Introdução à Computação Aula 04 - INTRODUÇÃO A CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO (Hardware e Software)

# Introdução à Computação #

Aula 04 - ARQUITETURA DE COMPUTADORES

(Hardware e Software)

Prof. Leinylson Fontinele Pereira

Na aula anterior...

INTRODUÇÃO A CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO# A Computação e suas Áreas

19:24 I.C.C.: Aula 04 - ARQUITETURA DE COMPUTADORES (Hardware e Software)

O que vamos aprender? ARQUITETURA DE COMPUTADORES

# Hardware• CPU ou UCP• ALU ou ULA• BIOS• Memória• Unidades de Entrada e Saída (E/S)• Microprocessadores e Suas Categorias: RISCxCISC

# Software• Algoritmos• Programas• Linguagem de Programação• Compilador• Sistemas Operacionais


Vamos começar?

19:24 4 I.C.C.: Aula 04 - ARQUITETURA DE COMPUTADORES (Hardware e Software)

19:24

Como funciona o Computador

I.C.C.: Aula 04 - ARQUITETURA DE COMPUTADORES (Hardware e Software)

O que é COMPUTAÇÃO?

19:55

Entrada de dados: realizada por diversos dispositivos coordenados pela UnidadeCentral de Processamento (CPU), por exemplo, o teclado.

Processamento: realizado pela própria CPU

Saída de dados: realizada por vários dispositivos, sob a coordenação da CPU,exemplos, vídeo, impressora



19:24

Editor de Texto...



19:24

Tocador (player) de música...



19:24

Navegador de Internet...



19:24

Cliente de E-mail...


Princípio de Funcionamento: Arquitetura de J. v. Neumann


Arquitetura de um Computador


Componentes básicos de um computador


Componentes básicos de um computador


Sistema Computacional

19:24

Integração de componentes atuando como uma entidade, com o propósito deprocessar dados

Exemplos: realizar algum tipo de operação aritmética/lógica envolvendo os dados,de modo a produzir diferentes níveis de informações


Sistema Computacional


19:24

HardwareI.C.C.: Aula 04 - INTRODUÇÃO A CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO (Hardware e Software)


19:24

CPUI.C.C.: Aula 04 - ARQUITETURA DE COMPUTADORES (Hardware e Software)

19:24

A UCP é um CI?


Hardware - CPU ou UCP

19:24

A Unidade Central de Processamento ou CPU (Central Processing Unit), tambémconhecido como processador, é a parte de um sistema de computacional, que realizaas instruções de um programa de computador, para executar a aritmética básica,lógica, e a entradas e saída de dados.

A CPU tem papel parecido ao cérebro no computador.

Responsável pelo processamento de informações e controle do fluxo de dados

A forma, desenho e implementação mudaram drasticamente desde os primeirosexemplos, porém o seu funcionamento fundamental permanece o mesmo.



19:24

Os CI têm permitido processadores cada vez mais complexos para serem concebidose fabricados em tamanhos da ordem de nanômetros.

Tanto a miniaturização como a padronização dos processadores tem aumentado apresença destes dispositivos digitais na vida moderna, muito além da aplicaçãolimitada dedicada a computadores.

Os microprocessadores modernos aparecem em tudo, desde automóveis atécelulares e brinquedos para crianças.


Hardware - Unidade Central de Processamento

19:24

Recebe dados e instruções (pulsos elétricos)

Processa dados de acordo com as instruções

Devolve dados processados ao meio exterior


Hardware - Unidade Central de Processamento

19:24

Ler o número contido em uma posição da MP

Escrever um número em uma posição da MP

Ler/escrever números em dispositivo de entrada/saída

Somar números contidos em Regs, pôr resultado em Reg

Comparar números e agir de acordo com o resultado



20:01

Unidade lógica e aritmética (ULA ou ALU)

# executa operações lógicas e aritméticas;

Unidade de controle

# decodifica instruções, busca operandos,controla o ponto de execução e desvios;

Registradores e Memória cache

# armazenar dados para o processamento.


19:24

ULA


Hardware - ALU ou ULA

19:24

A Unidade Lógica e Aritmética (ULA) ou em inglês Arithmetic LogicUnit (ALU) é um circuito digital que realiza operações lógicas earitméticas.

Sua tecnologia já estava disponível quando os primeiros computadoresmodernos foram construídos.


