Conceitos básicos de hardware, software e peopleware e modelo de Von Neumann

Conceitos básicos de hardware, software e peopleware e modelo de Von Neumann Professor Wagner Gadêa Lorenz wagnerglorenz@gmail.com Disciplina: Curso de Sistemas de Informação Cachoeira do Sul, 10 de Março de 2015.

Conceitos Tecnologia da Informação (TI) Conjunto de recursos tecnológicos e computacionais para geração, armazenamento, comunicação e uso da informação. São seus componentes: hardware, software, sistemas de telecomunicações, sistemas de informações e bancos dados. Abrangem também as tecnologias relativas ao planejamento de informática, ao desenvolvimento de sistemas, ao suporte ao software, aos processos de produção e operação, ao suporte de hardware, etc. Vamos considerar o termo TI como sinônimo de Informática (*). (*) Chama-se genericamente informática ao conjunto das ciências da informação, estando incluídas neste grupo: a ciência da computação, a teoria da informação, o processo de cálculo, a análise numérica, e os métodos teóricos da representação dos conhecimentos e de modelagem dos problemas. 2

Computador Uma máquina que processa dados, orientada por um conjunto de instruções e destinada a produzir resultados completos, com um mínimo de intervenção humana. Entre vários benefícios, podemos citar: Grande velocidade no processamento e disponibilização de informações; Precisão no fornecimento das informações; Próprio para execução de tarefas repetitivas; Propicia a redução de custos em várias atividades; Compartilhamento de dados. 3

Funcionamento Processamento de dados: tratamento sistemático de dados, através de computadores ou de outros dispositivos eletrônicos, com o objetivo de ordenar, classificar ou efetuar quaisquer transformações nos dados, segundo um plano previamente programado, visando à obtenção de um determinado resultado. 4

Funcionamento Dados : Dados na informática, referem-se a tudo aquilo que é fornecido ao computador de forma bruta. Exemplo: Uma letra, um valor numérico. Quando os dados são vistos dentro de um contexto e transmite algum significado, tornam-se informações. 5

Funcionamento Os computadores atuais são dispositivos eletrônicos que, sob direção e controle de um programa, executam quatro operações fundamentais: Entrada (Input) Processamento (Processing) Saída (Output) Armazenamento (Storage) 6

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Funcionamento Entrada: É a atividade de reunir e coletar dados brutos (dados não trabalhados) Processamento: O processamento envolve a conversão e a transformação de dados brutos em dados úteis. Saída: A saída envolve a produção de informação útil, geralmente em forma de documentos e/ou relatórios. 11

Funcionamento Feedback: É a saída utilizada para promover as mudanças na entrada ou nas atividades de processamento. Por exemplo os erros ou problemas podem tornar necessário corrigir dados de entrada ou mesmo modificar um processo. Ou seja o Feedback é usado para conferir e corrigir a entrada e identificar os problemas existentes, e consertar antes que ocorra a saída do processo, é crítico para o sucesso da operação de um sistema. 12

Funcionamento Basicamente, um computador pode ser constituído por 3 elementos básicos: 1 - Microprocessador Intel, AMD. Cada microprocessador possui um conjunto de instruções, que são executadas a uma determinada freqüência entre 1 e 3 GHz (giga hertz). 2 - Memória -Memórias Voláteis tipo RAM - Random Access Memory precisam de energia para manter seu conteúdo (ou seja, só funcionam quando o computador está ligado). -Memórias não voláteis disco rígido ou HD - Hard Disk). 3 - Dispositivos de Entrada e Saída Tornam a interação com o usuário (e/ou outras máquinas) possível, como por exemplo: teclado, mouse, monitor, modem, impressora, etc. Esses componentes se comunicam através de um barramento. 13

De que o computador é formado? O computador ou microcomputador compõe-se de dois elementos indispensáveis: 1. Os Hardwares; 2. Os Softwares. Para que ocorra o processamento de dados são necessários a interação de três elementos básicos: Hardware; Software; Peopleware (Pessoas) 14

