Fundamentos da Programação 4 O hardware é composto de: II. HARDWARE portas utilizadas para dispositivos externos, a CPU (Central Processing Unit ou Unidade Central de Processamento), a memória principal ou memória RAM, disco rígido (hard-disk ou HD) e outros dispositivos de armazenamento secundário, a placa mãe (motherboard) e seus barramentos, programas de inicialização e auto-teste do computador, continos no BIOS (Basic Input/Output System) da placa mãe, e outras placas de circuito. Figura 1. Gabinete. A Fig. 1 ilustra o gabinete aberto de um computador mostrando algumas de suas partes internas. Esse gabinete é usualmente chamadao de CPU. A Fig. 2 ilustra a parte traseira do gabinete mostrando algumas de suas portas utilizadas para conexão de dispositivos externos. A. Placa Mãe É a maior, mais complexa e principal placa de circuito impresso do computador. Uma placa mãe fornece as conexões elétricas que permitem a comunicação entre as partes do computador. Além disso, ela contém a CPU e outros subsistemas, como o relógio de tempo real, interfaces para periféricos e conectores para a instalação de placas de expansão (expansion slots). Veja um exemplo de placa mãe na Fig. 3. B. CPU ou UCP A CPU ou UCP (central processing unit ou unidade central de processamento) é uma máquina lógica utilizada para executar programas e que controla todos os componentes eletrônicos em um computador. Ela é instalada em um soquete na placa mãe, e possui linhas de sinais que a conectam a outras partes do computador. Essas linhas são denominadas coletivamente de barramentos (bus lines) (veja Fig. 4). A CPU atua como o cérebro do sistema, processando e analisando todas as informações que entram e saem do computador. Na CPU ocorrem os cálculos e operações de movimentação e comparação de
Fundamentos da Programação 5 Figura 2. Parte traseira do gabinete mostrando as portas. Figura 3. Placa mãe. dados. Ela contém todos os circuitos eletrônicos que buscam e executam as instruções armazenadas na memória. A CPU é composta de duas partes principais: Unidade Lógica e Aritmética (Arithmetic Logic Unit ou ALU), e blocos de controle para buscar e decodificar instruções (instruction fetcher e instruction decoder, respectivamente), conforme colocado na Fig. 6. A ALU realiza as operações matemáticas e lógicas enquanto os blocos de controle organizam a execução das instruções, comunicado-se com outras partes do hardware. Além disso, a CPU contém registradores (registers), que são circuitos especiais utilizados como locais de armazenagem temporário. Os registradores armazenam a instrução sendo executada (registrador de controle), os dados aguardando processamento, e os resultados (reg-
Fundamentos da Programação 6 Figura 4. CPU. Figura 5. Microprocessadores 8080 e Pentium 4. Figura 6. Blocos internos da CPU.
Fundamentos da Programação 7 Data Microprocessador Velocidade Número de MIPS do Relógio Transistores 1974 8080 2 MHz 6 mil 0,04 1979 8088 5 MHz 29 mil 0,33 1982 80286 6 MHz 234 mil 1 1985 80386 16 MHz 275 mil 5 1989 80486 25 MHz 1,2 milhão 20 1993 Pentium 60 MHz 3,1 milhões 100 1997 Pentium II 233 MHz 7,5 milhões 300 1999 Pentium III 450 MHz 9,5 milhões 510 2000 Pentium 4 1,5 GHz 42 milhões 1700 2006 Core 2 Duo 3,2 GHz 291 milhões 20000 MIPS = milhões de instruções por segundo. istradores de dados). Para executar os programas, a CPU realiza os seguintes passos: busca uma instrução e a coloca no registrador de controle; decodifica a instrução; aciona outros circuitos para executar a instrução e transfere o controle ao circuito responsável pela execução da instrução; instrução é executada; e o ciclo se repete. 1) Microprocessador: A UCP é geralmente encapsulada em um único chip (ou circuito integrado) denominado microprocessador. Exemplos de microprocessadores: Intel: Pentium, Celeron, Xeon and Itanium; Compatíveis a Intel: Cyrix e AMD; PowerPC: esforço cooperativo da Apple, IBM e Motorola; usado nos computadores da Apple, em vários servidores e sistemas embarcados; Alpha: fabricado pela Compaq para servidores de alto desempenho. No microprocessador ocorrem os cálculos, operações de movimentação e comparação de dados. Daí a importância de sua velocidade de operação. Geralmente a velocidade do microprocessador é medida pela freqüência do seu sinal de relógio (clock), medida em ciclos por segundos ou Hertz (Hz), tipicamente em mega Hertz (MHz = 10 6 Hz) e giga Hertz (= 10 9 GHz). Entreanto cabe lembrar que a relação entre o clock e a velocidade efetiva de processamento não é linear. Existem outros fatores que influenciam na velocidade do equipamento. Na tabela abaixo temos a relação de alguns microprocessadores e suas velocidades (ou clocks) de operação. A Fig. 5 mostra exemplos de microprocessadores. C. Memória Da mesma forma que o cérebro humano, o computador também possui uma memória onde são armazenadas as informações enquanto ele está ligado. A menor unidade utilizável para representação de informações em um computador é o bit, que pode assumir apenas um dos dois