Programação de Computadores

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1 Programação de Computadores Instituto de Computação UFF Departamento de Ciência da Computação Otton Teixeira da Silveira Filho

2 Conteúdo Resumo de estrutura de computadores Máquina de Turing Arquitetura de Von Newmann Binários Conversão de base 10 para base 2 e vice-versa Uso de binários em computadores

3 Conteúdo Máquina de Turing É uma máquina hipotética capaz de tomar decisões

4 Conteúdo Máquina de Turing Formalmente é descrita como: Uma fita infinita dividida em células, uma adjacente à outra. Cada célula contém um símbolo de algum alfabeto finito. O alfabeto contém um símbolo especial branco e um ou mais símbolos adicionais. As células que ainda não foram escritas estão preenchidas com o símbolo branco. Um cabeçote, que pode ler e escrever símbolos na fita e mover-se para a esquerda e para a direita. Um registrador de estados, que armazena o estado da máquina de Turing. O número de estados diferentes é sempre finito e há um estado especial denominado estado inicial com o qual o registrador de estado é inicializado. Uma tabela de ação que diz à máquina que símbolo escrever, como mover o cabeçote para esquerda e para direita e qual será seu novo estado, dados o símbolo que ele acabou de ler na fita e o estado em que se encontra. Se não houver entrada alguma na tabela para a combinação atual de símbolo e estado então a máquina pára.

5 Conteúdo Máquina de Turing Figurativamente...

6 Conteúdo Máquina de Turing Uma construção

7 Conteúdo Máquina de Turing Nenhuma desta figuras e imagens correspondem à definição da Máquina de Turing. A fita de registro deveria ser infinita Embora seja a fonte de todo conceito forma de computação, outros modelos funcionais e operativos foram desenvolvidos

8 Estrutura de um computador Estrutura de um computador Arquitetura de Von Neumann Unidade Central de Processamento Unidade de Controle Entrada Unidade Lógico-Aritmética Saída Unidade de Memória

9 Estrutura de um computador Entrada e saída podem ser o mesmo dispositivo um pendrive, por exemplo Na Unidade Central de Processamento (em inglês a sigla é CPU): Unidade de Controle que contém o registro de instruções e o contador de programa Unidade Lógico-aritmética que permite executar instruções deste tipo Unidade de Memória onde são armazenados os dados, operações e instruções

10 Estrutura de um computador Na Unidade de Memória dados e instruções só podem ser distinguidos pela organização que as variáveis e instruções tem Hoje a grande maioria dos computadores são digitais e trabalham com o sistema de numeração binário Tal sistema de numeração faz uso da Álgebra booliana que permite fazer operações tanto lógicas quanto aritméticas usando apenas dois símbolos

11 Sistemas de numeração Sistema Binário (Base 2) Neste sistema só são necessários dois símbolos (ou estados) para representar um número Convencionalmente (e de forma abusiva) usam-se os caracteres 0 e 1 para simbolizar estes estados No computador estes zeros e uns são níveis convencionados de voltagem (ou estados da célula de memória) nos circuitos Em discos magnéticos zeros e uns são formas de magnetização diferentes

12 Sistemas de numeração Sistema Binário (Base 2) Neste sistema só são necessários dois símbolos (ou estados) para representar um número 0, 1 No sistema decimal (Base 10) são necessários dez símbolos: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 Apesar de serem grafados de forma idêntica, não confunda os símbolos do sistema binário com os símbolos do sistema decimal

13 Sistemas de numeração Escrevendo números Em decimal, Base = 1 x x x ,32 = 4 x x x x 10-2 Para dar ênfase que estamos trabalhando com Base 10 escreveremos ,32 10

14 Sistemas de numeração Escrevendo números Em binário, Base = 1 x x x ,01 = 1 x x x x 2-2 Para dar ênfase que estamos trabalhando com Base 2 escreveremos ,01 2

15 Sistemas de numeração Mudando de base: Base 2 para Base = 1 x x x 2 0 = 1 x x x 1 = ,01 2 = 1 x x x x 2-2 = 1 x x x ½ + 1 x ¼ = 3,25 10

16 Sistemas de numeração Mudando de base: Base 10 para Base 2 Isto se faz por divisões sucessivas do número em questão por 2 19/2 = 9, sobra 1 9/2 = 4, sobra 1 4/2 = 2, sobra 0 2/2 = 1 sobra = = 1 x x x x x 2 0 =

17 Uso da Base 2 no computador A Base 2 era conveniente nos primeiros computadores pois simplificou sua construção A unidade mínima de informação é chamada de bit Um baite é o conjunto de 8 bits Em inglês os termos são bit e bytes, em francês bit e octet O símbolo de byte é B e o de bit b

18 Sistemas de numeração A Base 2 era conveniente nos computadores pois simplificava as operações Exemplo: Tabuada de soma de dois números na base = = = = 0 e vai um

19 Uma classificação possível As CPUs pode ser classificadas pelo número de bits que elas podem processar ou acessar a cada instante Hoje podemos encontrar facilmente processadores de: 4 bits 8 bits 16 bits 32 bits 64 bits

20 Uso da Base 2 no computador O mais comum é referenciar os bytes por seus múltiplos de 2 10 = 1024 No entanto, vários fabricantes usaram a proximidade do número 1024 do número 1000 para maquiar seus produtos Assim, existem duas apresentações de múltiplos de bytes

21 Uso da Base 2 no computador A não regulamentada e ambígua KB = 1024 B MB = 1024 KB GB = 1024 MB TB = 1024 GB PB = 1024 TB - kilobyte mas pode significar 1000 B - megabyte mas pode significar 1000 KB - gigabyte mas pode significar 1000 MB - terabyte mas pode significar 1000 GB - petabyte mas pode significar 1000 TB

22 Uso da Base 2 no computador E a regulamentada KiB = 1024 B MiB = 1024 KB GiB = 1024 MB TiB = 1024 GB PiB = 1024 TB - kibibyte - mebibyte - gibibyte - tebibyte - pebibyte

23 Uso da Base 2 no computador A diferença pode ser muito significativa nesta era de gigabytes ou gibibytes