De que o computador é formado? 15

Hardware Hardware: componentes físicos de um computador. Ex.: mouse, teclado, monitor, placas-internas, etc. 16

Hardware Hardware - os principais hardware encontrados em um computador podem ser agrupados nas seguintes categorias: Dispositivos de Entrada: mouse, teclado, scanner; CPU: ULA, Registradores, Cache; Memoria principal: RAM, ROM; Dispositivos de Armazenamento: HD, CD-ROM, pendrive; Dispositivos de Saída: monitor, impressora, plotter, 17

Conceitos de Software SOFTWARES: São os programas que fazem funcionar o Hardware. Um programa é um conjunto de instruções que o computador deve executar passo a passo. O computador não funciona sem programas. Os softwares se dividem dependendo de sua aplicabilidade: Sistemas Operacionais, Aplicativos, Controladores. 18

Tipos de Software Software Básico: Entende-se por software básico os programas necessários ao funcionamento do hardware, sendo que estes programas são mais voltados para a máquina do que para o próprio usuário. 19

Software básico Podemos dividir o software básico em categorias, entre elas, a mais importante é o sistema operacional. 20

Software aplicativo Podemos dividir os softwares aplicativos em dois tipos: Aplicativos Gerais e de Uso Específico. Aplicativos de uso específico: São programas criados para atender um caso em particular, onde o cliente especifica o que precisa, que tipo de informações deve manipular, a quem deve atender, etc. Software Campeiro - UFSM 21

Software aplicativo Aplicativos de uso geral: São aplicativos criados que podem ser utilizados por uma vasta gama de atividades e pelos mais diversos setores. Podemos citar como exemplo programas para digitar textos. Qualquer ramo de trabalho, seja indústria, comércio ou serviços podem utilizá-los. 22

Software aplicativo 23

Peopleware Peopleware: usuários e profissionais da área de informática. Programador; Operador; Analista de sistemas; Web-designer; Web-developer; Administrador de redes; Administrador de BD; etc. 24

Sistemas Computacionais Qual é o grande objetivo de um Sistema Computacional? 25

Sistemas Computacionais Qual é o grande objetivo de um Sistema Computacional? Resposta: Realizar o processamento de dados! 26

Sistemas Computacionais Vídeo: Série Bits e Bytes - 02 - Hardware e software 27

Modelo de Von Neumann 28

Modelo de Von Neumann O nome refere-se ao matemático John Von Neumann, que foi considerado o criador dos computadores da forma como são projetados até hoje. Entretanto, outras pessoas também estiverem envolvidas no processo. A idéia do modelo surgiu da necessidade de armazenar programas em um computador, pois, até então, ainda não haviam formas de armazenamento de programas em um computador. Von Neumann e outros pesquisadores descobriram que, utilizando dispositivos de memória em formas de linha de retardo de mercúrio, poderiam armazenar instruções de programas. 29

Modelo de Von Neumann A proposta inicial de um computador de programa armazenado, denominado IAS (Princeton Institute for Advanced Studies), relatada pelo próprio von Neumann era: Primeira Parte Específica Central Arithmetic ou CA: O dispositivo deve realizar as operações elementares da aritmética mais frequentemente, e por este motivo, deve ter unidades especializadas apenas para essas operações; Segunda Parte Específica Control Center ou CC: A sequenciação apropriada das operações pode ser executado, de forma mais eficiente, por um controle central; 30

Modelo de Von Neumann Terceira Parte Específica: Memória ou M: Qualquer dispositivo que tiver que executar longas e complicadas sequências de operações precisa ter uma memória considerável. Recording ou R: deve ser capaz de manter contato de entrada e saída, que são os neurônios correspondentes sensoriais e motores do cérebro humano. Quarta Parte Específica Input I: é necessário ter unidades para transferencia de informações de R para M. Quinta Parte Específica Output O: é necessário ter unidades para transferencia de informações de M para R. 31

