O COMPUTADOR. Tecnologia em Redes de Computadores Lógica de Programação Prof. Kleber Rezende

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1 O COMPUTADOR Tecnologia em Redes de Computadores Lógica de Programação Prof. Kleber Rezende

2 O COMPUTADOR - Sumário 2.1 Modalidades de Computadores 2.2 Componentes Básicos do Computador O Hardware - A Memória do Computador - Unidades de Entrada e Saída - A Unidade Central de Processamento O Software - Aplicações do Software - Ciclo de Vida do Software - Programação e Níveis de Linguagem 2

3 2.1 MODALIDADES DE COMPUTADORES Quanto à características de Operação: ANALÓGICOS e DIGITAIS Quanto à características de Utilização: CIENTÍFICOS E COMERCIAIS Quanto à características de Construção: GERAÇÃO 1 a, 2 a, 3 a e 4 a 5

4 6 2.1 MODALIDADES DE COMPUTADORES ANALÓGICOS: Quanto à características representam de Operação: variáveis por meio de analogias físicas ANALÓGICOS e DIGITAIS Lord Kelvin (1872) computador analógico Quanto à características de grandede porte Utilização: CIENTÍFICOS e Previa COMERCIAIS a altura das marés nos portos ingleses Construído Quanto à características com de pesos Construção: e polias 1 a, 2 a, 3 a e que 4 a simulavam GERAÇÃO os efeitos do sol, da lua e dos ventos nas marés Os resultados eram mostrados em gráficos

5 2.1 MODALIDADES DE COMPUTADORES Quanto à características de Operação: DIGITAIS: capazes de executar sequências de ANALÓGICOS operações aritméticas e DIGITAIS (soma, subtração, multiplicação e divisão) e operações lógicas Quanto à características de Utilização: CIENTÍFICOS e (comparações) através de pulsações elétricas COMERCIAIS que representam os dígitos 0 (ausência de corrente) e 1 (presença de corrente) Quanto à características de Construção: GERAÇÃO 1 a, 2 a, 3 a e 4 a 7

6 2.1 MODALIDADES DE COMPUTADORES Quanto à características de Operação: ANALÓGICOS e DIGITAIS CIENTÍFICOS: dirigido a emprego em áreas de Quanto cálculos à características e pesquisas de Utilização: científicas, CIENTÍFICOS onde são e requeridos COMERCIAIS resultados de maior precisão Quanto à características de Construção: GERAÇÃO 1 a, 2 a, 3 a e 4 a 8

7 2.1 MODALIDADES DE COMPUTADORES Quanto à características de Operação: ANALÓGICOS e DIGITAIS COMERCIAIS: caracterizam-se por permitirem o trato rápido e seguro de Quanto à características de Utilização: CIENTÍFICOS e problemas COMERCIAIS que comportam grande volume de entrada e saída de dados Quanto à características de Construção: GERAÇÃO 1 a, 2 a, 3 a e 4 a 9

8 2.1 MODALIDADES DE COMPUTADORES Quanto à características de Operação: ANALÓGICOS e DIGITAIS Quanto à características de Utilização: CIENTÍFICOS e COMERCIAIS Quanto à características de Construção: 1 a GERAÇÃO: circuitos eletrônicos a válvulas, GERAÇÃOoperações internas em milissegundos 1 a, 2 a, 3 a e 4 a 10

9 2.1 MODALIDADES DE COMPUTADORES Quanto à características de Operação: VÁLVULA: Dispositivo que conduz a corrente ANALÓGICOS e DIGITAIS elétrica num só sentido Quanto à características de Utilização: CIENTÍFICOS e MILISSEGUNDO: 10-3 segundos COMERCIAIS Quanto à características de Construção: 1 a GERAÇÃO: circuitos eletrônicos a válvulas, GERAÇÃOoperações internas em milissegundos 1 a, 2 a, 3 a e 4 a Fonte: 11

10 2.1 MODALIDADES DE COMPUTADORES ENIAC cerca de 18 mil válvulas e 300 km de fios 12 Fonte:

11 2.1 MODALIDADES DE COMPUTADORES Quanto à características de Operação: ANALÓGICOS e DIGITAIS Quanto à características de Utilização: CIENTÍFICOS e COMERCIAIS Quanto à características de Construção: 1 a, 2 a, 3 a e 4 a 2 a GERAÇÃO: GERAÇÃO circuitos eletrônicos transistorizados, operações internas em microssegundos 13

12 2.1 MODALIDADES DE COMPUTADORES TRANSISTOR:Amplificador de cristal, Quanto à características de Operação: inventado nos EUA, em 1948, para ANALÓGICOS substituir e a DIGITAIS válvula (prêmio Nobel de 1956) Quanto à características de Utilização: CIENTÍFICOS e MICROSSEGUNDO: 10-6 segundos COMERCIAIS 14 Quanto à características de Construção: 1 a, 2 a, 3 a e 4 a 2 a GERAÇÃO: GERAÇÃO circuitos eletrônicos transistorizados, operações internas em microssegundos Fonte:

13 2.1 MODALIDADES DE COMPUTADORES Quanto à características de Operação: ANALÓGICOS e DIGITAIS Quanto à características de Utilização: CIENTÍFICOS e COMERCIAIS Quanto à características de Construção: 1 a, 2 a, 3 a e 4 a GERAÇÃO 3 a GERAÇÃO:circuitos integrados (SSI e MSI), operações internas em nanossegundos 15

14 Kleber Rezende 16 CIRCUITO 2.1 MODALIDADES INTEGRADO: DE COMPUTADORES Circuito eletrônico Quanto constituído à características de de Operação: elevado número de componentes arrumados em um chip (uma ANALÓGICOS e DIGITAIS pastilha de semicondutor) de poucos Quanto centímetros à características ou milímetros de Utilização: CIENTÍFICOS quadradose COMERCIAIS SSI -integração em pequena escala - menos de 10 elementos por chip Quanto à características de Construção: 1 a, 2 a, 3 a e 4 a MSIGERAÇÃO - integração em média escala - 10 a a GERAÇÃO:circuitos integrados (SSI e MSI), elementos operações porinternas chip em nanosegundos NANOSSEGUNDO: 10-9 segundos

15 2.1 MODALIDADES DE COMPUTADORES Quanto à características de Operação: ANALÓGICOS e DIGITAIS Quanto à características de Utilização: CIENTÍFICOS e COMERCIAIS 4 a Quanto GERAÇÃO: à características tecnologia de Construção: de 1 a, firmware, 2 a, 3 a e 4 a integração em escalas superiores (LSI,VLSI, GERAÇÃO SCSI, ULSI), operações internas em picossegundos 17

16 Kleber Rezende 2.1 MODALIDADES DE COMPUTADORES FIRMWARE: Programa (ou software de modo geral) armazenado em chip 18 Quanto à características de Operação: LSI -integração ANALÓGICOS e em DIGITAIS grande escala a 500 elementos por chip Quanto à características de Utilização: CIENTÍFICOS e VLSI - integração em muito grande escala a COMERCIAIS elementos por chip SCSI 4 a Quanto -GERAÇÃO: integração à características emtecnologia de Construção: super grande 1 a, firmware, 2 a escala, 3 a e 4 a - integração a em escalas elementos superiores por chip (LSI,VLSI, GERAÇÃO ULSI SCSI, - integração ULSI), emoperações ultra grandeinternas escala - mais em picossegundos de elementos por chip PICOSSEGUNDO: segundos

17 2.2 Componentes Básicos do Computador O HARDWARE: O equipamento propriamente dito. Inclui: periféricos de entrada e saída; a máquina e seus elementos físicos: carcaças, placas, fios, componentes em geral O SOFTWARE: Constituído pelos programas que permitem atender às necessidades do usuário 19

18 2.2.1 O HARDWARE UNIDADES FUNCIONAIS BÁSICAS MEMÓRIA MEMÓRIA AUXILIAR MEMÓRIA PRINCIPAL UNIDADE DE ENTRADA UNIDADE DE CONTROLE UNIDADE LÓGICA E ARITMÉTICA UNIDADE DE SAÍDA 20 CPU

