1 Introdução à Informática O cenário onde estamos inseridos

1

Introdução à Informática

O cenário onde estamos inseridos

2

Histórico da Informática O início clássico da história sobre processamento de dados

remonta dos antigos ábacos (dispositivo manual de cálculo). Que são utilizados no oriente até hoje.

O marco seguinte mais citado data do final do século XVI, foram os Napier’s Bones. Criados pelo matemático escocês John Napier, (inventor dos logaritmos naturais), eram tabelas móveis para multiplicação/divisão.

Estruturas de Napier Ábaco

3

Histórico da Informática

No século XVII, com base nas tabelas de Napier e com a invenção dos logaritmos, Patridge criou um instrumento mais sofisticado para efetuar contas: a régua de cálculo.

A primeira máquina de calcular que funcionou com sucesso é de 1642, e foi construída pelo filósofo e matemático francês Blaize Pascal. Realizava somas e subtrações por meio de catracas.

Pascaline, máquina de somar mecânica

Exemplo de Régua de Cáculo

4


30 anos mais tarde (1672), o matemático alemão Leibnitz construiu uma máquina mecânica que também podia multiplicar e dividir.

A moderna tecnologia de PD nasceu dessas calculadoras pioneiras e da automação industrial.

Em 1805, Jacquard aperfeiçoou o tear automático, passando a utilizar cartões perfurados.

Calculadora Universal de Leibnitz

Tear Automático de Jacquard

5


Com o conhecimento da tecnologia de Jacquard, o inglês Charles Babage passou a automatizar cálculos matemáticos. Em 1822, apresentou modelo de máquina que calculava tabelas de

quadrados, através de somas e subtrações (Diferencial). Após a máquina diferencial, se propôs a criar uma máquina muito

mais poderosa, capaz de executar mais de um algoritmo (Analítica).

Máquina diferencial Máquina analítica

6


Em 1854, o matemático inglês George Boole contribuiu decisivamente para a teoria dos computadores. Ele descreveu a álgebra destinada a descrever operações lógicas.

A álgebra de Boole utilizava os números 0 e 1 para representar as duas condições possíveis de uma afirmação: falso ou verdadeiro, da mesma forma que Babage utilizava o sistema binário nas suas máquinas.

No século atual, essas duas técnicas foram reunidas, possibilitando junto com a aritmética binária, a invenção dos computadores digitais.

7

Os primeiros computadores

Em paralelo ao desenvolvimento das máquinas eletromecânicas, como calculadoras e teares, surgiu o conceito de processamento automático de dados.

Censo americano de 1890. Concorrência vencida por Herman Hollerith e seu sistema de tabulação elétrico.

Empregava cartões perfurados para entrada de dados.

A máquina obteve sucesso, e a empresa, após fusões e associações tornou-se a IBM em 1924.

Máquina de tabulação de Hollerith

8

1a Geração – Válvulas (até 59)

As máquinas construídas a partir de relês elétricos já eram verdadeiros computadores, na moderna concepção da palavra. Mas tinham seus inconvenientes.

A substituição de relês por válvulas a vácuo na década de 1940, caracterizou o advento da tecnologia eletrônica no tratamento de dados. Minimizando os inconvenientes.

Estímulo: 2a Guerra Mundial.

Foi construído na Universidade da Pensilvânia um grande computador a válvula, o ENIAC

ENIAC

9

1a Geração – Válvulas (até 59)

Em 1946, John Von Neumann publica artigos lançando idéias que revolucionariam a concepção de computadores como o ENIAC. Adoção do sistema binário de numeração para a representação dos

números. Até então se utilizava o sistema decimal. Outra idéia tratava da forma como a máquina receberia instruções

para processar dados. Ao invés de programar a máquina diretamente nos circuitos, a instrução do que fazer seria passada para uma parte da máquina na forma de programa.

As instruções seriam programadas em linguagem binária. Após serem lidas por cartões ou fitas perfuradas, eram armazenadas na memória eletrônica da máquina.

Equip. de I/O

Unid. Arit. e Lógica

Unid. de Controle

Memória Principal

10

2a Geração – Transistores (até 64)

Tem início com a substituição da VÁLVULA pelo TRANSISTOR, fabricado a partir do silício.

Transistor foi desenvolvido em 1947, no Bell Laboratories. Seu tamanho era 100 vezes menor que o da válvula, não precisava de tempo para aquecimento, consumia menos energia, gerando menos calor. Era mais rápido e confiável.