Modelo de Von Neumann O modelo de Von Neumann é também chamado de sistemas de von Neumann ou arquitetura de von Neumann e são denominados de computadores com programas armazenados. As características destas máquinas são as seguintes: 3 sistemas de hardware: 1.UCP ou CPU Unidade Central de Processamento que contém: Uma unidade de controle (UC); Uma unidade lógica aritmética (ULA); Vários registradores (memórias internas da CPU); Um contador de programa (PC); 2.Sistema de Memória Principal; 3.Sistema de Entrada/Saída; Capacidade para executar instruções sequencialmente; Possui apenas um caminho de dados entre a UCP e a memória principal (chamado de Gargalo de von Neumann) 32

Modelo de Von Neumann Ciclo de execução de von Neumann: Ciclo de busca-decodificação-execução de instruções, isto é, busca uma instrução, decodifica-a e a executa; Descreve como a máquina (o hardware) trabalha com as instruções que devem ser executadas. A CPU tem como função: Executar programas que estão armazenados na memória principal; Buscar as instruções desses programas; Examinar essas instruções; Executar as instruções uma após a outra (sequencia); A unidade de controle tem como função: Buscar instruções na memória principal; Determinar o tipo dessas instruções; 34

Modelo de Von Neumann A unidade lógica aritmética tem como função: Efetuar operações aritméticas; Efetuar operações booleanas (e, ou, not, etc) Essas operações são necessárias para a execução das instruções dos programas; Registradores da CPU: São memórias de alta velocidade; Armazenam resultados temporários dentro da CPU; São usados para controlar as informações; Cada registrador tem uma função e um tamanho (em bits e/ou bytes); São lidos e escritos em alta velocidade pois são internos à CPU; 35

Modelo de Von Neumann OBS.: a CPU não consegue manter todos os valores manipulados por um programa apenas em registradores, por isso necessita de uma memória para o armazenamento das informações. Mais detalhes serão discutidos à frente. Contador de programa ou Programm Counter: É o registrador mais importante da CPU; Indica a próxima instrução a ser buscada para execução; Registrador de Instrução (IR): Contém a instrução que está sendo executada no momento em questão; Como esses dispositivos eletrônicos conversam? Barramentos! Barramento: é um conjunto de fios paralelos (condutores de energia) que transmistem endereços da memória e dos registradores, dados e também sinais de controle; é por onde transitam os bits. 36

Modelo de Von Neumann Barramentos internos à CPU: quando estão dentro da pastilha da CPU; Barramentos externos à CPU: são aqueles que conectam a memória e os dispositivos de E/S à CPU. Conceitos importantes sobre barramentos: Largura do barramento: é o número de bits que são transportados em uma operação. Exemplo: a largura do barramento do 486 era de 32 bits. Frequência de operação: é a velocidade com que os dados são transmitidos no barramento. Exemplo: o barramento externo do Pentium I operava a 66Mhz. 37

Modelo de Von Neumann Exemplo de execução de uma instrução em máquinas do modelo de von Neumann: A unidade de controle busca a próxima instrução do programa na memória principal; O contador de programa é usado pela unidade de controle para determinar onde a instrução está localizada; A instrução é decodificada para uma linguagem que a unidade lógica aritmética possa entender; Os operandos de dados requeridos para executar a instrução são carregados da memória e colocados em registradores; A unidade lógica aritmética executa a instrução e coloca os resultados em registradores ou na memória. 38

Próxima Aula Hardware: Periféricos de Entrada/Saída. 43

Dúvidas Conteúdo Moodle (http://wagnerglorenz.com.br/moodle/) Dúvidas wagnerglorenz@gmail.com 44

Referências Bibliográficas TANENBAUM, Andrew. S.. Organização Estruturada de Computadores. Rio de Janeiro: LTC, 2001. MONTEIRO, Mario A. Introdução a Organização de Computadores. 5ª ed. Rio de Janeiro: LTC, 2007 STALLINGS, William. Arquitetura e Organização de Computadores. 8ª ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2010. Material Profa Eliane Cecília Gatto. 45