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Módulo II Funcionamento do computador. Profs: Dr. Alexandre Rosa dos Santos Dr. Geraldo Regis Mauri ENG05207 - Informática. Processamento (Throughput). Entrada (Input). Saída (Output). Retroalimentação (Feedback). Visão geral. Define-se um sistema a partir de seu meio-ambiente.
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Módulo II Funcionamento do computador Profs: Dr. Alexandre Rosa dos Santos Dr. Geraldo Regis Mauri ENG05207 - Informática
Processamento (Throughput) Entrada (Input) Saída (Output) Retroalimentação (Feedback) Visão geral • Define-se um sistema a partir de seu meio-ambiente. • A característica fundamental dos sistemas é a retirada de recursos do ambiente (insumos), seu processamento e devolução para o mesmo, sob a forma de saídas (produtos). • Além disso, a existência de mecanismos de retroalimentação caracteriza os sistemas cibernéticos. • Dessa forma, um sistema computacional pode ser representado, de uma forma geral, da seguinte maneira:
Conceitos básicos • Hardware: parte física do computador. Ex.: teclado, moude, impressora, monitor, etc. • Software: parte lógica do computador (programas). Ex.: windows, word, excel, corel, etc. • Peopleware: pessoas que utilizam sistemas computacionais (usuários).
Unidades de medida • Na natureza, todo o tipo de informação pode assumir qualquer valor, por exemplo você pode facilmente distinguir a diferença entre um tom de vermelho de um tom mais escuro ou mais claro; pode distinguir quando uma sala está clara ou escura. Este tipo de informação é denominado informação analógica. • A construção dos circuitos eletrônicos deveria seguir os mesmos moldes da natureza afim de se aproximar do mais real possível, mas a utilização de informações analógicas tornou-se um grande problema. • Durante uma transmissão de dados, no percurso, pode ocorrer um problema que alterou o valor dos dados. • O grande problema, não é o fato destes dados serem alterados, mas sim, o fato de que o dispositivo receptor não terá como identificar se a informação é verdadeira ou não.
...Unidades de medida • Como o dispositivo aceita qualquer valor, se em vez de “70”, chegar “71”, ele terá que aceitá-lo como verdadeiro, sendo assim, nenhum dispositivo eletrônico conseguiria funcionar corretamente. • Dispositivos eletrônicos trabalham em um outro sistema numérico: o sistema binário. • Neste sistema só há dois algarismos: “0” e “1”, o que proporciona uma grande vantagem: qualquer valor diferente desses será completamente desprezado. • Como o sistema binário representa o estado de um dedo recolhido da mão (0) e esticado (1), por vezes o chamamos de sistema digital. • Os sistemas digitais são mais confiáveis e mais puros.
...Unidades de medida • Matematicamente, os números são escritos em função de sua base. Nós rotineiramente utilizamos a base dez (decimal). Por exemplo: • 10 = 1 x 101 + 0 x 100 • 100 = 1 x 102 + 0 x 101 + 0 x 100 • 123 = 1 x 102 + 2 x 101 + 3 x 100 • 4345 = 4 x 103 + 3 x 102 + 4 x 101 + 5 x 100
...Unidades de medida • Compreendendo este desmembramento dos números na base decimal, é muito fácil entender os números binários. Por exemplo: • 0 = 0 x 20 • 1 = 1 x 20 • 110 = 1 x 22 + 1 x 21 + 0 x 20 (corresponde ao 6 em decimal) • 10111 = 1 x 24 + 0 x 23 + 1 x 22 + 1 x 21 + 1 x 20 (corresponde ao 23 em decimal)
...Unidades de medida • O conjunto de algarismos binários (bits) forma palavras que representam números máximos bastante definidos. Palavras binárias recebem nomes especiais conforme a quantidade de bits utilizada pelas mesmas: • Nibble = 4 bits (24 = 16 variações de combinações) • Byte = 8 bits (28 = 256 variações de combinações) • Word = 16 bits (216 = 65.536 variações de combinações) • Double Word = 32 bits (232 = 4.294.967.296 variações de combinações) • Quad Word = 64 bits (264 = 18.446.744.073.709.600.000 variações de combinações)
...Unidades de medida • No nosso dia a dia estamos habituados a trabalhar com algumas unidades, tais como: Km, gr, litro, ml, etc... • Quando estamos estudando o computador a unidade de medida utilizada é o sistema binário, ou seja trabalha como 0 e 1, isto significa que tudo que armazenamos no computador, está em forma de 0 e 1. • Assim, o sufixo K (Kilo), que em decimal representa 1.000 vezes (como em Km e Kg) em binário representa 210 vezes (1.024), e assim como eles temos outro valores que devem ser observados na tabela a seguir:
...Unidades de medida • A partir de então, podemos escrever que: • 1 byte (B) = 8 bits • 1 Kilobyte (KB) = 1024 bytes • 1 Megabyte (MB) = 1024 Kilobytes • 1 Gigabyte (GB) = 1024 Megabytes • 1 Terabyte (TB) = 1024 Gigabytes • 1 Petabyte (PB) = 1024 Terabytes • e assim por diante... • Obs.:a menor unidade de informação que o computador pode receber é o BIT.
