Embed Size (px)
Citation preview
POL 2002
Introdução à Informática
Objetivos : Nivelar os alunos nos principais conceitos da informática aplicada ao assunto Redes de Computadores.
Ementa : Conceituação; Conversão de bases e aritmética computacional; Componentes principais de um computador; Códigos de representação; Execução de programas; Arquiteturas.
Professor : Alberto Arkader Kopiler
Conteúdo programático
UNIDADE I CONCEITUAÇÃO............................................................................................................................................3
I.1 PROCESSAMENTO DE DADOS...................................................................................................................... 3I.2 SISTEMAS DE INFORMAÇÃO......................................................................................................................... 3I.3 PROGRAMAÇÃO DE COMPUTADORES...........................................................................................................5I.4 HISTÓRICO................................................................................................................................................. 6EXERCÍCIOS – UNIDADE I..................................................................................................................................... 8
UNIDADE II CONVERSÃO DE BASES E ARITMÉTICA COMPUTACIONAL...........................................................9
II.1 BASES DE NUMERAÇÃO.................................................................................................................................. 9II.2 CONVERSÃO ENTRE BASES DE NUMERAÇÃO....................................................................................................9II.3 ARITMÉTICA BINÁRIA E HEXADECIMAL............................................................................................................12II.4 ÁLGEBRA BOOLEANA.................................................................................................................................... 13EXERCÍCIOS – UNIDADE II................................................................................................................................... 15
UNIDADE III COMPONENTES PRINCIPAIS DE UM COMPUTADOR...................................................................16
III.1 MEMÓRIA................................................................................................................................................. 17III.1.1 Hierarquia de Memória.......................................................................................................................17III.1.2 Registradores..................................................................................................................................... 19III.1.3 Memória Cache.................................................................................................................................. 19III.1.4 Memória Principal............................................................................................................................... 19III.1.5 Memória Secundária.......................................................................................................................... 22III.1.6 Conceito de Arquivos e Registros......................................................................................................23
III.2 UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO..................................................................................................26III.3 DISPOSITIVOS DE ENTRADA E SAÍDA.........................................................................................................26
UNIDADE IV REPRESENTAÇÃO DE DADOS E INSTRUÇÕES
IV.1 TIPOS DE DADOSIV.2 TIPOS DE INSTRUÇÕESIV.3 EXECUÇÃO DE PROGRAMAS
UNIDADE V ARQUITETURASV.1 ARQUITETURA CISCV.2 ARQUITETURA RISCV.3 OUTRAS ARQUITETURAS
UNIDADE VI LABORATÓRIO EM SISTEMAS OPERACIONAISVI.1 DOS
VI.2 WINDOWS 98BIBLIOGRAFIA
MONTEIRO, M. Introdução à organização de computadores.3.ed. LTC, 1996.TANEMBAUM, A.S. Organização estruturada de computadores. New Jersey : Prentice-Hall, 1992.TANEMBAUM, A.S. Sistemas operacionais modernos. New Jersey: Prentice-Hall, 1995.STAIR, R. M. Princípios de sistema de informação: uma abordagem gerencial. Rio de Janeiro : LTC, 1998.
2
Unidade I Conceituação
I.1 Processamento de dados
Computador
Máquina (partes eletrônicas e eletromecânicas) capaz de sistematicamente coletar, manipular e fornecer os resultados da manipulação para um ou mais objetivos.
Processamento de Dados
Dados x Informações
Processamento Analogia com uma receita de bolo
Dado
Resultado:Informação
I.2 Sistemas de Informação
Sistema
Conjunto de partes coordenadas que concorrem para a realização de um determinado objetivo.
Sistema de Processamento de Dados
É aquele responsável pela coleta, armazenamento, processamento e recuperação, em equipamentos de processamento eletrônico, dos dados necessários ao funcionamento de um outro sistema maior: o sistema de informações.
Requer a execução de uma série de etapas de forma manual ou automática.
Sistema de Informação
Métodos
3
Entrada
Processamento
Saída
Ingredientes
Receita ("como fazer")
"Bolo"
Processos (Manuais e Automatizados)
Equipamentos
Componentes da Organização e Níveis de Decisão
Sistemas de Processamento de TransaçõesSistemas que tratam e processam as operações diárias dos negócios, ou transações.
Sistemas de Informações GerenciaisSistemas caracterizados pela produção de relatórios pré-programados, tanto periódicos, quanto sob demanda e de exceção.
Sistemas de Apoio à DecisãoSistemas que dão apoio e assistência em todos os aspectos da tomada de decisões sobre um problema específico. Vão além dos sistemas de informações gerenciais, pois fornecem assistência imediata na solução de problemas complexos.
Inteligência Artificial e Sistemas EspecialistasSistemas baseados na noção de inteligência artificial são aqueles que tomam as características da inteligência humana. Possui vários subcampos de pesquisa, e o de sistemas especialistas é um deles. Sistema especialista é aquele que pode fazer sugestões e chegar a conclusões de um modo bem semelhante ao de um profissional especialista.
Sistema de Informação Baseado em Computador
Hardware
Software
Humanware (Pessoas)
4
CEO
CFO COO CIO ...
