Introdução aos Computadores

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1 Os Computadores revolucionaram as formas de processamento de Informação pela sua capacidade de tratar grandes quantidades de dados em curto espaço de tempo. Nos anos os computadores eram máquinas de grandes dimensões - mainframes - exigindo ambientes condicionados, operados por pessoal altamente especializado e onde as aplicações eram geralmente executadas em lotes e não de forma interactiva. Nos anos surgiram os computadores pessoais que são máquinas de pequeno porte físico, normalmente operados pelo utilizador e onde a maioria das aplicações são interactivas. Actualmente a tendência é para a formação de redes de computadores como a Internet ou as Intranets e as aplicações são muitas vezes distribuídas e os recursos existentes compartilhados. Computador é uma máquina programável constituída por unidade(s) de processamento, memória e sistemas de entrada e saída de dados. Um computador deverá poder efectuar, de modo independente, muitas (e complexas) operações aritméticas e lógicas. 1

2 Elementos fundamentais de uma arquitectura convencional MC UCP I/O MM UCP - Unidade Central de Processamento. MC - Memória Central; MM - Memória de Massa; I/O - Dispositivos de input/output UAL UCP UC Registos Unidade Central de Processamento Responsável por interpretar e executar as instruções recebidas e é composta por: UAL, UC e Registos. A UAL - Unidade Aritmética e Lógica - é responsável por realizar as operações com dados como, por exemplo, somas, comparações... A UC - Unidade de Controle - faz a supervisão geral da UCP e coordena a transmissão de dados para fora e para dentro da UCP. Os Registos são dispositivos de armazenamento com velocidades de acesso muito rápido e que servem para armazenar temporariamente os dados que estão sendo processados na UCP. 2

3 Para executar uma instrução de um programa armazenado na memória a UC transfere, para um dos registos, a instrução a ser executada, identifica qual a operação a ser realizada e emite os sinais de controle e de sincronismo necessários à sua execução. Se a instrução necessitar de operações aritméticas ou lógicas a UAL realiza essas operações, sob o controle da UC. As instruções que uma UCP é capaz de processar são muito mais simples que as instruções das linguagens de programação usuais e cada UCP possui um conjunto pré-definido de instruções que é capaz de processar. A medida mais comum da velocidade de processamento de uma UCP é dada em MIPS (milhões de instruções por segundo). A UC tem um relógio interno (clock) que gera pulsos para sincronizar as operações. A frequência do relógio condiciona a velocidade de processamento da UCP e é medida em MHz (Megahertz). Ex: Pentium IV a 1500MHz. Dentro da mesma família de UCP quanto maior for a frequência de relógio mais rápido será o processamento, mas, se as famílias forem diferentes, essa comparação não é válida, pois outros aspectos condicionam também a velocidade de processamento! 3

4 MC Memória Central Responsável por armazenar dados e instruções que serão processadas pela UCP. É geralmente conhecida por memória RAM (Random Access Memory) pois o acesso às células de memória é independente da sua posição física e é feito através de um endereço. célula de memória: nome (endereço) conteúdo Este tipo de memória tem uma velocidade de acesso maior que a da memória de massa mas é volátil, isto é, perde o conteúdo na ausência de energia. Existem ainda outros tipos de memória: ROM (Read Only Memory) - usada para armazenar informações iniciais básicas, necessárias ao arranque do computador (boot). Não é volátil e só permite operações de leitura. Cache - memória com velocidades de acesso maiores que a MC e que é usada para armazenar dados e instruções que vão ser processados pela UCP, aumentando o desempenho do sistema. É também volátil. 4

5 MM Memória de Massa Devido à volatilidade da RAM é indispensável utilizar mecanismos de armazenamento que garantam a persistência dos dados tais como: discos rígidos; disquetes; CD-ROM Estas unidades têm velocidades de acesso menores que a MC e o seu custo é muito menor. Medida da capacidade de memória A capacidade de memória é medida em bytes. Um byte tem 8 bits que é a menor unidade de processamento. Um bit pode ter apenas dois valores 0 ou 1. Definindo um código, as diferentes combinações de bits permitem representar caracteres. Assim um byte, usando o código ASCII, permite armazenar um caractere. Exemplo: A =

6 I/O Dispositivos de Entrada e Saída São responsáveis pela comunicação entre o computador e o utilizador ou com outros sistemas. Os dispositivos de entrada recebem dados e instruções para processamento. São exemplos: o teclado, o rato, as mesas digitalizadoras, os scanners... Os dispositivos de saída exibem os resultados do processamento. São exemplos: as impressoras, os traçadores... A necessidade de lidar com a gestão dos diversos subsistemas contidos num computador - discos, memória central, UCP, periféricos de escrita e de leitura, sistemas de comunicação, etc., - conduz à necessidade de um sistema de exploração. Para poder realizar as tarefas de processamento pretendidas é necessário dispor de linguagens específicas para programar computadores. 6

7 Assim um Sistema Computacional pode ser entendido como um conjunto composto por:? Hardware -Os componentes físicos de um computador e os periféricos a ele ligados.? Software - Os programas que controlam o hardware e realizam as tarefas de processamento pretendidas? Humanware - Os recursos humanos necessários ao funcionamento do sistema tais como programadores, analistas de suporte ou de sistemas, gestores de redes... Software - podemos distinguir duas classes: Software básico = Sistemas de exploração e Operadores de linguagens de programação. Aplicações = Editores de texto, folhas de cálculo ou quaisquer outros programas de computador que permitam realizar uma dada tarefa. 7

8 Sistemas de exploração (sistemas operativos ou sistemas operacionais) - são programas que controlam os computadores e coordenam os diversos componentes de hardware do sistema computacional. São exemplos: MS-DOS, Windows NT, UNIX e Linux Os sistemas de exploração possuem uma linguagem de controle que permite a comunicação com os utilizadores. Para interpretar esses comandos existe um interpretador (shell) que reconhece a linha de comando, verifica a sua sintaxe, envia mensagens de erro e faz chamadas a rotinas do sistema. Para facilitar a comunicação, estas linguagens evoluíram de forma a permitir uma interacção mais amigável utilizando interfaces gráficas (janelas e ícones). Kernel shells utilizador 8

9 Operadores de linguagens de programação - são programas cuja função é traduzir para linguagem máquina outros programas escritos numa linguagem de programação. São exemplos: Compiladores e interpretadores de linguagens de programação Assim, as aplicações podem ser desenvolvidas numa linguagem de programação à escolha e depois serem executadas num dado sistema computacional desde que se disponha dos operadores necessários. Conceitos a saber: Computador, Sistema Computacional, Hardware, Software, Sistema de exploração, Bit, Byte. 9