1- O COMPUTADOR. Unesp Campus de Guaratinguetá

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1 1- O COMPUTADOR Unesp Campus de Guaratinguetá Curso de Programação Computadores Prof. Aníbal Tavares Profa. Cassilda Ribeiro Ministrado por: Prof. André Amarante

2 1.1 Histórico Necessidade humana de computação data de milhares de anos Tabuas de argilas contendo tabuadas por volta de 1700 ªC, próximo de Babilônia Babilônios usavam sistema de numeração sexadecimal (base 60) origem das unidades de tempo atuais Eles resolviam muitos tipos de equações algébricas. 2

3 1.1 Histórico: Desenvolvimento de dispositivos automáticos 3

4 O Ábaco: Oriente Médio 2500 a.c Valem 5 unidades Valem 1 unidade 27 = Ábaco Japonês Instrumento construído de contas móveis se movimentando em eixos. A informação está nas contas

5 5000 AC O Ábaco Valem 5 unidades Valem 1 unidade 27 = Ábaco Japonês Instrumento construído de contas móveis se movimentando em eixos. A informação está nas contas

6 Operações no Ábaco SOMA EFETUADA NO ÁBACO =? =

7 1642 Pascalina: a máquina de Blaise Pascal Predecessora da calculadora de mesa Blaise Pascal dezena unidade 1 ciclo = 10 ciclos

8 O Tear Programável Joseph-Marie Jacquard 8

9 Funcionamento do Tear Os desenhos eram cifrados em cartões de papel perfurado. Somente trabalhavam as agulhas coincidentes com os furos. As instruções estão codificadas nos cartões 9

10 1822 A Máquina Diferencial Charles Babbage Calcularia funções trigonométricas e logarítmicas, usando os cartões de Jacquard. Construção difícil e cara para a época. 10

11 A Primeira Programadora Babbage projetou uma máquina bastante aperfeiçoada - Máquina Analítica tica. Podia ser programada através de cartões perfurados de Jacquard utilizando comandos como Se...então e Enquanto. Calculava várias funções matemáticas. "Podemos dizer mais convenientemente que a Máquina Analítica tece padrões algébricos, assim como o tear de Jacquard tece flores e folhas". Ada Lovelace. Ada Lovelace Devido à tecnologia pouco avançada, a máquina não foi concluída. Somente um século depois suas idéias foram postas em prática. 11

12 1880 A Tabuladora Hollerith Os dados do censo (que ocorre a cada 10 anos) de 1880 dos EUA levaram quase 8 anos para serem processados. Temia-se que os dados do censo de 1890 não estivessem processados em Herman Hollerith (estatístico): Foi encarregado pela Agência Estatística dos EUA de desenvolver uma técnica para acelerar o processamento dos dados do censo. 12

13 1880 A Tabuladora Hollerith Hollerith usou a idéia de Jacquard e construiu a Perfuradora de Cartões. Os dados eram perfurados em cartões que podiam ser classificados por meio de pinos que passavam pelos furos. O processamento das Informações levou 3 anos. Observação: A empresa de Hermann Hollerith era a Tabulating Machine Company. Em 1911, ele juntou-se com outras 3 empresas e fundou a IBM. 13

14 1936 A Máquina de Turing Tear Programável Turing imaginou uma máquina que poderia efetuar de forma automática os processos geralmente desenvolvidos por um matemático. Para cada processo, haveria uma máquina: uma para somar, outra para dividir, uma terceira para calcular integrais, e assim por diante. A máquina de Turing, nome pela qual ela ficou conhecida, jamais foi construção Alan Turing Máquina Teórica 14

15 Importância da Máquina de Turing Um tempo depois, Turing descobriu que era possível desenhar um aparelho "universal" que tivesse condições de realizar tudo o que as máquinas especializadas podiam fazer, desde que fossem programadas para tal. Assim, Turing elaborou a Teoria dos computadores programáveis 15