Desenvolvimento Suporte e Arquitetura
Operação
Estratégico
Tático
Operacional
Detalhe
-
+
Realimentação (Feedback
Interface Homem-máquina
Banco de Dados
Telecomunicações (Conectividade)
Procedimentos
I.3 Programação de Computadores
Programa
Conjunto de instruções, ou ordens de comando, dadas ao hardware com o objetivo de realizar uma determinada ação. Por exemplo: uma operação aritmética, uma transferência de dados etc.
Etapas passo-a-passo = programa (conjunto de instruções "dizendo" o que tem que ser feito)
Algoritmo: conjunto de etapas finitas, ordenadamente definidas para obter a solução de um problema.
Exemplo:
1. ESCREVER E GUARDAR N=0 E SOMA=02. LER NÚMERO DE ENTRADA3. SOMAR VALOR DO NÚMERO AO DE SOMA E GUARDAR RESULTADO COMO NOVA
SOMA4. SOMAR 1 AO VALOR DE N E GUARDAR O RESULTADO COMO NOVO N5. SE VALOR DE N FOR MENOR QUE 100, RETORNAR PARA O ITEM 26. IMPRIMIR VALOR DA SOMA7. PARAR
Linguagens de Programação
Regras Fixas e Rígidas de Sintaxe.
Estruturadas, não estruturadas e orientadas a objeto.
Linguagem de Máquina (Primeira Geração) e Linguagem Assembly (Segunda Geração).
Linguagem de Médio Nível: C
Linguagens de Alto Nível: Terceira Geração (Por exemplo: BASIC, COBOL, FORTRAN e PASCAL); Quarta Geração (linguagens de consulta a banco de dados e linguagens visuais. Por exemplo: SQL – Structured Query Language).
Linguagens Visuais: DELPHI e VISUAL BASIC
Linguagens de banco de dados: DBASE, CLIPPER, MS-ACESS
Linguagens Orientadas a Objeto : JAVA, C++, Smalltalk, Object Pascal
Linguagens Específicas: Por exemplo para Internet: HTML, ASP, JAVASCRIPT
5
Tradução para o Computador (linguagem de máquina): linguagens interpretadas (Interpretador) e linguagens compiladas (Compilador/Linkeditor).
I.4 Histórico
Ábaco - máquina mecânica que permitia a execução de quatro operações aritméticas 1642 - Blaise Pascal - Calculadora mecânica (engrenagens) 1671 - Leibnitz - Aperfeiçoou a calculadora permitindo as operações de multiplicação e divisão 1883 - Charles Babbage - Conceitos básicos para projeto de uma máquina de computador 1890 - Bureau de Censo Demográfico dos EUA contratou Hermann Hollerith
Método para processar dados tabulares (cartões perfurados lidos por um dispositivo mecânico) O censo foi concluído em 2 anos e meio
1896 - Hollerith montou empresa para prestar serviços ao Bureau. 1924 - Hollerith fundou a IBM (International Business Machines Corporation) Década de 40 ( II Guerra para a indústria bélica) - Primeira máquina eletrônica de processamento de dados Válvula - Primeira geração de computadores (hardware) 1945 - (ENIAC - Electronic Numerical Integrator and Calculator)
30 toneladas, 18000 válvulas, ocupava uma sala inteira 1945 - Dr. John Von Neumann propôs arquitetura para computadores: os programas (conjunto de
instruções para o computador) e os dados são previamente armazenados no computador (memória principal),; execução sistemática e automática de todo o programa
1949 - EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Calculator) - Universidade de Cambridge 1950 - UNIVAC1 1950 - Invenção do Transistor - Máquinas menores e mais rápidas - Segunda geração de hardware 1958 - NCR - Primeiro computador com circuitos transistorizados 1958 - IBM 1401 1964 - IBM sistema/360 (Circuitos Integrados) - Redução de tamanho, aumento da velocidade de
processamento e de espaço de memória disponível OS/360 - Sistema Operacional do sistema/360 (programa que controla o funcionamento dos recursos
computacionais) Máquinas com CI's (Circuitos Integrados) - Terceira geração de hardware CHIPS - VLSI (Very Large Scale of Integration - Escala de integração muito alta) - Quarta geração de
hardware 1981 - IBM-PC XT - Um dos primeiros computadores pessoais (microprocessador INTEL 8088 de 4,77
MHz) 1986 - IBM PC AT 286 (microprocessador INTEL 80286 de 6 a 12 MHz). 1989 - 386 - 80386 de 12 a 25 MHz 1991 - 486 - 80486 de 25 a 66 MHz 1995 - PENTIUM - 100 a 350 MHz 1997 - PENTIUM II - 250 a 450 MHz 1999 - PENTIUM III - 450 a 900 MHz 2001 - PENTIUM IV - 1GHz a 2 GHz
Outros fabricantes de microprocessadores além da INTEL: Cyrix, Motorola, AMD, ...
Outros fabricantes de computadores pessoais: APPLE (Macintosh), COMPAQ, ITAUTEC, IBM, ...