Computadores a válvula ficaram obsoletos já no final dos anos 50.

Aplicações foram ampliadas. Começaram a ser utilizadas linguagens de programação. Surgiram os primeiros Sistemas Operacionais. Começou a se utilizar fita magnética para armazenamento de

dados.

11

3a Geração – CI (até 71)

Tem início com a substituição da TRANSISTOR pela tecnologia de CIRCUITOS INTEGRADOS, (transistores e outros componentes eletrônicos em um único chip).

Implementado rapidamente pela IBM (família 360) em 64. Tornou os antecessores totalmente obsoletos.

O CI, criado pela Texas Instruments entrou em mercado em 59. Suas características resumem a evolução e tendência dos computadores.

Surge a multiprogramação, onde vários programas compartilham a mesma memória principal e dividem o uso da CPU. A memória para a ser orientada a byte.

É desenvolvido o sistema operacional Unix, surge a linguagem de programação C.

Evolui a utilização de discos magnéticos.

12

Tecnologias de CI (de 3a. geração)

SSI (Small Scale of Integration): Os circuitos integrados consistiam em tratamentos físico-químicos sobre uma película de silício, permitindo diferentes circuitos e portas lógicas. Teve início a ciência para projeto lógico de circuitos com baixa escala de integração (SSI), permitindo incluir em cada circuito uma média de 10 portas lógicas. Início da década de 60.

MSI (Medium Scale of Integration): Surgiu a integração em média escala (MSI), na qual passaram a integrar-se numa única pastilha de CI entre 100 e 1000 portas lógicas. Fim da década de 60.

LSI (Large Scale of Integration) No início dos anos 70 conseguiu-se introduzir num mesmo circuito entre 1000 e 10000 portas lógicas, com que passou à integração em larga escala (LSI)

13

VLSI (Very Large Scale of Integration): Quando foram ultrapassadas as 10000 portas lógicas por circuito. Ocorreu em meados da década de 70, onde passou-se à altíssima escala de integração (VLSI). Utilizada até hoje.

ULSI (Ultra Large Scale of Integration): Apareceu no final da década de 80 e início da década de 90. Foram ultrapassadas HUM MILHÃO de portas lógicas por circuito. Também utilizada até hoje.

Tecnologias de CI (de 4a. geração)

14

4a Geração – MICROPROCESSADOR (até 81)

Em 69, a Intel começa a desenvolver o primeiro Microprocessador a ser lançado em 71, o Intel 4004, que tinha 46 instruções de 4 bits. Microprocessador

• CI onde foram incluídos todos os elementos de uma CPU (modelo de Von Neumann).

• Inicialmente tecnologia LSI e evoluiu rapidamente para VLSI. • Viabilizou a fabricação de minicomputadores, microcomputadores

(PC’s) do tipo desktop e até máquinas portáteis. Nessa geração dá-se a utilização do disquete (floppy disk)

como unidade de armazenamento. Microcomputadores produzidos em escala comercial. Preços

muito reduzidos e alta capacidade de processamento.

15

4a Geração – MICROPROCESSADOR (até 81)

Ganharam destaque os mini e superminicomputadores com sistemas operacionais UNIX e VMS.

Surge o conceito de multiprocessamento. Surge o conceito de multitarefas Proliferam os protocolos de redes TCP/IP, SNA, X.25.

16

5a Geração (até os dias de hoje)

Caracteriza-se pelos avanços em termos de hardware, software e telecomunicações.

Sistemas exploram a parte gráfica com novas interfaces. Surgimento da internet como meio de comunicação. Linguagens OO para se tornarem mais poderosas. Surgimento de novos conceitos.

Sistemas Especialistas Sistemas em tempo Real Sistemas Multimídia Banco de Dados distribuídos Inteligência Artificial

17

Componentes de um Sistema de Computação

Sistema de Computação: Um Sistema de Computação é um conjunto de componentes (Hardware + Software) que são integrados para funcionar como se fossem um único elemento, tendo por objetivo realizar manipulações com dados.