Hardware - ALU ou ULA

19:24

Executa as principais operações lógicas e aritméticas do computador.

Ela soma, subtrai, divide, determina se um número é positivo ounegativo ou se é zero.

Além de executar funções aritméticas, uma ULA deve ser capaz dedeterminar se uma quantidade é menor ou maior que outra e quandoquantidades são iguais.

A ULA pode executar funções lógicas com letras e com números.


ULA: Operações simples

19:24

Operações aritméticas com inteiros;

Operações lógicas bit a bit AND, NOT, OR, XOR;

Operações de deslocamento de bits (deslocamento,rotação por um número específico de bits paraesquerda ou direita, com ou sem sinal)


Uma ULA de 2-bit que faz AND, OR, XOR, e adição


19:24

Portas Lógicas


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Registradores


Registradores

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Memória interna ao processador

Põem dados ao alcance da UAL e UCtrl e funcionamcomo memória auxiliar da UCP recebendo operandos eresultados intermediários;

Não têm “endereços”, mas nomes. Alguns têm funçõesespecíficas (PI; RI), outros são de uso geral;


19:24

UC


UC: Unidade de Controle

19:24

Para que a ULA execute suas funções é preciso:

# Decodificar a instrução…

# Escrever operandos nos registradores…

# Emitir sinais de ctrl para ativar componentes auxiliares...

I.C.C.: Aula 04 - INTROUÇÃO A CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO (Hardware e Software)


19:24

Unidade de Entrada e Saída


Unidade de Entrada e Saída

19:24

Elo de ligação entre CPU e os demais componentes daplaca mãe

Ligada ao mundo exterior pelos barramentos deDados, Endereços e Controle

I.C.C.: Aula 04 - INTROUÇÃO A CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO (Hardware e Software)


19:24

Onde estão as instruções?


Ciclo de Busca e Execução I

19:24 I.C.C.: Aula 04 - INTROUÇÃO A CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO (Hardware e Software)


Ciclo de Busca e Execução II



Ciclo de Busca e Execução III



19:24

Processadores

RISC vs CISCI.C.C.: Aula 04 - ARQUITETURA DE COMPUTADORES (Hardware e Software)

Processadores: RISC vs CISC


RISC: Reduced Instruction Set Computer


CISC: Complex Instruction Set Computer


RISC vs CISC


Comunicação paralela


Comunicação serial


19:24

BiosI.C.C.: Aula 04 - ARQUITETURA DE COMPUTADORES (Hardware e Software)

Hardware – BIOS

19:24

Basic Input/Output System (Sistema Básico de Entrada/Saída).

Programa de computador pré-gravado em memória permanente(firmware) executado por um computador quando ligado.

Ele é responsável pelo suporte básico de acesso ao hardware, bemcomo por iniciar a carga do sistema operacional.


19:24

MemóriaI.C.C.: Aula 04 - ARQUITETURA DE COMPUTADORES (Hardware e Software)

Hardware – Memória

19:24

Em informática, memória são todos os dispositivos quepermitem a um computador guardar dados,temporariamente ou permanentemente.

Memória é um termo genérico para designarcomponentes de um sistema capazes de armazenardados e programas.


Hardware – Memória

19:24

O conceito de computador digital binário com programaarmazenado é baseado no uso de memória, e não existiria sema utilização destas.

A unidade básica de memória é o digito binário, ou bit.

É a unidade mais simples possível.


Memória


Memória RAM: Random Access Memory


Memória ROM: Read Only Memory


Memória Virtual


Memória Cache


Memória


Memória Secundária



19:24

Disco rígido# Armazena instalação do sistema operacional e demais programas e dados do computador





19:24

CD/DVD# CD-ROM (Read-Only Memory)

• Somente leitura

# CD-R• Grava-se uma vez, depois se torna somente leitura

# CD-RW• Permite reescrever várias vezes

# DVD-... (ROM, R, RW)• Maior capacidade de armazenamento

# Blu-ray• Maior capacidade de armazenamento que o DVD



19:24

Dispositivos de armazenamento USB# Usam uma porta de conexão USB para transferência dos dados

# Exemplos: pendrive, HD externo




19:24

PeriféricosI.C.C.: Aula 04 - ARQUITETURA DE COMPUTADORES (Hardware e Software)

Hardware – Unidades de Entrada e Saída (E/S)

19:24

Entrada/saída (em inglês: Input/output, sigla I/O) é um termoutilizado quase que exclusivamente no ramo da computação

Indicando entrada (inserção) de dados por meio de algum código ouprograma, para algum outro programa ou hardware, bem como a suasaída (obtenção de dados) ou retorno de dados, como resultado dealguma operação de algum programa, consequentemente resultado dealguma entrada.



