Organização de Computadores. Conceitos básicos Processamento de dados Conceito de Sistema Sistema computacional

Transcrição

1 Organização de Computadores Capítulo 2 Conceitos básicos Processamento de dados Conceito de Sistema Sistema computacional Material de apoio

2 2 Esclarecimentos Esse material é de apoio para as aulas da disciplina e não substitui a leitura da bibliografia básica. Os professores da disciplina irão focar alguns dos tópicos da bibliografia assim como poderão adicionar alguns detalhes não presentes na bibliografia, com base em suas experiências profissionais. O conteúdo de slides com o título Comentário seguido de um texto, se refere a comentários adicionais ao slide cujo texto indica e tem por objetivo incluir alguma informação adicional aos conteúdo do slide correspondente Bibliografia básica: MONTEIRO, Mário A.. Introdução à organização de computadores. 5.ed. Rio de Janeiro: LTC, PATTERSON, A.D.E.; HENNESSY, L.J.. Organização e projetos de computadores: a interface hardware/software. São Paulo: Campus, STALLINGS, William. Arquitetura e organização de computadores : projeto para o desempenho. São Paulo: Pearson Education, TANENBAUM, Andrew S. Organização estruturada de computadores. 5ª ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2009.

3 3 Conceito de Sistema - Processamento de dados Organização de computadores Implementação da máquina Aspectos relativos aos componentes físicos específicos (memória, frequência do relógio, sinais de controle, etc.) Arquitetura de Computadores Tem impacto na elaboração dos programas Conjunto de instruções do processador, tamanho da palavra, tipo e tamanho dos dados manipulados, etc. Família de computadores => x86 da Intel 80386, 80486, Pentium, Pentium Pro, Pentium II, Pentium III, Pentium IV Usuário troca de computador sem precisar alterar seus programas, pois toda a família emprega a mesma arquitetura. No entanto, cada processador tem uma organização diferente Afeta o desempenho

4 4 Conceito de Sistema - Processamento de dados A ERA DA INFORMAÇÃO Muitos especialistas definem a época em que vivemos como a Era da Informação. Hoje temos acesso a uma quantidade de informação muito maior e muito mais rápido do que conseguimos tratar e armazenar. O conceito de informação está presente sempre que um sinal é transmitido de um ponto a outro, podendo ser representado por palavras, desenhos em um quadro, música, sons, etc. As informações podem ainda ser armazenadas e reproduzidas, tais como em livros, discos, fotografias, e também na memória do ser humano. Alguns agentes que contribuíram de forma expressiva e crescente para hoje estarmos sujeitos a esse volume de informações são o advento da escrita, a invenção da imprensa e o desenvolvimento das telecomunicações, que difundem informação de forma quase instantânea por todo o planeta.

5 5 Conceito de Sistema - Processamento de dados Dado e Informação podem ser tratados como sinônimos ou ainda como termos distintos. Na linguagem comum são normalmente utilizados para representar o mesmo conjunto de conhecimentos. Dados: São uma coleção de fatos, medições e estatísticas, que representam eventos que acontecem no ambiente das empresas. É a matéria prima originalmente obtida de uma ou mais fontes. Informação: São os dados organizados ou processados em uma forma significativa e útil para os seres humanos. São oportunos e precisos. É o resultado do processamento do dado, ou também chamado de dado processado ou acabado, com um significado relevante, pronto para ser utilizado. Conhecimento: É a informação contextual, relevante e acionável. Colocando de forma simples, é a informação em ação.

6 6 Conceito de Sistema - Processamento de dados Representação em forma de diagrama. DADOS Processados INFORMAÇÕES Relevantes e acionáveis CONHECIMENTO Dados relevantes e acionáveis DADO (Entrada) PROCESSAMENTO DE DADOS INFORMAÇÃO (Resultado) Processamento dos dados: consiste em uma série de atividades ordenadamente realizadas, com o objetivo de produzir um arranjo determinado de informações a partir de outras obtidas inicialmente (dados).

