Introdução à Informática Prof. Roberto Cabral de Mello Borges Instituto de Informática -...

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Introdução à Informática

Prof. Roberto Cabral de Mello BorgesInstituto de Informática - UFRGS

2013

Parte 1

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Introdução à Informática

• Breve Histórico• Estrutura Interna do Computador• Unidade Central de

Processamento• Memórias• Meios e Dispositivos de Entrada e

Saída• Microcomputadores• Organização das Informações no

Computador• Redes de Computadores• Software• Sistemas Operacionais• Linguagens de Programação• Aplicativos

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Histórico• 1642 - Blaise PASCAL: 1ª máquina de somar

• 1801 - Joseph Marie JACQUARD: 1ª máquina de tecelagem controlada por cartões de couro perfurados.

• 1812 - Charles BABBAGE: 1ª máquina de calcular de 4 operações.

• 1880 - censo EUA: 7,5 anos• 1890 - censo EUA: estimativa --> 11 anos

apuração --> 2,5 anos

• 1896 - Hermann HOLLERITH: Tabulating Machine Company.

• 1911 - Computing-Tabulating Recording Company.

• 1924 - International Business Machines (IBM).

• 1927 - Sperry Rand Corporation.

• 1946 - ENIAC: 1º computador eletrônico à válvula

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Primeiro dispositivo manual de cálculo representando osnúmeros no sistema decimal

Chinês Japonês

Ábaco - 2600 a.C.

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Ábaco Especial

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Estruturas de Napier - 1550

John Napier idealizou um dispositivo baseado em bastões com números, capazes de multiplicar e dividir

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•Criada pelo atrônomo inglês Edmund Gunter, implementada pelo Reverendo William Oughtred e aperfeiçoada pelo Prof. de Geometria Amédée Mannheim, em 1850 (França)•Possui uma régua deslizante sobre uma base fixa, com escalas logarítmicas para a realização de diversas operações•Utilizada até a década de 70

Régua de Cálculo - 1650

Oughtred

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Régua de Cálculo

• Exemplo

• 1,3 x 2 = 2,6

1,3 2,6

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Máquina Aritmética de Pascal -

1642

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Máquina para multiplicar - 1623

• Idealizada por Wilhelm Schickard

• Realizava operações de multiplicação, através de rodas dentadas.

• Multiplicação realizada através de somas sucessivas

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Máquina arimética de Morland - 1666

• Samuel Morland (Inglaterra)

• Máquina mecânica • operações de soma e

subtração

• Em 1672 publicou “The Description and Use of Two Arithmetic Instruments”, que descrevia a máquina de Napier aperfeiçoada.

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Consiste num aprimoramento da máquina de Pascal

Operações de soma, subtração, divisão e raiz quadrada

Calculadora Universal de Leibnitz - 1672

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Máquina de calcular capaz de realizar somas, subtrações, multiplicações e divisões

Calculadora de Hahn - 1779(Philip Matthäus Hahn)

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Possuia uma entrada de dados através de cartões perfuradosque controlavam a confecção dos tecidos e dos desenhos

Primeira máquina mecânicaprogramada

Tear automático de Jaquard - 1801

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Tear automático de Jaquard - 1801

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Dispositivo mecânico baseado em rodas dentadas paraavaliação de funções e obtenção de tabelas.

Máquina de Diferenças de Babbage - 1822

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Máquina de Diferenças de Babbage

Museu de Ciências (Londres)

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•Dispunha de programa, memória, unidade de controle e periféricos de entrada e saída

•Cálculo automático de tabelas de logaritmos e funções trigonométricas

•Devido a esse projeto•Babbage é considerado•Um dos pais da informática

Máquina Analítica de Babbage - 1833

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Augusta Ada Byron (Condessa Ada Lovelace)

1842 : Augusta Ada Byron (Condessa de Lovelace) apresenta certos aspectos da arimética binária utilizados 100 anos depois por Von Neumann

Considerada a primeira programadora da história por seus trabalhos na máquina analítica de Babbage, o qual conheceu em 1832.

