TSI Tecnologias e Sistemas da Informação Tecnologia dos Computadores

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1 TSI Tecnologias e Sistemas da Informação Tecnologia dos Computadores Pedro José Guerra de Araújo Departamento de Informática Universidade da Beira Interior

2 Tecnologias e Sistemas da Informação / Tecnologia dos Computadores o que são afinal? Tecnologias Sistemas Informação Computadores

3 Tecnologia dos Computadores Que é tecnologia? Que a caracteriza?

4 Tecnologia? Tecnologia do Grego: Techné + Logia Techné saber fazer Logia conhecimento organizado Tecnologia: conhecimento aplicado à prática saber fazer

5 Tecnologia? Uma tecnologia é criada para resolver um problema desenvolvimento de um componente ex: transistor um produto completo ex: CI s, placa principal (motherboard) uma transformação no interior de um processo complexo ex: tecnologia do LCD s, plasmas, frequentemente faz uso de outras tecnologias ex:laser, vidro, plásticos, implícito: saber fazer coisas : knowledge of how to do things processo de satisfação das necessidades e desejos da sociedade : the system by which a society satisfies its needs and desire

6 Tecnologia : uma definição Tecnologia = conjunto complexo de conhecimentos, de meios e de know-how, organizado com vista a uma produção conhecimentos: pertencem a uma disciplina científica, mas não constituem uma tecnologia (ex: cálculos matemáticos); meios: concretizam a tecnologia, mas não garantem a sua utilização (ex: equipamentos não têm utilidade sem pessoal qualificado); know-how : meio de produção de resultados, mas que sem suporte cai rapidamente em desuso (ex: têxteis, especialização não aplicada); Obriga três componentes em simultâneo : um ou mesmo dois não bastam! Exemplo: se o conhecimento incompleto dos fenómenos impede a utilização plena de uma tecnologia, a inexistência de meios não a deixa sequer sair do papel.

7 Tecnologia e Conceitos Associados Relacionamento entre: Tecnologia Ciência : tecnologia ciência ciência visa a aquisição ou reforço do conhecimento (certezas provisórias) tecnologia visa a aplicação útil desse conhecimento (produção em condições industriais, não muito difíceis nem esotéricas, mas definidas com precisão) Tecnologia Inovação : tecnologia é o suporte da inovação; as empresas inovam para competir e sobreviver a inovação deve constar da estratégia da empresa Tecnologia Investimento : é necessário investir para a obter seja desenvolvendo, seja adquirindo

8 Características da tecnologia É negociável e transferível uma empresa pode comprar tecnologia desenvolvida por outra podem conceder-se licenças de exploração (ex: patentes), com base em contratos que estabelecem o know-how que é transferido, incluindo cláusulas de garantia (de qualidade, de cedência e de resultados) Apela a várias disciplinas científicas ex: Laser óptica, electrónica, mecânica dos fluidos, termodinâmica,

9 Características da tecnologia Oportunidade (de negócio) esperança: para quem se lança numa nova tecnologia (ex:rfid) ameaça: para quem faz investimentos industriais e comerciais sem certeza de os ver amortizados (ex: BluRay[Sony] / HD-DVD[Toshiba] ou VHS[JVC] e Betamax[Sony] década de 1980) Avaliação da actualidade (lançamento de uma nova tecnologia) há muita actividade de I&D nesta área? que empresas estão interessadas nela, quer para a desenvolver, quer para a aplicar? que inovações origina: novos produtos e novos processos? como está protegida? existem patentes registadas? principal suporte da sua difusão? (como é difundida?) regista insucessos?

10 Apresentação da Tecnologia Uma tecnologia pode apresentar-se sob a forma de: um produto tecnológico (tangível) [ex: transístor] um processo tecnológico (método intangível) [ex: tecnologia dos semicondutores, processo de trabalhar os materiais semicondutores] um tipo incorporado no outro (tangível e intangível) um conhecimento ou um modelo conceptual pronto para ser produzido (conhecimento explicitado em patentes, relatórios de investigação aplicada, manuais etc.). Trabalhar com a tecnologia tangível é mais simples do que tratar do intangível que está incorporado em um produto ou processo (ex: é fácil calcular o valor de um produto com base no custo dos materiais que o compõem, mas é difícil avaliar a contribuição do know-how)

11 utilização Tecnologia: ciclo de vida Nasce, vive e morre Nascimento Crescimento Maturidade Declínio tempo períodos

12 Sistemas Em geral: sistemas físicos: sistema solar; sistema biológicos: o corpo humano; sistema sócio-económicos: empresas, sociedades Definição: conjunto de componentes inter-relacionados e inter-dependentes que formam um todo e que trabalham juntos para atingirem objectivos comuns. Um sistema é composto por quatro funções básicas: 1) Input: recolha/aquisição dos elementos que entram no sistema para serem processados. Ex: matérias primas, energia, esforço humano 2) Tratamento: processo de transformação dos dados em produto acabado 3) Armazenamento: armazenamento temporário dos produtos 4) Output: produto acabado, resultante do processo de transformação

13 Sistema Ex: linha de montagem de automóveis Montagem Input Tratamento Output Ex: componentes automóveis Automóveis acabados Armazenamento Automóveis à espera de serem expedidos

14 Dados Informação Dados Factos e/ou eventos isolados (palavras, números, sons, imagens), não estando agrupados em nenhuma forma particular que os torne úteis para serem utilizados. Ex: Covilhã, 9ºC, 1/1/2009, 10h30m Informação Resultado do tratamento dos dados, atribuindo-lhes significado e um formato que possibilita compreender esses dados (e usá-los para tomar decisões). Ex: temperatura na Covilhã às 10h30m do dia 1/1/2009 foi de 9ºC Informação é aquele conjunto de dados que, quando fornecido de forma e a tempo adequado, melhora o conhecimento da pessoa que o recebe, ficando ela mais habilitada a desenvolver determinada actividade ou a tomar determinada decisão

15 Sistemas e Tecnologias da Informação DADOS SISTEMAS DE INFORMAÇÃO referem-se à definição e uso da informação (por/para quê) estabelecem os requisitos de informação para o negócio e as aplicações necessárias conjunto de componentes relacionados cuja função é recolher, guardar, processar e divulgar informação TECNOLOGIAS DE INFORMAÇÃO referem-se ao fornecimento da informação (como) infraestrutura tecnológica da informação, fornecendo a plataforma sobre a qual a empresa pode construir o seu sistema de informação. veículo de disponibilização da informação e de suporte aos SI surgindo na forma de: software : sistemas operativos, bases de dados, linguagens de programação, aplicativos, hardware : computadores, impressoras, dispositivos de rede, INFORMAÇÃO

16 Computador? "Computador é uma máquina que executa operações matemáticas e/ou lógicas com símbolos numéricos, alfanuméricos ou outras formas de informação e produz resultados compreensíveis pelo homem ou por outras máquinas." (in Collier's Encyclopedia). Esta definição não caracteriza o computador, pois abrange por exemplo uma máquina de lavar roupa - calcula tempos de lavagem, quantidade de água, executa funções com base em sequências pré-determinadas e produz um resultado (roupa lavada) A definição seguinte apresenta outra característica: as instruções. "Computador é um conjunto de dispositivos electrónicos capazes de aceitar dados e instruções, executar essas instruções para processar os dados, e apresentar os resultados. (in Academic Press Dictionary of Science Technology) Assim, computador pode ser esquematicamente entendido como: Dados electrónica + instruções Resultados No entanto, esta definição/esquema não distingue, por exemplo, uma calculadora de um computador.

17 Computador? Definição um pouco mais abrangente: É um equipamento eletrónico capaz de armazenar, recuperar e processar dados. O processamento inclui ordenar, calcular, testar, pesquisar e editar dados e informações de acordo com instruções estabelecidas, segundo uma representação binária e de acordo com um conjunto de regras aritméticas e lógicas. São constituídos por uma parte física, o hardware e pelas instruções de controlo, o software. O hardware é relativamente imutável, enquanto o software pode alterar-se facilmente. O termo computador, está hoje em dia associado a máquinas que operam de modo diferente consoante a necessidade e indicações recebidas do exterior, pelo que computador é um sistema, cujas tarefas diferem ao longo do tempo, em função das necessidades e requisitos de utilização, alterando apenas o componente de software.

18 Computador como um sistema tecnológico dados informação dados Input Processamento sumariar filtrar formatar... Armazenamento informação Output interpretar decidir agir Hardware + Software Finalidade das TSI: obter as informações certas, para as pessoas certas, no momento certo, na quantidade e formato certos

19 Exemplos de tecnologias 1) Microscópio electrónico: usa um feixe de electrões para visualizar a estrutura dos materiais COUBI (Centro de Óptica da UBI): observação e registo de materiais sólidos a vários aumentos ( x máx.) com uma resolução até 40 Å e tensão de aceleração de kv. [1 Å (angstron = m) corresponde a uma distância 10 biliões de vezes menor que 1 metro; um átomo de carbono tem 1 Å de diâmetro ] 2) Wearable technologies: um "wearable computer" é um tipo de computador adicionado ao corpo do utilizador, através da roupa que este veste, controlado por ele e permanentemente ligado e acessível. É um dispositivo que está sempre presente e com o qual o utilizador pode interagir enquanto realiza as suas actividades normais, como caminhar.

