CPU é fundamental para a velocidade do computador, assim como o fato de que a RAM é um tipo de chip microprocessador. O chip é muito mais veloz (e mais caro) do que os dispositivos de armazenamento secundário. A RAM é temporária e volátil; ou seja, os chips da RAM perdem seu conteúdo se a corrente falhar ou se for desativada (como em um blecaute ou ruído elétrico provocado pela iluminação ou por máquinas posicionadas nos arredores). A memória RAM divide-se em: DRAM (Dynamic RAM - Memória RAM Dinâmica): o É a que mais usamos em nosso computador. o Geralmente, nossa memória principal dos computadores é DRAM. o Vendida em formato de pequenas placas ("pentes" ou "módulos") que se encaixam diretamente na placa-mãe. o Mais barata e lenta quando comparada à SRAM. o Necessita ter seus dados reforçados de tempos em tempos para que não perca os dados, ou seja, necessita de refresh (precisa ser constantemente reenergizada). SRAM (Static RAM - Memória RAM Estática) o Tem baixo consumo de energia e é muito mais rápida que a DRAM, além de não necessitar de recarga (refresh). o Utilizada na memória cache do computador. VRAM (Vídeo RAM) o Feita exclusivamente para placas de vídeo. o Pode ser acessada simultaneamente por dois componentes distintos no computador (ex.: O processador envia dados para ela enquanto ela envia dados para o monitor de vídeo). Prof 3 Patrícia Lima Quintão 13

14 Importante! Os chips da memória DRAM oferecem as maiores capacidades e os menores preços por bit, mas são relativamente lentos. A SRAM é mais cara que a DRAM mas tem um nível superior de desempenho, o que a toma a opção preferida para as aplicações que exigem mais desempenho, incluindo os caches externos L2 e L3 que agilizam o desempenho do microprocessador. Memória cache É um tipo de memória de alta velocidade que um processador pode acessar mais rapidamente do que a memória principal (RAM). A memória cache é um local mais perto da CPU, em que o computador pode armazenar temporariamente os blocos de instruções mais usados. Os blocos menos utilizados permanecem na RAM até serem transferidos para o cache; os blocos raramente usados são mantidos no armazenamento secundário. A memória cache é mais veloz do que a RAM porque as instruções percorrem uma distância menor até a CPU. Atualmente, encontra-se disponível em três níveis (ou grupos): Tipo de Cache cache L1 - Nível 1 (cache primária: é a mais próxima do núcleo da CPU e a mais rápida!) cache L2 - Nível 2 (cache secundária) cache L3 - Nível 3 (cache terciária) Observações L1 e L2 estão armazenadas dentro do processador =>trabalham na mesma frequência do processador. A L3 está localizada na placa-mãe do computador => não trabalha na mesma frequência do processador. Quando a CPU precisa de uma informação, ela tenta encontrá-la primeiramente na memória cache. Temos, assim, o seguinte: inicialmente, o processador consulta a cache L1, se não encontra o que procurava, consulta a cache L2. Caso não encontre o dado necessário em nenhum nível da memória cache, então o processador consulta a memória RAM. Desse funcionamento, podemos concluir que o aumento da capacidade da memória cache de um computador resulta em uma melhora em sua performance! A cache é muito mais rápida do que a RAM! Prof 3 Patrícia Lima Quintão 14