19:24

São exemplos de unidades de entrada de um computador# disco rígido, microfone, teclado, mouse, tela sensível ao toque, Scanner, Leitor de código de

barras, Celular, Pendrive, Máquina fotográfica digital, Webcam, joystick e outros acessórios dejogos.

São exemplos de unidades de saída de um computador# monitor, caixas de som, impressora, disco rígido.

Dispositivos Híbridos# disco rígido, disco flexível ou disquete, monitor sensível a toques, pendrive, joystick vibratório e

impressora multifuncional.




Hardware – Periféricos de Entrada


Tecnologias de Entrada de Dados


Hardware – Periféricos de Saída


Tecnologias de Saída de Dados


Hardware – O Gabinete


Hardware – A Placa Mãe


Hardware – A Placa Mãe

19:24

Soquete para o processador

Slot de memória

Slot AGP

Slots PCI

Slot ISA

Interface IDE

Interface de disco flexível

Conectores PS/2 para Teclado e mouse

Conectores para portas seriais e porta paralela

Conector paraJogos e som

Conectores USB

Controlador da placa mãe

ROM com a BIOS

Conector de alimentação ATX

Bateria


Hardware – Dispositivos de rede

19:24

Entrada e saída de sinal para comunicação com outros computadores em uma rede


Esquema de uma rede Wi-Fi


19:24

SoftwareI.C.C.: Aula 04 - ARQUITETURA DE COMPUTADORES (Hardware e Software)

Software


Software - Algoritmos

19:24

Sequência de passos com objetivo de realizar determinada tarefa

“Receita de Bolo” Pode ser escrito sem preocupação com sintaxe, linguagem ou

computador

Deve prever todos os possíveis eventos e ocorrências


Algoritmo: exemplo

19:24

Calcular o salário médio em uma empresa...1. Descubra quanto ganha cada pessoa

2. Conte quantos empregados você tem

3. Totalize os salários

4. Divida o total pelo número de empregados


Linguagem de Programação

19:24

Texto formal para representar o algoritmo

Utiliza rígidas normas de escrita

Impossibilidade de ambiguidade


Linguagem de Programação: exemplos


Linguagem de Programação: exemplos

19:24

Fortran: destinado a aplicações matemáticas

Cobol: destinado a aplicações comerciais e financeiras

Basic: simples de implementar, sintaxe elementar

Lisp: destinado a manipulação de listas e símbolos

Pascal: linguagem simples destinada ao aprendizado de programação

C: linguagem de uso geral, extremamente eficiente e rápida


Linguagem de Programação: exemplo de programa


Software - Programas

19:24

Sequência de comandos em código de máquina

Texto em binário para a CPU

Programa em linguagem de alto nível

# a = 10;

# b = 20;

# c = a + b;

Programa pronto para ser executado pela CPU

Linguagem de máquina

# 11000111000001101100011000000010000010100000000011001100011100000110110001100000001000001010000000001100011100000110110010000000001000010100000000001010000100000000100001010000000000101000010000000010000101000000000010100001000000001000010100000000001010000110


Processo de Compilação

19:24

Converte um texto de um programa em um

programa executável

Adiciona bibliotecas

Verifica erros de sintaxe

Não verifica erros de lógica


Processo de Compilação

19:24

Texto em linguagem C

Texto pre-processado

Código objeto

Programa final


Tipos de Software


Tipos de Software


Tipos de Software


Tipos de Software: Sistema Operacional

19:24

Faz o “meio de campo” entre os dispositivos de hardware esoftware de aplicação

Pode ser visto como uma máquina virtual# Abstrai / esconde detalhes do hardware

# Facilita a tarefa do programador

Pode ser visto como um gerenciador de recursos# Ex: gerencia o compartilhamento do processador por vários programas.



19:24

O computador sempre está executando algumprograma!