19 A MEMÓRIA DO COMPUTADOR UNIDADES FUNCIONAIS BÁSICAS MEMÓRIA MEMÓRIA AUXILIAR MEMÓRIA PRINCIPAL UNIDADE DE ENTRADA UNIDADE DE CONTROLE UNIDADE LÓGICA E ARITMÉTICA UNIDADE DE SAÍDA 21 CPU

20 A MEMÓRIA DO COMPUTADOR A memória do computador é dividida em unidades pequenas e de mesmo tamanho, chamadas PALAVRAS, sendo que cada uma tem um único endereço. Os endereços são permanentes (vêm da fábrica) e não podem ser modificados pelo programador PALAVRA PALAVRA endereço PALAVRA PALAVRA 22 endereço 08 12

21 A MEMÓRIA DO COMPUTADOR A PALAVRA é formada por um grupo de 2, 4, 6 e até 8 BYTES (depende do modelo de computador). Exemplo: Palavra de 4 bytes endereço endereço PALAVRA PALAVRA byte byte byte byte byte byte byte byte

22 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 24

23 A MEMÓRIA DO COMPUTADOR 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 25

24 A MEMÓRIA DO COMPUTADOR Armazenamento de Informações NÃO NUMÉRICAS É feita através de um esquema de codificação. Dois métodos de codificação são os mais populares na indústria de computadores: código EBCDIC (de 8 bits) - Extended Binary Coded Decimal Interchange Code código ASCII (de 7 bits) Information Interchange - American Standard Code for 27

25 A MEMÓRIA DO COMPUTADOR Código ASCII - (7 bits) 28 Fonte:

26 A MEMÓRIA DO COMPUTADOR Código ASCII Extendido (8 bits) 29 Fonte:

27 Kleber Rezende A MEMÓRIA DO COMPUTADOR Código ASCII (7 bits) Cada byte armazena um caractere: algarismo, letra, símbolo ou caractere de controle. CARACTERE ZONA PARTE NUMÉRICA A a P BYTE decimal

28 A MEMÓRIA DO COMPUTADOR Código ASCII (7 bits) Possibilidade de 2 7 representações diversas (128 caracteres) - alfabeto inglês em letras minúsculas e maiúsculas (52) - caracteres decimais numéricos (10) - caracteres especiais e de operação (33) - caracteres de controle (33) 31

29 A MEMÓRIA DO COMPUTADOR Armazenamento de Informações NUMÉRICAS A representação de grandezas numéricas está fundamentalmente ligada à arquitetura do computador e aos tipos de dados de cada linguagem. Linguagens voltadas para a área científica caracterizam-se por terem tipos de dados que possibilitam cálculos mais complexos. 32

30 A MEMÓRIA DO COMPUTADOR Armazenamento de Informações NUMÉRICAS Exemplo Linguagens Pascal e ANSI C Utiliza 2 bytes (16 bits) para armazenar um valor decimal inteiro (tipos short int em ANSI C e integer em Pascal). 1 bit é utilizado para o sinal (0 positivo e 1 negativo) e 15 bits para o módulo do número) Qual o maior valor do tipo short int que a linguagem ANSI C aceita?

31 A MEMÓRIA DO COMPUTADOR Armazenamento de Informações NUMÉRICAS PASCAL Exemplo Linguagens Pascal e ANSI C Utiliza 2 bytes (16 bits) para armazenar um valor decimal inteiro (tipos short int em ANSI C e integer em Pascal) bit é utilizado para o sinal (0 positivo e 1 negativo) e 15 bits para o módulo do número) x x x x x 2 0 = Qual o maior valor do tipo short int que a linguagem ANSI C aceita?

32 A MEMÓRIA DO COMPUTADOR Tabela: Todos os Tipos de dados definidos pelo Padrão ANSI C, seus tamanhos em bytes e suas faixa de valores Tipo Tamanho em Bytes Faixa Mínima char a 127 unsigned char 1 0 a 255 signed char a 127 int a unsigned int 4 0 a signed int a short int a

33 A MEMÓRIA DO COMPUTADOR Tabela: Todos os Tipos de dados definidos pelo Padrão ANSI C, seus tamanhos em bytes e suas faixa de valores unsigned short int 2 0 a signed short int a long int a signed long int a unsigned long int 4 0 a float 4 Seis digitos de precisão double 8 Dez digitos de precisão long double 10 Dez digitos de precisão