7 7 Conceito de Sistema - Processamento de dados O conceito de SISTEMA é amplamente empregado nas mais diversas áreas do conhecimento, permitindo uma série de aplicações. Por definição, um sistema é um conjunto de partes coordenadas que concorrem para a realização de um determinado objetivo. Como exemplo temos o sistema respiratório, um dos responsáveis pela manutenção das funções vitais do corpo humano: composto por uma série de partes (boca, narinas, traqueia, pulmões, brônquios, etc.) atuando em conjunto para a consecução do objetivo de disponibilizar o oxigênio necessário à sobrevivência das células do corpo e excretar o gás carbônico resultante das transformações químicas que ocorrem no seu interior. Podemos usar o mesmo raciocínio para descrever alguns sistemas conhecidos, como sistema de geração e distribuição de energia elétrica, sistema de gestão ambiental, sistema de controle de estoques, sistema de telecomunicações, dentre tantos outros.

8 8 Conceito de Sistema - Processamento de dados Partindo ainda da mesma definição podemos dizer que, tecnicamente: Sistema de Informação é um conjunto de componentes interrelacionados (métodos, processos e equipamentos) que coletam (ou recuperam), processam, armazenam e distribuem informações destinadas a apoiar a tomada de decisão, a coordenação e controle de uma organização. Sistema de Processamento de Dados é o responsável pela coleta, armazenamento, processamento e recuperação, em meio eletrônico, das informações necessárias ao funcionamento do sistema de informação de uma organização. Observe que o sistema de processamento de dados é na verdade um subconjunto do chamado sistema de informação, o qual, além dos recursos necessários ao gerenciamento das informações em meio eletrônico, pode conter uma série de outros componentes, tais como rotinas, procedimentos, normas, estratégias de contingência, etc.

9 9 Sistema computacional - Conceitos básicos Nosso estudo se baseia no uso do computador com ferramenta principal no processamento das informações necessárias às rotinas de qualquer tipo de organização. Podemos caracterizar dois segmentos bastante distintos de estudo, os quais porém, são intimamente relacionados para o resultado final do processamento dos dados de entrada: HARDWARE e SOFTWARE. O termo SOFTWARE vem do inglês, onde soft significa macio, leve, ou a parte mais suave do computador. Compreende os programas, de qualquer tipo e em qualquer linguagem, que são introduzidos na máquina para fazê-la trabalhar, passo a passo, e produzir algum resultado útil. O termo HARDWARE também vem do inglês, onde hard significa duro, ferragem, ou ferramenta. Consiste no conjunto de dispositivos físicos (circuitos eletrônicos e partes eletromecânicas) do computador

10 10 Sistema computacional - Conceitos básicos O termo software abrange uma série de conceitos, dentre os quais destacamos: Algoritmo: é a lógica utilizada para criação de um programa, a qual independe de linguagem de programação. Programa: conjunto de instruções ordenadas com um determinado fim, representando a formalização de um algoritmo em linguagem inteligível pelo computador. Podem ser escritos em linguagem de máquina, ou ainda em linguagens de programação tais como: C++, Cobol, VB, etc. Linguagem de máquina: é a linguagem que o computador entende, cujo "alfabeto" é composto apenas de "1's"e "0's" (linguagem binária). Linguagem de programação: é uma linguagem formal, utilizando termos que se aproximam da linguagem humana, que pode ser traduzida para a linguagem de máquina por meio de programas especiais.

11 11 Sistema computacional - Conceitos básicos Os conceitos relacionados ao software da máquina serão abordados com maior propriedade e profundidade em outras disciplinas do curso, dispensando uma extensão em nossa abordagem. O estudo do hardware do computador, o conhecimento do funcionamento de seus componentes, e da relação entre eles para o adequado desempenho da máquina no processamento das informações constituem, por sua vez, o objetivo principal de nossa disciplina, razão pela qual apresentamos a partir daqui uma visão geral do computador e das partes que o compõem, sendo que o detalhamento de cada uma dessas partes será feito no decorrer dos destas aulas de Organização de Computadores.