20 1) Centro de Óptica da Universidade da Beira Interior - COUBI

21 CD-ROM virgem (ampliação 5000x)

22 CD-ROM original (ampliação 5000x)

23 CD-ROM gravado (ampliação 9000x)

24 2) Wearable Technologies : desporto

25 Wearable Technologies : lazer Air Guitar Levi s

26 Wearable Technologies : desporto Numetrex Polar Cardio Shirt Heart Rate Monitor Sports Bra

27 Wearable Technologies : T-Shirts Smart Shirt Valores de FC Temperatura do corpo Taxa de respiração LifeShirt Monitoriza 30 sinais vitais Vital Jacket Valores de FC Visualização do ECGv Universidade de Aveiro m/)

28 Wearable Technologies : Sensores Têxteis Aplicações: Teclados Actividade Muscular e Detecção de Movimento Parâmetros vitais: pulsação, temperatura, respiração, tensão arterial, ECG(electrocardiograma) (outras) site de interesse: Wearable Computing Lab, ETH Zurich, Switzerland :

29 Textile Keyboards : ipod controller

30 Wearable Technologies : aplicações médicas Sensores aplicados em tecidos hospitalares (colchão, lençóis), permitindo avaliar automaticamente: Decúbito: posição em que a pessoa está deitada, não necessariamente dormindo; alguns decúbitos preferidos podem ser sinais de algumas doenças cardíacas e pneumológicas Comportamento cinético: modo como a pessoa se movimenta (ex: prevenir escaras) Incontinência Temperatura UBI colchão para prevenir úlceras de pressão : Projecto MEDTEX -

31 Smart Carpet : A Textile-based Large-area Sensor Network microprocessadores integrados num tecido com fios entrelaçados de cobre-prata sinais dos sensores num PC, sinais gerados por uma pessoa gerados pelo andar de uma pessoa caída sobre a carpete (dimensões da carpete = 240cm x 200cm)

32 Wearable Technologies : calçado inteligente Ligação à Internet: permite que um utilizador corra com um parceiro localizado à distância, (também ligado via Internet) pode ser complementado com um sistema de óculos "eye-to-eye em que uma parte do campo de visão de um dos utilizadores é transmitido para o outro mede o impacto no chão dos vários pontos do sapato, permitindo reabilitação e também sincronizar o passo entre utilizadores distantes

33 Um pouco de história Desde há milénios que o homem utiliza os mais diversos dispositivos para o auxiliar nos cálculos numéricos, particularmente na manutenção de inventários ou em trocas comerciais ex: entalhes no cajado, utilizados pelos pastores para contar os animais dos seus rebanhos Como os cálculos foram ficando mais complicados e aumentando de quantidade, surgiu o ábaco, há cerca de 2500 anos, ainda hoje usado O uso do papel e da escrita, especialmente na Europa, fez decair a importância do Ábaco, mas 12 séculos foram necessários para que surgisse um novo avanço na computação.

34 1633- William Oughtred representou os logaritimos de Napier em escalas, a que deu o nome de Círculos de Proporção. Este dispositivo originou a Régua de Cálculos, conhecida até hoje. Esta régua é considerada como o primeiro computador analógico da História Blaise Pascal (francês), com apenas 18 anos, inventou um calculador numérico a rodas dentadas para ajudar o seu pai (cobrador de impostos) no trabalho. A Pascaline executava adições até 8 dígitos

35 o matemático e filósofo Gottfried Leibniz (alemão) melhorou a Pascaline criando uma máquina que também multiplicava Joseph Marie Jacquard, mecânico francês, sugeriu controlar teares por meio de cartões perfurados. Os cartões forneceriam os comandos necessários para a tecelagem de padrões complicados em tecidos Charles Xavier Thomas construiu uma máquina capaz de efetuar as 4 operações aritméticas básicas: a Arithmometer. Esta foi a primeira calculadora realmente comercializada com sucesso. Arithmometer

36 No entanto, o verdadeiro início dos computadores que hoje conhecemos deve-se ao professor de matemática inglês Charles Babbage. Foi ele quem primeiro descobriu que as máquinas podiam executar operações repetitivas (automação) Babbage apresentou um projecto que consistia numa máquina diferencial. Preocupado com os erros contidos nas tabelas matemáticas da época, construiu um modelo para calcular tabelas de funções (logaritmos, funções triginométricas, etc.) sem a intervenção de um operador humano, a que chamou Máquina das Diferenças (Difference Engine). Ao operador cabia somente iniciar a cadeia de operações e a seguir a máquina executava os cálculos, preparando totalmente a tabela prevista. A máquina baseava-se no princípio de discos giratórios e era operada por manivelas.

37 1833 Babbage, projectou uma máquina, a que chamou Máquina Analítica, muito mais geral que a Máquina das Diferenças. Possuia 4 componentes: armazenamento (memória), engenho (unidade de cálculo), seção de entrada (leitora de cartões perfurados) e secção de saída (saída perfurada e impressa). Não chegou a ser construída, mas as idéias são usadas ainda hoje. As operações eram comandadas pelos cartões, de modo que, de acordo com os resultados dos cálculos intermediários,a máquina poderia saltar os cartões, modificando dessa forma o curso dos cálculos. A condessa Augusta Ada King, filha do poeta inglês Lord Byron, foi assistente de Babbage ajudando-o na programação do computador, tornando-se assim na primeira mulher programadora. Nos anos 80, o governo dos EUA deu o seu nome à linguagem de programação ADA.

38 Álgebra Booleana : desenvolvida pelo matemático inglês George Boole, para investigar as leis do raciocínio humano - conceitos usados atualmente como base dos sistemas digitais e da computação Máquina Analógica - Lorde Kelvin usada na previsão de marés Digital X Analógico Analógico: Infinidade de estados possíveis Digital: Apenas dois estados possíveis : ligado ou desligado. Chamados níveis lógicos (0 e 1).

39 o inventor americano Herman Hollerith aplica o mesmo conceito de Jacquard do cartão perfurado. A diferença relativamente a Babbage é que o cartão em vez de conter instruções de programação contém dados para serem processados pela máquina. Hollerith comercializou o seu leitor de cartões, fundando em 1896 a Tabulating Machine Company que em 1924, após várias transformações, levou à criação da International Business Machines (IBM) O Prof.Atanasoff e o seu assistente Clifford Berry (Iowa State University) são os primeiros a aplicar a álgebra de Boole (1854) nos circuitos do computador agora totalmente electrónico. Howard Aiken, engenheiro da IBM, cria em 1944 um calculador totalmente electrónico (Harvard-IBM Automatic Sequence Controlled Calculator ou MARK I). A finalidade deste era a criação de cartas balísticas para a USNavy. Grace Hopper em 1945, enquanto trabalhava no MARK II, encontrou o primeiro bug de computador no sentido literal do termo (uma barata morta num relé). Daí para diante ela e os colegas, sempre que o computador parava, diziam a Howard Aiken que estavam fazendo debugging ao computador.

40 Tecnologia dos Computadores estrutura básica (lógica) de um computador

41 Tecnologia dos Computadores Arquitectura de Von Neumann execução das instruções (linguagem máquina) dados & programas (alto/baixo nível) entrada de dados & saída de resultados

42 John Von Neumann ( ) Matemático húngaro naturalizado norte-americano. Mecânica Quântica, Teoria dos Jogos, Ciência de Computação, etc. Participou no Projecto Manhattan responsável pela criação das primeiras bombas atómicas. Um dos mais importantes matemáticos do século XX. Professor na Universidade de Princeton e um dos construtores do ENIAC e do EDVAC.

43 Tecnologia dos Computadores Arquitectura de Harvard Duas memórias diferentes e independentes em termos de barramento e ligação ao processador. Vantagem dupla ligação às memórias de dados e programa (código), permitindo que o processador leia uma instrução ao mesmo tempo que faz um acesso à memória de dados.

44 Tecnologia dos Computadores Arquitectura de Von Neumann usada nos microprocessadores (ex: Pentium) Arquitectura de Harvard usada nos microcontroladores (ex. i8051, PIC)

45 Evolução histórica 1ª GERAÇÃO (1951 A 1959): tecnologia das VÁLVULAS Válvulas idênticas às utilizadas nos receptores de rádio e de TV; Utilizavam cerca de válvulas que fundiam muito frequentemente; Máquinas enormes, caras, lentas e muito consumidoras de energia; Exemplos: ENIAC, MARK I, EDVAC, IBM650, UNIVAC I (1º computador produzido em escala comercial)

46 Montagem cordwood cordwood module

47 Tecnologia dos Computadores ENIAC - Electronic Numerical Integrator Automatic Computer ( John Eckert John Mauchly da Electronic Control Company) primeiro computador digital de grande escala continha 30 unidades autónomas, 20 designadas acumuladores acumulador somador de 10 dígitos capaz de armazenar os resultados dos cálculos digitos decimais: 0-9 pesava30 toneladas, 5.50m de altura e 25m de comprimento, 180 m² de área construída. 70 mil resistências, válvulas conta-se que quando accionado pela primeira vez, consumiu tanta energia que as luzes de Filadélfia piscaram

48 ENIAC Não tinha sistema operativo, funcionando como uma calculadora operada manualmente. No ENIAC era preciso ligar fios, relés e sequências de interruptores para determinar a tarefa a ser executada a cada tarefa diferente o processo deveria ser refeito. A resposta era dada por uma sequência de lâmpadas.

49 ENIAC

50 EDVAC - Electronic Discrete Variable Automatic Computer Numeração binária Operações: adição, subtracção, mult., divisão válvulas, diodos Consumo 56KW 45.5m 2, kg

51 EDSAC, Cambridge University, 1949

52 UNIVAC I (UNIVersal Automatic Computer) Projetado por J. Presper Eckert e John Mauchly, os inventores do ENIAC Primeiro computador comercial fabricado e comercializado nos EUA (fabricados 46) O ultimo funcionou até válvulas, diodos de cristal, 300 relais, consumo 125 kw 35 m 2 de espaço, pesava 13 toneladas, 1905 operações por segundo, clock de 2.25MHz

53 UNIVAC Memória de mercúrio

54 Evolução histórica 2ª GERAÇÃO (1959 A 1965): tecnologia do TRANSISTOR. Inventados em 1947; Pequenos e baratos; Consomem pouca energia, confiáveis e rápidos; Computadores muito usados em energia atómica e aplicações militares; Exemplos: IBM 1401, IBM 7094, PDP-11.