15 Há dois termos ligados à cache que são importantes: Cache hit: quando um dado é procurado na cache e está lá! Cache miss (ou cache fault): quando um dado procurado não está na cache, e a CPU se vê obrigada a procurá-lo na RAM. Em ordem de velocidade temos, da mais veloz para a mais lenta: registradores, memória cache, memória principal (RAM) e memória secundária (auxiliar, como o disco rígido, por exemplo), conforme ilustrado na figura seguinte. Figura. Relação entre os diversos tipos de dispositivos de armazenamento Importante - Quanto mais no topo da pirâmide, mais nos aproximamos do processador (cache e registradores são internos) e na base da pirâmide estão os periféricos (HD, DVD, etc.) - No topo estão as memórias de baixa capacidade (poucos bits: 8, 16, 32, 64) e a capacidade vai aumentando em direção à base (atualmente Tera Bytes). - A velocidade aumenta quando nos aproximamos do topo da pirâmide (os registradores estão na velocidade da CPU) e já as memórias na base são as mais lentas, pois normalmente dependem de acionamento eletromecânico. - Em relação ao custo, é fácil entender que fica muito mais fácil e barato colocarmos outro HD no nosso computador do que alterar todo o projeto da CPU para inserir mais alguns registradores. Memória somente-leitura (ROM - Read-only memory) A maioria das pessoas que usa computadores perdeu dados preciosos, em algum momento ou outro, devido a uma "queda" do computador ou a uma falta de energia. O que desaparece é exatamente o conteúdo da RAM, do cache ou dos registradores, no momento. Essa perda ocorre porque esses tipos de memória são voláteis. As informações contidas nesses tipos de memória desaparecerão quando não houver eletricidade fluindo através deles. O usuário de computador cauteloso geralmente salva seus dados em uma memória não- Prof Patrícia Lima Quintão 15

16 volátil (armazenamento secundário ou auxiliar). Além disso, a maioria das aplicações de software atuais dispõe de funções de gravação automática. Os programas guardados no armazenamento secundário, embora sejam temporariamente copiados na RAM quando em uso, permanecem inalterados porque apenas uma cópia desaparece e não o original. A memória somente-leitura (ROM) é um local (um tipo de chip) em que determinadas instruções críticas estão protegidas. A ROM é não-volátil e preserva essas instruções quando a força alimentada para o computador for desligada. A designação "somente leitura" significa que essas instruções só podem ser lidas pelo computador e não modificadas pelo usuário. Um exemplo de instruções ROM são aquelas necessárias para iniciar ou "dar boot" no computador, assim que ele for desligado. A seguir, destacamos um resumo das principais variações da memória ROM: PROM (Programmable Read- Only Memory) EPROM (Erasable Programmable Read-Only Memory) EEPROM (Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory-ROM eletricamente apagável e programável) FEPROM (Memória Flash) Memórias que podem ser apagadas e reescritas eletricamente. Parecida com a EEPROM, mas que consome menos energia elétrica e não necessita do aumento de tensão para ser apagada/gravada. Muito usada em cartões de memória de máquinas fotográficas digitais. Armazenamento Secundário Projetado para armazenar volumes muito grandes de dados por períodos de tempo prolongados. Esse tipo de armazenamento pode ter capacidade de vários terabytes ou mais e apenas pequenas partes desses dados são colocadas no armazenamento primário, em determinado momento. O armazenamento secundário possui as seguintes características: É não-volátil. É necessário mais tempo para recuperar dados do armazenamento secundário do que da RAM devido à natureza eletromecânica dos dispositivos de armazenamento secundário. Prof 3 Patrícia Lima Quintão 16

17 É muito mais econômico do que o armazenamento primário. As tendências gerais no armazenamento secundário estão mais voltadas para os métodos de acesso direto, mais capacidade com custo mais baixo e mais portabilidade. A hierarquia da capacidade de memória em bytes é a seguinte: Kilobyte - Kilo: significa mil unidades de medida, de modo que um kilobyte (KB) tem aproximadamente mil bytes. Na realidade, um kilobyte tem bytes. Megabyte - Mega significa um milhão, de modo que um megabyte (MB) tem aproximadamente um milhão de bytes ( bytes ou, mais precisamente, x 1.024). A maioria dos computadores pessoais tem muitos megabytes de memória RAM. Gigabyte - Giga significa um bilhão; na verdade, um gigabyte (GB) tem bytes (1.024 x x bytes). Geralmente, a capacidade de armazenamento de uma unidade de disco rígido nos computadores pessoais modernos tem um gigabyte ou mais. Terabyte: um trilhão de bytes (na verdade, bytes) é um terabyte. Resumindo Dispositivos de Entrada, Saída, e de Entrada e Saída Os periféricos são utilizados para introduzir ou extrair informações no computador. Importante Quem coordena, em termos de software, o funcionamento dos dispositivos de Entrada/Saída (E/S) é o Sistema Operacional. Prof 3 Patrícia Lima Quintão 17