Os Componentes básicos de um Sistema de Computação são :

Hardware Software

A Memória Principal e Secundária Sistema Operacional Unidade Central de Processamento Software de linguagem Dispositivos de Entrada e Saída Sistemas Aplicativos

Hardware + Software = Sistema de Computação

18

Hardware - Memória

Definição: “É o componente de um sistema de computação cuja função é armazenar as informações que foram ou serão manipuladas pelo sistema.” (Mário Monteiro)

Algumas características: assemelha-se a um depósito. varia em: velocidade, capacidade de armazenamento, tecnologia

de construção. realiza apenas duas operações: escrita e leitura.

Tipos de memória Registradores Cache Memória Principal Memória Secundária

19

Hardware - Memória

Hierarquia e Variações:

Reg

Cache

Memória Principal

Memória Secundária ou Auxiliar

Tipo

Reg

Capac. Veloc. e custo

Loc. Volat.

Cache

MP

MS

Bytes

Kbytes

Mbytes

Gbytes

Altíssimos

Altos

Médios

Baixos

CPU

CPU ou Placa

Placa

Externa

Sim

Sim

Sim

Não

Velocidadee Custo

Capacidade

20

Hardware - Memória Registradores

Dispositivos de armazenamento temporário.

Dois tipos: Registradores de dados e Registradores de endereços.

O alto custo é devido à sua localização, pois implica na complexidade de construção da CPU, já que se encontra na própria pastilha (“chip”) da CPU.

O conceito de registrador surgiu da necessidade da CPU armazenar temporariamente dados intermediários durante um processamento.

Memória Cache

Alta velocidade (p.ex: 25 ns contra 70 ns da MP), entretanto não é econômico construir um computador somente com a tecnologia de memória cache.

Função: acelerar a velocidade de transferência de informações entre a CPU e MP, aumentando o desempenho dos sistemas de computação.

21

Hardware - Memória

End 257A

End 257B

1F

2C

Conteúdo da posição de memória

End 0000

End N-1

Célula de memória

Memória Principal

É a memória que armazena os programas e seus dados. Nela a CPU busca instrução por instrução para executar o programa. Também é chamada de memória RAM.

A memória principal de qualquer sistema de computação é organizada como um conjunto de N células seqüencialmente dispostas a partir da célula de endereço igual a 0 até a última, de endereço igual a N-1.

22

Hardware - Memória RAM - Random Access Memory

Permite operações de leitura e escrita pelo usuário e programas. Seu tempo de acesso é da ordem de 70ns independente do

endereço de acessado. É construída com tecnologia de semicondutores. É volátil.

ROM - Read Only Memory Utilizada geralmente por fabricantes para gravar programas que não

devem ser alterados ou apagados acidentalmente. Não é volátil. Quando se liga uma máquina, é da ROM que vem os programas

que são carregados e processados no "boot" (inicialização do hardware).

Ex: BIOS - Basic Input Output System e microprogramas de memórias de controle.

Memória Secundária Utilizada para armazenar grandes quantidades de informações. Os

principais dispositivos são: discos rígidos, drives de disquete, unidades de fita, CD-ROM, etc.

23

Hardware - CPU Unidade Central de Processamento - UCP ou CPU

Função Básica - Execução de Instruções• Buscar uma instrução na memória;• Atualiza o contador de instruções para que aponte para a

instrução seguinte;• Determina o tipo de instrução;• Se a instrução usa dados da memória, determina onde

eles estão;• Busca os dados;• Executa a instrução;• Armazena os resultados no local apropriado;• Reinicia o processo apanhando uma nova instrução.

Busca Decodificação ExecuçãoInício Fim

CICLO DE INSTRUÇÃO

24

Hardware - CPU

Unidade de Controle

Unidade Lógicae Aritmética

Registradores

...

...

Barramento

MemóriaPrincipal Disco Impressora

Dispositivos de E/S

Busca as instruções da memória principal e determina seus tipos.

Executa operações tais como adições e operações boleanas,necessárias à execução das instruções.