55 2ª geração: IBM 1401 IBM 1402 Card Read Punch IBM 1403 Printer IBM 1401 Processing Unit

56 2ª geração: IBM 1401 SMS (Standard Module System) Operators Control Panel

57 2ª geração: IBM SSEC, PDP-11 IBM SSEC : 1959 PDP-11 : 1960

58 Evolução histórica 3ª GERAÇÃO (1965): tecnologia de CIRCUITO INTEGRADO. Muitos transistores e outros componentes montados em um único chip; Muito confiáveis, pequenos, rápidos, baratos e com baixo consumo de energia; Exemplos: IBM 360. Primeiro circuito integrado (Jack Kilby, Texas Instruments, EUA, 1958) Circuito integrado (CI) visto por dentro e por cima. Chip Fios finíssimos de ligação do chip aos terminais do CI Terminais do CI

59 3ª geração: IBM 360

60 Escala de Integração Após 1970 : evolução tecnológica deu-se principalmente a nível da miniaturização. ESCALA DE INTEGRAÇÃO: nº de componentes num único chip. SSI (Small Scale Integration) Integração em pequena escala: são os CI com menos componentes. Podem conter até 30 dispositivos por pastilha (chip). MSI (Medium Scale Integration) Integração em média escala: corresponde aos CI com várias centenas de componentes, podendo possuir de 30 a 1000 dispositivos por pastilha (estes circuitos incluem descodificadores, contadores, etc.). LSI (Large Scale Integration) Integração em grande escala: contém milhares de componentes podendo possuir de 1000 até dispositivos por pastilha (estes circuitos normalmente efectuam funções lógicas complexas, tais como toda a parte aritmética duma calculadora, um relógio digital, etc.). [1969] VLSI (Very Large Scale Integration) Integração em muito larga escala: é o grupo de CI com um número de componentes compreendido entre e 10 milhões de dispositivos por pastilha (são utilizados na implementação de microprocessadores). [1975] ULSI (Ultra Large Scale Integration) Integração em escala ultra larga: É o grupo de CI com mais de 10 milhões de dispositivos por pastilha. [1990, ex:pentium (Intel)] Nos computadores actuais, quase todos os chips usados são do tipo LSI, VLSI ou ULSI. Os chips SSI e MSI são ainda usados em pequenas quantidades, normalmente para auxiliar os chips LSI e VLSI.

61 Evolução histórica 4ª GERAÇÃO: para alguns estamos na 3ª geração; para outros estamos na 4ª geração, desde 1975 com os circuitos de VLSI. 5ª GERAÇÃO: alguns autores consideram a partir de máquinas RISC, circuitos integrados ULSI e processamento paralelo. Evolução dos microcomputadores/microprocessadores 1981/1984; IBM-PC, Maicintosh (Apple): Tem início a guerra de preços no mercado. 1985/1986: O PC e compatíveis tornam-se padrão para aplicações comerciais e pessoais. 1986/1988: Surgem os micros 386 e a IBM lança o OS/ /1991: 486. Microsoft faz sucesso com o Windows 3.x. Interface Gráfica. 1993/1994/1995: Pentium de 60 e 66Mhz, 75Mhz, 133Mhz 1996: Pentium PRO de 166Mhz e 180 Mhz e Cyrix CX6x86 (P166+) 133Mhz. 1997: Pentium MMX de 166MMX, 200MMX e 233MMX (MMX: Multimedia Extensions). 1998: Pentium II de 300, 333, 350 e 400Mhz e Celeron de 233, 266, 300 e 330 Mhz. 1999: Pentium III de 450 e 500Mhz. 2002: Pentium IV de 2GHz e Athlon XP de 2Ghz (AMD), 3,2Ghz

62 Classificação de computadores : Tamanho & Tipo Super computador (ex: NEC SX-3, Cray XMP e PARAM(Índia) ) Grande e caros, podem processar triliões de instruções em segundos. Governos, instituições de investigação e militares, usam-nos para cálculos e trabalhos pesados. São usados na indústria cinematográficas (Hollywood) em animação. Também usados para efectuar previsões meteorológicas. Mainframes (ex: IBM série 3000 ) Podem processar milhões de instruções por segundo; Usados em hospitais, companhias de aviação, bancos, etc Minicomputador (IBM AS400, VAX) Usados em pequenas empresas, universidades, etc Computadores pessoais - PC Baixo custo, pequenos e portáteis Actualmente muito potentes Notebooks (ex: ASUS eeepc) Tamanho reduzido e baixo peso, fáceis de transportar para qualquer lugar. Podem armazenar a mesma quantidade de dados e ter memória idênticas à do PC Pode-se dizer que é a substituição do computador pessoal.

63 Classificação de computadores : Tamanho & Tipo Digitais Manipulam dados em forma binária discreta (0,1); São muito precisos e são os mais comuns; Analógicos Representam dados de forma contínua, usando quantidades físicas; Usam fenómenos eléctricos mecânicos ou hidráulicos para modelar o problema a ser resolvido; Genericamente usam um tipo de grandeza física para representar o comportamento de outro sistema físico ou função matemática, através de um processo de simulação; Não são tão precisos quanto os digitais, mas são mais rápidos; São utilizados para fins científicos ou de engenharia; Híbridos Computadores híbridos combinam as melhores características dos digitais e dos analógicos; Podem aceitar entradas analógicas, fornecendo saídas digitais; O híbrido tem a velocidade do analógico e a precisão do digital; O componente digital normalmente serve como o controlador e proporciona operações lógicas enquanto o componente análogo serve normalmente para solucionar equações diferenciais

64 Analógicos & Híbridos Computador analógico Computador híbrido

65 - Semicondutores: a tecnologia do silício diodos transistores - Fabricação - Circuitos impressos (PCB)

66 Pedra dura... silício : do latim, silex, sílex ou "pedra dura"), símbolo Si número atômico 14 (14 protões e 14 electrões), massa atómica 28 descoberto por Jöns Jacob Berzelius, em 1823 encontra-se no estado sólido à temperatura ambiente segundo elemento mais abundante na crosta terrestre, perfazendo mais de 28% de sua massa (o primeiro é o oxigénio) aparece na argila, feldspato, granito, quartzo e areia, normalmente na forma de dióxido de silício (também conhecido como sílica) e silicatos (compostos contendo silício, oxigênio e metais). é o principal componente do vidro, cimento, cerâmica, da maioria dos componentes semicondutores e dos silicones (que são substâncias plásticas muitas vezes confundidas com o silício) ( Portanto os computadores são feitos essencialmente de... areia!

67 Semicondutores Semicondutor intrínseco -273ºC = isolante 20ºC = fraco condutor Processo de dopagem Quando são adicionadas impurezas a um semicondutor puro (intrínseco), este passa a ser um semicondutor extrínseco. As impurezas usadas na dopagem de um semicondutor intrínseco podem ser de dois tipos: impurezas ou átomos dadores e impurezas ou átomos aceitadores. Átomos dadores têm cinco electrões de valência (são pentavalentes): Arsénio (A S ), Fósforo (P) ou Antimónio (S b ). Átomos aceitadores têm três electrões de valência (são trivalentes): Índio (I n ), Gálio (G a ), Boro (B) ou Alumínio (A l ). Electrão livre do Arsénio Semicondutor tipo N Semicondutor tipo P

68 A junção PN A junção de um material semicondutor do tipo P (com excesso de lacunas) com um material semicondutor do tipo N (com excesso de electrões livres) origina uma junção PN. Na zona da junção, os electrões livres do semicondutor N recombinam-se com as lacunas do semicondutor P formando uma zona sem portadores de carga eléctrica que se designa por zona neutra ou zona de deplecção. Electrões livres Zona neutra ou zona de deplecção Lacunas 68

69 Princípio de funcionamento Quando polarizada inversamente a junção PN não conduz, porque na junção a zona neutra ou zona de deplecção (zona sem portadores de carga eléctrica) alarga, a resistência eléctrica aumenta significativamente e a corrente eléctrica não passa. Electrões livres Lacunas Zona neutra ou zona de deplecção alargada 69

70 Princípio de funcionamento Quando polarizada directamente a junção PN conduz porque na junção a zona neutra ou zona de deplecção (zona sem portadores de carga eléctrica) estreita, a resistência eléctrica diminui e a corrente eléctrica passa. Electrões livres Lacunas Zona neutra ou zona de deplecção estreitada 70

71 Junção PN directamente e inversamente polarizada A junção PN está directamente polarizada quando o potencial negativo da alimentação está ligado ao semicondutor N e o potencial positivo da alimentação está ligado ao semicondutor P conduz Quando directamente polarizada a junção PN conduz A junção PN está inversamente polarizada quando o potencial negativo da alimentação está ligado ao semicondutor P e o potencial positivo da alimentação está ligado ao semicondutor N não conduz Quando inversamente polarizada a junção PN não conduz. 71

72 Diodos (junção pn)

73 Transistores Um transístor bipolar (com polaridade NPN ou PNP) é constituído por duas junções PN (junção base-emissor e junção base-colector) de material semicondutor (silício ou germânio) e por três terminais designados por Emissor (E), Base (B) e Colector (C).

74 Transistores modos de funcionamento São possíveis três zonas de funcionamento distintas: Transistor como Comutador 1) Corte 2) Saturação(condução) semelhante a um interruptor aberto semelhante a um interruptor fechado

75 Transistores modos de funcionamento 3)Transistor como Amplificador (activo) Um transístor funciona como amplificador, quando a corrente de base oscila entre zero e um valor máximo; neste caso, a corrente de colector é um múltiplo da corrente de base. Se aplicarmos um sinal na base do transistor, vamos obter uma corrente mais elevada no colector, a qual é proporcional ao sinal aplicado na base: I C = K * I b, K = factor de amplificação

76 Fabricação de CI s (semicondutores) O processo de fabricação de semicondutores pode ser resumido nos seguintes passos: Projeto do chip: projecto de como o chip irá funcionar. Desta etapa resultam várias máscaras que são uma espécie de planta de como o chip deve ser fabricado; Fabricação do wafer: principal processo de fabricação de um chip; Preparação do núcleo: este passo consiste basicamente em cortar os chips do wafer; Encapsulamento: neste passo os terminais e o invólucro são adicionados ao chip; Testes: os chips são testados e depois vendidos;

77 Wafer Wafer: principal elemento usado na fabricação dos chips. O wafer virgem é feito de silício extremamente puro (99,9999%), que é extraído da areia da praia (!); O wafer é criado através de um método chamado Czochralski, onde um pedaço de cristal de silício é colocado em uma vareta e então mergulhado em silício derretido. A vareta é suspensa e girada ao mesmo tempo, formando um grande cilindro de cristal de silício (lingote); O lingote resultante deste processo mede de um a dois metros de comprimento e pode ter até 300 mm de diâmetro; O lingote é então fatiado em wafers que são depois polidos e enviados para a fabricação do chip. Em cima deste wafer virgem é que os chips serão fabricados.