...Unidades de medida • Abaixo segue exemplos de como são utilizadas as unidades acima citadas.
Funcionamento do computador • De uso cotidiano, um computador é um equipamento eletrônico, já quase considerado um eletrodoméstico, geralmente associado a um monitor, um teclado e um mouse. • Quase todos os computadores atuais ainda utilizam a arquitetura de von Neumann proposta no final da década de 1940 por John von Neumann.
Principais componentes • Os componentes mais importantes são: A CPU e a Memória. • O projeto de circuitos de uma CPU determina sua velocidade básica, porém outros fatores podem interferir na velocidade, descreveremos alguns deles: • Memória: mais RAM significa que o computador pode usar programas maiores e mais poderosos, e que esses programas podem acessar arquivos de dados maiores. • Pode também fazer o computador trabalhar mais rápido. • O computador não precisa necessariamente carregar todo um programa na memória para executá-lo, mas, quanto mais couber na memória, mais depressa será a execução.
...Principais componentes • Relógio interno do computador: sua principal finalidade não é manter a hora do dia. De acordo com sua velocidade, ele processa os dados mais depressa. • Hertz é uma medida de ciclos do relógio por segundo. Ciclo é o tempo que demora para executar uma operação. • Megahertz (MHz) significa "milhões de ciclos por segundo". • Barramento: este termo refere-se aos percursos entre os componentes de um computador. • O barramento de dados é um percurso elétrico que conecta a CPU, a memória e os outros dispositivos de hardware da placa-mãe. • É formado por vários fios, onde cada um transfere um bit de cada vez. Por exemplo um barramento de 32 bits, transfere 4 bytes.
...Principais componentes • Memória cache: entre as operações mais demoradas que uma CPU precisa efetuar está a transferência de dados entre a memória e os registradores. • O problema é que a CPU é muito mais rápida do que a RAM. • A solução parcial para esse problema é incluir uma memória cache na CPU. A cache é parecida com a RAM, mas extremamente mais rápida em comparação a memória normal, e é usada de maneira diferente, contém os dados e instruções mais recentemente carregadas pela CPU.
...Principais componentes • A cache de alguns PCs são: 32KB, 64KB, 128KB ou 256KB. Esse tipo de memória é dividido em dois sub-níveis: L1 e L2. • Cache L1 ou cache de nível 1 consiste num tipo de memória cache que está mais próximo da ULA (unidade lógica e aritmética). Normalmente tem sua capacidade de 8 KB a 128KB. Assim como a L2, é encontrada no processador e é construída a partir de memória SRAM, já que é normalmente utilizada em pequenas quantidades e precisa ser bastante rápida. • Cache L2 ou cache de nível 2 consiste numa memória interna do processador instalada em associação com os transistores cujo objetivo, é acelerar a velocidade do sistema, já que armazena as informações mais repetitivas, que caso não estivessem nessa memória teriam de se acessadas da memória RAM bem mais lenta.