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George Scheutz• 1854: George Scheutz contrói um modelo da

Máquina de Diferenças de Babbage que funciona bem na obtençao de tabelas

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•Primeira calculadora a obter sucesso comercial•Utilizada em transações e cálculos científicos

Máquina milionária de Steiger - 1893

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George Boole(Lincoln, England 02/11/1815 - 08/12/1864)

• 1854: George Boole desenvolve a teoria da Álgebra de Boole, origem da Teoria dos Circuitos Lógicos

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Possui cartões perfurados onde foram armazenados as informações coletadas no censo e uma máquina para lere tabular essas informações

Máquina de Cartões Perfurados de Hollerith - 1896

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Herman Hollerith

Fundador da IBMSlogans:• Do It Right• Think

IBM comemora 100 anos em 2011

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Fatos históricos ...continuação...

1887: Leon Bolle contrói uma máquina de multiplicar diretamente, sem o processo de somas sucessivas

1895: Hollerith inclui na sua máquina a operação de somar para a contabilidade das Ferrovias Centrais de Nova York

1896: Hollerith funda a empresa Tabulating Machines Company, que em 1924 junto com outras empresas forma a IBM.

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Fatos históricos ...continuação...

1914: Leonardo Quevedo constrói uma máquina que simula os movimentos das peças de xadrez

1936: Alan Turing desenvolve a teoria de uma máquina capaz de reolver qualquer tipo de problema. Teve início a Teoria Matemática da Computação

algoritmo representa um processoSurge a Teoria da Computabilidade

– estudos para encontrar formas de descrição e representação de processos através de algoritmos

1937: construção do primeiro computador eletromecânico baseado em relés e engrenagens

– Calculadora Automática de Seqüência Programada, MARK - I

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Fatos históricos ...continuação...

1938: Claude Shannon aplica a Teoria da Álgebra de Boole na representação de circuitos lógicos

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MARK -IPossuia unidades de entrada, memória principal

e unidade aritmética. Utilizava cartões e fitas perfuradas como entrada

Primeiro computador eletromecânico construído a funcionar

117 metros de comprimento, 2 de altura, 70 toneladas

Constituído de 700.000 peças móveis, com fiação de 800.000 metros

Somava dois números em menos de 1 segundo e multiplicava em 6 segundos. Trabalhava com 23 dígitos decimais

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ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Calculator)

• 1946 a 1952: operação

• 18.000 válvulas

• 1500 relés

• sala de 9 x 30 m

• consumia 200 kWh

• criado por John Mauchly e Prosper Eckert

• em 1952 19.000 válvulas já tinham sido substituídas

• operava por algumas horas e parava pela queima de cerca de 100 a 200 válvulas; ficava até uma semana em manutenção.

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Electronic Numerical Integrator And CalculatorPrimeiro computador eletrônico.Entrou em funcionamento em 1945.Utilizado pelo exército para cálculo da trajetória de projéteis através de tabelas

O Computador ENIAC - 1945

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ENIAC - características

1000 vezes mais rápido que o MARK - ISomava 2 números em 0,0002 sMultiplicava em 0,003 s111 metros cúbicos30 toneladas17.000 válvulas a vácuo50.000 comutadores70.000 resistências7.500 interruptoresConsumo oscilava entre 100.000 e 200.000 watts

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Curiosidades sobre o ENIAC

• Mulheres que trabalharam no projeto:– Marilyn Wescoff

– Ruth Lichterman

– Kay McNutty

– Frances Bilas

– Jean Jeannings

– Betty Snyder

• Foram escolhidas porque os militares americanos achavam que os homens não tinham a paciência necessária para programar o projeto. Porém elas usavam uma sigla SP no crachá (Subprofessional)

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Fatos históricos ...continuação...

1942: John Atanasoff e Clifford Berry , do projeto ENIAC construíram uma máquina eletrônica que operava em código binário, seguindo as idéias de Babbage. Foi o primeiro computador digital

1944: John von Neumann desenvolve a idéia de um programa interno descrevendo o fundamento teórico para a construção de um computador eletrônico, denominado Modelo de von Neumann

existência simultânea de dados e instruções no computador e a possibilidade de programação.