18 Podemos distinguir três categorias de periféricos: Dispositivos de entrada: utilizados para introduzir no computador a informação que vai ser objeto de tratamento. Exemplos: teclado, mouse, mesa digitalizadora (é uma placa que é sensibilizada por uma caneta especial, utilizada para trabalhos gráficos, como aplicações de arquitetura e ilustrações), trackball (uma espécie de mouse, no qual movemos o ponteiro movimentando uma esfera com os dedos), À esquerda, mesa digitalizadadora. À direita, trackball touchpad (uma superfície sensível ao toque que substitui o mouse nos notebooks), leitor de código de barras, À esquerda, touchpad. À direita, leitor de código de barras microfones, drives de CD-ROM (somente leitura), câmeras digitais e web cams, etc. Dispositivos de saída: convertem as informações internamente armazenadas no computador e as transforma em informações úteis ao mundo exterior. Exemplos: impressora, monitores ou displays simples (não sensíveis a toque), caixas de som, fones de ouvido, projetores, plotter, etc. Prof 3 Patrícia Lima Quintão 18

19 Dispositivos de entrada/saída: permitem que o usuário "fale" com o computador e vice-versa, ou seja, conseguem enviar e receber informações, como em "mão dupla". São eles: memórias RAM, discos rígidos, unidades de disquete, unidades de fita magnética, leitores/gravadores de CD-R/RW ou DVD-R/RW, pendrive, cartões de memória, impressoras multifuncionais, etc. Portas de Comunicação São os locais pelo qual o computador se comunica com os seus periféricos externos e, nos micros mais modernos, estão integradas à placa mãe. Porta serial: os bits que compõem cada caracter são transmitidos um de cada vez. Geralmente na porta serial conectamos o mouse, porém existem outros dispositivos que poder ser conectados a ela, tais como fax/modem externo, plotter, impressora serial, etc., e outras aplicações, como a conexão micro-a-micro. Antigamente, o padrão mais comum para comunicação serial era o RS232. Uma porta serial pode ter de 9 a 25 pinos. Exemplos de usos: mouse modem. Porta paralela: é uma interface utilizada, praticamente, para impressora. O tipo de conector mais conhecido para comunicações em paralelo é o DB25. Prof 3 Patrícia Lima Quintão 19

20 USB (é a sigla de Universal Serial Bus): o Trata-se de uma tecnologia que tornou mais simples e fácil a conexão de diversos tipos de aparelhos. o Permite que sejam conectados até 127 dispositivos periféricos em uma única porta. o Possibilita que o dispositivo conectado seja alimentado pelo cabo de dados, dispensando a necessidade de ter um outro cabo (de energia) para ligar o aparelho à tomada. o É um barramento "Hot Plug and Play", em virtude da eliminação da necessidade de desligar e reiniciar o computador quando um novo periférico é adicionado. o Existem três versões USB atualmente: USB 1.1 = Possui uma taxa máxima de transferência de 12 Mbps (aproximadamente 1,5 MB/s) ou 1,5 Mbps (aproximadamente 192 KB/s), dependendo do periférico. USB 2.0 = Tem como grande atrativo uma alta taxa de transferência: 400 Mbps (o que dá aproximadamente 50 MB/s). Existe uma nova vertente, conhecida como HIGH- SPEED, possibilitando transferência a 480Mbps (60 MB/s). USB 3.0 = Com suas especificações finais anunciadas em novembro de Tem como principal característica a capacidade de oferecer taxas de transferência de dados de até 4800 Mbps (10 x mais rápido que a USB 2.0). Outros barramentos cobrados em provas: O barramento ISA é antigo e atualmente sem uso. Taxa: 16 MB/s, largura de 16 bits. Após a criação do PCI, o barramento ISA foi reformulado para se compatibilizar ao plug and play. Portanto, o barramento ISA original não era compatível com plug and play. Prof 3 Patrícia Lima Quintão 20