Unidade central de processamento • A CPU (Central Processing Unit) é a parte de um computador que interpreta e leva as instruções contidas no software. • Na maioria das CPUs, essa tarefa é dividida entre uma unidade de controle que dirige o fluxo do programa e uma ou mais unidades de execução que executam operações em dados. • Quando cada parte de uma CPU está fisicamente em um único circuito integrado ela é chamada de microprocessador. • Praticamente todas as CPU's fabricadas hoje são microprocessadores.
...Unidade central de processamento • O termo CPU é freqüentemente usado de forma pouco precisa para incluir outras partes centricamente importantes de um computador, tais como caches e controladores de entrada/saída, especialmente quando aquelas funções estão no mesmo chip microprocessador da CPU. • Os fabricantes de computadores de mesa com freqüência equivocadamente descrevem como CPU o computador pessoal inteiro, chamando-o de a unidade de sistema ou algumas vezes a caixa branca, incluindo o gabinete do computador e os componentes sólidos (termo genérico "hardware" em inglês) que ele contém. • Corretamente, a CPU, como unidade funcional, é aquela parte do computador que realmente executa as instruções (somar, subtrair, multiplicar, mudar de posição, etc.).
Memórias • Tempo de acesso • Memória principal: medido em nanosegundos (ns). 1ns = 1 x 10-9. • Memória secundária: medido em milisegundos, em geral. Fitas magnéticas têm tempo de acesso da ordem de poucos segundos. • Capacidade • Unidade de medida mais comum é o byte. • Exemplos: registrador R1 com 16 bits; uma ROM de um computador com 32 K bytes; RAM de um computador com 128 MB; disco rígido de um computador com 80 GB; CD-ROM com capacidade de 650 MB; cache de 256 KB. • Volatilidade • Volátil: perde a informação armazenada quando a energia elétrica desaparece. Exemplos: registradores; memória RAM (Random Access Memory); memória cache. • Não volátil: a informação é mantida mesmo quando não há energia elétrica. Exemplos: discos; fitas; ROM (Read Only Memory); PROM (Programable Read Only Memory); EPROM (Erasable PROM).
...Memórias • Tecnologia de fabricação • Memórias de semicondutores: mais caras e velozes. Exemplos: memória cache; memória principal; registradores. • Memórias de meio magnético: como exemplo, discos rígidos, disquetes e fitas magnéticas. • Registradores • São memórias auxiliares internas à CPU. • O seu tempo de acesso/ciclo é medido em nanosegundos, dependendo do processador do computador. Em torno de 1 e 5 nanosegundos; • Registradores de dados possuem capacidade de tamanho igual ao da palavra do processador; registradores de endereços podem ter tamanhos iguais ao da palavra ou menores; • São voláteis e utilizam tecnologia de semicondutores, com tecnologia igual à dos demais circuitos da CPU; • Armazenam os dados apenas durante o tempo necessário para a sua utilização na UAL (Unidade Lógica e Aritmética); • Seu custo é o maior entre os diversos tipos de memória.
...Memórias • Memória cache • É uma memória de pequenas dimensões e de acesso muito rápido, que se coloca entre a memória principal (RAM) e o processador. • Sua função é acelerar a velocidade de transferência das informações entre a CPU e a memória principal. • Pode ser interna (L1) ao processador ou externa (L2). • Seu tempo de acesso/ciclo é medido em nanosegundos. Em torno de 5 e 7 (até menores) nanosegundos. • Sua capacidade varia entre os 256 e os 512 KB, podendo chegar até aos 2 MB. • São voláteis e sua tecnologia é baseada em semicondutores, em geral memórias estáticas, denominadas SRAM (Static RAM). • O tempo de permanência de uma instrução ou dado é pequeno, menor que a duração da execução do programa ao qual a instrução ou dado pertence; • Por fim, seu custo fica situado entre o dos registradores, que são os mais caros, e o da memória principal, mais barata.