34 A MEMÓRIA DO COMPUTADOR UNIDADES FUNCIONAIS BÁSICAS MEMÓRIA MEMÓRIA AUXILIAR MEMÓRIA PRINCIPAL UNIDADE DE ENTRADA UNIDADE DE CONTROLE UNIDADE LÓGICA E ARITMÉTICA UNIDADE DE SAÍDA 37 CPU

35 A MEMÓRIA DO COMPUTADOR A memória é dividida em camadas: memória cache memória principal memória auxiliar 38

36 A MEMÓRIA DO COMPUTADOR A memória é dividida em camadas: MEMÓRIA CACHE memória cache a camada mais próxima do processador memória principal funcionamento muito rápido memória auxiliar alto custo pequena, devido ao custo 39

37 A MEMÓRIA DO COMPUTADOR A memória MEMÓRIA é dividida PRINCIPAL em camadas: dados que não cabem na memória cache residem memória principal na memória principal memória cache mais lenta memória auxiliar maior que a cache custo inferior a cache 40

38 Kleber Rezende 42 A MEMÓRIA DO COMPUTADOR MEMÓRIA AUXILIAR A memória armazenam é dividida os em dados camadas: que não cabem na memória principal memória cache podem reter grande quantidade de dados os memória dados principal não são perdidos quando o computador é memória desligado auxiliar os dados e programas devem primeiro ser transferidos para a memória principal antes de serem processados Existem dois tipos de disco: DISCOS MAGNÉTICOS: Hard Disk, Disquetes DISCOS ÓPTICOS: CD-ROM, DVD, Blu-Ray FLASH: Cartões de memória, Pen Drives, Unidades SSD

39 A MEMÓRIA DO COMPUTADOR Memória Auxiliar 43

40 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 44

41 A MEMÓRIA DO COMPUTADOR O PORTE do computador depende de: componentes (essência da memória e do processador) Kbyte = 1024 (2 arquitetura, 10 ) bytes periféricos e software básico. O tamanho da memória principal é um dos indicadores do porte do computador megabyte(mbyte ou MB) ~= 10 6 bytes Unidade de medida: byte UNIDADES DE MEDIDA kilobyte (Kbyte ou KB) ~= 10 3 bytes gigabyte(gbyte ou GB) ~= 10 9 bytes terabyte(tbyte ou TB) ~= bytes 45

42 UNIDADES DE ENTRADA E SAÍDA UNIDADES FUNCIONAIS BÁSICAS MEMÓRIA MEMÓRIA AUXILIAR MEMÓRIA PRINCIPAL UNIDADE DE ENTRADA 46 UNIDADE DE CONTROLE UNIDADE LÓGICA E ARITMÉTICA CPU UNIDADE DE SAÍDA

43 47 UNIDADES DE ENTRADA E SAÍDA MONITOR DE VÍDEO TECLADO IMPRESSORA UNIDADE DE DISCO MAGNÉTICO FLEXÍVEL UNIDADE DE DISCO ÓPTICO LEITORA DE CÓDIGO DE BARRAS TELA SENSÍVEL AO TOQUE MOUSE TRACKBALL ou BALLPOINT SCANNER ou DIGITALIZADOR PLOTTER

44 UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO MEMÓRIA MEMÓRIA AUXILIAR MEMÓRIA PRINCIPAL UNIDADES FUNCIONAIS BÁSICAS UNIDADE DE ENTRADA 48 UNIDADE DE CONTROLE UNIDADE LÓGICA E ARITMÉTICA CPU UNIDADE DE SAÍDA

45 UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO Na CPU são executadas 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 49

46 2.2.1 O HARDWARE UNIDADES FUNCIONAIS BÁSICAS MEMÓRIA MEMÓRIA AUXILIAR MEMÓRIA PRINCIPAL UNIDADE DE ENTRADA UNIDADE DE CONTROLE UNIDADE LÓGICA E ARITMÉTICA UNIDADE DE SAÍDA 50 CPU

47 2.2 Componentes Básicos do Computador O HARDWARE: O equipamento propriamente dito. Inclui: periféricos de entrada e saída; a máquina e seus elementos físicos: carcaças, placas, fios, componentes em geral O SOFTWARE: Constituído pelos programas que permitem atender às necessidades do usuário 51