78 Fotolitografia Os chips são fabricados no wafer através de um processo chamado fotolitografia. Neste processo, usam-se produtos químicos que quando expostos à luz ultravioleta podem-se tornar moles ou duros. Este processo consiste basicamente em bloquear a luz ultravioleta dos produtos químicos no wafer usando uma máscara, removendo as partes moles, e então repetindo o processo novamente com uma outra máscara, até a fabricação do chip ser finalizada. Cada máscara possui um padrão diferente e cada padrão determina como os transistores e fios dentro do chip serão fabricados. O número de máscaras usadas varia dependendo do projeto. Um processador Pentium 4, por exemplo, usa 26 máscaras.

79 Produção dos CI s Os chips no wafer são então testados e o wafer é enviado para o próximo passo no processo de fabricação, onde os chips são cortados, recebem os terminais e são encapsulados. Após isso, eles são testados, rotulados e vendidos.

80 Circuitos integrados LEI DE MOORE O número de transistores num circuito integrado (CI) duplica a cada 2 anos

81 Vídeos exemplificativos 1) Areia do Silício - A fabricação de um Chip Intel (2 11 ) areia da praia fundir gerar cristal cortar(wafer)+polir litografia cortar(chips) encapsular e empacotar 2) fabricación de un microchip MEMC (7 53 )

82 Circuitos Impressos (PCB-Print Circuit Board) Funções essenciais: Suporte mecânico dos componentes Propriedades do substrato Ligações eléctricas dos circuitos Pistas (cobre) Ilhas (soldagem) Vias (Ligação entre faces opostas) Funções secundárias: Dissipação de calor Blindagem electrostática Elementos de circuito Bobines Microlinhas Contactos Identificação de componentes Serigrafia

83 Processos de fabricação Subtractivo: Corrosão selectiva de um substrato previamente metalizado Aditivo: Deposição selectiva de material condutor no substrato Furo metalizado: Interligação (aditiva) entre 2 ou mais camadas condutoras

84 Substratos Fenolite = Papel prensado, impregnado com resina fenólica Vantagens: baixo custo, facilidade de fabricação Desvantagens: Baixa resistência mecânica, térmica e à humidade Dilatação durante o processamento, propriedades dielétricas inferiores Fibra de Vidro/Teflon (Duroid ) = Manta de fibra de vidro trançada, impregnada com PTFE (Teflon ) Vantagens: propriedades dielétricas excelentes em alta freqüência Desvantagens: custo elevado, baixa aderência ao cobre dificulta soldagem Poliimida (Kapton ) = Utilizado para circuitos impressos flexíveis Vantagens: boa resistência térmica, boas propriedades dielétricas Desvantagens: custo mais elevado

85 Fabricação: processo fotográfico U.V. FOTOLITO (DIAZO) Exposição PHOTO-RESIST SUBSTRATO COBRE Após revelação COBRE Após corrosão com ácido

86 Dupla face (furo metalizado) vias ilhas pistas

87 Circuito Impresso 4 Camadas COBRE Preparação para laminação SUBSTRATO SEMI- POLIMERIZADO COBRE 87

88 Circuito Impresso 4 Camadas Após laminação Típico 1,6 mm Após processamento das faces externas (mesmo processo que dupla face) 88

89 Circuito Impresso 4 Camadas Plano de terra(2) Plano de alimentação(3) Face superior(1) Face inferior(4)

90 Serigrafia dos componentes Serigrafia superior Serigrafia inferior 90

91 Tecnologias de montagem dos componentes Tecnologia through hole (THT) - componentes aplicados através da furação da placa SMT (surface mount technology)- tem por objetivo principal a redução nos custos de fabricação; usa componentes SMD (surface mount device), muito mais pequenos e baratos, soldados do lado dos componentes

92 Vídeos exemplificativos Circuit board assembly at SMA's German factory (8 22 ) Complete PCB Cycle Design to Production (3 34 ) PCB Production Manufacturing Tour (38 01 ) GIGABYTE (10 33 ) Fabricação caseira

93 Estrutura física do PC Portas de In/Out Bus de Expansão 8 (1) Placa-mãe (motherboard) (2) Placa gráfica (3) Processador (4) Disco rígido (5) Drive de disquetes de 3½ (6) Drive de CD-ROM (7) Fonte de Alimentação (8) Caixa

94 Conjunto de componentes do PC Componentes internos do PC

95 Caixa : tipos Desktop Usada na horizontal, ocupam pouco espaço, podendo ser colocado sob o monitor. Desvantagem: normalmente possuem pouco espaço para a colocação de novas placas e periféricos, além de dificuldades de manutenção Mini-torre Usado na posição vertical, sendo o modelo mais usado; Uma das desvantagens é o espaço ocupado, a outra é que pode ter pouco espaço para colocar outras placas e periféricos; Utiliza fonte de alimentação padrão ATX. Torre Mesmas características do mini-torre, mas com maior altura; Muito usado em servidores de rede e com placas que requerem melhor refrigeração. Utiliza fonte de alimentação padrão ATX.

96 Componentes do PC - Caixa A caixa (ou chassis) é aonde são colocados os diferentes componentes do PC Funções principais: 1) Conter e manter juntos e organizados os componentes do PC, protegendo-os contra acções mecânicas, pó, lixo, derrame de líquidos, etc; 2) Através da fonte de alimentação, fornecer a alimentação eléctrica aos circuitos, isolando-os do exterior de modo a evitar choques e/ou curto-circuitos; 3) Isolar os componentes internos, evitando interferências electromagnéticas de/para o exterior; 4) Proporcionar isolamento acústico, como sejam ruídos dos discos rígidos, ventoínhas. Os elementos de escolha principais de uma caixa são: Forma padrão actual ATX (Advanced Technology Extended ) Dimensões tem de albergar todos os componentes actuais e previstos Espaço para dispositivos externos: leitores de DVD, etc A fonte de alimentação em função dos dispositivos a instalar Tipo de conectores em função dos dispositivos a instalar Design e cores actualmente permitem fazer modding

97 Caixa : características Conteúdo: Fonte de alimentação Suportes para a motherboard, discos, etc Painel traseiro - ligações diversas (conectores) : energia, monitor, portas, indicadores de estado (LED), etc Painel frontal baías para dispositivos externos (DVDs, botão de ligar/desligar, indicadores de estado (LED), portas USB, ligações da placa de aúdio. Acesso: por parafusos ou com encaixes fáceis de remover Materiais de construção: metal e plástico

98 Fonte Alimentação Responsável pelo fornecimento de energia eléctrica aos componentes do PC Funções: 1) Converter a corrente eléctrica de alternada (AC-Alternate Current) para corrente contínua (DC-Direct Current) 2) Baixar a tensão da rede de 230V(perigosa) para valores de: +3,3 volts processador +5 volts - motherboard, placas de expansão +12 volts - alimentação dos discos, ventoínhas -5 volts, -12 volts - auxiliares (em desuso) 3) Efectuar a protecção mecânica dos componentes 4) Efectuar a protecção eléctrica e electromagnética protecção contra curto-circuitos e isolamento electromagnético 5) Apoio à refrigeração da caixa remoção do ar quente

99 Refrigeração - remoção do ar quente A Tª é um grande inimigo dos componentes electrónicos A passagem da corrente através dos diversos circuitos produz calor (efeito de Joule) A partir de certos valores de Tª os componentes electrónicos passam a funcionar mal podendo avariar definitivamente Para evitar falhas o calor tem de ser removido do interior da caixa

100 Fonte Alimentação : conectores (ATX) ATX12V: Conector principal de 20 pinos, além de um conector secundário de 4 pinos e um conector terciário de 8 pinos, utilizado por processadores Pentium 4, Athlon MP e Athlon 64. ATX12V 2.0: Conector principal de 24 pinos, além de um conector secundário de 4 pinos, utilizado por processadores Pentium 4 e Athlon 64

101 Fonte Alimentação Um dos parâmetros mais importantes da FA é a potência que pode fornecer Potência [W-Watt] = U * I, U = tensão [V-Volt], I = corrente [A-Ampére] Potência total = soma das potências de cada uma das tensões fornecidas Um PC moderno consome cerca de 300W, em carga. Se a fonte tiver potência insuficiente poderá não conseguir alimentar todos os componentes do PC Se a fonte tiver potência a mais isso não fará mal, ficando a potência não utilizada como reserva para expansão futura

102 FA : consumos típicos de potência ÍTEM Processadores de topo (como Pentium 4 HT e Athlon 64) Processadores económicos (como Celeron e Duron) Motherboard CONSUMO 60 W 110 W 30 W 80 W 20 W 100 W HDs e drives de CD e DVD Placa de vídeo sem instruções em 3D Placa de vídeo com instruções em 3D Módulos de memória Placas de expansão (placa de rede, placa de som, etc) Cooler Teclado e mouse 25 W 35 W 15 W 25 W 35 W 110 W 2W 10 W 5 W 10 W 5 W 10 W 1 W 15 W Total: 100W 400W

103 FA : Tecnologias Lineares Tecnicamente simples Baseada na utilização de transformadores, rectificadores e condensadores Pouco eficientes : geram calor Originam fontes muito volumosas para grandes potências Comutadas Tecnicamente mais complexas Baseada na utilização de frequências maiores que a da rede de energia Muito eficientes Dimensões mais reduzidas

104 FA : Tipo linear

105 A - rectificador em ponte B - condensadores de filtro de entrada C - transformador D - bobines de filtro de saída E - condensadores de filtro de saída FA : Tipo comutada

106 UPS : Uninterruptible Power Supply controlo saídas 220V/50Hz entrada 220V/50Hz Fornecem energia quando a fonte principal (rede) falha Protegem contra transitórios (ruído eléctrico) Permitem suportar pequenas falhas ou dar tempo a fazer o shutdown

107 UPS : Princípio de Funcionamento UPS rede eléctrica AC-230V/50Hz Carregador (conversor AC/DC) Comutador alimentação ininterrupta AC-230V/50Hz Bateria Ondulador (conversor DC/AC) Carregador: trata-se de um conversor AC/DC encarregue de carregar a bateria Bateria: armazena energia a ser utilizada em caso de falha da rede Ondulador/inversor: trata-se de um conversor DC/AC que converte a energia da bateria (DC), em energia para o circuito (AC) Comutador: detecta a falta de energia da rede, ligando o ondulador para o circuito a alimentar

108 UPS : Tipos Principais Offline A UPS vigia a entrada da corrente e se detectar uma falha, liga o ondulador/inversor que alimenta a carga através da bateria. Não protege contra picos de corrente. Leva algum tempo (milissegundos) para a bateria ser ligada, o que pode ser o suficiente para afectar um PC.