...Memórias • Memória principal • É um local de armazenamento de acesso rápido onde são guardadas as instruções e os dados de que a CPU necessita para a execução de uma dada tarefa. Ou seja, é o dispositivo onde o programa (e os seus dados) que vai ser executado é armazenado para que a CPU vá “buscando” instrução por instrução. • Seu tempo de acesso/ciclo fica abaixo das memórias cache, embora seja muito mais rápida que as memórias secundárias; medido em nanosegundos. Atualmente em torno de 7 e 15 ns. • Possui capacidade bem maior que a da memória cache; atualmente são comercializadas em módulos que vão de 128 até 4 GB. • Em sua grande parte são voláteis, entretanto há uma pequena quantidade de memória não volátil fazendo parte da memória principal, que é usada para armazenar as instruções que são executadas sempre que o computador é ligado. • O tempo de permanência de uma instrução ou dado é pequeno, em geral menor que a duração da execução do programa ao qual a instrução ou dado pertence. Entretanto, duram mais que na memória cache ou nos registradores e menos que na memória secundária; • Por fim, seu custo é mais baixo que as memórias cache e mais caro que as memórias secundárias.
...Memórias • Memória secundária • É constituída por diferentes tipos de dispositivos, alguns diretamente ligados ao sistema para acesso imediato (ex.: discos rígidos) e outros que podem ser conectados quando desejado (ex.: disquetes, fitas de armazenamento, CD-ROM, etc.). • Seu tempo de acesso/ciclo, como são, em geral, dispositivos eletromecânicos e não puramente eletrônicos (como os registradores, memórias cache e memória principal), são significativamente maiores. • Discos rígidos em torno de 3 a 15 milisegundos. CD-ROM em torno de 70 e 300 ms. • Fitas magnéticas na ordem de segundos; Possui grande capacidade de armazenamento. Discos rígidos variando entre 2 e 250 GigaBytes. • CD-ROM com 600 Mb ou mais para cada disco; • São não voláteis e utilizam tecnologias diferentes para cada dispositivo; • São dispositivos com caráter de armazenamento permanente ou de longa duração, e seu custo “relevante” está no dispositivo de leitura e gravação, sendo as mídias muito baratas.
Custo Velocidade Registradores Memória cache Memória principal Discos Memória secundária Fitas magnéticas ...Memórias
Periféricos de entrada • Teclado • É um dispositivo de entrada, ou seja, serve para que o usuário forneça informações ao computador. Semelhante aos teclados usados nas máquinas de escrever. Existem quatro partes em um teclado padrão: as teclas alfanuméricas, o teclado numérico reduzido, as teclas de função e as teclas de movimentação (ver figura abaixo).
...Periféricos de entrada • Mouse • É considerado um dispositivo de apontamento, ou seja, é um dispositivo de entrada que o usuário emprega para apontar para determinado item na tela, solicitando assim que o programa realize determinada ação. • Em geral, seu funcionamento consiste em posicionar o cursor (ponteiro do mouse) sobre o item desejado, exibido na tela, e dar um ou dois cliques em um dos botões. • O mouse pode ser substituído por outros dispositivos apontadores como trackball, touchpad, entre outros.
...Periféricos de entrada • A utilização básica do mouse pode ser feita com a combinação de 3 técnicas: • Dar um clique: mover o ponteiro até o local desejado, pressionar e soltar o botão. • Dar dois clique: mover o ponteiro até o local desejado, pressionar e soltar o botão, duas vezes. • Arrastar: mover o ponteiro até o local desejado e depois pressione o botão, mantendo-o pressionado enquanto move o mouse.
...Periféricos de entrada • TrackBall • Funciona como mouse de cabeça para baixo. São comuns em notebooks. Você descansa o polegar sobre a bola, que agora está exposta na parte superior, e seus dedos sobre os botões. • TouchPad • Dispositivo sensível ao toque utilizado em notebooks (para substituir o mouse) e em modelos recentes do iPod.
...Periféricos de entrada • Leitoras de código de barras • São usadas em supermercados e em outros estabelecimentos, para ler o código de barra, traduzem-nos para números e inserem esses números no computador. • Computadores com telas sensíveis ao toque • Aceitam a entrada diretamente da tela por meio do monitor. Os usuários tocam em botões eletrônicos que são exibidos na tela.