valores: 0 ou 1. Essa representação, dita binária, está relacionada com o fato da informação ser armazenada fisicamente no computador na forma de uma polaridade elétrica (positivo ou negativo) ou magnética (norte ou sul nos imãs). Como um único bit é insuficiente para representar informações mais complexas, eles são agrupados e combinados. Num primeiro agrupamento, eles são reunidos em conjuntos de oito, recebendo a denominação de octeto (ou byte = 8 bits). Um byte pode representar 256 valores (caracteres) diferentes pois 2 8 = 256. Quando nos referimos às informações armazenadas em um computador utilizamos, portanto, o termo byte, que corresponde a um caracter. Tendo em vista que a unidade byte é consideravelmente pequena quando indicamos valores mais extensos, utilizamos múltiplos do byte:
Fundamentos da Programação 8 kilobyte (KB) = 1024 bytes = 2 10 bytes; megabyte (MB) = 1024 KB = 2 20 bytes; gigabyte (GB) = 1024 MB = 2 30 bytes; terabyte (TB) = 1024 GB = 2 40 bytes; etc. Outro agrupamento de bits comumente utilizado é word (palavra). O tamanho do word depende da CPU, podendo corresponder ao tamanho em bits dos seus registradores, ou ao número de bits que a CPU processa como uma unidade. Existem words de 16, 32 e 64 bits. De modo geral, a memória no computador são classificadas em quatro tipos: registradores, cache, principal e secundária. Registradores são pequenas quantidades de armazenagem que estão dentro da CPU cujos conteúdos podem ser acessados mais rapidamente do que qualquer outro tipo de memória. A maioria os microprocessadores modernos opera de maneira a transferir dados da memória para seus registradores, operar nesses dados e depois transferir o resultado de volta a memória. Memória Cache é uma área de armazenamento temporário, de tamanho reduzido, com acesso rápido e que é acessada freqüentemente pela CPU. Pequenas memórias dentro ou próximas do microprocessador permitem acesso mais rápido do que memórias maiores, porém mais distantes. A maioria dos microprocessadores a partir de 1980 possuem uma ou mais memórias cache. A Memória Principal contém dados que serão usados em um futuro próximo, de modo geral com freqüência, e portanto exigindo acesso rápido. Essa memória é implementada em dispositivos do tipo Random Access Memory (memória de acesso aleatório) e por esse motivo memória desse tipo é também conhecida como memória RAM. A Memória Secundária contém dados de uso infreqüente e com um escopo de longo prazo. Essa memória é implementada em dispositivos como discos rígidos ou discos óticos (CD e DVD). 1) Memória RAM: Para efetuar os cálculos, comparações, rascunhos e outras operações necessárias ao seu funcionamento, os computadores possuem uma memória de trabalho chamada de RAM. A informação armazenada nessa memória é apenas temporária e requer alimentação para que os valores sejam retidos (dito memória volátil). Ou seja, ao se desligar o computador, a informação contida na memória RAM é perdida. A memória RAM permite escrita e leitura e armazena: o sistema operacional (a ser visto mais tarde), o(s) programa(s) sendo executado(s) no momento, dados desse(s) programa(s) e resultados intermediários aguardando saída. 2) Memória ROM: A Memória ROM (do inglês Read Only Memory ou memória apenas de leitura) é um outro tipo de memória existente nos microcomputadores que permite apenas a leitura das informações nela contidas. Essa memória não perde as informações ao ser desligado o equipamento, sendo portanto utilizada para guardar os códigos básicos de operação do equipamento, suas rotinas de iniciação e auto-teste (o BIOS, por exemplo). Tais informações tipicamente foram gravadas pelo fabricante do computador. 3) Memória Secundária: Essa memória é utilizada para ler, gravar e regravar informação. É considerada a memória de massa do equipamento, devido ao seu alto volume de armazenamento. 4) Disquete ou Disco Flexível: Os disquetes são ditos flexíveis (em inglês, floppy disk) por que realmente o são, sendo protegidos por um invólucro rígido. Devem ser inseridos nos acionadores (drivers) situados no painel frontal do computador. Não armazenam tantas informações quanto o disco rígido, mas são removíveis e transportáveis. Em geral devem ser preparados para utilização, operação essa denominada formatação. Tem o tamanho de 3 1 2 in. (3,5 polegadas), e possui uma proteção mais resistente, ao contrário de seu antecessor de 5 1 4 in. (5,25 polegadas), já em desuso. Disquetes de 3 1 2 in. têm capacidade de 1,44 MB. Atualmente estão caindo em desuso com surgimento dos cartões de memória. 5) Disco Rígido: O disco rígido (hard disk ou winchester) é dito disco rígido por ser a sua superfície de gravação metálica e dura, ao contrários dos disquetes. Normalmente encontra-se dentro do gabinete da CPU, não sendo portanto visível nem transportável. Permite um acesso rápido e o armazenamento de uma grande quantidade de informações. É importante lembrar que esses discos pode ser danificados por excesso de trepidação no local de instalação.