Lei de Moore: "A cada ano a capacidade de integração aumentará de 60%", ou seja, a cada 18 meses os computadores dobrarão sua capacidade de processamento.
6
Anos 60-80 - "Mainframes" - Computadores de grande porte - CPD's - Centro de Processamento de Dados Anos 80-90 - PC - Computador Pessoal 1990 - 2000 - Grande desenvolvimento de redes (INTERNET) - Computação distribuída.
Era das estações de trabalho e servidores. Fabricantes: VAX, IBM, Sun microsystems, Unisys, Silicon Valley, ...
INTERNET/INTRANET - Browsers: Nestscape, Internet Explorer, Mosaic, Opera, ...
Anos 60-80 Computadores de Grande Porte Centralização de processamento Compartilhamento de periféricos
Anos 80-90 Computadores Pessoais Distribuição de Processamento Periféricos locais Anos 90-2000
Rede local de computadores Distribuição do Processamento Compartilhamento de periféricos
Anos 2000 - Rede mundial de computadores (INTERNET)
Processamento local, remoto ou distribuído
Integração a nível mundial
7
"Bolacha" de Silício
(material semicondutor)
CHIPS =milhares, milhões, bilhões de transistores integrados (VLSI)
Exercícios – Unidade I
1. Conceitue os termos “dado” e “informação”, no que se refere a seu emprego em processamento de dados.
2. Caracterize as etapas principais de um processamento de dados.
3. Conceitue um sistema. Cite 2 exemplos práticos de organizações sistêmicas na vida real.
4. O que é um sistema de informação?
5. O que você entende por um programa de computador?
6. Conceitue os termos hardware, software e humanware.
7. O que é e para que serve uma linguagem de programação de computador? Cite exemplos de linguagens de programação.
8. Qual a diferença entre um sistema de processamento de transação e um sistema de informações gerenciais?
9. Descreva brevemente os componentes de um sistema de informação baseado em computador.
10. O que é um sistema de apoio à decisão? E um sistema especialista?
11. Quais são as quatro gerações de hardware?
12. Quais são as cinco gerações de linguagens de programação?
8
Unidade II Conversão de bases e aritmética computacional
II.1 Bases de numeração
Desde os primórdios da civilização, o homem vem adotando formas e métodos específicos para representar números, tornando possível contar objetos e efetuar operações matemáticas.
A forma mais empregada é a notação posicional. Nela os algarismos componentes de um número assumem valores diferentes, dependendo de sua posição relativa no número.
O sistema numeração decimal é o mais empregado. Possui 10 algarismos diferentes: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 7, 8 e 9.
A quantidade de algarismos de um sistema de numeração é chamada de base. O sistema de dez algarismos é chamado de base 10 ou base decimal.
Base 10 (dez algarismos: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 e 9). Ex: (1303)10
Base 2 ou binária (dois algarismos: 0 e 1). Ex: (10101)2
Base 8 ou octal (oito algarismos: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 e 7). Ex: (27)8
Base 16 ou hexadecimal (dezesseis algarismos: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E e F). Ex: (F0A)16
Outras Bases (base 4, 5, etc)
Os “algarismos” A, B, C, D, E e F representam, respectivamente, os valores (da base 10): 10, 11, 12, 13, 14e 15.
Base binária => bit 0 ou 1
Bit = binary digit; 1 byte = 8bits
II.2 Conversão entre bases de numeração
Conversão entre bases potência de 2
Entre as Bases 2 e 8
Como 8=23, um número binário (base 2) pode ser convertido para base 8 (octal), bastando dividi-lo da direita para a esquerda em grupos de 3 bits. Se o último grupo não for múltiplo de 3, preencher zeros à esquerda. Ou seja empacotamos de 3 em 3 bits. Para fazer o processo inverso (converter da base 8 para a base 2) temos que desempacotar de 3 em 3 bits, ou seja, basta converter cada algarismo na base 8 para seu correspondente na base 2 com representação de 3 bits, preenchendo zeros à esquerda para completar 3 bits.
Exemplos: 1) (111010111)2 = ( )8
(111)(010)(111) 2 = (727) 8
2) (673) 8 = ( )2
(110)(111)(011) 2 = (110111011) 2
9
Entre as Bases 2 e 16
Como 16=24, um número binário (base 2) pode ser convertido para base 16 (hexadecimal), bastando dividi-lo da direita para a esquerda em grupos de 4 bits. Se o último grupo não for múltiplo de 4, preencher zeros à esquerda. Para fazer o processo inverso (converter da base 16 para a base 2) basta desempacotar de 4 em 4 bits.
Exemplos: 1) (111010111)2 = ( )16
(0001)(1101)(0111) 2 = (1D7) 16
2) (F50)16 = ( )2
(1111)(0101)(0000) 2 = (111101010000) 2
Entre as Bases 8 e 16
Deverá ser feita antes a conversão da base 8 para a base intermediária 2, e a partir dela para a base 16 e vice-versa para conversão da base 16 para a 8.