...Periféricos de entrada • Scanner • É um aparelho que digitaliza uma imagem. • É como uma máquina de fotocópia, mas ao invés de copiar, torna cada ponto de cor em uma imagem digitalizada. • Através do scanner podemos “extrair” imagens de fotos, jornais, desenhos, e colocá-las em nossos textos. • É uma ferramenta muito útil para pessoas que trabalham com editoração eletrônica e desenvolvimento de páginas para a Internet.
...Periféricos de entrada • Câmera fotográfica digital • É um equipamento relativamente recente, sua principal finalidade é permitir que uma fotografia seja transferida diretamente da câmera para o computador, sem ter a necessidade do uso de filme e, portanto, abolindo o processo de revelação. • Sua principal utilização vem sendo feita pelos desenvolvedores de páginas da Internet, uma vez que a maioria das câmeras digitais tem uma qualidade fotográfica baixa, porém atendendo aos padrões da internet.
...Periféricos de entrada • Webcam • É utilizada para gravar ou transmitir voz e imagem permitindo a realização, por exemplo, de videoconferência - um recurso que tem sido bastante difundido nos últimos tempos.
Periféricos de saída • Monitor • É um dispositivo de saída, ou seja, serve para o computador exibir ao usuário programas em execução, vídeos, animações e outros tipos de informações. • Atualmente, estão disponíveis no mercado monitores coloridos com uma grande variedade de tamanhos (14, 15, 17, 20 e 21 polegadas). • Anteriormente, predominavam os monitores monocromáticos e de menor resolução (VGA). • Podem ser monocromáticos (apenas uma cor) ou colorido. • A placa controladora de vídeo é uma interface entre o monitor e a CPU (recebe dados da CPU e envia-os para o monitor). • Existem dois tipos de monitores: CRT, semelhantes a aparelhos de TV, e LCD, comumente usados em notebooks.
...Periféricos de saída • Monitor CRT PLASMA LCD
...Periféricos de saída • Impressora • É um dispositivo que permite a obtenção de cópias em papel de textos, gráficos, desenhos e outros trabalhos criados no computador. • Existe uma enorme variedade de marcas e modelos de impressoras, que podem ser divididas por sua tecnologia de impressão.
...Periféricos de saída • Matriciais • Tecnologia de impressão por matriz de 9 ou 24 agulhas que pressionam uma fita com tinta sobre o papel, como uma máquina de escrever. • Tem uma qualidade de impressão relativamente baixa. • São inferiores a laser e jato de tinta em muitos aspectos (qualidade, rapidez,...) e ainda são muito utilizadas em setores onde é necessário a cópia carbonada.
...Periféricos de saída • Laser • Tecnologia de impressão baseada na sensibilização do papel por raio laser que desenha letras e imagens com toner (pó). • Nesse método, a página é impressa de uma só vez. • São mais caras porém oferecem a melhor qualidade de impressão.
...Periféricos de saída • Jato de Tinta • Tecnologia de impressão em que a imagem é formada por minúsculas gotas de tinta lançadas sobre o papel. • São ligeiramente mais caras que as matriciais, mas oferecem uma boa qualidade de impressão e são silenciosas. • São amplamente utilizadas tanto em empresas quanto em uso doméstico.
...Periféricos de saída • Plotadoras • Criam imagens com um braço robótico que pega canetas e desenhas linhas em uma folha grande de papel.
Periféricos de armazenamento • Drive de disquete • Permite ler e gravar disquetes. • Atualmente, o drive de disquete mais comum é de 3 ½ polegadas com 1,44 MB de capacidade.
...Periféricos de armazenamento • Cuidados para evitar possíveis perdas de informação ou perda total do próprio disquete: • Não dobre e não risque as superfícies expostas e não coloque peso sobre o disquete. • Mantenha-o longe do excesso de calor ou frio. • Não o deixe perto de materiais metálicos como clipes, tesoura, etc. • Não o deixe perto de café, água e outros líquidos. • Não toque nas superfícies expostas. • Manuseie-os pelos cantos para evitar que o envelope protetor comprima o disco em seu interior. • Caso você deseja utilizar etiquetas para organizar seus disquetes, escreva na etiqueta antes de fixá-la no disco. • Não retire o disquete do drive enquanto a luz do mesmo não se apagar. • Retire sempre o disquete do drive antes de desligar a máquina. • Não passe com disquete em portas magnéticas (bancos).
