Fundamentos de Programação 1
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- Giuliana Bento Castro
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1 Fundamentos de Programação 1 Slides N. 2 B / Prof. SIMÃO Slides elaborados pelo Prof. Robson Linhares Slides elaborados pelo Prof. Robson Linhares Jean Marcelo SIMÃO
2 Fundamentos de Programação I Arquitetura de computadores, hardware e software
3 Tópicos Definições Hardware Arquitetura básica de um computador Software Questões tecnológicas
4 Definições HARDWARE: parte física do computador Segundo Aurélio, componente, ou conjunto de componentes físicos de um computador ou de seus periféricos Conjunto de componentes eletrônicos, circuitos e placas que se comunicam através de sinais elétricos (barramentos) SOFTWARE: parte lógica do computador Conjunto de instruções e dados que é processado pelos circuitos eletrônicos do hardware (componentes físicos) Resumindo: hardware = equipamento, software = programas
5 Definições Exemplos de hardware: Computador pessoal (PC) Computador de mesa, notebook Servidores Mainframes Telefone celular (?) MP3 player (?) PDAs... Exemplos de software Qualquer programa executando em um PC Programas executando em outros dispositivos eletrônicos conhecido como software embarcado
6 Hardware O que é o hardware de um computador? Conjunto de dispositivos eletrônicos interligados segundo uma arquitetura Dispositivos eletrônicos de hardware possuem circuitos eletrônicos processam sinais elétricos Circuitos eletrônicos de hardware são circuitos digitais possuem restrições nas características dos sinais elétricos digitais que recebem/processam/enviam Principal componente de um circuito eletrônico digital é um transistor componente semicondutor inventado em 1947 no Bell Labs
7 Hardware Sinais elétricos digitais são binários assumem somente dois valores possíveis Fisicamente: valores de tensão padronizados, p. ex., 0 V e 5 V Logicamente: considera-se um dos valores igual a 0 e o outro igual a 1 valor de um bit de informação Todos os dados processados por um computador são binários Como representar um dado na forma binária? Utilizando uma base numérica binária Discussão sobre bases numéricas - material
8 Arquitetura básica de um computador Arquitetura se refere às técnicas utilizadas para o projeto de um computador A arquitetura influencia nos seguintes aspectos: Funcionamento do processamento de instruções quais são as instruções, se existe ou não paralelismo, etc. Questões de desempenho O que o programador deve saber para programar aquela máquina A arquitetura mais difundida para computadores pessoais é a IBM-PC proposta pela IBM em 1981
9 Arquitetura básica de um computador Elementos básicos de arquitetura de um computador Microprocessador Memória Disco rígido (hard disk) Chipset Periféricos (E/S) Apoio
10 Microprocessador Também conhecido como CPU (Central processing unit) Termo CPU é anterior a microprocessador e remanescente do tempo em que as operações de processamento poderiam ser executadas por mais do que um circuito integrado Operações básicas: Busca de instrução Execução de instrução Características importantes: Arquitetura das instruções (RISC ou CISC) Freqüência Largura dos dados (internos e barramentos) Unidade de ponto flutuante? Gerenciamento de memória (cache? Virtual?) Paralelismo de execução (pipeline?)
11 Microprocessador Exemplos de processadores X86 arquitetura utilizada nos IBM-PC 8086 micro de 16 bits periféricos integrados memória virtual, modo protegido micro de 32 bits memória cache Pentium pipeline extra, instruções de paralelismo, memória cache maior, etc.... PowerPC arquitetura RISC utilizada nos Macintosh Criada por uma parceria Apple, IBM e Motorola Descende do IBM 801 Utilizada atualmente em consoles de games (XBox 360, Playstation 3, Nintendo WII) ARM arquitetura RISC de uso geral Presente em celulares, sistemas automotivos, sistemas de comunicação, etc.