Exemplos: 1) (174)8 = ( )16
(001)(111)(100)2 = (1111100)2 = (0111)(1100)2 = (7C)16
2) (F50)16 = ( )8
(1111)(0101)(0000) 2 = (111101010000) 2 = (111)(101)(010)(000) 2 = (7520)8
10
A tabela abaixo mostra a representação dos números nas bases 2, 8, 10 e 16.Base 2 Base 8 Base 10 BCoase 16
Binário Octal Decimal Hexadecimal0000 0 0 00001 1 1 10010 2 2 20011 3 3 30100 4 4 40101 5 5 50110 6 6 60111 7 7 71000 10 8 81001 11 9 91010 12 10 A1011 13 11 B1100 14 12 C1101 15 13 D1110 16 14 E1111 17 15 F
Conversão de números de uma base B para a base 10
Usa-se a fórmula N = dn-1 x bn-1 + d n-2 x b n-2 + ... + d 1b 1 + d 0xb 0
1) (101101)2 = ( )10
1 x 25 + 0 x 24 + 1 x 23 + 1 x 22 + 0 x 21 + 1 x 2+ 1 x 22 =
= 32 + 0 + 8 + 4 + 0 + 1 = (45)10
2) (2A6)16
= 2 x 162 + 10 x 161 + 6 x 160 =
= 512 + 160 + 6 = (678)10
Conversão de números decimais para uma base B
A conversão é obtida pela divisão sucessiva do número decimal pelo valor da base na qual se deseja converter. Em cada divisão o resto obtido na divisão corresponde a um algarismo significativo na nova base. O primeiro resto corresponde ao algarismo mais significativo e o último resto ao algarismo menos significativo.
Exemplos:
1) (45)10 = ( )2
45 | 1 22 | 2 0 11 | 2 1 5 | 2 1 2 | 2 0 1 | 2 1 0
11
(45)10 = (101101)2
2) (256)10 = ( )16
256 | 16 0 16 | 16
0 1 | 16 1 0
(256)10 = (100) 16
II.3 Aritmética binária e hexadecimal Soma binária
Parcela 1 (mais) Parcela 2 Soma (resultado)0 + 0 00 + 1 11 + 0 11 + 1 0 (vai "1" para a esquerda)
Exemplos: 1 1111 vai 1 1 1111
101101 parcela 1 1001111+101011 parcela 2 + 1100111 1011000 10110110
Subtração binária
Minuendo (menos) Subtraendo Diferença (resultado)0 - 0 01 - 0 11 - 1 00 - 1 1 (empresta "2" à esquerda)
No caso de 0 menos 1, terá de ser obtido o "empréstimo" de um valor igual a dois (2), obtido do primeiro algarismo diferente de zero, existente à esquerda.
Exemplos:
101101 minuendo 100110001-100111 subtraendo - 010101101 000110 010000100
12
Aritmética hexadecimal
Segue as mesmas regras para qualquer base: somar (ou subtrair) algarismo por algarismo, utilizando-se "vai x" na casa à esquerda (e somando-o com as parcelas seguintes à esquerda), ou de "empréstimo" (subtração).
Exemplos:
1111 1 4FFEA FE+ AE5FF +_F0 FE5E9 1EE
II.4 Álgebra Booleana
Computadores digitais são fabricados para armazenar e processar informações representadas através de dígitos binários (0 e 1). Essa fabricação se baseia na utilização de circuitos eletrônicos digitais que se relacionam aos conceitos matemáticos da álgebra booleana ou lógica.
Uma variável boolena pode assumir um entre dois valores possíveis: valores verdadeiros (1) ou falso (0). Ou seja, os mesmos de um algarismo binário.
Operadores lógicos
AND (E) OR (OU) NOT (NÃO)
Operador lógico AND
Símbolo (.)
X = A . B ou X = A AND B
A B A AND B0 0 00 1 01 0 01 1 1
Tabela verdade da operação lógica AND.
Operador lógico OR
Símbolo (+)
X = A + B ou X = A OR B
13
B
A X
B
A X
A B A OR B0 0 00 1 11 0 11 1 1
Tabela verdade da operação lógica OR.
Operador lógico NOT
Também conhecido como inversor. Se o valor de entrada é verdadeiro o da saída será falso e vice-versa. _ X = NOT A ou X = A
A NOT A0 11 0
Tabela verdade da operação lógica NOT.
Operador lógico XOR
Símbolo (x)
X = A x B ou X = A XOR B
A B A XOR B0 0 00 1 11 0 11 1 0
Tabela verdade da operação lógica XOR.