48 2.2.2 O SOFTWARE Software é o produto que os engenheiros de software projetam e constroem. O Software engloga: PROGRAMAS que quando executados produzem a função e o desempenho desejados DOCUMENTOS que descrevem a operação e o uso dos programas ESTRUTURAS DE DADOS que possibilitam que os programas manipulem adequadamente a informação 52

49 ENGENHARIA DE SOFTWARE: VISÃO GENÉRICA Independentemente da área de aplicação, tamanho ou complexidade do projeto, o trabalho associado com a engenharia de software pode ser categorizado em 3 fases genéricas: fase de definição fase de desenvolvimento fase de manutenção complementadas por atividades de apoio 56

50 CICLO DE VIDA DO SOFTWARE DEFINIÇÃO O QUE DESENVOLVIMENTO COMO MANUTENÇÃO ALTERAÇÕES 57

51 Etapas da Construção de Programas DEFINIÇÃO (o que) DESENVOLVIMENTO (como) Definição do Problema Projetar a Solução (ALGORITMO) Codificar a Solução Codificar a Solução (Programar em Linguagem de Computador) de Computador) Testar o Programa Revisões Documentação (Programar em Linguagem 59

52 Programação e Níveis de Linguagem MEMÓRIA Programa Fonte escrito em Linguagem de Alto ou Baixo Nível MEMÓRIA PRINCIPAL Programa Fonte escrito em Linguagem de Máquina 60 CPU

53 Programação e Níveis de Linguagem MEMÓRIA Programa Fonte escrito em LINGUAGEM Linguagem DE MÁQUINAMEMÓRIA PRINCIPAL de Alto ou - Uma Baixo CPU Nível 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. Programa Fonte escrito em Linguagem Exemplo: Cada instrução é constituída de Máquina de 2 partes: código da operação operando CPU

54 Programação e Níveis de Linguagem LINGUAGEM DE BAIXO NÍVEL MEMÓRIA São linguagens de programação nas quais os programas são escritos Programa em uma Fonte notação que está próxima da linguagem de escrito máquina em Linguagem de Exemplo: Alto ou Baixo Nível código da operação operando significado LD A load A MPI 5 multiplica 5 Programa Fonte escrito em Linguagem de Máquina MEMÓRIA PRINCIPAL 62 CPU

55 Programação e Níveis de Linguagem LINGUAGEM DEALTO NÍVEL (OU DE COMPILADORES) MEMÓRIA São linguagens de programação nas quais se pode escrever programas Programa emfonte uma notação próxima à maneira natural de escrito expressar em olinguagem problema que se deseja resolver MEMÓRIA PRINCIPAL de Exemplo: Alto ou Baixo Nível RESULT = D-((A+B)/C) Aplicações Científicas : FORTRAN, ALGOL, BASIC, APL, LISP, Programa PASCAL, Fonte ADA, C, PROLOG, PLI escrito em Linguagem de Máquina Aplicações Comerciais: COBOL, RPG, PLI 63 CPU

56 Programação e Níveis de Linguagem COMPILADOR Programa utilizado pelo computador MEMÓRIA para traduzir os comandos simbólicos de uma linguagem de MEMÓRIA alto nível, PRINCIPAL para linguagem de Programa máquina. Fonte escrito em Linguagem COMPILADOR/MONTADOR de Alto ou MONTADOR Baixo Nível Programa utilizado pelo computador para traduzir os comandos simbólicos de uma linguagem de baixo nível, para linguagem de máquina Programa Fonte COMPILADOR INTERPRETADOR escrito em Linguagem Lê ee executa uma declaração do programa de Máquina por vez. Nenhuma MONTADOR fase intermediária de compilação é necessária. A execução do programa interpretado requer que o interpretador da linguagem esteja sendo executado no computador. 64 CPU

57 O COMPUTADOR - Sumário 2.1 Modalidades de Computadores 2.2 Componentes Básicos do Computador O Hardware - A Memória do Computador - Unidades de Entrada e Saída - A Unidade Central de Processamento O Software - Aplicações do Software - Ciclo de Vida do Software - Programação e Níveis de Linguagem 65

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