109 UPS : Tipos Principais Online Converte continuamente a corrente da entrada (AC) em DC para carregar a bateria; Através do ondulador(inversor), gera a corrente de saída para alimentar o circuito; Elimina ruídos e picos; Em caso de falha da rede, a carga (PC) não é afectada porque não há qualquer interrupção; A tecnologia de UPS online é mais cara;

110 Forma (factor de forma): dimensões e modo particular como os componentes são posicionados na motherboard padrão actual: ATX (Advanced Technology Extended ) Motherboard componentes principais

111 Motherboard: chipset Nos primeiros PCs, vários chips (controlador do teclado, discos, portas) estavam espalhados pela motherboard, o que além de a encarecer, dificultava a comunicação entre eles. Actualmente estão reunidos em chips mais complexos, mas mais baratos, mais fáceis de colocar e mais rápidos. O chipset é um dos principais componentes principais de uma placa-mãe, dividindo-se em: Northbridge ("ponte norte ): controlador de memória de alta velocidade - faz a comunicação do processador com a memória e com os barramentos de alta velocidade AGP e PCI Express Southbridge ("ponte sul ): controlador de periféricos de baixa velocidade - controla os discos (IDE e SATA), portas série, USB e paralela, barramento PCI, teclado, BIOS, etc

112 Motherboard: chipset Chipset: ponte norte (Northbridge) Chipset: ponte sul (Southbridge) Interliga o CPU, a memória e os dispositivos de input/output ( glue logic ), definindo entre outras coisas: o tipo de processador o tipo e a quantidade de memória que pode ser usada (SDRAM, DDR-SDRAM, etc) a freqüência máxima da memória e do processador o tipo de discos rígidos dispositivos internos e externos suportados Fabricantes: Intel, VIA, AMD, SiS, Ali, NVidia

113 Sockets (suportes de processadores) Socket 478 (478 pinos) PGA-ZIF (Pin Grid Array Zero Insert Force) Socket P (478 pinos) Socket LGA 775 (socket T) Land Grid Array Processadores: Pentium 4, Celeron Processadores: Core 2 Duo, Notebook, Dual Core Devido ao crescente número de pinos do CPU, este deixou de ter pinos mas sim contactos que encostam nos pinos do suporte, evitando que os pinos do CPU possam entortar, mas podendo entortar os do suporte. (segundo a Intel apenas 20 operações de inserção/retirada podem ser feitos sem que o soquete estrague, pois os pinos são muito frágeis)

114 BIOS(Basic Input/Output System) & CMOS-RAM O BIOS é um programa de computador guardado em uma memória não-volátil (do tipo Flash ROM nas motherboards mais recentes) É do tipo firmware pois é um tipo de programa fixo. É responsável pelo suporte básico de acesso ao hardware (rotinas de acesso aos dispositivos), bem como pela inicialização do SO quando o computador é ligado o CPU obtém da BIOS as instruções iniciais necessárias para carregar o SO Quando o computador é ligado, o BIOS opera na seguinte sequência: 1) Lê o conteúdo de uma pequena RAM que se localiza em um chip fabricado com tecnologia CMOS (CMOS-RAM, alimentado por uma pilha). Esta armazena informações relativas à configuração de hardware, que podem ser alteradas pelo utilizador de acordo com o sistema. 2) POST (Power-On Self-Test ou Autoteste de Arranque) - diagnósticos e testes realizados nos componentes físicos (disco rígido, processador, etc). Eventuais problemas são comunicados ao utilizador por uma combinação de sons (bips) e são mostradas mensagens correspondentes no ecran. 3) Leitura dos dispositivos de armazenamento, cujos detalhes e ordem de inicialização estão na CMOS. 4) Definir quais os recursos utilizados pelos dispositivos Plug and Play (PnP). 5) Definir o suporte gráfico de arranque. 6) Se houver um sistema operativo instalado, transfere o controlo para esse SO.

115 Motherboard: chipset & BIOS

116 Barramentos Um barramento (Bus) é um conjunto de linhas (fios eléctricos) partilhado por vários dispositivos [ estradas(fios) por onde passam carros(bits) ] Num computador existem vários tipos de barramentos: Barramento interno ao processador Barramento local Barramento de sistema Cada barramento obedece a um conjunto de regras (Bus Protocol) e é caracterizado por um conjunto de especificações eléctricas e mecânicas Internos Local Sistema

117 Noção de Master e Slave Barramentos Master : dispositivo que requisita o barramento tomando a iniciativa numa transferência de dados Slave : dispositivo que serve o pedido A maioria dos dispositivos tanto pode ser master como slave, excepto a memória que é sempre slave Exemplos: O CPU(master) pede ao controlador de disco(slave) para ler um bloco em disco O controlador de disco(master) pede à memória(slave) para aceitar os dados que foram lidos do disco Desempenho 1) depende do clock (relógio) 2) largura de banda (quantidade de bits que podem ser transmitidos em simultâneo), geralmente potências de 2: 8, 16, 32, 64 bits 3) velocidade da transmissão medida em bps (bits por segundo): 100 Kbps, 100 Mbps, 1 Gbps Funções 1) Transferência de Dados: função de transporte dos dados : bidireccional 2) Comunicação de Endereços: função de indicar endereços de memória dos dados que o processador precisa de ler ou escrever: unidireccional 3) Acções de Controlo: função que controla as acções dos barramentos anteriores. Controla solicitações e confirmações: bidireccional.

118 Barramentos Tipos Interno: usado pelos componentes internos do processador (registos, ALU, etc) Memória: barramento responsável pela ligação processador-memória; é um barramento de alta velocidade (actualmente gira à volta de 133 MHz a 2000 MHz (DDR3)) Entrada e Saída (I/O ou E/S, expansão): responsável pela comunicação entre a motherboard e as diversas interfaces e periféricos (placas som/gráfica/rede, rato, teclado) pois estes não se conectam diretamente ao barramento de sistema: há uma grande variedade de periféricos com vários métodos de operação sendo inviável incorporar diversas lógicas de controle dentro do processador. a taxa de transferência de dados dos periféricos é normalmente mais baixa do que a da memória do processador sendo inviável usar o barramento de alta-velocidade para comunicação com periféricos. os periféricos usam normalmente formatos de dados e tamanhos de palavras diferentes dos do computador a que estão ligados. Exemplos: ISA, AGP, PCI, USB, etc.

119 Barramentos Barramento de Dados: responsável pelo transporte da informação (instruções, dados). O seu tamanho determina o número máximo de instruções (e portanto o potencial de processamento), a precisão do processamento aritmético e o número de símbolos possíveis de serem representados (ex: pontos de uma foto) O tamanho do barramento de dados está ligado à capacidade de processamento do sistema: Se o processamento é simples 8 bits são suficientes. Por outro lado, se há a necessidade de um processamento complexo (como os sistema de multimídia onde há a necessidade de processarmos milhões de pontos de imagem) podem usar-se até 128 bits Exs: 1) O processador 8085 possui 8 bits no barramento máximo de 256 instruções e variáveis numéricas entre -128 a +127 (ou 0 a 255). 2) O processador Pentium IV possui 32 bits no barramento variáveis numéricas entre e

120 Tipos de Barramento ISA: IBM PC (1981) 8-bits; IBM-AT (1984) 16-bits deixou de ser usado em meados dos anos 90, com o surgimento do PCI usado em dispositivos lentos e que não necessitam de transferir grandes quantidades de informação chegou a dispor de capacidades PnP, mas com problemas PCI: Intel (1990) substitui o(s) anteriore(s) mais rápido que os anteriores tipo plug n play Variantes: PCI X e PCI Express AGP: (Accelerated Graphics Port (Intel) comunicação com o vídeo: maior transferência entre motherboad e placas de vídeo começa a deixar de ser usado devido ao aumento de desempenho do PCI-Express

121 Estrutura de um PC actual núcleo P4 3.2 GHz L1cache FSB800/1066, 64 bits 6.4/8.5 GB/s DDR2 SDRAM 3.2 GHz, 256 bits (102.4 GB/s) North Bridge Placa gráfica PCI Express x16 4 GB/s (cada direcção) USB 60 MB/s South Bridge 528 MB/s PCI64 slots Mouse Kbd 33 MB/s (ATA 33) 100 MB/s (ATA 100) IDE Bus PCI Express x1 BUS

122 Portas e conectores

123 Memória : Tipos Internas: construídas em torno de circuitos integrados Externas: construídas em torno de sistemas magnéticos ou ópticos (discos, DVDs)

