Computação e Processamento de Dados CPD INF400

Transcrição

1 Computação e Processamento de Dados CPD INF400 Professor: André Ferreira andre.ferreira@ifba.edu.br Material baseado: Prof.ª Renata Vilas e outros Apresentação Quem vai solicitar aproveitamento de disciplina? Chamadas no início de cada 02 aulas (02 por dia de aula); Importância do desenvolvimento dos algoritmos; Aula: 29/10 (conselho de classe); Sorteio das equipes.. 2/45

2 Ementa Noções Básicas de Computação (Hardware, Software e Sistema operacional). Introdução a Arquitetura de Computadores (Sistemas de Numeração, Arquitetura de Von Neumann). Introdução a Algoritmos. Linguagem de programação Pascal (Entrada e Saída. Operadores Lógicos e Matemáticos. Estruturas de controle. Estruturas de repetição. Vetores) 3/45 Objetivos Ao final do curso, os alunos deverão ser capazes de: Compreender a estrutura básica de um sistema de computação; Desenvolver algoritmos básicos em Pascal conhecendo estruturas de controle, de repetição e operações lógicas/matemáticas. 4/45

3 Avaliações 1ª - Seminário: Trabalho Escrito (3,0) + Apresentação (7,0); 2ª - Algoritmos (Avaliação prática); 3ª - Algoritmos (Avaliação prática). 5/45 Bibliografia Aprendendo a Programar Pascal, Evaristo, Jaime; Lógica de Programação, Forbellone, André Luís e Eberspacher, Henri; Ciência da Computação - Uma visão abrangente, Brookshear, J. Introdução a Informática, Capron, H. L. e Johnson, J. A. 6/45

4 Parte I Introdução Conceitos Básicos 7/45 Conceitos Básicos Dado: Mensagem composta de símbolos, letras ou números; Ex: Temperatura 40 graus; É todo elemento básico de informação que pode ser processado ou produzido pelo computador. Informação: Conjunto de dados significativos e relevantes que descrevem eventos ou entidades; Transmite conhecimento; Significado atribuído aos dados a partir de uma análise: Ex: Temperatura 40 graus e Paciente João; Informação: João está com febre!. 8/45

5 Conceitos Básicos A informática existe para nos servir: reduzir o tempo em que digitamos uma carta, aumentar a certeza de nossos cálculos, diminuir o consumo de energia nessas operações e baratear o preço de produtos e serviços. Daí o seu nome, Informática: Informação Automática: Ciência que estuda o tratamento automático e racional da informação; Ramo do conhecimento que cuida dos conceitos, procedimentos e técnicas referentes ao tratamento de conjunto de dados, objetivando a tomada de decisões. 9/45 Conceitos Básicos Processamento de Dados: Todo ato de realizar, conferir e verificar o processo de transformação de dados, com o objetivo de se obter resultados através de dados iniciais. ENTRADA PROCESSAMENTO SAÍDA Aritmético Lógico 10/45

6 Conceitos Básicos Sistema: Conjunto de partes coordenadas que concorrem para a realização de um determinado objetivo: Ex: Sistema digestivo. Sistema de Processamento de Dados: Especificação da série de etapas para processar os dados: feita pelos humanos. Causa dos erros em computação; O computador executa as ações especificadas literalmente e sem falhas; A especificação da série de etapas para o computador é denominada algoritmo; A implementação de um algoritmo é chamada de programa. 11/45 Conceitos Básicos Computador: Máquina capaz de solucionar problemas através de tarefas que lhe são fornecidas; Tem três partes diferentes que funcionam em conjunto: Hardware; Software; Peopleware. O Computador não pode fazer nada sozinho! 12/45

7 Conceitos Básicos Hardware (Parte Física): Equipamento; Constituída por toda parte física visível do computador; Elementos mais visíveis do hardware: monitor, teclado, gabinete, Elementos menos visíveis do hardware: unidades de disco, placas controladoras, 13/45 Conceitos Básicos Software (Parte Lógica): Elementos lógicos (programas) através dos quais o hardware realiza determinada tarefa; Contribuem para o funcionamento do computador; Tipos: Sistemas Operacionais: Conjunto de programas básicos para o funcionamento do computador. Programas Aplicativos: Programas que manipulam dados. Linguagens de Programação: Transformação dos algoritmos em programas. 14/45

