Introdução à Informática: O Que Acontece Dentro do Computador

Objetivos

• Explicar como os dados são representados;
• Explicar o funcionamento e interação com a memória;
• Descrever como as instruções são executadas;
• Descrever os componentes da placa-mãe da máquina;
• Relacionar as abordagens relativas à velocidade.

Representação de Dados

• Os computadores entendem duas coisas: ligado e desligado.
• Dados são representados na forma binária:
• Sistema numérico binário (base 2).
• Contém somente 2 dígitos: 0 e 1.
• Corresponde a dois estados: ligado e desligado.

Representando Dados

• BIT - abreviação de binary digit (dígito binário):
• Dois valores possíveis: 0 e 1;
• Nunca pode estar vazio.
• Unidade básica para armazenar dados:
• 0 significa desligado; 1 significa ligado.

Representando Dados

• BYTE - um grupo de 8 bits:
• Cada byte tem 256 (28) valores possíveis.
• Para texto, armazena um caractere:
• Pode ser letra, dígito ou caractere especial.
• Dispositivos de memória e armazenagem são medidos em número de bytes.

Representando Dados

• PALAVRA - o número de bits que a CPU processa como uma unidade:
• Tipicamente, um número inteiro de bytes;
• Quanto maior a palavra, mais potente é o computador;
• Computadores pessoais tipicamente têm 32 ou 64 bits de extensão de palavras.

Capacidades de Armazenamento

• KILOBYTE - 1024 (210) bytes:
• Capacidade de memória dos computadores pessoais mais antigos.
• MEGABYTE - aproximadamente, um milhão (220) de bytes:
• Memória de computadores pessoais;
• Dispositivos de armazenamento portáteis (disquetes, CD-ROMs).
• GIGABYTE - aproximadamente, um bilhão (230) de bytes:
• Dispositivos de armazenamento (discos rígidos);
• Memória de mainframes e servidores de rede.
• TERABYTE - aproximadamente, um trilhão (240) de bytes:
• Dispositivos de armazenamento para sistemas muito grandes.

Unidade Central de Processamento

• Conjunto complexo de circuitos eletrônicos.
• Executa instruções de programa armazenadas.
• Duas partes:
• Unidade de controle;
• Unidade aritmética e lógica (ULA).

Unidade de Controle

• Direciona o sistema do computador a executar instruções de programa armazenadas.
• Deve comunicar-se com a memória e com a ULA.
• Envia dados e instruções do armazenamento secundário para a memória, quando necessário.

Unidade Aritmética e Lógica

• Executa as operações aritméticas e lógicas.
• Operações aritméticas:
• Adição, subtração, multiplicação, divisão.
• Operações lógicas:
• Compara números, letras ou caracteres especiais;
• Testa uma de três condições: igualdade (=), menoridade (<) e maioridade (>).

Armazenamento de Dados e a CPU

• Dois tipos de armazenamento:
• Armazenamento primário (memória):
• Armazena dados temporariamente;
• A CPU referencia-o tanto para obtenção de instruções de programa como de dados.
• Armazenamento secundário:
• Armazenamento de longo prazo;
• Armazenado em mídia externa, por ex: um disco.

A CPU e a Memória

• A CPU não pode processar dados diretamente do disco ou de um dispositivo de entrada. Primeiramente, eles devem residir na memória. Então, a unidade de controle recupera dados do disco e transfere-os para a memória.
• A unidade de controle envia itens à CPU e depois os envia novamente à memória após serem processados.
• Dados e instruções permanecem na memória até serem enviados a um dispositivo de saída ou armazenamento, ou o programa ser fechado.

Armazenamento Temporário

• Áreas de armazenamento temporário de alta velocidade - Registradores:
• Localizações de armazenamento situadas dentro da CPU.
• Funcionam sob direção da unidade de controle:
• Recebem, guardam e transferem instruções ou dados;
• Controlam onde a próxima instrução a ser executada ou os dados necessários serão armazenados.

Armazenamento Temporário

• Também conhecida como armazenamento primário e Memória principal:
• Frequentemente expressa como memória de acesso aleatório (RAM);
• Não faz parte da CPU e retém dados e instruções para serem processados;
• Armazena informações somente enquanto o programa está em operação.

Placa mãe (motherboard)

• Placa de circuitos plana que contém os circuitos do computador:
• A CPU (microprocessador) é o componente mais importante, considerada o cérebro do computador.