Equações lógicas
Exemplo: ___
Para A = 1, B = 0 e C = 1. Obtenha o valor de X na equação: X = A + ( B . C ) , ou seja,
X = NOT ( A ) OR ( B AND C )
Então : X = NOT 1 OR ( 0 AND 1 ) =
= 0 OR ( 0 ) = 0
X = 0
14
B
A X
Exercícios – Unidade II
1) Converter os valores decimais em valores binários equivalentes:
a) 581b) 197c) 284
2) Converter os valores binários em valores decimais equivalentes:
a) (1110)2
b) (111001101001)2
c) (101100011000)2
3) Converter os valores decimais em valores octais equivalentes:
a) 177b) 254
4) Converter os valores octais em valores decimais equivalentes:
a) 201b) 45
5) Converter os valores decimais em valores hexadecimais equivalentes:
a) 297b) 544c) 71
6) Converter os valores hexadecimais em valores decimais equivalentes:
a) 3A2b) 99c) ED4
7) Efetuar as seguintes conversões de base:
a) (374)8 = ( )16 b) (101110)2 = ( )16
c) (217)10 = ( )2
d) (2FD0)16 = ( )10
e) (171)8 = ( )16
8) Efetuar as seguintes somas:
a) (101110011101)2 + (11001100100)2
b) (3DAB)16 + (1FA0)16
9) Seja A = 100, B = 101 e C = 111
__10) Obtenha o valor de X para X = (A + (B x C)) . ( A + B)
15
Unidade III Componentes principais de um computador
Um computador é composto por três partes principais: a UCP, a memória e a unidade de entrada e saída. A UCP, unidade central de processamento, ou processador é responsável pelo controle das funções do sistema e pela execução das operações.
A memória serve para armazenar os programas (conjunto de instruções) e os dados.
A unidade de entrada e saída (E/S) serve para que a forma com que o computador manipula a informação seja compatibilizada com a forma com que o ser humano manipula as informações.
16
UCP
VÍDEOTECLADO
MEMÓRIAENTRADA SAÍDA
UCPMemória Principal
Unidade de E/S
Memória SecundáriaFluxo de Dados
Fluxo de Controle
Byte - Unidade de armazenamento => 8 bits
Palavra - Unidade de transferência e processamento
Normalmente um número múltiplo de 1 byte Mais comum 16 ou 32 bits (já existem processadores de 64 bits)
1 Kilo = 1K = 1024 (Milhares)1 Mega = 1M = 1024 K = 1024 x 1024 = 1.048.576 (Milhões)1 Giga = 1G = 1024 M = 1.048.576 x 1024 = 1.073.741.824 (Bilhões)1 Tera = 1T = 1024 G = 1.073.741.824 x 1024 (Trilhões)
256 K = 256 x 1024 = 262.124 64 M = 64 x 1024 K = 65.536 K
1 mili = 10-3
1 micro = 10-3 mili = 10 -6
1 nano = 10-3 micro = 10 -9
III.1 Memória
III.1.1 Hierarquia de Memória
A memória de um computador possui diferentes características, podendo classificá-la pelos seguintes aspectos:
Velocidade de acesso (tempo de acesso) Capacidade de armazenamento Custo Volatilidade
Em função destas características pode-se estabelecer uma hierarquia de memória: o registrador, a memória cache, a memória principal e a memória secundária ou auxiliar.
Hierarquia de memória
17
Registrador
Memória Cache
Memória Principal
Memória Secundária
Características Registrador Memória Cache Memória Principal
Memória Secundária (disco rígido)
Tempo médio de acesso
3 nano segundos 5 nano segundos 50 nano segundos 8 mili segundos
Capacidade Típica 16/32/64 bits 256 a 4096 Kbytes 32 a 512 Mbytes 20 a 100 GbytesVolatilidade Sim Sim ROM-Não/RAM-Sim NãoDuração de Armazenamento
Curtíssima Curta Durante a execução do programa
Permanente
Tabela comparativa das características das memórias (2002)
Quanto à velocidade de acesso (tempo de acesso - ordenada da mais rápida para a mais lenta):
Registrador Memória Cache Memória Principal Memória Secundária
Quanto à capacidade de armazenamento (ordenada da que tem menor capacidade para a que tem maior capacidade):
Registrador Memória Cache Memória Principal Memória Secundária
Quanto ao custo (depende do processo de fabricação - ordenada da mais cara para a mais barata):
Registrador Memória Cache Memória Principal Memória Secundária
Quanto à volatilidade:
Volátil - perde as informações armazenadas quando o computador é desligado. Ex: RAM, cache, etc. Não - volátil - Não perde as informações armazenadas quando o computador é desligado. Ex: ROM, disco
rígido, fita DAT, CD-ROM, disquete, etc.
Quanto ao tipo de acesso:
Seqüencial - Para ler uma célula de memória preciso passar pelas outras células. Ex: FITA DAT Aleatório ou randômico - posso ler uma célula de memória sem precisar passar pelas outras. Ex: RAM Direto - Misto das duas anteriores. Acesso blocos aleatoriamente e dentro dos blocos acesso as células
seqüencialmente. Ex: Disco rígido.
Quanto à possibilidade de acesso:
Memória para leitura/escrita - Read/Write Memory (R/W). Ex: RAM (Random Access Memory - Memória de acesso randômico ou aleatório), cache, disco rígido, etc.
Memória somente para leitura - Read Only Memory (ROM). Ex: ROM, EPROM (Erasable Programmable ROM), EEPROM (Electronically Erasable Programmable ROM), CD-ROM, DVD-ROM, etc.