12 12 Sistema computacional - Conceitos básicos Principais unidades funcionais do computador MEMÓRIA Principal Auxiliar Dispositivos de ENTRADA PROCESSADOR Dispositivos de SAÍDA

13 13 Sistema computacional - Conceitos básicos PROCESSADOR Constitui a principal unidade do computador, também chamado o cérebro. É o responsável por gerenciar e executar todas as operações do computador, bem como suas interfaces com os demais dispositivos (memórias e dispositivos de entrada e saída) MEMÓRIAS São dispositivos utilizados para o armazenamento de dados e de programas, em que o processador busca as instruções para execução e os dados a serem manipulados, e armazena resultados intermediários e finais da etapa de processamento para posterior utilização. Um computador dispõe de vários tipos de memórias, cada qual com sua finalidade específica.

14 14 Sistema computacional - Conceitos básicos DISPOSITIVOS DE ENTRADA Permitem a interação entre o usuário e a máquina, fazendo com que solicitações e dados externos sejam encaminhados ao computador para execução e processamento. Sua principal função é converter essas solicitações e esses dados para um formato que seja inteligível pelo computador. DISPOSITIVOS DE SAÍDA Permitem a interação entre o usuário e a máquina, possibilitando a exibição ou o armazenamento externo de informações resultantes da etapa de processamento. Sua principal função é converter essas informações resultantes do processamento para um formato que seja inteligível pelo usuário do computador.

15 15 Sistema computacional - Conceitos básicos A PLACA-MÃE Fisicamente os dispositivos conectam entre si por meio de um circuito impresso denominado placa-mãe (ou motherboard ). Este circuito exerce papel fundamental no desempenho da máquina, já que por ele irão trafegar todos os dados e informações necessários ao funcionamento do computador. BARRAMENTOS É o conjunto de condutores elétricos que interligam os diversos componentes internos do computador alojados em um gabinete, sendo a interligação entre eles efetuada por meio de cabos, fios e por meio de trilhas na placa de circuito impresso (placa-mãe). Pelos barramentos trafegam sinais de dados, sinais de controle, e endereços de armazenamento, além da energia elétrica necessária ao funcionamento de todos os circuitos do computador.

16 16 Sistema computacional - Conceitos básicos Os computadores podem ser classificados de acordo com a finalidade a que se destinam e com o seu porte. De acordo com essas características, podemos identificar alguns tipos básicos: Supercomputadores Computadores de grande porte (mainframes) Minicomputadores Servidores Estações de Trabalho (workstations) Microcomputadores (ou computadores pessoais) Desktop Notebook (ou laptop) PDA (Personal Digital Assistants)

17 17 SUPERCOMPUTADORES São máquinas com extremo poder de processamento, possuindo grande capacidade de memória, e com velocidade de operação na ordem de gigaflops (bilhões de operações matemáticas por segundo). Custo muito elevado Projetados para atender a um único propósito Situações que se exige alto desempenho na realização de grandes quantidades de cálculos matemáticos no menor tempo possível Realiza um grupo de tarefas reduzido, em áreas como pesquisas científicas e militares, previsão do tempo, monitoração de atividade sísmica, simulações, modelagem tridimensional

18 18 SUPERCOMPUTADORES SILICON GRAPHICS Columbia (NASA) IBM BlueGene/L Lab. Livermore (EUA) IBM Roadrunner Los Alamos (EUA)

19 19 COMPUTADORES DE GRANDE PORTE (MAINFRAMES) Aplicam-se a atividades com grande volume de dados e que exijam interação com grande número de terminais conectados diretamente ao sistema como por exemplo: Reserva de passagens aéreas Bancos Companhias de seguros Centros de investigação. Têm alto poder de processamento e muita capacidade de memória, sendo utilizados por grandes empresas que necessitam armazenar grande quantidade de informação e ter um acesso rápido a ela. Têm custo bastante elevado, ocupam grande espaço e necessitam de um ambiente especial, incluindo instalações de refrigeração (alguns usam refrigeração a água).