Memória de Acesso Aleatório - RAM

• Dados podem ser acessados aleatoriamente:
• O endereço de memória 10 pode ser acessado tão rapidamente quanto o endereço 10.000.000.
• Tipos:
• RAM estática - Static RAM (SRAM)
• RAM dinâmica - Dynamic RAM (DRAM)

Memória Somente de Leitura - ROM

• Contém programas e dados registrados permanentemente na memória pela fábrica:
• Não pode ser alterada pelo usuário;
• Não Volátil: o conteúdo não desaparecerá quando houver queda de energia.
• Chips de ROM programáveis (PROM):
• Algumas instruções no chip podem ser alteradas.

Memória Flash

• Memória de Acesso Aleatório não volátil:
• Usada em telefones celulares, câmeras digitais e computadores manuais (handheld);
• Os chips de memória flash assemelham-se aos cartões de crédito;
• Menores do que uma unidade de disco e requerem menos energia.

Barramentos de Expansão e Portas Comuns

• Barramento Industry Standard Architecture (ISA): usado para dispositivos lentos, como o mouse;
• Porta Universal Serial Bus (USB): permite converter muitos dispositivos em série para a porta USB;
• Barramento IEEE 1394: barramento de alta velocidade que conecta equipamentos de vídeo.

Memória Cache

• Área de armazenamento temporário de alta velocidade que guarda os dados e as instruções usados com mais frequência e mais recentemente;
• O microprocessador procura primeiramente na cache os dados de que necessita. Estes são transferidos da cache mais rapidamente do que da memória. Caso não estejam na cache, a unidade de controle recupera-os da memória;
• Quanto mais “presença de dados” na cache, mais rápido é o desempenho do sistema.

Cache de Processador

• Cache interna (Nível 1) embutida no microprocessador:
• Acesso mais rápido, porém custo mais elevado;
• Cache externa (Nível 2) em um chip separado:
• Incorporada ao processador e alguns microprocessadores atuais.

Comunicação de Dados

• Sistemas computadorizados que transmitem dados por meio de linhas de comunicação, como, por exemplo, linhas telefônicas ou cabos.
• Evolutivamente:
• Processamento centralizado de dados, nos primórdios;
• O processamento distribuído de dados iniciou-se no fim da década de 1960;
• As redes de computadores pessoais iniciaram-se na década de 1980.

Comunicação de Dados

• Processamento centralizado de dados:
• Coloca todo o hardware, software e processamento em um único local;
• Muito inconveniente e ineficiente:
• A entrada de dados precisava ser transportada fisicamente para o computador;
• O material processado precisava ser entregue aos usuários.

Comunicação de Dados

• Processamento distribuído de dados:
• Usa computadores que estão a uma certa distância do computador central;
• Computadores locais precisavam acessar computadores centrais:
• Parte do processamento era feito em computadores locais, a outra parte em computadores centrais.

Redes de Computadores

• Usam equipamentos de comunicação para conectar dois ou mais computadores e seus respectivos recursos:
• Sistemas de processamento distribuído de dados são redes;
• Rede local (LAN) projetada para compartilhar dados e recursos entre diversos usuários em um escritório ou prédio;
• Uma rede de área metropolitana (MAN) interliga várias redes geograficamente próximas (dezenas de quilômetros) num circuito urbano;
• A Wide Area Network (WAN) ou Rede de longa distância, é uma rede de computadores que abrange uma grande área geográfica: um país ou continente.

Transmissão de Dados

• A transmissão símplex envia dados em uma única direção apenas. Ex: transmissão de rádio;
• A transmissão semidúplex envia dados em ambas as direções, mas somente em um sentido por vez. Ex: rádio telefonia (walk talk);
• A transmissão dúplex completo permite transmissão em ambas as direções ao mesmo tempo. Ex: conversa telefônica:
• Usada para comunicação de dados de alta velocidade.

Mídias de Comunicação

• São meios físicos de transporte de dados. Seus principais tipos:
• Pares de fios;
• Fibra óptica;
• Transmissão por satélite;

Mídias: Pares de Fios

• São os pares trançados, havendo dois fios trançados um ao redor do outro para reduzir a interferência elétrica;
• Baratos e já instalados (para sistemas telefônicos);
• Suscetíveis a interferências elétricas e ruídos que provoquem distorção do sinal.

Mídias: Fibra Ótica

• Usa a luz em vez de eletricidade para enviar dados;
• Imune a interferências elétricas;
• Materiais baratos, porém, sua instalação tem um custo mais elevado.

Mídias: por Satélite

• O satélite age como uma estação de retransmissão:
• A estação terrestre envia e recebe sinais do satélite;
• Um transponder recebe e amplifica o sinal e retransmite os dados;
• Útil quando os sinais devem percorrer milhares de quilômetros.

Referências

• Capron, H. L. e Johnson, J. A. Introdução à Informática. Person Education, 2004.
• http://www.widesoft.com.br/us/virtual/indice.htm