Tipos de Memória RAM:
Dinâmica (DRAM) - Necessita de "refrescamento" periódico, mais barata, maior tempo de acesso Estática (SRAM) - Mais cara, menor tempo de acesso (mais rápida)
18
III.1.2 Registradores
Elementos de memória auxiliar aos processadores. Fica localizado dentro da UCP. Fabricado com a mesma tecnologia da UCP é rápida, cara e seu tamanho é da ordem de bits (16/32/64 bits).
III.1.3 Memória Cache
A Memória Cache acelera a velocidade de transferência de informações entre UCP e MP. É uma memória de pequenas dimensões e de acesso muito rápido. Seu tamanho é da ordem de Kilo bytes (256 K). Tecnologia SRAM.
Pode ser interna ao processador (L1) ou externa (geralmente L2).
III.1.4 Memória Principal
Funcionamento da MP
Dois tipos de operação:
Leitura (read) - recuperação da informação armazenada; Escrita (write) - gravação (armazenamento) da informação na memória.
A memória principal é constituída por células.
Uma célula de memória possui obrigatoriamente:
Um conteúdo (a informação propriamente dita representada por um conjunto de M bits); Um endereço (número que indica uma célula específica).
19
MEMÓRIA CACHE
CONTROLE DE CACHE
MEMÓRIA PRINCIPAL
UCP
Elementos da memória:
Barramento de dados - bidirecional - por onde a informação (conteúdo da célula) é transferida fisicamente entre MP e UCP;
Barramento de Endereços - unidirecional - por onde a UCP envia para a MP, o endereço de acesso; Barramento de Controlde - bidirecional - por onde a UCP envia para a MP, os sinais de comando de leitura
ou escrita; Registrador de Endereço de Memória (REM) - armazena o endereço de acesso enviado pela UCP;Registrador de dados de memória (RDM) - armazena a informação que vai para ou sai da memória.
Tempo de acesso - é o período de tempo decorrido entre o início dos eventos que conduzem à leitura ou gravação de uma informação entre UCP/MP e o instante que a MP está pronta para receber nova solicitação
Ciclo de memória ou de máquina - conjunto de operações necessárias para transferência de uma informação da MP para a UCP (ciclo de leitura) ou da UCP para a MP (ciclo de escrita).
Leitura EscritaEndereço REM UCP Comando de leitura (pela via de controle)
Informação RDM MP (endereço)
Informação UCP RDM
Endereço REM UCP
Informação RDM UCP Comando de escrita (pela via de controle)
Informação MP (endereço) RDM
20
UCPMemória Principal
Dados
Endereço
Controle
21
UCP
UAL
RDM(M bits)
REM(N bits)
UC
Registradores
Acumulador
Barramento
Memória Principal
Endereços0 N-1
CÉLULAS
. . .
Barramento de Dados
Barramento de Controle
Barramento de Endereços
Capacidade da MP
Uma memória principal (MP) com N posições endereçáveis, cada posição armazenando uma célula com M bits (=tamanho da palavra) tem:
Endereços desde 0 até N-1, ou seja, N endereços possíveis; Palavra = RDM = barramento de dados M Bits; REM = barramento de endereços = x bits, onde 2x = N.
Capacidade em bits = N x M, onde N é a quantidade de células (ou endereços)e M = quantidade de bits armazenáveis em cada célula.
Exemplo:
Um computador com processador com 16 bits de dados e 30 bits de endereços, possui que capacidade de memória (potencial de endereçamento e não memória física) em bytes?
Logo x = 30 e M = 16 .
Capacidade da MP em bits = N x M = 2x x M = 230 x 16 = 16 Giga bits.
Capacidade da MP em bytes = 16 G bits / 8 bits = 2 Gbytes.
Tratamento de erro
Paridade (par ou ímpar) - "Nono" bit que armazena o número par ou ímpar correspondente ao número de bits em "1" de um byte.
Detecção e tratamento de erros (ex: quando ligamos o computador ele faz teste de memória, escreve dado conhecido, lê esse mesmo dado e os compara. Se a informação não conferir informa erro.).
Existem mecanismos de correção de erros detectados (implicam em redundância da informação).
III.1.5 Memória Secundária
Dispositivos de memória não volátil com grande capacidade de armazenamento, baixo custo e tempo de acesso da ordem de milisegundos (discos rígidos) ou segundos (fitas).
22
III.1.6 Conceito de Arquivos e Registros
III.1.6.1 O Conceito de Bit
Denomina-se BIT à menor quantidade de informações que se pode armazenar no Computador. A reunião de
um certo número de BITs forma um dígito ou uma palavra.
III.1.6.2 Sistema Bi-estável
Chama-se Sistema Bi-estável a um sistema Físico que pode encontrar-se em dois estados opostos e
mutuamente exclusivos, e tal que a passagem de um estado para o outro seja um fenômeno reversível
EX: Uma lâmpada pode estar acessa ou apagada.
OBS: Em todos os computadores eletrônicos digitais, a armazenagem de informações está baseada em
sistemas bi-estáveis...