1952: construído o computador de von Neumann, como uma modificação do ENIAC. Foi chamado EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer

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•Segue o modelo de von Neumann•Utiliza fitas magnéticas

Em 1952 são construídosos computadores MANIAC - I, MANIAC - II eUNIVAC - II.

Computador UNIVAC I - 1951

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Classificação dos computadores quanto à geração

Geração

1ª

2ª

3ª

5ª

4ª

1985

1972

1945

1965

1959

Ano

CircuitosVLSI, ULSI

Circuito IntegradoMonolítico

Circuito Integrado

Transistor

Válvula

ElementoAtivo

QuaseInesgotáveis

Bons

Médios

Bastante Automatizado

Poucos

Semi Manual

Quase TodoManual

Recursos deProgramação

Todo Manual

Sistema Operacional

Quase TodoAutomatizado

Ótimos

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“Se o automóvel tivesse se desenvolvido como o fizeram os computadores nos últimos 40 anos, hoje um Rolls-Royce custaria US$ 2,00, faria um milhão de Km por litro de gasolina, produziria energia suficiente para movimentar o Queen Elizabeth e dez deles caberiam numa cabeça de alfinete”

Prof. Edward Eteinmüller (Universidade de Stanford)

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Mainframe de 1970

• Burroughs B-5000/6000 - Memória de 6Mb

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IBM/1130 - UFRGS (1968 - 1979)

• 32 Kb de memória

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B-6700 da UFRGS (1971-1987)

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Estrutura Interna do Computador

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Estrutura Interna do Computador

Entrada

Processamento

Saída

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Processamento

Entrada

Saída

Memória

Unidade deControle

UnidadeLógica

Unidade Aritmética

UCP

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Unidade Central de Processamento (U.C.P.)

• Unidade de Controle

• Unidade Lógica

• Unidade Aritmética

• Memória (Principal)

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E S

Programas

Unidade Aritmética

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Processamento

Entrada

Saída

Memória

Unidade deControle

UnidadeLógica

Unidade Aritmética

UCP

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UCP - Program

a

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Unidade Aritmética

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Armazenamento (Memória)

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Memórias:• Núcleos Magnéticos

Bit Fios de Cobre

Anel de Ferro Magnetizável

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Memória de Núcleos Magnéticos

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Memórias Integradas

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Memórias Integradas• RAM (Random Access Memory)

– É a memória de trabalho do usuário.

– É nesta memória que se pode armazenar dados e programas.

– É volátil, ou seja, quando se desliga o computador seu conteúdo é perdido (apagado).

– Capacidades: de 512 Mbytes a 16 Gbytes

• ROM (Read Only Memory)– É a memória onde o fabricante grava partes do sistema

operacional.

– Nela o usuário não pode gravar nada, somente ler.

– Não é volátil, ou seja, mesmo desligando o computador, seu conteúdo não é perdido.

– Capacidades: 256 Kbytes a 16 Mbytes

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Tipos de ROM• ROM (Read Only Memory)

– é gravada uma única vez, na fábrica, durante o processo de fabricação.

• PROM (Programmable ROM)– só pode ser gravada uma vez, porém fora da fábrica, usando um

gravador de PROM.

• EPROM (Erasable PROM)– similar a PROM, porém seu conteúdo pode ser apagado, através

da emissão de luz ultravioleta na “janela” superior, sendo feita a regravação tal como na PROM.

• EEPROM (Electrically EPROM) e • EAROM (Electrically Alterable ROM)

– similares à EPROM, porém o processo de apagamento se faz através da aplicação de uma tensão em um dos pinos. O apagamento é instantâneo

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EPROM

EPROM

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Tipos de Memórias Atuais nos Micros

• Registradores

• Expandida (Expansão qualquer)

• Estendida (Extensão aos 640K do DOS-PC)

• Flash

• Cache –Nível 1 (interno UCP)

–Nível 2 (externo à UCP)

• Virtual (Paginação e Segmentação)

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Registradores• Registrador é uma área de memória onde são

colocados os dados, para que as Unidades Aritmética e Lógica possam fazer suas operações e comparações.