8 Conceitos Básicos Peopleware (Parte Intelectual) Pessoas que utilizam os computadores realizando tarefas necessárias para o funcionamento dos componentes do sistema. Digitador; Operador; Analista; Programador; Técnico de manutenção; Engenheiro em computação; Instrutor de informática. 15/45 A Arquitetura do Computador

9 Arquitetura de computadores Refere-se às características visíveis pelo programador, tais como: Conjunto de instruções; Número de bits de dados; Mecanismos de Entrada (INPUT) / Saída (OUTPUT); Modos de endereçamento; Exemplo: Faz-se necessária uma instrução de subtração? 17/45 Organização de computadores Refere-se a como estas características são implementadas: Detalhes de hardware: Sinais de controle; Interfaces; Tecnologia de memória. Exemplo: Como implementar a instrução de subtração? 18/45

10 Arquitetura x Organização Fabricantes oferecem famílias de modelos, com mesma arquitetura e diferentes organizações: Custo e desempenho diferentes; Compatibilidade de código; Mudança da organização com tecnologia. 19/45 Estrutura e Função Um computador é um sistema hierárquico. Em cada nível, o projetista se preocupa com sua estrutura e sua função; Estrutura: É a forma como os componentes se relacionam. Função: É a operação desempenhada por cada componente nessa estrutura. 20/45

11 Função Funções básicas de um computador são: Processamento de dados; Armazenamento de dados; Movimentação de dados; Controle. 21/45 Estrutura: visão macro Periféricos Computador UCP Memória principal Computador Sistema de comunicação E/S Linhas de comunicação 22/45

12 Estrutura: a UCP UCP E/S Computador Registradores ULA Sistem. Com. Memória UCP Interconexão interna à UCP Unidade de controle 23/45 Estrutura: unidade de controle Unid. de controle ULA UCP Barra int. Regist. Unid. controle Seqüenciamento Registradores e decodificadores Memória de controle 24/45

13 Esquema de um Computador Unidades de Entrada Unidade Central (U.C.P.) Unidades de Saída Teclado Scanner Caneta Ótica Leitora de barra Tela Sensível Mouse Modem Etc. Unid. de Controle Unid. Lógica e Aritmética Monitor Impressora Plotter Modem Etc. Memória Movimento dos dados... 25/45 Arquitetura de um Computador 26/45

14 Arquitetura Básica do Computador M E M Ó R I A Entrada Unidade Central de Processamento (UCP) Saída Envio dos dados para serem processados Obtenção dos resultados requeridos 27/45 Dispositivos de Entrada e Saída M E M Ó R I A Entrada UCP Saída Interação entre o usuário e o computador; Dispositivos que interagem com o ambiente: Dispositivo de Entrada: Encaminha as solicitações/dados do usuário ao computador, através de mouse, teclado, etc. Dispositivo de Saída: Apresenta os resultados finais do processamento, através dos monitores de vídeo, impressoras, etc. 28/45

15 UCP M E M Ó R I A Entrada U C P ULA UC Saída Cérebro do computador; Busca e executa as instruções; Composta de: Unidade de Controle; Unidade Lógica-Aritmética. 29/45 Memória M E M Ó R I A Entrada UCP Saída Armazena programas e dados; Local onde o processador: Busca dados a serem processados; Guarda valores intermediários; Envia resultados finais do processamento. Pequenos pentes / módulos encaixados na placa mãe; A menor unidade de informação armazenável é o BIT; A menor unidade de medida da memória é o BYTE. 30/45

16 Arquitetura do Computador Entrada U C P Unidade Aritmético-Lógica Recebe os dados da memória para processá-los quando uma instrução for aritmética ou lógica Unidade de Controle Determina a execução e interpretação das instruções e controla o fluxo dos dados Memória Principal Memória Secundária Registradores Saída Armazena endereços de instruções e dados que estão sendo processados. Armazena programas e dados que estão sendo processados. Armazena programas que podem ser executados. 31/45 Outros Componentes Básicos do Computador 32/45