124 Memória Interna Memórias internas dois grandes grupos : RAMs e ROMs RAM (Random-Access Memory) O nome é pouco correcto significa que o tempo de acesso é igual para cada posição de memória Podem ser lidas e escritas um elevado número de vezes Voláteis a informação perde-se quando se deixa de fornecer energia eléctrica ROM(Read Only Memory) Também é RAM pois o tempo de acesso é igual para cada posição de memória Podem ser programadas (uma ou mais vezes) e normalmente são usadas apenas para leitura Existem variantes que podem ser usadas para leitura/escrita Não-voláteis a informação continua armazenada quando se deixa de fornecer energia eléctrica Usadas na BIOS e para guardar configurações do utilizador

125 ROM & RAM ROM RAM Janela para desprogramar Contactos eléctricos SO-DIMM usadas em portáteis (small outline dual in-line memory module)

126 Memória RAM : SRAM SRAM (Static RAM) Baseada em células de memória do tipo flip-flop Rápidas tempos de acesso baixos para leitura e para escrita Caras Utilizadas tipicamente como memórias cache (associadas ao processador) Célula de memória D in D Q D out R/W C S D in bit de entrada R/W sinal de Read/Write (0=read, 1=write) S Strobe (habilita/desabilita a acção de read/write) D out bit de saída

127 Memória RAM : DRAM Dinâmicas DRAM (Dynamic RAM) Células de memória: Pares transistor-condensador, que conseguem manter o nível lógico armazenado durante curtos espaços de tempo Necessitam de ciclos de refrescamento periódicos para reposição dos níveis lógicos nos condensadores mais lentas que as SRAMs Maior capacidade de armazenamento a menor custo Utilizadas como memória principal de um computador B Valor a escrever/ler S Transistor Selecção da célula Condensador Célula de memória

128 RAM : arquitectura Organização e capacidade de uma RAM (SRAM/DRAM) palavra = m bits n linhas de endereço Capacidade = 2 n endereços ou palavras de m bits (2 n X m) controlo p=2 n

129 Memória Unidades de medida bit = 0,1 = 2 0 byte = 8 bits = 2 3 (0-7) { } KB (Kilobyte) = 1024 bytes = 2 10 (0 3FFh) { } 32Kb = bytes = 2 15 (0 7FFFh) 64Kb = bytes = 2 16 (0 FFFFh) 256Kb = bytes = 2 18 (0 3FFFFh) MB (Megabyte) = 1024 KB = 2 20 (0 FFFFFh) GB (Gygabyte) = 1024 MB = 2 30 (0 3FFFFFFFh) 4GB = 4086 MB = 2 32 (0-FFFFFFFFh) Pentium 4

130 SDR-SDRAM (Single Data Rate - Synchronous DRAM) As antigas memórias FPM (Fast-Page Mode) e EDO (Extended Data Output) trabalham de forma assíncrona com o processador (obriga a constante troca de sinais com o processador atrasando o processo) Processadores cada vez mais rápidos grande tempo de espera para ter acesso aos dados da memória. SDR SDRAM trabalham de forma sincronizada com o processador, evitando os problemas de atraso. A frequência com a qual a memória trabalha serve como medida de velocidade. Memórias SDR SDRAM trabalham a 66 MHz, 100 MHz e 133 MHz (designadas por PC66, PC100 e PC133 respectivamente) Taxa de Transferência Máxima Teórica = Clock x 8. Ex: PC133, f=133mhz 133*8 = 1064MB/s Módulo DIMM (Double In-Line Memory Module) : terminais de contactos em ambos os lados do módulo 168 pinos / 64 bits

131 DDR-SDRAM (Double Data Rate SDRAM) DDR SDRAM : transferem dois dados por impulso de clock conseguem obter o dobro do desempenho das SDR-SDRAM para o mesmo clock Ex: DDR a 100 MHz equivale a uma SDR a trabalhar a 200 MHz. O clock real das memórias DDR é metade do clock rotulado (indicado no módulo) Ex: DDR400 clock é de 200 MHz e não 400 MHz Taxa de Transferência Máxima Teórica = Clock x 8 Ex: DDR400, f=200mhz 200*8*2 = 3200MB/s DDR 2.5V Módulo DIMM (Double In-Line Memory Module) : 184 pinos / 64 bits

132 DDR2 & DDR3 DDR2 SDRAM: evolução das memórias DDR executam quatro operações por ciclo de clock Trabalham a 1.8V DDR3 SDRAM: evolução das memórias DDR2 executam oito operações por ciclo Trabalha com voltagem de 1.5 V Consomem cerca de 30% menos energia que as DDR2

133 Hiato Processador-Memória O desempenho dos micro-processadores tem vindo a aumentar a uma taxa de cerca de 60% / ano (desde 1986). O desempenho das memórias tem vindo a aumentar a uma taxa de perto de 10% / ano (diminuição do tempo de acesso) CPU: f CPU = GHz => Tcc = ns DRAM: tempo de acesso ronda os ns The STREAM benchmark

134 Hierarquia de Memória Como manter o processador alimentado com dados e instruções? Técnica: dotar a máquina de vários níveis de memória, com diferentes propriedades Cada nível contêm uma cópia do código e dados mais usados em cada instante. CPU registos (SRAM) Distância CPU Capacidade Cache SRAM Velocidade Preço SRAM Static RAM Extremamente rápida e cara Memória Central DRAM DRAM Dynamic RAM Mais lenta e barata Discos Discos magnéticos, ópticos Lentos, baratos (por bit)

135 Memórias ROM ROM - Read-Only Memory Programadas pelo fabricante mediante especificação fornecida pelo utilizador Conteúdo inalterável só permite leitura da informação armazenada Utilizações: Guardar informação necessária ao arranque de sistemas Tabelas de conversão de códigos (e.g. binário natural -> BCD) Tabelas de operações aritméticas (e.g. logaritmos, divisões) k linhas de endereço Sinais de controlo 2 k x n ROM n linhas de dados de saída ROM de 2 K palavras de n bits

136 Memórias ROM PROM - Programmable Read-Only Memory Permitem uma única programação o utilizador especifica o conteúdo da ROM A programação é geralmente feita através de rebentamento de fusíveis nas ligações entre as linhas de endereços descodificados e as linhas de saída Uma vez rebentados os fusíveis, as ligações são quebradas permanentemente EPROM - Erasable Programmable Read-Only Memory Permitem múltiplas programações A reprogramação é feita através de impulsos eléctricos Apagamento : submete-se a EPROM a radiação ultra-violeta. Custo mais elevado que uma ROM, mas maior flexibilidade Pouco usadas, uma vez que actualmente há alternativas melhores

137 Memórias ROM EEPROM - Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory Idênticas à EPROM, mas o apagamento é através de impulsos eléctricos Flexíveis : reúnem as funcionalidade de uma RAM e uma ROM simultaneamente Comparando com uma RAM: Operações de escrita muito mais lentas (devido às operações de apagar e reprogramar) As operações de leitura podem ser da mesma ordem de grandeza da escrita FLASH EEPROM Variantes das EEPROM, habitualmente utilizadas em electrónica de consumo Exemplos: cartões de memória e pen-disks Incluem toda a lógica necessária para reprogramação, sendo muito mais rápida do que numa EEPROM convencional Operações de escrita continuam a ser muito mais lentas do que as de leitura O tempo de vida dos dados armazenados é superior a 10 anos, e pode ser reprogramada milhões de vezes - suficiente para as aplicações a que se destinam

138 Tipos de RAM e ROM (resumo) RAM SRAM - estática (baseada em FFs) DRAM (Dynamic RAM) dinâmica (baseada em condensadores) SDRAM (Synchronous DRAM) : síncronas com o relógio de sistema DDR-SDRAM (Double Data Rate SDRAM) Reagem a ambos os flancos do sinal de relógio Muito utilizadas em PCs : evolução - DDR (2000) DDR-2 (2003) DDR-3 (2007) ROM ROM programadas de fábrica não podem ser reprogramadas PROM(Programable ROM) devido ao seu modo de fabrico apenas pode ser programada uma única vez EPROM(Erasable and Programable ROM) podem ser apagadas e reprogramadas as vez que forem necessárias (apagamento luz ultra-violeta). EEPROM(Electrical EPROM) memórias que podem ser reprogramadas electronicamente

139 Memória Externa Dois grandes grupos: discos magnéticos: baseados na utilização do magnetismo discos ópticos: baseados na utilização da luz

140 Discos Magnéticos - Baseiam-se nas propriedades magnéticas de determinados materiais - Flexíveis: fitas e discos (disketes) em desuso - Rígidos (HD - Hard Disk) dispositivo de armazenamento mais usado nos computadores. Permitem armazenar ficheiros de programas e de dados. O primeiro disco rígido construído pela IBM em 1957, designado por 305 RAMAC, era formado por 50 discos de 24 polegadas de diâmetro, com uma capacidade total de 5MB. Em 1973 a IBM lançou o modelo 3340 "Winchester", com dois pratos de 30 megabytes e tempo de acesso de 30 milissegundos.

141 Dispositivos magnéticos

142 Discos Magnéticos Dentro do disco rígido, os dados são gravados em discos magnéticos de dupla face, chamados pratos (platters). O nome "disco rígido" vem do facto de os discos internos serem extremamente rígidos. Para ler e gravar dados no disco, são usadas cabeças de leitura eletromagnéticas (heads) que são presas a um braço móvel (arm), o que permite seu acesso a todo o disco. O braço de leitura é uma peça triangular, feita de liga de alumínio, para que seja ao mesmo tempo leve e resistente. Cada disco utiliza duas cabeças leitura/escrita, uma para cada face. O mecanismo que movimenta o braço de leitura é chamado actuador (actuator).

143 Discos Magnéticos Num Hard Disk um sector é uma das zonas em forma de pie em que se divide o disco. Esta divisão é uma forma de organização. Um hard disk está igualmente dividido por circulos concêntricos, designados por pistas (track). A informação pode ser encontrada sempre que se souber o sector e a respectiva track.