16 Funcionamento da Máquina de Turing Dispositivos: Entrada, Saída, Memória de trabalho. Fita: é dividida em células, cada uma contendo um símbolo. Símbolos: Alfabeto de entrada, Alfabeto auxiliar, Branco. Unidade de controle: se comunica com a Fita por uma cabeça simples que lê e/ou altera símbolos da lista. O movimento da máquina de Turing depende do símbolo lido e do estado do controle finito. Dependendo destes estados a máquina pode: (1) Trocar de Estado. (2) Gravar um símbolo. (3) Mover o cabeçote de leitura. 16

17 Lógica Booleana e Circuitos Elétricos Em 1847 é publicado o livro The Mathematical Analysis of Logic que introduz a Álgebra Booleana. Três operadores E, OU e NÃO (AND, OR, NOT) são as únicas operações necessárias para efetuar comparações ou as quatro operações aritméticas base. George Boole Em 1937, Claude Shannon: Há uma correspondência de um-para-um entre circuitos elétricos e funções booleanas. Para toda e qualquer função booleana é possível desenvolver um circuito eletrônico e vice-versa. 17

18 1.3-Componentes Básicos do Computador HARDWARE: Toda parte física do computador. É o equipamento propriamente dito. Inclui: circuitos eletrônicos, gabinete, fonte de energia, cabos, teclado, mouse, etc. O SOFTWARE: Constituído pelos programas que permitem atender às necessidades do usuário 18

19 Composição do Hardware MEMÓRIA UNIDADES FUNCIONAIS BÁSICAS MEMÓRIA AUXILIAR MEMÓRIA PRINCIPAL UNIDADE DE ENTRADA UNIDADE DE CONTROLE UNIDADE LÓGICA E ARITMÉTICA CPU UNIDADE DE SAÍDA 19

20 A Memória do Computador A memória do computador é dividida em unidades pequenas (caixinhas) e de mesmo tamanho, chamadas PALAVRAS. Cada PALAVRA tem um único endereço Os endereços são permanentes (vêm da fábrica) e não podem ser modificados pelo programador 20

21 A Memória do Computador Memória de Tamanho n Endereço Capacidade da memória X Espaço endereçável n Palavra 1 Palavra 2 Palavra 3 Palavra 4... Palavra n-1 21

22 A Memória do Computador A PALAVRA (caixinha) é formada por um grupo de 2, 4, 6 e até 8 BYTES (depende do modelo de computador). Exemplo: Palavra de 4 bytes, indica que se está usando uma caixinha cujo tamanho é de 4 bytes endereço PALAVRA byte byte byte byte PALAVRA byte byte byte byte endereço

23 A Memória do Computador BYTE (binary term) : Unidade básica da informação. O byte é composto por 8 BITS BIT (binary digit) - dígitos binários BYTE bit bit bit bit bit bit bit bit 23

24 Representação da Informação Os computadores armazenam as informações e fazem todo seu tratamento baseado em fenômenos sobre sistemas biestáveis Os símbolos básicos usados para representar os dois estágios são o 0 e o 1 (dígitos binários) BYTE bit bit bit bit bit bit bit bit 0 ou 1 0 ou 1 0 ou 1 0 ou 1 0 ou 1 0 ou 1 0 ou 1 0 ou 1 COMO FAZER PARA REPRESENTAR UM NÚMERO BINÁRIO? 24

25 A MEMÓRIA DO COMPUTADOR Sistema de numeração binária É um sistema de numeração posicional (o valor de um dígito é dado pela sua posição no número) No sistema decimal, o número 2562 tem a seguinte interpretação: 2 x 1000 (10 3 ) = x 100 (10 2 ) = x 10 (10 1 ) = 60 2 x 1 (10 0 ) = 2 25

26 A MEMÓRIA DO COMPUTADOR No sistema binário de numeração a base é 2. Assim o valor do número é: 1 x x x x x x 2 0 = = 53 26

27 A MEMÓRIA DO COMPUTADOR Interligando todas as partes do computador, existem fios por onde circulam os bits (barramento). Computador de 16 bits => existem 16 fios para o transporte dos dados Computador de 32 bits => existem 32 fios para o transporte dos dados 27