17 Outros componentes Placa Mãe; Barramento; Clock; Microprocessador; Tecnologia de Reconhecimento de Instruções do Processador. 33/45 Placa Mãe (Motherboard) Principal placa do computador Acomoda o processador e todos os componentes (memória principal, memória cache, BIOS, portas serial e paralela, etc) que permitem ao processador interagir com os demais periféricos; Gerencia transação de dados entre CPU e periféricos; Componentes On board e Off board; Muitas placas mãe permitem o upgrade: Modificação da velocidade do clock; Tipo de processador... 34/45

18 Barramento Percurso elétrico que conecta UCP, memória e outros dispositivos de hardware da placa-mãe; O barramento é a estrada que permite a comunicação com o processador, que é compartilhada por todos os periféricos conectados a este barramento; Grupo de linhas paralelas. Cada linha trafega 1 bit de cada vez: 8 linhas 1 byte, 32 linhas 4 bytes; Barramento de 32 linhas 4 bytes. Tipos: Endereços, Dados e Expansão (ou Slot). 35/45 Barramento Exemplos de padrões de barramento de expansão: ISA (Industry Standard Architecture); MCA (Microchannel Architecture); EISA (Extended Industry Standard Architecture); VLB (Vesa Local Bus); PCI (Peripheral Component Interconnect); AGP (Accelerated Graphics Port); USB (Universal Serial Bus). 36/45

19 Padrões de Barramento Padrão AGP: Desenvolvido para as placas de vídeo mais modernas (3D) e processadores Pentium II; 2 vezes mais rápido que o PCI; Permite a placa de vídeo acessar diretamente a memória para armazenar texturas sem que os dados passem pelo processador. 37/45 Padrões de Barramento Padrão USB: Novo padrão para a conexão de periféricos externos; Facilidade de uso; Possibilidade de conectar vários periféricos a uma única porta USB; Considerado 1º barramento para micros realmente Plug-and-Play. 38/45

20 Clock Coração do computador Emite pulsos elétricos que se propagam pelo barramento; Movido por um cristal de quartzo localizado na placa mãe: As moléculas deste cristal vibram milhões/bilhões de vezes por segundo, em velocidade constante; As vibrações são usadas para cronometrar operações de processamento e ditar a velocidade de transferência de dados. 39/45 Clock Expresso em termos de freqüência Hertz (Hz): 1 Hz = 1 ciclo por segundo (1 operação realizada a cada ciclo): Exemplo: Computador de 1 GHz emite 1 bilhão de pulsos elétricos por segundo 1 bilhão de operações realizadas por segundo. O processador não possui gerador de clock. Opera multiplicando o sinal recebido da placa mãe. 40/45

21 Microprocessador (UCP) Cérebro de um microcomputador; Sempre está em evolução. Relação do processador e a quantidade de transistores 41/45 Microprocessador (UCP) Relação do tamanho década/processador: do transistor em cada Década de 70: Intel 4004 (1971) 15 mícrons; 8088 (1979) 3 mícrons (do tamanho de um vírus). Década de 80: mícron. Década de 90: Um mícron equivale a 1 milésimo de milímetro, ou a 1 milionésimo de metro Pentium III 0.18 mícron (do tamanho de uma molécula de DNA). Atualmente: Pentium 4 e Athlon 0.13 mícron. 42/45

22 Tecnologia relacionada ao número de instruções de processamento que podem ser reconhecidas CISC (Complex Instruction Set Computing): Conjunto Complexo de Instruções. RISC (Reduced Instruction Set Computing): Conjunto Reduzido de Instruções. 43/45 CISC Reconhece mais de uma centena de instruções; É mais lento na execução das instruções (Quanto > Número de instruções > Tempo); A maioria dos microprocessadores são CISC. 44/45

23 RISC Reconhece um número limitado de instruções que, em contrapartida, são otimizadas para que sejam executadas com mais rapidez; Redução do conjunto de instruções ao mínimo: As instruções não contempladas são executadas como combinações das existentes; Desempenho de 50-75% superior a um CISC. 45/45