144 A cabeça de leitura /gravação paira alguns milionésimos de polegada acima da lâmina. Se a cabeça tocar a lâmina, haverá um crash, e dados serão destruídos. Dados podem ser destruídos se a cabeça entrar em contato com uma mínima matéria estranha na superfície do disco. Discos Magnéticos Braço de leitura de um HD As duas cabeças de leitura pressionam-se mutuamente, mas quando os discos giram em alta rotação, forma-se uma espécie de colchão de ar (efeito de asa de avião), que afasta as cabeças, fazendo com que elas não toquem nos discos. Cabeça de leitura "flutuando" sobre o disco em movimento

145 Discos Magnéticos Motor de rotação: os discos magnéticos são montados directamente sobre o eixo do motor de rotação, sem o uso de correias ou qualquer outro mecanismo. É justamente este design simples que permite que os discos girem a uma velocidade tão grande. Os HD são montados e selados num ambiente livre de partículas (salas limpas) Apesar disso, eles não são hermeticamente fechados, existindo um pequeno orifício para entrada de ar que permite que pequenos volumes de ar entrem e saiam, mantendo a pressão interna do HD sempre igual à do ambiente. Esse orifício é sempre protegido por um filtro,que impede a entrada de partículas de poeira.

146 Discos Magnéticos Placa controladora: faz a interface com a motherboard, controla a rotação do motor e o movimento das cabeças de leitura, de forma que elas leiam e/ou escrevam os sectores correctos.

147 Discos Magnéticos: interfaces Os HDs são conectados ao computador por meio de interfaces capazes de transmitir os dados entre um e outro de maneira segura e eficiente. Há várias tecnologias para isso, sendo as mais comuns os padrões IDE, SCSI e, mais recentemente, SATA. IDE A interface IDE (Intelligent Drive Electronics ou Integrated Drive Electronics) também é conhecida como ATA (Advanced Technology Attachment) ou, ainda, PATA (Parallel Advanced Technology Attachment). Trata-se de um padrão que chegou ao mercado na época dos processadores 386 Conector e cabo IDE

148 Discos Magnéticos: interfaces SCSI SCSI (Small Computer System Interface): trata-se de uma tecnologia criada para acelerar a taxa de transferência de dados entre dispositivos de um computador, desde que tais periféricos sejam compatíveis com a tecnologia. Mais cara que a tecnologia IDE/ATA Conectores SCSI externos Disco rígido com tecnologia SCSI Cabo SCSI

149 Discos Magnéticos: interfaces SATA - Serial ATA Diferentemente dos discos rígidos IDE, que transmitem os dados através de cabos de quarenta ou oitenta fios paralelos, o que resulta num cabo enorme, os discos rígidos SATA transferem os dados em série. Os cabos Serial ATA são formados por dois pares de fios (um par para transmissão e outro par para recepção) usando transmissão diferencial, e mais três fios terra, totalizando 7 fios, o que permite usar cabos com menor diâmetro que não interferem na ventilação do gabinete.

150 Dispositivos ópticos

151 Monitores

152 TRC

153 fonte de luz LCD

154 PDP (Plasma Display Panel)

155 LED (1) Junção P-N Não condutora Condutora a energia é emitida na forma de um fotão luminoso; o tamanho da queda determina o nível de energia e a cor lacunas nível de energia baixo electrões nível de energia mais alto quando electrão cai no buraco, liberta energia electrões movem-se num sentido, lacunas no outro

156 + - LED (2)

157 OLED - Organic Light-Emitting Diode tecnologia criada pela Kodak em 1980 compostos por moléculas de carbono (!) que emitem luz ao receberem uma carga elétrica ao contrário dos diodos tradicionais, as moléculas podem ser diretamente aplicadas sobre a superfície da tela, usando um método de impressão (tipo impressora ink-jet); depois basta acrescentar os filamentos metálicos que conduzem os impulsos eléctricos a cada célula o cátodo (carregado negativamente) envia electrões para a camada emissiva, enquanto o ânodo absorve electrões da camada condutiva, deixando lacunas carregadas positivamente este processo cria uma camada emissiva carregada negativamente e uma camada condutiva carregada positivamente. As duas camadas recombinam-se num processo que gera luz (semelhante aos LED)

158 AMOLED : Active-Matrix Organic Light-Emitting Diode Baseados em OLED Ligar/desligar pixel cerca de 3x mais rápido que LCD Maior luminosidade que LED (150% mais) Menor tempo de resposta (menor arrastamento) Maior ângulo de visão Melhor definição de cor (ex: negro mais negro) Menor espessura do display Ecrans flexíveis e transparentes

159 Projectores

160 LCD (LCoS-Liquid Crystal on Silicon)

161 LCD

162 DLP Digital Light Processing Digital Micromirror Device (DMD) - Texas Instruments(1987) 2 milhões de espelhos microscópicos! cada espelho mede cerca de 1/5 de um cabelo humano o movimento dos espelhos é coordenado com o sinal de vídeo, uma fonte de luz e um conjunto de lentes de modo que cada um deles reflecte uma imagem digital para o écran ou para outra direcção, produzindo uma imagem de grande qualidade

163 DLP Digital Light Processing

164 DLP Digital Light Processing 1 CHIP DLP PROJECTION SYSTEM 3 CHIP DLP PROJECTION SYSTEM

165 Curiosidades Construção de um vídeoprojector caseiro Site muito interessante (explica como funciona quase tudo): Como fazer quase tudo:

166 Tecnologias de Impressão Tecnologias: impacto sem impacto jacto de tinta laser

167 Tecnologias de Impressão Impacto (agulhas) Características caracteres formados por pontos bastante próximos cada ponto é obtido por uma agulha que pressiona uma fita impregnada de tinta contra o papel as cabeças de impressão têm 9 ou 24 agulhas Vantagens flexíveis e baratas etiquetas, rótulos e documentos que necessitem de cópias confiáveis e duráveis, pouca manutenção Inconvenientes lentas, barulhentas baixa resolução gráfica difícil encontrar fitas de impressão e peças

168 Tecnologias de Impressão Jacto de tinta lançam pequenas gotículas (pontos) de tinta sobre o papel para criar uma imagem os pontos são extremamente pequenos (geralmente entre 50 e 60 microns de diâmetro), mais finos que o diâmetro de um cabelo humano (70 microns) os pontos são posicionados de maneira muito precisa, com resoluções de até 1440x720 dpi os pontos podem ter cores diferentes combinadas para criar imagens com qualidade fotográfica são despejadas milhares de gotículas de tinta por segundo, comandados por um programa que determina quantas gotículas e onde deverão ser lançadas, além da mistura de tintas. 0.02mm

169 Tipos de impressão Buble jet ou térmico HP, Lexmark, Canon impressora aquece pequenas quantidades de tinta até cerca de 500 C ao aquecer forma-se uma bolha que força uma pequena gotícula de tinta a sair por um orificio o processo leva cerca de 20 milionésimos de segundo por gota. o cartucho contém todo o mecanismo tornando-o caro mas com pouca manutenção, permite a utilização de todo o cartucho pois está pressurizado, tendo um bom custo/benefício. Piezo-elétrico Epson emprega um cristal piezo-elétrico que muda de forma com a aplicação de uma corrente eléctrica o cristal entorta, gerando pressão suficiente para expelir uma gotícula de tinta a gotícula é muito pequena, alcançando resoluções muito altas e cor de grande qualidade o mecanismo fica situado na impressora, sendo os cartuchos apenas reservatórios pode entupir com facilidade caso não seja usada diariamente. orks/how%20inkjet%20printers%20work.htm

170 cabeça de impressão e suporte dos cartuchos de tinta motor passo-a-passo (stepper motorr)

171 Tecnologias de Impressão Laser Questão: - Como pode um raio laser imprimir figuras numa folha de papel? Resposta: - usando electricidade estática e a lei da atracção-repulsão

172 (O) (1) fio de corona principal alta tensão V tambor de alumínio revestido por um material sensível à luz carga de -600V (2) carga de -100V

173 (3) Toner : constituído por partículas de uma resina plástica (aquelas que darão origem à imagem) e um óxido de ferro (partículas que são afectadas pelas cargas eléctricas) tambor coberto de toner, carregado a -600V -600V (repele o toner) tambor com imagem electroestática -100V (atrai o toner)

174 (4) partículas de toner são atraídas para o papel -100V alta tensão +600V folha de papel carregada a +600V fio corona de transferência

175 (5) rolos aquecidos a cerca de 200ºC, fundem o toner no papel partículas de toner definitivamente presas ao papel Cientistas fazem pesquisas para verificar se há o risco dos fumos libertados durante a impressão ser cancerígena para o organismo humano. Algumas entidades têm tentado travar a produção destas impressoras até esta dúvida estar esclarecida.

176 Impressora Laser - componentes

177 Laser In a lot of printers, the toner hopper, developer and drum assembly are combined in one replaceable cartridge.

178 Cores RGB sistema aditivo (TV, monitores) CMYK : Cyan, Magenta, Yellow e Key (black) - modelo subtractivo pois a tinta subtrai luminosidade do branco incidente C+M+Y = K (preto, impuro) K mais barato, molha menos o papel, permite maior detalhe CMYK é usado na impressão em cores com tinta, escondendo certas cores quando impresso em um fundo branco (ou seja, absorvendo ondas de luz particulares). CMYK combinadas podem reproduzir milhões de cores diferentes, toda a principal gama de cores do espectro visível, embora não todas as existentes impressão em CMYK

179 Jacto de Tinta Laser jacto de tinta - mais baratas - produção fácil de cor - tinteiros muito caros, pouca duração laser - mais caras - mais rápidas - mais precisas - mais económicas toner barato e duradouro

180 Dimensões do Papel sistema métrico A0 1 m 2 de área com lados na razão de um para raiz quadrada de dois A1 divisão em dois do A0, com metade da área A2 divisão do A1 em dois A3 divisão do A2 em dois A4 divisão do A3 em dois, quarta divisão do tamanho A0 210 mm larg. * 297 mm comp. (297=210* 2) A3 A4 reduzir a 71% A5 divisão em dois do A4 A4 A5 reduzir a 71%

181 Scanners Um scanner é um aparelho de leitura óptica que permite converter imagens, fotos, ilustrações e textos em papel, num formato digital que pode ser manipulado em computador. Também é possível obter representações de objectos tridimensionais scanner 3D

182 Scanners - Tipos Mesa: são os mais versáteis e os mais usados. O documento fica fixo e a cabeça do scanner é que se move. Página: são parecidos com os de mesa, o documento é que se move e a cabeça do scanner fica imóvel. É idêntico a uma impressora portátil. Mão: usam a mesma tecnologia básica do scanner de mesa; a cabeça do sensor é movida pelo utilizador ao longo do documento. Geralmente não oferecem uma boa qualidade de imagem, podendo ser muito úteis para digitalizar texto.