21 O barramento PCI (Peripheral Component Interconnect), desenvolvido pela Intel, é substituto do ISA, e pode ser utilizado para conectar placas de expansão, como por exemplo: modem, rede, som, controladoras SCSI, sintonizadoras de TV, digitalizadores de vídeo. o Podem ter largura de 32 ou 64 bits, frequência de 33 ou 66MHz, com consequente taxa de transferência de 133, 266 ou 533 MB/s. o O PCI típico é o de 32 bits e 33 MHZ, com taxa de 133MB/s. o É plug and play. O barramento AGP (Accelerated Graphics Port), lançado em 1997 pela Intel, é utilizado para placas de vídeo (SOMENTE). Trabalha a 66 MHz transferindo 32 bits (4 bytes) por vez. Taxas do AGP: (AGP 1x) 266MB/s, (AGP 2x) 533MB/s, (AGP 4x) 1.066MB/s ou 1,06 GB/s, e (AGP 8x) até 2.133MB/s ou 2,1 GB/s. Slots PCI Obs.: Atualmente, tanto o PCI quanto o AGP estão sendo substituídos pelo PCI Express, cuja velocidade vai de 1x até 32x (sendo que atualmente só existe disponível até 16x). Mesmo a versão 1x consegue ser duas vezes mais rápido que o PCI tradicional. Prof 3 Patrícia Lima Quintão 21

22 O barramento IDE é usado para conectar as unidades de armazenamento internas (HD, drive de CD, gravadores de CD, drives de DVD, zip drive, etc) à placa-mãe do computador. Os termos IDE (Integrated Drive Electronics) e ATA (Advanced Technology Attachment) são sinônimos (também hoje é comum os textos técnicos se referirem ao IDE como PATA (Parallel Ata - Ata Paralelo)). O barramento IDE tem largura de 32 bits, e não necessita de placas controladoras separadas para ser ligado à placa-mãe. SCSI (Small Computer System Interface) trata-se de um barramento (ou interface) extremamente veloz (e claro, de alto custo!) utilizado principalmente em servidores para conectar dispositivos como scanners, discos, impressoras, unidades de fita. Usa-se geralmente uma placa controladora separada para se ter SCSI. Há padrões SCSI com taxas de transferência de até 320 MB/s. Conversão de decimal para binário e vice-versa 1. Numeração Decimal (base 10) A numeração decimal é aquela em que a base de contagem é 10. Assim sendo, necessitamos de 10 símbolos (algarismos), para representar todos os números possíveis, nesta base. Os símbolos para essa base são os algarismos de 0 até 9. Essa é a base numérica em que trabalhamos normalmente e ninguém pergunta qual é a base numérica na qual trabalhamos, pois já está implícito para todos que estamos na base 10. Entretanto os computadores, não sabem trabalhar com ela. Computadores trabalham não com base 10, mas sim com base 2 ou notação binária. 2. Numeração Binária (base 2) Suponha agora o caso em que alguém nos peça para escrever o número correspondente ao 503( 10 ), porém no sistema de numeração binário. Isso já não é tão natural quanto o exemplo anterior. Repare que escrevemos 503( 10 ). Isso é feito se estamos trabalhando com sistemas de numeração em várias bases. Por exemplo, 503 na base 8, ou 503( 8 ) é completamente diferente de 503 na base 10, motivo pelo qual, costumamos colocar de modo subscrito e entre parênteses, a base na qual estamos trabalhando. O único caso em que se pode omitir o subscrito é aquele em que o número está na base 10. Assim, o número 157 é o mesmo que 157( 10 ). Prof 3 Patrícia Lima Quintão 22