28 A MEMÓRIA DO COMPUTADOR A memória é dividida em camadas: memória cache memória principal memória auxiliar 28

29 A MEMÓRIA DO COMPUTADOR UNIDADES FUNCIONAIS BÁSICAS MEMÓRIA MEMÓRIA AUXILIAR MEMÓRIA PRINCIPAL UNIDADE DE ENTRADA MEMÓRIA CACHE UNIDADE DE CONTROLE UNIDADE LÓGICA E ARITMÉTICA CPU UNIDADE DE SAÍDA 29

30 Unesp-Campus de Guaratinguetá A MEMÓRIA DO COMPUTADOR A memória é dividida em camadas: memória cache MEMÓRIA CACHE memória principal Camada mais próxima do processador memória auxiliar Funcionamento muito rápido Alto custo Pequena, devido ao custo 30

31 Unesp-Campus de Guaratinguetá A MEMÓRIA DO COMPUTADOR A memória é dividida em camadas: memória cache MEMÓRIA PRINCIPAL memória principal Dados que não cabem na memória cache memória auxiliar na memória principal residem Mais lenta Maior que a cache Custo inferior a cache 31

32 Unesp-Campus de Guaratinguetá A MEMÓRIA DO COMPUTADOR Tipos de memória principal: ROM (Read Only Memory) RAM (Random Access Memory) PROM (Programmable ROM) EPROM (Eraseble PROM) EAROM (Electrically Alterable ROM) 32

33 Unesp-Campus de Guaratinguetá A MEMÓRIA DO COMPUTADOR MEMÓRIA A memória AUXILIAR é dividida (discos em magnéticos) camadas: Armazenam memória cache os dados que não cabem na memória principal. memória principal Podem reter grande quantidade de dados. memória auxiliar Os dados não são perdidos quando o computador é desligado. Funcionamento muito lento. 33

34 Unesp-Campus de Guaratinguetá A MEMÓRIA DO COMPUTADOR MEMÓRIA AUXILIAR (discos magnéticos) A memória é dividida em camadas: Dois tipos de disco: memória cache 1- DISCOS MAGNÉTICOS: Winchesters, Hard Disk, Disquetes COMPACT DISC, READ ONLY MEMORY memória principal memória auxiliar 2 - DISCOS ÓTICOS : CD-ROM, erasable CD (CDRW) CD ReWritable Os dados e programas devem primeiro ser transferidos para a memória principal antes de serem processados 34

35 Unesp-Campus de Guaratinguetá A MEMÓRIA DO COMPUTADOR O PORTE do computador depende de: componentes (essência da memória e do processador) arquitetura, periféricos e software básico. O tamanho da memória principal é um dos indicadores do porte do computador Unidade de medida: byte 35

36 Unesp-Campus de Guaratinguetá A MEMÓRIA DO COMPUTADOR UNIDADES DE MEDIDA Kbyte kilobyte (Kbyte ou KB) = 1024 bytes ~= 10 3 bytes megabyte (Mbyte ou MB) ~= 10 6 bytes gigabyte (Gbyte ou GB) ~= 10 9 bytes terabyte (Tbyte ou TB) ~= bytes 36

37 Unesp-Campus de Guaratinguetá Unidades de Entrada e Saída UNIDADES FUNCIONAIS BÁSICAS MEMÓRIA MEMÓRIA AUXILIAR MEMÓRIA PRINCIPAL UNIDADE DE ENTRADA UNIDADE DE CONTROLE UNIDADE LÓGICA E ARITMÉTICA CPU UNIDADE DE SAÍDA 37

38 Unesp-Campus de Guaratinguetá UNIDADES DE ENTRADA E SAÍDA MONITORES DE VÍDEO Tubo de Raios Catódicos Monitor de Cristal Líquido IMPRESSORAS Matricial Jato de Tinta Laser TECLADOS 38