Memória Estendida

Memória Expandida• É toda área de memória que é adicionada à

memória original do computador.

• É toda memória que ultrapassa os 640 KB originais concebidos para o DOS.

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Memória Flash• É um tipo de memória similar a uma ROM em

que se pode regravar os dados, até cerca de 1000 vezes. É usada para armazenar dados em “cartões de memória”.

Memória Cache• É uma memória de acesso privilegiado e rapidíssimo,

onde são colocados os dados mais frequentemente acessados. Tem características similares aos Registradores.

• Há 2 níveis de Cache:– Cache L1 (Level 1): fica dentro do próprio processador

(tamanho pequeno)

– Cache L2 (level 2): fica na placa mãe (tamanho maior)

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Memória Flash

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Memória Flash

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Memória Virtual

• É uma área de disco rígido que é usada como se fosse uma memória RAM. A vantagem é que não é necessário adicionar chips de memória para aumentar a capacidade. A desvantagem é que o tempo de acesso é bem mais lento.

• Na memória virtual geralmente se armazena programas grandes, ficando nela o programa dividido em partes, sendo cada parte levada à memória RAM, quando necessário executar aquela parte.

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Particionamento de Programas na Memória Virtual

• Dois métodos podem ser usados pelo Sistema Operacional:

– Segmentação

– Paginação

• Segmentação: O programa é dividido em partes funcionais, chamadas “Segmentos”, sendo o tamanho destas partes variável, de acordo com o conteúdo a ser armazenado;

• Paginação: O programa é dividido em partes de igual tamanho, chamadas de “Páginas”, mesmo que determinada parte funcional tenha que ocupar várias páginas, ou que numa página caibam várias partes funcionais.

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Memórias (continuação)

• RAM• DRAM (Dynamic RAM)

–EDO –SDRAM–RDRAM

• SRAM (Static RAM) - Cache• VRAM (Video RAM)• WRAM• SIMM• DIMM

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Memória RAM

• Pode ser de dois tipos:– DRAM (Dynamic RAM)

– SRAM (Static RAM)

• DRAM: Memória que não fica energizada todo o tempo, economizando energia. Há um capacitor que mantém a carga por certo período, após o que deve ser recarregado (“refresh”). Tem maior capacidade e menor custo.

• SRAM - Memória mais rápida que a DRAM, e mais cara.

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DRAM - EDO (Extended Data Output)

• Memória tipo DRAM, mais rápida, que recebe um bloco de memória por vez em sua cache interna, enquanto o processador processa este bloco, recebe outro bloco; DRAM normal recebe um byte por vez.

SDRAM (Synchronous DRAM)

• SDRAM- Transfere dados a cada ciclo da máquina.

• DDR-SDRAM (Double Data Rate): É uma SDRAM que transfere dados 2 vezes por ciclo.

RDRAM (Rambus DRAM)

• Transfere dados a taxa de 1,6 GBps, enquanto as DRAM comuns transferem a 800 MBps.

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VRAM (Video RAM)

• Memória específica para armazenar o conteúdo do que é mostrado no vídeo. Dela depende a resolução (nº PIXELS) e o nº de cores que pode ser exibido.

WRAM (Window RAM)

• Similar a VRAM, porém dispõe de um “buffer” da próxima imagem que será mostrada. Isto diminui o efeito de “flicker” na tela. É uma criação da Samsumg.

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Módulos SIMM e DIMM• SIMM (Single In-Line

Memory Module)–Módulo de memória em

que os chips estão dispostos numa placa com um fileira única.

• DIMM (Dual In-Line Memory Module)–Módulo de memória em

que os chips estão dispostos em fileira dupla.

30, 72 e 100 pinos

72, 144, 168 e 184 pinos

70

UCP Registradores

CacheNível 1

Nível 2

RAM Física Memória Virtual

Dispositivos de Armazenamento

ROM /BIOS

DrivesRemovíveis

Armazenamento

Internet/Redes Winchester

Dispositivos de Entrada

Teclado Mídias Removíveis

Mouse DispositivosRemotos

ScannerCameraMicrof.Video

Outros