23 Exemplo I: Converter o número 503 em binário. Repare que ao escrevermos simplesmente 503, sabemos implicitamente que esse é um número na base 10. Passo 1: Dividir o número 503, sucessivamente por 2, até que o quociente torne-se 1; Passo 2 : Tomamos o último quociente e todos os restos das divisões feitas e ordenamos da seguinte forma, da direita para a esquerda. O número 503, escrito na forma binária fica: ( 2 ) Vimos como passar um número da forma decimal, para a forma binária. Veremos agora o processo inverso. Exemplo II: Passar o número binário , para o seu equivalente decimal. Passo 1: escreva a composição das potências de 2 e em seguida associe o número binário pertinente: Passo 2: efetuar as multiplicações casa a casa, da composição das potências pelos dígitos do número pertinente e somar os valores: Prof 3 Patrícia Lima Quintão 23

24 Conceitos básicos de software A seguir algumas definições para software, retiradas da literatura. Software é "a parte lógica do sistema de computação que é armazenada eletronicamente. É composto por um ou mais programas que capacitam o hardware a realizar tarefas específicas" (Marçula et al., 2005). Já Deitel (2005) ressalta que "os computadores processam dados sob o controle de conjuntos de instruções denominados programas de computador. Esses programas orientam o computador por meio de conjuntos ordenados de ações especificadas pelos programadores de computador. (...) os programas que executam em um computador são chamados de software". Conforme visto, o termo software está relacionado aos programas (conjunto de programas ou apenas um programa específico) executados no computador. E um programa corresponde a uma seqüência lógica de ações, que, após serem executadas, apresentam um resultado, que pode ser correto ou não. Um programa é formado por linhas seqüenciais que nem sempre são executadas na ordem em que aparecem, pois pode ocorrer que determinada linha possua um desvio para outro local. Para que um computador possa desempenhar uma tarefa é necessário que esta seja detalhada passo a passo, numa forma compreensível pela máquina, utilizando aquilo que se chama de programa. Podemos concluir então que: programa de computador nada mais é que um algoritmo escrito numa forma compreensível pelo computador, ou um conjunto de instruções que o computador reconhece para a realização de uma determinada tarefa. Classificação de Software Uma classificação para software é destacada a seguir (BONIFÁCIO, 2006): Software Aplicativo: programa utilizado na execução de tarefas específicas, voltadas aos usuários. Exemplos: o o o o o o editores de texto (Word 2010, Word 2007, BrOffice.Org Writer, etc.); planilhas eletrônicas (Excel 2007, BrOffice.Org Calc, etc.); programas de gerenciamento de bancos de dados (Microsoft Access, Microsoft Sql Server, Oracle, Sybase, MySql, etc.); tocadores de áudio e vídeo (Windows Media Player, etc.); programas para navegação na Internet, também conhecidos como Browsers (Internet Explorer, Mozilla Firefox, Netscape Navigator, Opera, etc.); programas gráficos (Adobe Photoshop, Corel Draw, etc.); Prof Patrícia Lima Quintão 24