III.1.6.3 Registro
OBS: O texto “O funcionário JOSÉ SILVESTRE, motorista, matrícula No. 5836, ganha R$ 12,00 por hora e
trabalhou 280 horas durante o mês de abril de 2002” pode ser estruturado da seguinte forma:
NUM-MATR NOME SAL-HORA PERIODO HOR-TRAB
5836 José Silvestre 12,00 04/2002 280
Nessa estrutura dizemos que os campos : NUM-MATR, NOME, SAL-HORA, PERIODO e HOR-TRAB referem-
se ao funcionário de NOME José Silvestre.
23
É um conjunto de dados capaz de compor uma informação COMPLETA sobre um determinado assunto ou objeto.
EX: Certidão de Nascimento... Nota Fiscal... Carteira de RG...etc...
III.1.6.4 Campo ou Item de Dado
OBS: A frase “o valor da mensalidade escolar da UNESA, para o mês de maio de será de R$300,00” pode
ser estruturada da seguinte forma:
VALOR-MENS DATA-REF
300,00 05
Onde VALOR-MENS e DATA-REF são os CAMPOS do Registro.
III.1.6.5 Arquivo
OBS: Um Arquivo de Funcionários de uma Empresa poderia ser representado da seguinte forma:
REG
NÚMERO
MATRÍCULA
NOME-FUNC SAL-HORA HORAS-TRAB
01 2356 CELIA 15,00 200
02 8432 ELAINE 20,00 240
03 3568 ELAINE 12,00 240
04 9831 CLADENIRI 25,00 180
05 10585 ELVIS 20,00 240
24
É uma sub-divisão de um Registro capaz de armazenar um dado sobre
o assunto ou objeto para o qual desejamos guardar uma informação.
EX: NOME....Número da NF... Data Nascimento...Número do RG...
É um dispositivo capaz de armazenar um conjunto de REGISTROS de mesma natureza. Fisicamente, um Arquivo pode estar guardado em armários ou em dispositivo magnético (Winchester).
Ex: Arquivo do IR... Arquivo de Alunos...Arquivo de Veículos...
06 11222 LUCENI 18,00 220
07 12328 FLAVIA 25,00 240
08 12539 ANDREIA 13,00 200
09 12550 ROSANGELA 15,00 240
10 13016 BENHUR 17,00 180
11 13150 MANOELSON 15,00 200
12 13200 JANAINA 17,00 150
III.1.6.6 OPERAÇÕES COM ARQUIVOS
25
Para que um ARQUIVO seja criado, mantido, atualizado e consultado podemos fazer as seguintes operações:
INSERÇÃO : Quando acrescentamos novos Registros no Arquivo.
DELEÇÃO : Quando eliminamos Registros do Arquivo.
ATUALIZAÇÃO : Quando alteramos alguns campos de Registros existentes CONSULTA : Quando acessamos um Registro apenas para
consultarmos
os conteúdos dos campos sem efetuarmos qualquer alteração.
III.2 Unidade Central de Processamento
III.2.1 Elementos da UCP e suas funções
A Unidade Central de Processamento (UCP) é o componente de um sistema de computação responsável pela realização das operações de processamento de dados e pelo controle das atividades dos demais elementos do sistema.
As funções da UCP podem ser divididas em :
Funções de processamento; Funções de controle.
São componentes da UCP, fabricados com tecnologia de semicondutores: registradores de dados, contadores, decodificadores, registradores de endereços, barramentos de dados, endereço e controle.
Com o avanço da tecnologia de VLSI, foi possível reunir em um único chip, milhares de elementos necessários para o funcionamento da UCP, ou seja, o microprocessador.
Intel, Motorola, Zilog, Cyrix, AMD, National, Texas Instruments são alguns dos principais fabricantes de microprocessadores.
Um microcomputador é um sistema de computação construído com base em um determinado microprocessador. Exemplo: IBM-PC com microprocessador 80386 da INTEL.
III.2.1.1 Função de Processamento
A função de processamento é realizada pela Unidade Aritmética e Lógica (UAL). Este componente da UCP é responsável pela realização de sua tarefa fundamental, ou seja, processar os dados.
As operações de processamento realizadas pela UCP são: Operações aritméticas; Operações lógicas; Teste de sinal de um valor.
Para realizar as operações sobre dados, a UAL é auxiliada por dispositivos de armazenamento, que guardam temporariamente valores a serem transferidos, ou resultados do processamento. Estes registradores são chamados de acumuladores (ACC), registradores de uso geral que podem armazenar dados, endereços ou índices.
26
Barramento de Dados
UCP – Área de Processamento
UAL
ACC
III.2.1.2 Função de Controle
A função de controle é realizada pela Unidade de Controle (UC), responsável pelo funcionamento sincronizado de todos os dispositivos de um sistema de computação, a fim de que seja executada uma instrução de máquina.
Além da UC, também são necessárias para realizar a função de controle: Contador de Instruções – CI; Registrador de Instruções – RI.
A UC é constituída por um conjunto de pequenos dispositivos de hardware: decodificadores, contadores, barramento de controle, relógio (clock), etc.
O relógio (clock) é responsável pelo sincronismo dos eventos e pela correta seqüência de ações para execução de uma operação na UCP.