20 20 COMPUTADORES DE GRANDE PORTE (MAINFRAMES) IBM 3090

21 21 MINICOMPUTADORES Foi o resultado de uma redução no tamanho dos computadores de grande porte (mainframes) São máquinas projetadas para atender simultaneamente a demanda por execução de programas de vários usuários, embora a quantidade de usuários e de programas não seja tão grande quanto em computadores de grande porte. Com grande capacidade de processamento e de armazenamento e extensa potencialidade para manipular diversos dispositivos de entrada e saída, são computadores de médio porte adequados a tarefas como o controle de processos industriais e o gerenciamento de sistemas multiusuário. Embora muito utilizados na década de 1970, com o aparecimento e posterior desenvolvimento dos microcomputadores e da tecnologia de redes, os minicomputadores acabaram perdendo terreno para os sistemas baseados no conceito cliente-servidor.

22 22 MINICOMPUTADORES

23 23 SERVIDORES São computadores capazes de prover serviços para outros computadores em uma rede, servindo diversas máquinas ao mesmo tempo, possuindo geralmente processadores poderosos, grande quantidade de memória e discos rígidos de grande capacidade. O advento dos microcomputadores e dos servidores possibilitou às empresas difundirem a utilização do computador entre seus funcionários e setores, descentralizando e agilizando a realização de operações cotidianas em diversos setores de atuação.

24 24 SERVIDORES Há cerca de duas décadas atrás, o conceito de servidor era o daqueles mainframes que ocupavam um grande espaço físico, necessitando em muitos casos de um sistema de refrigeração dedicado. Com a chegada de micros mais robustos e a popularização dos PCs, demandando menos investimento, maior flexibilidade e diversidade de recursos, muitas empresas fizeram downsizing (substituir os mainframes e também os minicomputadores por microcomputadores), trocando o grande e médio porte para a arquitetura cliente/servidor.

25 25 ESTAÇÕES DE TRABALHO (WORKSTATIONS) É essencialmente um microcomputador projetado para realizar tarefas pesadas, em geral na área científica ou industrial, tais como complexas computações matemáticas, projetos com auxílio de computação (CAD), e a composição, manipulação e apresentação de gráficos e imagens de altíssima resolução. São dirigidas para um único usuário, sendo muito utilizados por pessoas ou empresas que necessitam de um computador veloz e capaz de realizar muito trabalho ao mesmo tempo, ou executar um grupo especial de tarefas, como gráficos 3D, projetos complexos de engenharia, ou desenvolvimento de games.

26 26 MICROCOMPUTADORES (COMPUTADORES PESSOAIS) O termo computador pessoal (PC) refere-se a um computador de uso geral destinado ao uso de uma pessoa, ou de um pequeno grupo de pessoas, de uma mesma família, por exemplo. Primeiramente conhecidos como microcomputadores (pois eram computadores completos, mas construídos em escala menor que os grandes equipamentos então usados em muitas empresas), surgiram comercialmente por volta de 1974 e ganharam esse nome justamente devido ao tamanho e à capacidade de processamento, ambos pequenos em relação ao que já existia no mercado. A evolução dos computadores pessoais é a grande responsável pelo sucesso da informática entre as pessoas e empresas.

27 27 MICROCOMPUTADORES (COMPUTADORES PESSOAIS) DESKTOPS Cada vez mais barato e acessível, com uma capacidade de processamento crescente, facilidade de upgrade de hardware e tamanho cada vez menor, é capaz de realizar as principais tarefas rotineiras e algumas mais avançadas, além de permitir interligação em rede, o que possibilita a substituição de computadores de maior porte. É o objeto de nosso estudo.