...Periféricos de armazenamento • Drive de CD-ROM • Hoje em dia a maioria dos programas são comercializados em CD-ROM. • É útil para programas grandes e de conteúdo multimídia (animação, sons e vídeo). • Sua capacidade normal é de 650 MB. • Driver de DVD-ROM • Sua principal vantagem é sua grande capacidade de armazenamento. • Um único DVD-ROM pode armazenar o equivalente a vários CDs. • É útil para programas grandes e de conteúdo multimídia (animação, sons e vídeo). • Sua capacidade normal é de 4.7 GB.
...Periféricos de armazenamento • Blu-ray • É um formato de disco óptico da nova geração de 12 cm de diâmetro (igual ao CD e ao DVD) para vídeo de alta definição e armazenamento de dados de alta densidade. • Compete para se converter no padrão de discos ópticos sucessor do DVD. Seu rival é o HD-DVD. • Sua capacidade normal é de 25 GB. • HD DVD • É um formato de mídia óptica digital, desenvolvido como sendo o primeiro padrão de vídeo de alta definição. • HD DVD é similar ao seu competidor, o disco Blu-ray, que também utiliza o mesmo tamanho de CD. • Sua capacidade normal é de 15 GB.
...Periféricos de armazenamento • Pendrive: é um dispositivo de armazenamento constituído por uma memória flash tendo uma fisionomia semelhante à de um isqueiro ou chaveiro e uma ligação USB permitindo a sua conexão a uma porta USB de um computador. • Zip drive é reconhecido mundialmente como um eficiente equipamento para armazenamento de dados em mídia removível, que utiliza discos de 100 MB e agora de 250 MB, atendendo assim às necessidades dos mais variados tipos de usuários, desde os domésticos até os corporativos, que trabalham com maiores volumes de dados.
Outros periféricos • Gabinete:é onde se encontram as partes do computador que são responsáveis por armazenar e processar as informações. • Placa-mãe:Também chamada de mother board, é a placa mais importante, pois abriga o microprocessador, as memórias RAM e ROM e todas as outras placas, por exemplo, a placa de vídeo.
...Outros periféricos • Microprocessador:é o cérebro do computador. • O processador nada mais é que um chip de silício, onde uma combinação de circuitos controla o fluxo de funcionamento da máquina. • Como o próprio nome diz, o processador é responsável pelo processamento das informações. • Existem diversas marcas e fabricantes de processadores no mercado, dentre eles: Intel, Power PC, Cyrix, AMD, entre outros. • Atualmente a Intel é a principal fabricante de processadores para PC.
...Outros periféricos • Memória: • Para o bom funcionamento de um computador e de seus programas, quanto mais memória RAM, melhor. • Existem dois tipos de memória: ROM (Read Only Memory) e RAM (Random Access Memory). • A memória ROM possui instruções básicas gravadas pelo fabricante do equipamento, que não podem ser alteradas. • A memória RAM é a memória de trabalho do computador. Ela é composta por módulos (“pentes”) colocados diretamente na placa-mãe. ROM RAM
...Outros periféricos • Disco rígido:O disco rígido também é conhecido como Winchester ou HD, do inglês Hard Disk. • Sua função é armazenar dados e programas do usuário. • Ele fica “oculto” dentro do gabinete e possui grande capacidade de armazenamento (5 GB, 10 GB, 20 GB, ...). • O HD fica dentro do gabinete do computador, e além de não estar visível, é totalmente lacrado, impedindo que qualquer impureza penetre no disco e o danifique.
...Outros periféricos • Placa de vídeo:A placa de vídeo, como o próprio nome já diz, é responsável pela qualidade da imagem apresentada no monitor. • As placas de vídeo com alta resolução são imprescindíveis se você deseja trabalhar com programas que lidem com cores ou desenhos, e jogos que necessitem exibir muitas telas em tempo muito rápido.