39 Unesp-Campus de Guaratinguetá UNIDADES DE ENTRADA E SAÍDA CD-ROM (Compact - Disk Read -Only Memory) Caracterizada pelo uso de técnicas óticas de laser. SCANNER ou DIGITALIZADOR Dispositivo de entrada que digitaliza objetos escritos, desenhos (figuras) e fotografias sobre papel ou qualquer outro meio e armazena essas informações sob forma de sinais digitais, em arquivos. 39

40 Unesp-Campus de Guaratinguetá UNIDADES DE ENTRADA E SAÍDA PLOTTER É uma impressora capaz de imprimir desenhos em grandes dimensões com elevada qualidade e rigor, como por exemplo, plantas arquitetônicas, mapas cartográficos, projetos de engenharia e grafismo. Podem utilizar papel comum, fotográfico, película, vegetal, auto-adesivos e lonas. 40

41 Unesp-Campus de Guaratinguetá UNIDADES DE ENTRADA E SAÍDA UNIDADE DE DISCO MAGNÉTICO FLEXÍVEL: Destinadas a disquetes de alta densidade, dupla face e 3 1/2 polegadas de diâmetro (Disk Drive ou Drive) LEITORA DE CÓDIGO DE BARRAS Consistem basicamente em um foto-detector e um decodificador, acondicionados em um dispositivo conhecido como CANETA ÓTICA, através da qual são fornecidas ao computador as informações contidas na etiqueta Há diversos métodos de codificação de dados através de barras: Todos se baseiam em sucessão de listras escuras de largura variável intercaladas por espaços claros, passível de ser interpretada por processos óticos 41

42 Unesp-Campus de Guaratinguetá UNIDADES DE ENTRADA E SAÍDA TELA SENSÍVEL AO TOQUE Dispositivo de entrada que permite ao usuário selecionar opções através de indicações sobre o vídeo, que se constituem um painel sensível a pressões Exemplo: caixa eletrônico da nossa caixa, no bloco III 42

43 Unidade Central de Processamento- CPU A CPU é quem executa as instruções Instrução: comando que define integralmente uma operação a ser executada Programa: instruções ordenadas logicamente. A CPU tem 2 unidades: UNIDADE DE CONTROLE: determina a execução e interpretação dos dados que estão sendo processados UNIDADE LÓGICA E ARITMÉTICA: recebe os dados da memória para processá-los quando uma instrução aritmética ou lógica é executada 43

44 Unidade Central de Processamento VELOCIDADE DE PROCESSAMENTO: costuma ser expressa através de: MIPS (milhões de instruções por segundo) Ex: Pentium de 166 MIPS MFLOPS ou MEGAFLOPS (milhões de operações de ponto flutuante por segundo) Utilizada em sistemas onde há maior interesse em aplicações numéricas (sistemas científicos e sistemas de computação gráfica) 44

45 Software O Software envolve um conjunto de: 1- INSTRUÇÕES que quando executadas produzem a função e o desempenho desejados 2- ESTRUTURAS DE DADOS que possibilitam que os programas manipulem adequadamente a informação 3- DOCUMENTOS que descrevem a operação e o uso dos programas 45

46 APLICAÇÕES DO SOFTWARE SOFTWARE BÁSICO Coleção de programas escritos para dar apoio a outros programas SOFTWARE DE TEMPO REAL Software que monitora, analisa e controla eventos do mundo real SOFTWARE COMERCIAL Sistemas de operações comerciais e tomadas de decisões administrativas 46

47 APLICAÇÕES DO SOFTWARE SOFTWARE CIENTÍFICO E DE ENGENHARIA Caracterizado por algoritmos de processamento de números SOFTWARE EMBUTIDO Usado para controlar produtos e sistemas para os mercados industriais e de consumo SOFTWARE DE COMPUTADOR PESSOAL Envolve processamento de textos, planilhas eletrônicas, diversões, etc. 47

48 APLICAÇÕES DO SOFTWARE SOFTWARE DE INTELIGÊNCIA ARTIFICIAL Faz uso de algoritmos não numéricos para resolver problemas que não sejam favoráveis à computação ou à análise direta. 48