Memória usada p/ armazenar resultados temporários e certas informações de controle

Principais Componentes da CPU e suas funcionalidades:

25

Interação entre os componentes de Hardware

Hardware - CPU

Unidade deControle

Unidade de Aritmética e Lógica

Memória

Unidade de

Saída

Unidade de

Entrada

Unidade Central de Processamento

Memória Secundária

Registrador

26

Evolução do Processador dos PCs (Intel):

Processador Velocidade Endereçamento ProcessamentoInterno

ProcessamentoExterno

8086 / 8088 4,77 a 8 MHz 640 Kb RAM 16 bits 8 bits

80286 8 a 16 MHz 16 Mb RAM 16 bits 16 bits

80386 SX 20 a 40 MHz 32 Mb RAM 32 bits 16 bits

80386 DX 20 a 40 MHz 32 Mb RAM 32 bits 32 bits

80486 SX 33 a 100 MHz 64 Mb RAM 32 bits 32 bits

80486 DX 33 a 100 MHz +coprocessador

64 Mb RAM 32 bits 32 bits

Pentium 100 a ... Ilimitado 64 -128 bits 64 - 128 bits

Hardware - CPU

27

Dispositivos de Entrada e Saída: São os dispositivos que possibilitam o manuseio de dados e informações. Permitem a comunicação do usuário com o computador. Traduzem as linguagens do sistema para a linguagem do meio exterior.

– Dispositivos de Entrada: converte a instrução ou dado capturado em uma forma possível de ser manipulado pelos componentes eletrônicos do computador.

Ex: Teclado, Mouse, Canetas Óticas, Modem, Scanners, Filmadoras, etc.

– Dispositivos de Saída: traduz a linguagem de máquina do computador para a linguagem humana que o usuário entende.

Ex: Monitor de Vídeo, Impressoras, Plotters, Equipamento de Áudio, etc.

Hardware - Dispositivos de Entrada e Saída

28

Como a informação é representada?

Sistema binário é a base para a operação dos computadores. Tecnologia baseada na álgebra de Boole e no conceito de V/F.

Computadores modernos foram desenvolvidos a partir de conceitos a partir de códigos em fitas ou papéis perfurados.

Esses conceitos consolidaram o uso dos dígitos 0 (F) e 1 (V). A partir daí podemos representar valores ou símbolos.

5 -> 101 13 -> 1101 C -> 1000011

Assim, codificação binária irá representar dados existentes nas empresas ou no nosso dia a dia.

29

Como a informação é representada?

Dois termos que aparecem com freqüência na terminologia da informática são o bit e byte.

O bit pode ser entendido como um “circuito” onde podemos guardar 0 ou 1. É o componente básico da memória e representa um dígito binário.

Podemos representar uma letra ou número com as várias combinações de dígitos binários. Este agrupamento de dígitos recebe o nome de byte. Um byte tem normalmente 8 bits (por convenção)

A convenção surgiu da necessidade de representar todos os caracteres com um certo número de bits. Com seis bits temos dois à sexta potência → 64 (pouco) Com sete bits temos dois à sétima potência → 128 (satisfatório) Oitavo bit de paridade

30

Como a informação é representada

Para o melhor desempenho dos computadores foi adotado outro conceito: a palavra (WORD), múltipla do byte e também de tamanho variável, a depender da capacidade do barramento adotado pelo microprocessador.

Por exemplo, palavras de 16, 32,64 ou 128bits.

31

Códigos Padrões de Caracteres

Codificações binárias utilizadas pelos computadores.

Codificação EBCDIC • Considera do byte com oito bits• Utilizada pelos grandes computadores, como os IBM

Codificação ASC II• Utiliza 7 bits de um byte para informação.• Codificação utilizada nos microcomputadores e no

sistemas de telecomunicações.

32

Grandezas nos Computadores

Tanto para quantificar a memória principal como para medir a capacidade de armazenamento são utilizados múltiplos de bytes, como “K”, “M”, “G” e “T”

Unidade Abreviação Valor Aproximado Valor Exato

Kilo K 1.000 2^10 →1.024

Mega M 1.000.000 2^20 →1.048.576

Giga G 1.000.000.000 2^30 →1.073.741.824

Tera T 1.000.000.000.000 2^40 →1.099.511.627.776

Quando se referir a capacidade de armazenamento de dados, utilizamos BYTE, simbolizado por “B”, combinado com essas letras.

33

Bits e Bytes

Unidade Equivalência Equivalência

1 byte 8 bits

1 KB 210 bytes 1024 bytes

1 MB 220 bytes 1024 KB

1 GB 230 bytes 1024 MB

1 TB 240 bytes 1024 GB

1) Quanto vale 2 MB em bytes ?

2 x 1024 x 1024 = 2.097.152 bytes

2) Quanto vale 3GB em bits ?

3 x 1024 x 1024 x 1024 x 8 = 25.769.803.776 bits

3) Quanto vale 3.564.543 bytes em MB?

