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 Unidade
Central 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...

Princípiode Funcionamento: Arquitetura de J. v. Neumann

Arquitetura de um Computador

Componentes básicos de um computador

Sistema Computacional
19:24
 Integração de componentes atuando como uma entidade, com o propósito de
processar dados
 Exemplos: realizar algum tipo de operação aritmética/lógica envolvendo os dados,
de modo a produzir diferentes níveis de informações

Sistema Computacional

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

19:24
CPU

19:24
A UCP é um CI?

Hardware - CPU ou UCP
19:24
 A Unidade Central de Processamento ou CPU (Central Processing Unit), também
conhecido como processador, é a parte de um sistema de computacional, que realiza
as 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 primeiros
exemplos, porém o seu funcionamento fundamental permanece o mesmo.

19:24
 Os CI têm permitido processadores cada vez mais complexos para serem concebidos
e fabricados em tamanhos da ordem de nanômetros.
 Tanto a miniaturização como a padronização dos processadores tem aumentado a
presença destes dispositivos digitais na vida moderna, muito além da aplicação
limitada dedicada a computadores.
 Os microprocessadores modernos aparecem em tudo, desde automóveis até
celulares 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 (ULAou 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 Logic
Unit (ALU) é um circuito digital que realiza operações lógicas e
aritméticas.
 Sua tecnologia já estava disponível quando os primeiros computadores
modernos 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 ou
negativo ou se é zero.
 Além de executar funções aritméticas, uma ULA deve ser capaz de
determinar se uma quantidade é menor ou maior que outra e quando
quantidades 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 para
esquerda ou direita, com ou sem sinal)

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

19:24
Portas Lógicas

19:24
Registradores

Registradores
19:24
 Memória interna ao processador
 Põem dados ao alcance da UAL e UCtrl e funcionam
como memória auxiliar da UCP recebendo operandos e
resultados intermediários;
 Não têm “endereços”, mas nomes. Alguns têm funções
específicas (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 da
placa mãe
 Ligada ao mundo exterior pelos barramentos de
Dados, 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 CISC

Processadores: RISC vs CISC

RISC: Reduced Instruction Set Computer

CISC: Complex Instruction Set Computer

RISCvs CISC

Comunicação paralela

Comunicação serial

19:24
Bios

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, bem
como por iniciar a carga do sistema operacional.

19:24
Memória

Hardware – Memória
19:24
 Em informática, memória são todos os dispositivos que
permitem a um computador guardar dados,
temporariamente ou permanentemente.
 Memória é um termo genérico para designar
componentes de um sistema capazes de armazenar
dados e programas.

Hardware – Memória
19:24
 O conceito de computador digital binário com programa
armazenado é baseado no uso de memória, e não existiria sem
a utilização destas.
 A unidade básica de memória é o digito binário, ou bit.
 É a unidade mais simples possível.

Memória

MemóriaRAM: Random Access Memory

MemóriaROM: Read Only Memory

Memória Virtual

Memória Cache

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
 Dispositivosde armazenamentoUSB
# Usam uma porta de conexão USB para transferência dos dados
# Exemplos: pendrive, HD externo

19:24
Periféricos

Hardware – Unidades de Entrada e Saída (E/S)
19:24
 Entrada/saída (em inglês: Input/output, sigla I/O) é um termo
utilizado quase que exclusivamente no ramo da computação
 Indicando entrada (inserção) de dados por meio de algum código ou
programa, para algum outro programa ou hardware, bem como a sua
saída (obtenção de dados) ou retorno de dados, como resultado de
alguma operação de algum programa, consequentemente resultado de
alguma 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 de
jogos.
 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 para
Jogos e som
Conectores
USB
Controlador
da placa mãe
ROM com
a BIOS
Conector de
alimentação ATX
Bateria

Hardware – Dispositivos de rede
19:24
 Entradae saídade sinal para comunicação com outros computadores em uma rede

Esquema de uma rede Wi-Fi

19:24
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
# 110001110000011011000110000000100000101000000000110011000111000001101100011000000010000010
10000000001100011100000110110010000000001000010100000000001010000100000000100001010000
000000101000010000000010000101000000000010100001000000001000010100000000001010000110

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: Sistema Operacional
19:24
 Faz o “meio de campo” entre os dispositivos de hardware e
software 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 algum
programa!
 Quando ele é ligado, o computador executa o
programa de carga do SO
 O SO facilita a interface entre o operador do
computador 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 somente
por 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 formatopadrão…
# …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 de
programação diversos
# Compiladores:
• GCC (linguagem C), Free Pascal, etc...
# Interpretadores
• PHP, Python, browser de internet (Javascript)
# Máquina virtual
• Java Virtual Machine (JVM)

19:24
Peopleware

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
19:24
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...
leinylson@gmail.com

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