25 o CURSO ON-LINE - INFORMÁTICA PARA ÁREA FISCAL (TEORIA E EXERCÍCIOS) antivírus (McAfee Antivírus, Panda Antivírus, Norton Antivírus, Avira Antivir Personal, AVG, etc.); o programas desenvolvidos especificamente para atender a rotinas específicas, tais como: Sistema de Contabilidade, Sistema de requisição de materiais, etc. Software Básico (ou de sistema) o Sistemas operacionais: software responsável pelo gerenciamento do hardware e pela interface com o usuário. Estabelece a plataforma sobre a qual os programas são executados. É formado por um conjunto de rotinas (procedimentos) que oferecem serviços aos usuários do sistema e suas aplicações, bem como a outras rotinas do próprio sistema. Exemplo de sistemas operacionais: Windows Vista, Windows XP, Windows 7, Windows 2008 Server, Linux, Unix, OS/2. o Ferramentas de programação: softwares utilizados para a criação de outros softwares. As instruções dadas ao computador possuem regras e uma sintaxe própria, como uma linguagem tipo português ou inglês. Infelizmente, um computador só é capaz de seguir programas que estejam escritos em linguagem de máquina, que normalmente é obscura e desconfortável. A linguagem de máquina é a linguagem natural do computador, definida pelo seu projeto de hardware. As instruções do programa, escritas em linguagem de máquina, consistem em uma série de dígitos binários. Como estão mais próximas da linguagem do computador, são muito complexas para o entendimento humano. Os seres humanos, entretanto, acham mais conveniente escrever os programas em linguagem de nível mais elevado, como o Pascal por exemplo. As linguagens de alto nível são linguagens que otimizam o processo de programação por utilizar instruções mais parecidas com a linguagem humana (inglês cotidiano) e notações matemáticas comuns. Exemplo de linguagens de alto nível: C, C+ +,.NET, Visual Basic, Pascal e Java. Obs 1 : É interessante notar que, quanto mais próxima da linguagem humana (alto nível) é uma linguagem de programação, mais fácil e produtivo é o processo de desenvolvimento, e mais lento é o processo de tradução das instruções. Obs 2 : Por outro lado, quanto mais distante da linguagem humana (baixo nível) é uma linguagem de programação, mais rápido é o Prof 3 Patrícia Lima Quintão 25

26 processo de tradução, e mais lento é o processo de desenvolvimento de programas. o Tradutor de linguagens de programação: é um programa que recebe como entrada um programa escrito em uma linguagem de programação (dita linguagem fonte) e produz como resultado as instruções deste programa traduzidas para linguagem de máquina (chamada linguagem objeto). Os programas escritos em linguagens de baixo ou alto nível precisam ser traduzidos automaticamente para programas equivalentes em linguagem de máquina. Se a linguagem do programa fonte é uma linguagem de montagem (Assembly), que utiliza abreviações para representar operações elementares, o tradutor é chamado de Montador (Assembler). Os tradutores que traduzem os programas escritos em linguagem de alto nível são os compiladores e os interpretadores. Portanto, há duas maneiras de se traduzir um programa feito em uma linguagem de alto nível para a linguagem de máquina: a compilação e a interpretação. A diferença básica entre elas é que na compilação todo o trabalho de tradução é feito ANTES de se executar o programa. Um compilador, enquanto traduz um programa escrito em linguagem de alto nível, produz um programa em linguagem objeto (linguagem executável, ou seja, linguagem de máquina), que uma vez gerado pode ser executado uma ou mais vezes no futuro. Assim, uma vez compilado um programa, enquanto o código fonte do programa não for alterado, ele poderá ser executado sucessivas vezes, sem necessidade de nova compilação. Cada linguagem de programação possui o seu compilador específico. Caso tenham sido detectados erros de sintaxe no processo de compilação, o programador deverá eliminá-los e recompilar o programa. Na interpretação, os programas de linguagem de alto nível são executados diretamente e traduzidos por um interpretador (em tempo de execução). Um interpretador traduz um programa escrito em linguagem fonte, instrução a instrução, enquanto ele vai sendo executado. Assim, cada vez que um programa interpretado tiver que ser reexecutado, todo o processo de interpretação deverá ser refeito, independentemente de ter havido ou não modificações no código fonte do programa desde sua última execução. Um programa interpretado tende a ser executado mais lentamente do que um programa compilado, já que este já foi completamente traduzido para a linguagem básica do computador. O processo de interpretação normalmente só é utilizado na fase de desenvolvimento do programa. Prof 3 Patrícia Lima Quintão 26