3.564.543 / 1024 / 1024 = 3,39 MB


34


Exemplos: 50 KB →Um pequeno documento no MS Word 1,44 MB →Capacidade de um disquete de 3,5” 256 MB →Capacidade usual da memória dos microcomputadores 40 GB →Capacidade usual de um disco rígido interno de um micro

Podemos usar grandezas associadas ao BIT, comparadas à unidade de tempo. 56Kbps (internet - discada) ou 256Kbps (internet - banda larga)

Hertz (Hz) é a unidade de medida de freqüência, e corresponde tanto a “ciclos por segundo” em corrente alternada como a “pulsos por segundo” em circuitos digitais. Os atuais computadores são medidos em MHz ou GHz, o

chamado “clock” do processador.

35

Sistemas de Numeração

Quando dizemos “o número 10” estamos cometendo uma abuso de linguagem. “o número que representamos pelo numeral 10”. O numeral é o símbolo gráfico para representar a idéia Dessa forma o número pode ser representado de diferentes

maneiras, a depender do sistema de símbolos desejado.

Sistema decimal Conceito de representação criado na Índia, possui

característica importante de associar o número tanto a idéia de posição como de valor.

• 1967 = (1 * 10^3) + (9 * 10^2) + (6 * 10^1) + (7 * 10^0) Do ponto de vista matemático, o sistema com base decimal é

tão arbitrário e convencional como qualquer outro.

36


Sistema binário Matematicamente seria o mais natural de todos. Representa

os estados naturais da lógica. 1967 = 111101011112

10000000000 1 * 2^10 = 1024

1000000000 1 * 2^9 = 512

100000000 1 * 2^8 = 256

10000000 1 * 2^7 = 128

0000000 0 * 2^6 = 0

100000 1 * 2^5 = 32

00000 0 * 2^4 = 0

1000 1 * 2^3 = 8

100 1 * 2^2 = 4

10 1 * 2^1 = 2

1 1 * 2^0 = 1

11110101111 1967

37


Sistema Hexadecimal O sistema de numeração hexadecimal utiliza 16 dígitos

• 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F Correlação entre os sistemas decimal, binário e hexadecimal

• Observe que com quatro dígitos binários podemos representar todos os dígitos hexadecimais.

Decimal Binário Hexadecimal

0 0000 0

1 0001 1

2 0010 2

3 0011 3

4 0100 4

5 0101 5

6 0110 6

7 0111 7

Decimal Binário Hexadecimal

8 1000 8

9 1001 9

10 1010 A

11 1011 B

12 1100 C

13 1101 D

14 1110 E

15 1111 F

38

Conversão de Bases de Numeração

• Conversão Binário - Decimal

Decompor em potências de 2

0 0 1 0 1 0 12 1 x 20 = 1

0 x 21 = 0

1 x 22 = 4

0 x 23 = 0

1 x 24 = 16

21

39


• Conversão Decimal - Binário

250 2 0 125 2 1 62 2 0 31 2 1 15 2 1 7 2 1 3 2 1 1 2 1 0

1 1 1 1 1 0 1 02

Resíduo Final sempre = 0

40

Conversão de decimal para binário. Divisões sucessivas por 2. O resto da última divisão representa o dígito mais à

esquerda do número binário, o resto da próxima divisão o próximo dígito, e assim por diante.

Como somar em binário?

Como subtrair em binário?


41

• Conversão Decimal - Hexa

48555 16 11 3034 16 10 189 16 13 11 16 11 0

B D A B16

Resíduo Final sempre = 0


42

• Conversão Hexa - Decimal

Decompor em potências de 16

0 1 F 1 E16

14 x 160 = 14

1 x 161 = 16

15 x 162 = 3.840

1 x 163 = 4.096

=> 7.966


43


• Conversão Binário - Hexadecimal

- a partir da direita, dividir em grupos de 4 dígitos- converter cada grupo em um dígito hexadecimal

1 1 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 12

1 1 1 1.0 1 1 0.0 0 1 1.0 0 0 1

F 6 3 116

Obs.: completar com zeros à esquerda quando necessário

44


• Conversão Hexa - Binário

- converter cada dígito hexa em um grupo de 4 dígitos binários

Ex. A7B216

A 7 B 2

1 0 1 0.0 1 1 1.1 0 1 1.0 0 1 0

1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 02

Documents

1 Introdução à Informática O cenário onde estamos inseridos