Quando ele é ligado, o computador executa oprograma de carga do SO

O SO facilita a interface entre o operador docomputador e o hardware



19:24

Basicamente realiza quatro tarefas:# Interface com o usuário

# Gerencia os dispositivos de hardware

# Gerencia e mantém os sistemas de arquivos em disco

# Dá suporte a outros programas


Tipos de Software: S.O. Interface com usuário

19:24

Inicialmente a interface com o usuário se dava somentepor meio de um terminal/prompt de comando



19:24

Mais tarde, com a popularização dos computadores pessoais,começaram a surgir interfaces gráficas (GUIs)




Tipos de Software: S.O. Gerencia de Hardware

19:24

Drivers de dispositivos

# Programas que fazem a comunicação entre o sistema operacional (software) e dispositivos de hardware

# Software pode ser escrito independentemente do hardware

• Ex: o software, ao requisitar o uso de uma impressora, chama apenas o comando print, sem precisar conhecer o modelo da impressora


Tipos de Software: S.O. Gerencia de Hardware

19:24

CD com drivers:

# Instalação automática pelo S.O.:


Tipos de Software: S.O. Gerencia de Arquivos

19:24

Analogia: Bibliotecário e biblioteca# O sistema operacional é o bibliotecário...

# ... que organiza os livros (dados gravados) em um formato padrão…# …tal padrão facilita a posterior busca pelos arquivos

Um sistema de Arquivos consiste em duas partes:# Coleção de arquivos

# Estrutura de diretórios


Tipos de Software: S.O. Gerencia de Arquivos


Tipos de Software: Sistemas Operacionais


Tipos de Software: Microsoft Windows

19:24

Sistema operacional proprietário (pago)

Popularizou os computadores pessoais (PCs)

Inicialmente era apenas uma interface gráfica para outro S.O. chamado MS-DOS

Interface baseada no padrão WIMP (window, icon, menu, pointing device)


Tipos de Software: Linux

19:24

Sistema operacional baseado no Unix

Software Livre

# Licença GPL (versão 2): permitindo utilizar, estudar, modificar e distribuir livremente

# Utilização gratuita

# Código aberto

Várias distribuições

# Ubuntu

# Mint

# Fedora

# Kurumin

# Etc...



19:24

Muito utilizado em servidores# Você não sabe, mas provavelmente usa Linux todo dia

Ultimamente anda ganhando espaço para computador pessoal# Diversas interfaces gráficas

# Quase tudo o que você consegue fazer no Windows você faz no Linux

# Dependendo da distribuição, mais fácil que o Windows

Android (celulares)# Baseado em Linux




Software Utilitário

19:24

Ajudam a analisar, configurar, otimizar e manter um computador

Complementam as funcionalidades do sistema operacional

Exemplos# Compactação de dados (Winzip, WinRAR)

# Backup

# Antivírus

# Utilitários de disco (verificação, limpeza, compressão, particionamento)

# Explorador de arquivos (Windows Explorer, NauKlus)

# Monitores de sistema

# Etc...


Suporte a linguagens de programação

19:24

Propiciam a execução de programas escritos em linguagens deprogramação diversos

# Compiladores:• GCC (linguagem C), Free Pascal, etc...

# Interpretadores• PHP, Python, browser de internet (Javascript)

# Máquina virtual• Java Virtual Machine (JVM)


19:24

PeoplewareI.C.C.: Aula 04 - ARQUITETURA DE COMPUTADORES (Hardware e Software)


19:24

Peopleware: usuários e profissionais da área de informática.

# Programador

# Operador

# Analista de sistemas

# Web-designer

# Web-developer

# Administrador de redes

# Administrador de BD


Concluindo...

19:24 111 I.C.C.: Aula 04 - ARQUITETURA DE COMPUTADORES (Hardware e Software)

Material: https://sites.google.com/site/leinylsonuespi

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Aula baseada no material de:

Noções de Hardware, Prof. Flávio Augusto de Freitas

Estrutura geral de um computador, Prof. Marcos de Assis

Introdução a Informática, Alexandre Meslin

Aula 09: UCP, Prof. Benito Piropo Da-Rin


Nesta aula aprendemos... INTRODUÇÃO A CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO

# Hardware• CPU ou UCP• ALU ou ULA• BIOS• Memória• Unidades de Entrada e Saída (E/S)• Microprocessadores e Suas Categorias: RISCxCISC

# Software• Algoritmos• Programas• Linguagem de Programação• Compilador• Sistemas Operacionais


Na próxima aula veremos...

SISTEMAS OPERACIONAIS# Arquitetura do SO

# Processos e Memória


Alguma Dúvida?

19:24

Até a próxima aula...

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