12 Microprocessador Intel Core 2 Duo Fonte: AMD Athlon 64 Fonte: Intel P8051AH Fonte:
13 Memória RAM (Random Access Memory) Memória de uso geral, para dados e instruções de um programa Volátil, ou seja, perde o seu conteúdo na ausência de energia Maior velocidade, maior densidade (=mais capacidade em menor espaço) Tipos de RAM Estática (SRAM) conteúdo da memória permanece enquanto existe energia menor capacidade, usada por processadores mais simples Dinâmica (DRAM) conteúdo precisa ser refrescado com um sinal elétrico maior capacidade, exige processador compatível
14 Memória ROM (Read Only Memory) Memória somente de leitura Não volátil, ou seja, mantém o seu conteúdo mesmo sem energia Tipicamente mais lentas para escrita do que memória RAM (quando a escrita é possível) Tipicamente menos densas do que memória RAM Vários tipos: ROM gravada de fábrica, não pode ser alterada PROM pode ser gravada uma única vez EPROM apagável (tipicamente com radiação ultravioleta) EEPROM apagável eletricamente. Tecnologia utilizada nas memórias FLASH
15 Memória EPROM Fonte: members.oz .com.au Memórias FLASH Fonte: Pente com SDRAM Fonte:
16 Disco rígido (Hard Disk) Armazenamento magnético Composto por discos de metal recobertos por material magnético e acessados através de cabeças Não volátil Desempenho de acesso inferior ao da memória RAM possui partes móveis, limitações de velocidade são mecânicas Usos no computador: Armazenamento de arquivos Armazenamento do boot inicialização do sistema operacional Área de troca ( swap ) para uso de processadores com suporte a memória virtual
17 Disco rígido Evolução da capacidade de armazenamento: 1957 primeiro disco, 5 megabytes, construído pela IBM com 50 discos de 24 polegadas cada Década de 80 discos da ordem de 10 megabytes, faixa de preço de US$ 2000 Atualmente discos de 160 gigabytes ao alcance do consumidor comum, faixa de preço de US$ 100
18 Disco rígido HD de 200 GB para laptop Fonte: HD IBM 62PC de 1979 Fonte:
19 Chipset Conjunto de circuitos integrados que fornecem suporte ao funcionamento da CPU e dos periféricos Geralmente encontram-se soldados na mesma placa da CPU (placa-mãe ou motherboard) chipset onboard. Exemplos de chipset Controladores de acesso à memória Controladores de vídeo Controladores de barramentos Controladores de rede Controladores de som
20 Chipset Motherboard Intel D101GGC Fonte:
21 Periféricos Dispositivos de entrada e saída de dados do computador permitem a comunicação com o mundo exterior Periféricos mais comuns: Teclado Mouse Som Impressora Display CRT ( tubo ), LCD, etc. Dispositivos de armazenamento removíveis disquete, CD- ROM/RAM, DVD-ROM/RAM, memory stick Outros
22 Periféricos Periféricos normalmente se conectam aos demais componentes do computador (CPU, memórias, chipset) através de interfaces padrões de conexão mecânica, elétrica e lógica Exemplos de interfaces presentes em computadores Interface serial RS-232 Interface paralela Interface USB Interface RGB Barramento PCI Barramento IDE...
23 Apoio Outros componentes importantes do hardware de um computador Fonte de energia Gabinete Dissipadores, coolers
24 Software O que é software para os circuitos digitais de um computador? Software é um conjunto de códigos numéricos que compõem as instruções a serem executadas Semântica (significado) dos códigos depende da arquitetura do processador Códigos numéricos também são dados binários
25 Software Do ponto de vista do usuário software deve expressar o funcionamento de um algoritmo Retomar a idéia de algoritmo características, etc. Software é gerado pelo usuário utilizando-se de ferramentas de programação Retomar a idéia de ferramentas de programação Desenvolver software seguindo técnicas adequadas é tão importante quanto o produto final ( o software) obtido!!
26 Software Em um computador pode-se identificar duas grandes categorias de software: Software de sistema: conjunto de programas que dão suporte ao funcionamento do computador BIOS Sistema operacional Drivers de dispositivos Software aplicativo: programas que permitem ao usuário desempenhar tarefas
27 Software Software aplicativo Aplicativo 1 Aplicativo 2 Aplicativo N Software de sistema Sistema Operacional Drivers BIOS Hardware
28 Software Exemplos de software de sistema Sistema operacional Linux, Windows, Mac OS, Windows CE (PocketPC),... Drivers de dispositivos periféricos em geral Exemplos de software aplicativo Editores de texto Jogos Navegadores de internet Programas de ...
29 Questões tecnológicas Hardware de computador evolui muito rapidamente rumo a desempenho, capacidade de armazenamento e mobilidade Estado da arte para computadores pessoais Arquiteturas de 64 bits Desempenho de processamento da ordem de dezenas de milhares de MIPS Processadores com múltiplos núcleos paralelismo Discos rígidos se aproximando da casa dos terabytes (1024x1024x1024x1024 bytes) Dispositivos removíveis (memórias flash) da ordem de dezenas de gigabytes
30 Questões tecnológicas Redes com velocidades da ordem de centenas de megabits a gigabits Periféricos sem fio WiFi, Bluetooth Limitações de consumo de energia Descentralização do processamento processadores dedicados para áudio, vídeo, etc. Placas de vídeo modernas possuem tanta memória RAM quanto alguns PCs de alguns anos atrás...
31 Questões tecnológicas Software evolui junto com o hardware para aproveitar os recursos disponíveis Exemplo: Windows Vista depende de máquinas de alto desempenho processamento gráfico mais sofisticado Técnicas de desenvolvimento de software evoluem muito rapidamente Metodologias de desenvolvimento Ferramentas CASE Paradigmas de programação...
32 Referências online Arquitetura de computadores II: slides Arquitetura de computadores - Tom s Hardware - Wikipedia
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