Fundamentos da Programação 9 Dado a grande quantidade de informações que são armazenadas em um disco rígido (atualmente chegando a várias centenas de GB), e considerando-se que, devido a desgastes naturais durante o funcionamento, é inevitável que ocorra uma avaria em algum momento, é importantíssimo prevenir-se quanto à perda dessas informações realizando periodicamente cópias de segurança de seus arquivos, o que é conhecido tecnicamente como backup. 6) Disco Ótico: O CD (compact disk) é um disco de leitura ótica e que se presta ao armazenamento de grandes volumes de informação, tais como enciclopédias. Dependendo de seu tipo, os CDs podem ser regraváveis ou não. CDs de 5 1 4 in. têm capacidade de cerca de 650 MB. O DVD (digital versatile disc) utiliza os mesmos princípios do CD, entretanto com maior capacidade de armazenamento. DVDs de 5 1 4 in. têm capacidade de cerca de 4,7 GB. Podem também ser ou não regraváveis. 7) Pen Drive: Memória flash são memórias não-voláteis que permitem a escrita de dados até cerca de 100 mil vezes. Memórias desse tipo foram integradas a uma interface USB (Universal Serial Bus) para criar a um dispositivo denominado pen drive. Atualmente existem pen drives atingindo até 8 GB. 8) Cartão de Memória: Cartão de memória (memory card ou flash memory card) é um cartão de memória do tipo flash utilizado para armazenagem de dados em câmeras digitais, video games, telefones celulares e computadores. Existe uma grande variedade de cartões de memória, com diversos tamanhos, utilidades e modos de conexão, podendo atingir uma capacidade de até 8 GB. D. Organização Funcional O computador não é uma máquina com inteligência. Na verdade, é apenas uma máquina com uma grande capacidade para processamento de informações, tanto em volume de dados quanto na velocidade das operações que realiza sobre esses dados. Basicamente, o computador é organizado em três grandes funções ou áreas, as quais são: entrada de dados, processamento de dados e saída de dados. E. Entrada de Dados Para o computador processar os dados, é preciso meios para fornecê-los a ele, isto é, para transfer dados do meio externo para o computador. Normalmente isso é realizado através de um periférico de entrada. Por exemplo, o computador dispõe do teclado (para digitação, por exemplo, do texto que define um programa de computador), do mouse (para selecionar opções e executar algumas operações em um software qualquer), dos disquetes e discos óticos para entrada de dados (gerados provavelmente em algum outro computador), das mesas digitalizadoras (muito utilizadas por programas CAD, Computer Aided Design ou projeto auxiliado por computador, e aplicativos gráficos em geral), do leitor de códigos de barras e outros. 1) Teclado: É o dispositivo de entrada mais utilizado nos computadores. O teclado (keyboard) possui um conjunto de teclas alfabéticas, numéricas, de pontuação, de símbolos e de controles. Quando uma tecla é pressionada, o teclado envia um código eletrônico à CPU, que o interpreta, enviando um sinal para outro periférico que mostra na tela o caractere correspondente. O teclado de um computador é muito semelhante ao de uma máquina de escrever, com algumas teclas especiais (veja Tab. I). 2) Mouse: Dispositivo de entrada equipado com 2 ou 3 botões. O mouse é utilizado para posicionar uma seta nas opções da tela, executando-a em seguida com um clique de seu botão, facilitando a operação. 3) Scanner: Dispositivo de entrada que captura imagens, fotos ou desenhos, transferindo-os para arquivos gráficos, o que permite sua visualização na tela do computador, onde podem ser trabalhados (editados).