28 28 MICROCOMPUTADORES (COMPUTADORES PESSOAIS) PORTÁTEIS Os microcomputadores portáteis (alimentados por corrente elétrica ou por bateria) inicialmente ficaram conhecidos como laptops, pois podiam ser usados no colo, e, em seguida, com o surgimento de equipamentos menores, passaram a ser chamados notebooks, pelo formato semelhante a um livro ou caderno. Os laptops ou notebooks integram monitor, teclado, dispositivo de apontamento ou trackball, processador, memória e disco rígido em um gabinete compacto, ligeiramente maior do que um livro de capa dura. Como cabem em uma pasta ou mochila são essenciais para um trabalho de campo, pois podem ser levados a qualquer lugar.

29 29 MICROCOMPUTADORES (COMPUTADORES PESSOAIS) PORTÁTEIS Inicialmente apresentavam desempenho inferior e preços muito superiores aos desktops. Porém, a evolução da capacidade de processamento e armazenamento dos portáteis e a constante redução nos preços os têm tornado bastante acessíveis, embora ainda mais caros que os desktops em configurações equivalentes. Essa mudança de perfil de oferta vem sendo um grande atrativo, sobretudo para estudantes e profissionais liberais, e mesmo como opção aos desktops para usuários domésticos que prezam a mobilidade e a portabilidade.

30 30 MICROCOMPUTADORES (COMPUTADORES PESSOAIS) PORTÁTEIS Mais recentemente surgiram os chamados Netbooks. São equipamentos ainda mais compactos que os notebooks, com telas de de 8 a 11, capacidade de processamento inferior aos notebooks e geralmente sem drives de CD e DVD. Sua aplicação é voltada principalmente para o acesso à Internet em banda larga, e para a execução de programas mais simples como processadores de textos, visualizadores de imagens e reprodutores de mídia (música e vídeo) digital.

31 31 MICROCOMPUTADORES (COMPUTADORES PESSOAIS) PDA s Os chamados Assistentes Pessoais Digitais (PDAs - Personal Digital Assistents), também conhecidos por handhelds ou palmtops, são computadores integrados e compactos que frequentemente usam memória flash em vez de unidade rígida de armazenamento. Esses computadores geralmente não possuem teclados, mas sim uma tela sensível ao toque, tecnologia usada para a entrada de dados. Muitos modelos ainda contam com recursos como Bluetooth, Portas USB e InfraRED (Infravermelho) para comunicação com outros dispositivos e como meios de entrada e saída de dados. Os modelos mais atuais ainda oferecem câmera digital integrada, gravador de voz, e acesso Wi-Fi.

32 32 MICROCOMPUTADORES (COMPUTADORES PESSOAIS) PDA - Personal Digital Assistants Como contrapartida à menor capacidade de processamento e armazenamento de dados, esses equipamentos dispõem de bateria de duração razoável, são geralmente menores do que um livro de bolso, cabem na palma da mão, são muito leves, e realizam quase todas as tarefas de um PC, tais como: Exibição e edição de textos, Manipulação de planilhas eletrônicas, Exibição e gerenciamento de imagens Execução de arquivos de áudio e jogos, Aplicativos específicos de organização pessoal: Agenda de contatos, compromissos, calendário, despesas, anotações, memorandos e calculadora.

33 33 MICROCOMPUTADORES (COMPUTADORES PESSOAIS) PDA - Personal Digital Assistants Atualmente a maioria dos fabricantes tradicionais de PDAs tem investido na fusão de suas funções originais com a função de um aparelho de telefonia celular, dando origem aos chamados smartphones, os quais também podem ser considerados um microcomputador, com a capacidade ampliada para receber e enviar mensagens de voz e texto usando uma rede de telefonia celular.