49 3.3 CICLO DE VIDA DO SOFTWARE O desenvolvimento do software compreende um conjunto de etapas citadas como CICLOS DE VIDA DE SOFTWARE Essas etapas envolvem Métodos, Ferramentas e Procedimentos para a construção e manutenção do software. O ciclo de vida de software contém 3 fases genéricas: DEFINIÇÃO, DESENVOLVIMENTO e MANUTENÇÃO 49

50 Ciclo de vida do software DEFINIÇÃO O QUE DESENVOLVIMENTO COMO MANUTENÇÃO ALTERAÇÕES 50

51 Etapas da Construção de Programas DEFINIÇÃO (o que) Definição do Problema DESENVOLVIMENTO (como) Projetar a Solução (ALGORITMO) Codificar a Solução (Programar em Linguagem de Computador) Testar o Programa Revisões Documentação 51

52 Programação e Níveis de Linguagem Programa Fonte escrito em Linguagem de Alto ou Baixo Nível MEMÓRIA MEMÓRIA PRINCIPAL Programa Fonte escrito em Linguagem de Máquina CPU 52

53 Programação e Níveis de Linguagem LINGUAGEM DE MÁQUINA - Uma CPU somente pode compreender instruções que sejam expressas em termos de sua LINGUAGEM DE MÁQUINA - Um programa escrito em linguagem de máquina consiste de uma série de números binários e é muito difícil de ser entendido pelas pessoas. Exemplo: Cada instrução é constituída de 2 partes: código da operação operando

54 Programação e Níveis de Linguagem LINGUAGEM DE BAIXO NÍVEL São linguagens de programação nas quais os programas são escritos em uma notação que está próxima da linguagem de máquina. Exemplo: código da operação operando significado LD A load A MPI 5 multiplica 5 54

55 Programação e Níveis de Linguagem LINGUAGEM DE ALTO NÍVEL (OU DE COMPILADORES) São linguagens de programação nas quais se pode escrever programas em uma notação próxima à maneira natural de expressar o problema que se deseja resolver Exemplo: RESULT = D-((A+B)/C) Aplicações Científicas : FORTRAN, ALGOL, BASIC, APL, LISP, PASCAL, ADA, C, PROLOG, PLI Aplicações Comerciais: COBOL, RPG, PLI 55

56 Do Algoritmo ao Programa O algoritmo em linguagem humana deve ser codificado em uma linguagem de programação. Depois é gerado um programa em linguagem de máquina para que o computador possa entender as instruções fornecidas. Estágios: Editor Programa-executável (p1.exe) # include <stdio.h> main() { printf( Hello World ); } Programa-fonte: p1.c Ligador Compilador Programa-objeto (p1.o) Bibliotecas Linguagens compiladas: C, C++, FORTRAN 56

57 Do Algoritmo ao Programa Editor # include <stdio.h> main() { printf( Hello World ); } Interpretador Resultado da execução Linguagens interpretadas: MATLAB, JavaScript No ambiente de desenvolvimento, o programa interpretador compila o programa-fonte, linha a linha. A sintaxe de cada comando é verificada e, se estiver correta, o comando é executado. Em tais linguagens, a execução de programa é, em média, dez vezes mais lenta que seu correspondente compilado. 57

58 Do Algoritmo ao Programa EDITOR: Ambiente onde os programas de computador podem ser escritos. COMPILADOR: Programa utilizado pelo computador para traduzir os comandos simbólicos de uma linguagem de alto nível, para linguagem de máquina. LIGADOR: Programa utilizado pelo computador para traduzir os comandos simbólicos de uma linguagem de baixo nível, para linguagem de máquina. INTERPRETADOR: Lê e executa uma declaração do programa por vez. Nenhuma fase intermediária de compilação é necessária. A execução do programa interpretado requer que o interpretador da linguagem esteja sendo executado no computador. 58

59 1- O COMPUTADOR FIM AULA 1 Referências dos slides Curso de Programação de Computadores Prof. Aníbal Tavares Profa. Cassilda Ribeiro Prof. Décio Mourão Prof. Galeno Sena 59

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