Fundamentos da Programação 10 Tecla Enter Shift Tab Back Caps Lock Ctrl Alt Esc Home End Ins Del PgUp PgDn Tabela I ALGUMAS TECLAS DO TECLADO. Função Usada para a entrada de dados (encerrar um comando) Usada para alterar o estado de outras teclas, por exemplo, inverter maiúsculo e minúsculo Movimenta entre as paradas de tabulação Provoca o retrocesso do cursor, apagando os caracteres à esquerda Liga ou desliga a opção de maiúsculas do teclado. Só afeta as letras Combinanda com outras teclas, obtém-se algumas funções e caracteres especiais Tecla de controle alternativo. Proporciona uma função alternativa a qualquer outra tecla É usado para abandonar uma tela, um programa ou um menu Move o cursor para a primeira coluna à esquerda da tela, na mesma linha Move o cursor para o final da linha É usada quando se está editando um texto na tela para se fazer a inserção de caracteres Apaga o caractere à direita do cursor e puxa a linha uma coluna para a esquerda Rola o texto uma página acima na tela (mostra a tela anterior) Rola o texto uma página abaixo na tela (mostra a próxima tela) F. Processamento de Dados Os dados fornecidos ao computador podem ser armazenados para processamento imediato ou posterior. Esse armazenamento de dados é feito na memória do computador. O processamento dos dados é feito na Central Processing Unit (CPU ou UCP, Unidade de Central de Processamento), também chamada simplesmente processador. A informação é tratada, sendo lida, gravada ou apagada da memória, sofrendo transformações de acordo com os objetivos que se deseja atingir com o processamento delas. A memória interna e a CPU estão interligadas, permitindo que os dados sejam enviados à CPU, processados e devolvidos para a memória, já com os resultados. G. Saída de Dados Os dados resultantes do processamento das informações pelo computador podem ser apresentadas de inúmeras formas, e por meio de diversos dispositivos (conhecidos coletivamente como periféricos de saída). O monitor de vídeo é um dos principais meios para se obter dados de saída do computador: tanto texto normal ou formatado (como em tabelas ou formulários) e gráficos podem ser apresentados ao usuário através desse dispositivo. Se quisermos que os resultados sejam apresentados em papel, podemos fazer uso de impressoras e/ou plotters (para plotagem de desenhos); se quisermos levar esses dados para outros computadores, podemos fazer uso, por exemplo, dos disquetes, ou então conectar os computadores em rede (resumidamente, ligá-los através de cabos). 1) Monitor de Vídeo: Dispositivo de saída que apresenta imagens na tela, incluindo todos os circuitos necessários de suporte interno. Os monitores de vídeo devem ser cuidadosamente escolhidos, pois são um dos maiores causadores de cansaço no trabalho com o microcomputador. Eles têm sua qualidade medida por pixels ou pontos. Quanto maior for a densidade desses pontos (quanto menor a distância entre eles), mais precisa será a imagem. Antigamente, o formato mais popular era o CGA (Color Graphics Array), encontrado na maioria dos primeiros microcomputadores. Trata-se do tradicional monitor verde ou âmbar. Hoje o padrão de vídeo é o SVGA (Super Video Graphics Array), que tem características exigidas por rogramas de ilustração e de desenho. 2) Impressora: São dispositivos de saída que passam para o papel o resultado do trabalho desenvolvido no microcomputador, como textos, relatórios, gráficos. Para diferentes tipos de impressão existem diferentes impressoras. Impressoras matriciais são ainda bastante comuns no mercado, utilizando um sistema de impressão por impacto de agulhas (normalmente, 9 ou 24) contra uma fita sobre um papel. São bem rápidas, com qualidade de impressão regular. O preço é baixo e sua velocidade é medida em CPS (Caracteres Por
Fundamentos da Programação 11 Figura 7. Blocos funcionais do PC Segundo), indo até cerca de 800 CPS, coloridas ou não. Muito úteis para impressão de formulários em mais de uma via com papel carbono. Impressoras por jato de tinta funcionam com borrifamento de jatos de tinta, formando minúsculos pontos sobre o papel. São silenciosas e possuem ótima qualidade de impressão, chegando a 1200 DPI (dots per inch, pontos por polegada) ou mais, tornando-se uma boa alternativa para usuários com pouco volume de impressão. Impressoras laser produzem cópias de alta qualidade com absoluto silêncio, sendo sua velocidade medida em PPM (Páginas Por Minuto). São muito difundidas apesar do custo mais elevado do equipamento. H. Blocos Funcionais do PC Veja Fig. 7.