183 Scanners - Componentes Componentes de um scanner de mesa: sensor do dispositivo de carga acoplado (CCD) espelhos cabeça de leitura lâmpada lente filtros motores (passo ) fonte de alimentação porta(s) de interface software e circuitos de controle

184 Scanners Sensor de Imagem CCD [Charge Coupled Device] : constituído por minúsculas células foto-sensíveis que convertem a luz incidente em cargas eléctricas

185 Scanners Mecânica lâmpada fluorescente de iluminação cabeça de leitura

186 Resolução: nº de pontos da imagem que podem ser captados X Y Resolução X nº de sensores em linha Resolução Y precisão do motor passo a passo (stepper motor)

187 Resolução, Interpolação e Profundidade de cor Interpolação aumento da resolução Resolução : exemplo 300 * 300 dpi (1 pol = 25.4 mm) sensor com 300 pixel/polegada A4 210*297mm 2480(8.27*300) sensores linha (8.27*11.69 pol) motor com passos de 1/300 polegada 300*300 texto 600*600 fotos o software do scanner adiciona novos pixeis à imagem, baseado na média dos pixeis adjacentes ex: 300* *300 o software introduz um pixel interpolado por cada um original a qualidade da resolução interpolada não é tão boa como a da resolução óptica (pois os pixeis interpolados são falsos) Profundidade de cor nº de bits por pixel sistema RGB R(8bit)*G(8bit)*B(8bit) 2 8 * 2 8 * milhões de cores

188 Outros tipos de scanner

189 Código de barras EAN European Article Number (EAN13) UPC Universal Product Code UPC start of any bar code = = = = = = = = = = = stop character = 1-1-1

190 Scanner 3D Rapiscan : luta anti-terrorismo

191 Scanner corporal segurança em aeroportos

192 Produção de Vestuário Automatizada e Personalizada

193 Scanner corporal extracção de medidas Selecção de modelos e tecidos Produção automática Produto final personalizado

194 Microprocessadores vs Microcontroladores

195 Microprocessadores Arquitectura de Von Neuman instruções e dados compartilham a mesma unidade física de memoria CISC Complex Instruction Set Computer Memória CPU Programa + Dados I/O Bus de Dados Bus de Controlo Bus de Endereços Utilização genérica

196 Microcontroladores Arquitectura de Harvard instruções e dados são armazenados em memórias diferentes RISC Reduced Instruction Set Computer vantagens: instruções mais rápidas; instruções e dados podem ser acedidos simultaneamente aumento do desempenho! Bus de Códigos Bus de Dados CPU Programa Bus de Endereços Bus de Endereços Dados Utilização específica

197 Microcontroladores podem ser vistos como dispositivos de propósito específico usados em tarefas simples sem grandes requisitos de processamento, a nível de rapidez e de tipo de instruções integram num único circuito integrado (CI; chip): processador; memória; portas de I/O; contadores (contam impulsos); timers (temporizadores, contam tempo); conversores A/D e D/A tornam-se assim mais baratos e compactos que os circuitos com microprocessador e outros integrados associados (memória, controladores, etc)

198 Microprocessadores Sistema microprocessador de propósito geral CPU para computadores de propósito geral RAM, ROM, I/O são exteriores ao CPU exemplo:intel x86, Motorola 680x0 Data Bus Diversos chips na motherboard CPU P de propósito geral Control Bus RAM ROM I/O Port Timer Serial Port Address Bus

199 Microcontroladores Sistema microcontrolador de uso específico um computador em um único chip RAM, ROM, I/O ports...etc. embutidos no chip exemplos:motorola 6811, Intel 8051, Zilog Z8, PICs, AVRs, CPU I/O Port RAM ROM Timer Serial Port Chip único

200 Microprocessadores vs. Microcontroladores Microprocessador CPU => stand-alone RAM, ROM, I/O, timers... separados projectista pode decidir a quantidade de ROM, RAM e ports de I/O; expansível versatilidade uso geral Microcontrolador CPU, RAM, ROM, I/O, timer... estão integrados em um só chip quantidade fixa de elementos on-chip (ROM, RAM, I/O ports) para aplicações onde custo, potência e espaço são factores críticos; uso específico

201 Microcontroladores : diagrama de blocos

202 Microcontroladores Exemplos: 8051 (INTEL) 8 bits um dos mais utilizados na prática conjunto reduzido de instruções PIC (Microchip Technology) melhor desempenho possui um conjunto de instruções e funções mais elaborados baratos (há versões que custam menos de 1 ) a Microchip fabrica uma família de processadores de 8, 16, 24 e 32 bits fáceis de utilizar: a nível de programação a nível de integração com outros componentes electrónicos

203 Microcontrolador 8051 (INTEL) Diversas funções integradas chip de 40 pinos, 20 de I/O temporizadores contadores módulo de comunicação série comunicação com memória externa entrada de sinal de interrupção externa expansão de memória

204 Microcontrolador PIC16F84 (Microchip Technology) PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS memória de Programa Flash (1024 words de 14bits) memória de dados: 68 bytes memória EEPROM: 64 bytes 13 entradas / saídas PORT A: RA0... RA4 (5 PINOS) PORT B: RB0... RB7 (8 PINOS) cap. de corrente: 25mA (por pino) 4 tipos diferentes de interrupção

205 Processadores Digitais de Sinais (DSPs) diferem dos microprocessadores na arquitetura de hardware, software e no conjunto de instruções, o qual é optimizado para o tratamento digital de sinais são empregues em aplicações que exigem processamento de sinais em tempo real Usos: telecomunicações (filtros, compressão, multiplexação e cancelamento de eco); processamento de áudio (gravação em estúdio, sintetizadores, mixers, filtros e reconhecimento de voz); processamento de imagem (principalmente na área médica); instrumentação e controlo (precisão das medidas e controle industrial).

206 Sistemas embebidos/embutidos (embedded systems) sistema embebido significa que o processador está embutido na aplicação; é uma caixa composta de componentes electrónicos, dotada de capacidade de processamento e dedicada ao controlo de um dispositivo ou sistema específico; um produto embebido utiliza um microprocessador ou microcontrolador (ou DSP) para fazer uma ou poucas tarefas dedicadas; existe somente uma aplicação de software que normalmente está gravada em ROM (firmware); normalmente existe a interação com o meio ambiente ou com o operador; exemplos: impressora, teclado, consola jogos, telemóvel, modem microprocessador memória (RAM/ROM) sistema embebido modem ADSL

207 Interface Hardware/Software : carta K8055 (Velleman) 2 entradas analógicas (8 bit) botões de teste microcontrolador PIC16C745 8 saídas digitais 2 saídas analógicas 5 entradas digitais USB ligação do computador leds de teste Distribuidores: Aliatron - Niposom:

208 K8055 : software de controlo (demo) A carta não é programável depende de um sistema externo (PC) para funcionar Fornecida com uma DLL que permite a escrita de rotinas do utilizador (C, C#, Basic, Delphi,...) entradas saídas Exemplos de aplicação 1) aquisição de dados e controlo por computador 2) sistemas de alarme 3) sistemas de gestão técnica: ligar/desligar iluminação, sistema de rega, 4)

209 Arduino : carta controladora programável USB ligação ao PC 14 entradas/saídas digitais Power Supply 7-12V Processador ATmega328 Características Principais Baixo custo ( 25 ) 6 entradas analógicas Microcontrolador: ATmega328, 16MHz Memória: Flash(código)=32KB, SRAM(variáveis)=2KB, EEPROM=1KB Tensão de alimentação: USB ou fonte externa Entradas/saídas digitais: 14, entradas analógicas: 6 Ligação ao PC: USB UART & I 2 C Conector de expansão Diversos módulos externos (Shields): controlo motores, comunicações s/fio, Existem diversas variantes: Uno, Duemilenove, Mega, ADK, Lillypad, Nano,... Existem clones com funções melhoradas (ex: chipkit, Digilent) Fornecedores nacionais: INMOTION( PT Robotics( Aliatron(

210 Arduino : carta controladora programável entradas Depois de programado pode funcionar autonomamente ou ligado a um sistema externo (PC) alimentação saídas Ambiente de desenvolvimento: tipo C, gratuito, muitas bibliotecas existentes: Ethernet, LCD, DateTime, KIT disponível no LTC Arduino Physical Computing Kit (INMOTION) IDE: (Arduino 1.0.2)

211 Conversão A/D e D/A A/D : Analógico Digital D/A :Digital Analógico

212 Sinais analógicos vs sinais digitais 10 Temperatura ºC 10 Temperatura ºC sinal analógico: a representação das grandezas faz-se de forma contínua, podendo assumir uma infinidade de valores por exemplo, a coluna de mercúrio do termómetro pode ocupar qualquer posição ao longo da escala. sinal digital: a representação das grandezas faz-se de forma discreta (por saltos), podendo assumir apenas assumir um número finito de valores discretos por exemplo, nos termómetros a temperatura é habitualmente indicada apenas até ao décimo de grau Celsius [ex. a temperatura pode passar de 28.3ºC para 28.4ºC, não sendo mostrados valores intermédios]

213 Conversão A/D A maioria das grandezas físicas com as quais lidamos são analógicas por natureza (ex. Tª) Valores analógicos não podem ser directamente processados por sistemas digitais Precisam ser convertidos em conjuntos de bits : conversão A/D ( Analógica Digital )

214 sinal original Conversão A/D sinal amostrado converte um sinal analógico para um sinal numérico (digital)