As tarefa básicas da UC são:
Buscar e transferir para a UCP (armazena no RI) a instrução de máquina a ser executada; Interpretar a instrução de modo a identificar qual a operação a ser realizada pela UAL; Emitir os sinais de controle e de sincronismo necessários e na seqüência correta para a execução ad
operação que foi interpretada.
Para auxiliar em suas tarefas a UC utiliza os registradores CI (Contador de Instruções) e RI (Registrador de Instruções).
O CI é responsável pelo armazenamento do endereço da próxima instrução a ser recuperada da MP (ciclo de leitura) para interpretação e execução, ou seja, aponta para próxima instrução a ser executada.
O RI é responsável pelo armazenamento do código da instrução a ser executada, ou seja, a operação propriamente dita a ser realizada.
Estes dois registradores atuam em conjunto: enquanto o CI armazena o endereço da próxima instrução a ser executada, o RI armazena seu conteúdo, ou seja, a instrução para interpretação e execução pela UC.
27
Relógio (pulsos)
Pulsos de controle
UCP – Área de ProcessamentoUAL, ACC, Registradores…
UCP – Área de Controle
UC
CIDEM
RI
REM
Barramento de Dados
Barramento de Endereços
III.2.2 Instruções de Máquina
III.2.2.1 Formato
Uma instrução de máquina é composta por duas partes:
Código da operação; Operando(s).
O código de operação é a parte da instrução que especifica a operação a ser realizada, por exemplo: somar dois valores.
Operando é a parte da instrução que, quando existe, especifica qual dado será manipulado quando for executada a operação indicada pelo código da operação.
Classificação da instruções quanto à quantidade de operandos:
a) Instrução sem operando.
b) Instrução com um operando.
c) Instrução com dois ou mais operandos.
III.2.2.2 Tipos
O fabricante constrói um microprocessador com uma determinada quantidade de instruções de máquina (conjunto de instruções).
Este conjunto de instruções pode se dividido em grupos:
a) Instruções de movimentação de dados (na MP ou entre registradores);b) Instruções aritméticas e lógicas;c) Instruções de controle (desvio);d) Instruções de manipulação de entrada e saída;e) Instruções de manipulação de sub-rotinas;
III.2.3 Ciclo de Instrução
É o conjunto de etapas previamente determinadas que permite o acesso à MP para busca de uma instrução, sua interpretação pela UCP e a conseqüente execução.
É divido em duas partes:
Ciclo de busca; Ciclo de execução.
28
Código da Operação
Cód. Oper. Operando
Cód. Oper. Oper. 1 Oper. 2 … Oper. n
É um conjunto de passos ou tarefas realizado pelo hardware da UCP para execução de uma instrução de máquina. Estas tarefas são sistematicamente realizadas e repetidas formando um ciclo: ciclo de instrução. Este ciclo se inicia quando se liga o computador e se encerra quando o mesmo é desligado.
* O hardware armazena no CI o endereço da 1a instrução do 1o programa a ser executado (ROM)
Os passos necessários para execução de um ciclo completo de instrução são:
a) A UCP busca a próxima instrução na MP e armazena-a no RI;b) O CI é incrementado, de modo a indicar o endereço da próxima instrução;c) A UCP (através da Unidade de Controle) decodifica o código de operação da instrução (interpretação da
operação a ser realizada).d) A UCP busca na MP o(s) operando(s) (se a instrução for de um ou mais operandos);e) A operação é executada sobre o(s) dado(s) buscado(s) ou já existente(s).
Os passos a e b correspondem ao ciclo de busca e os restantes ao ciclo de execução.
Cada uma destas tarefas pode ser definida como uma microoperação ou microinstrução, por se tratar de parte da instrução de máquina.
Ex: Instrução LDA Op ACC (Op)
Esta instrução serve para transferir um dado da memória e carregá-lo (“load”) no acumulador (Acc).
Execução do ciclo da instrução:
1. REM CIPulso de comando de leituraDecodificação do endereço armazenado no REM(RDM) MP(REM)RI RDM
2. CI CI +n
3. Interpretação da operação( O código da operação LDA é decodificado e a UC emite os sinais de controle para sua execução)
29
Buscar a próxima instrução
Interpretar e executar a instrução
Ciclo de Busca
Ciclo de Execução
Desligar o computador
Ligar o computador *
Início
Fim
4. Execução( o endereço Op é levado do RI para o REM;A UC emite um sinal de leitura;Endereço contido no REM é localizado na MP e o conteúdo vai para o RDM, e desse para o ACC).
III.2.4 Linguagem Assembly
A linguagem Assembly é uma linguagem simbólica, de baixo nível, que permite a geração de programas de uma forma mais facilmente inteligível pelo ser humano do que a linguagem de máquina.
Os símbolos são chamados de mnemônicos, pois são definidos para permitir um entendimento fácil e rápido da operação a ser executada.
Programas escritos em linguagem Assembly são convertidos em linguagem binária de máquina por um programa chamado de Assembler (montador).
Na linguagem Assembly cada linha de comando Assembly corresponde a uma instrução de máquina. Ou seja, há correspondência de um para um entre instruções de máquina e comandos Assembly.
30
III.3 Dispositivos de Entrada e Saída
31
