Informática Aplicada

Informática Aplicada
Aula 1 – Introdução
Diogo Pinheiro Fernandes Pedrosa
Departamento de Ciências Exatas e Naturais
Universidade Federal Rural do Semi-Árido
Introdução
●
●
●
Informática → informação aplicada;
Pressupõe o uso de computadores no
tratamento de informações;
Derivação de informatique, criada a partir de
information science.
Introdução
Arquitetura de computadores;
Processamento de dados;
Engenharia de software.
Tratamento da informação
(armazenamento e
veiculação)
Ciência da
Computação
Teoria dos
Sistemas
Ciência da
Informação
Cibernética
Solução de problemas
(aspectos teóricos)
Informática
Automação
Introdução
●
Utilização de computadores → a partir dos
anos 1940 → aplicações militares;
●
Aplicações acadêmicas;
●
Aplicações industriais e comerciais.
Introdução
●
Objetivo da informática:
–
Coletar, tratar e disseminar dados para gerar
informação;
–
Dados: elementos de um problema;
–
Informação: conjunto estruturado de dados.
Introdução
●
Modalidade de computadores:
–
Computador analógico: manipula e representa
variáveis por meio analógico (quantidades
mecânicas ou elétricas);
Introdução
●
Modalidade de computadores:
–
Computador digital: manipula e representa as
informações por meio digital (representação
computacional – bits, bytes);
Introdução
●
Modalidade de computadores:
–
Computador digital: manipula e representa as
informações por meio digital (representação
computacional – bits, bytes);
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Variável
analógica
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Conversão
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Computador
Digital
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Conversão
D/A
Variável
analógica
Computadores por Geração
●
1ª geração (1945 - 1956):
–
Máquinas baseadas em válvulas;
–
Equipamento de grande porte e problemas de
aquecimento;
–
Grande consumo de energia;
–
Programação por cabos;
–
Sem interface visual;
–
ENIAC;
Computadores por Geração
●
1ª geração (1945 - 1956):
Computadores por Geração
●
2ª geração (1957 - 1966):
–
Substituição de válvulas por transistores;
–
Diminuição do tamanho físico das máquinas;
–
Aumento da capacidade de processamento.
Computadores por Geração
●
2ª geração (1957 - 1966):
Computadores por Geração
●
2ª geração (1957 - 1966):
Computadores por Geração
●
3ª geração (anos 1970):
–
Substituição dos transistores por circuitos
integrados (encapsulamento de vários transistores
em um único componente eletrônico);
–
Maior capacidade de processamento;
–
Menor consumo de energia.
Computadores por Geração
●
3ª geração (anos 1970):
Computadores por Geração
●
3ª geração:
Computadores por Geração
●
4ª geração (a partir dos anos 1980):
–
Computadores com circuitos integrados em escala
ultra larga (chips);
–
Dispositivos computacionais móveis (PDAs,
notebooks, netbooks, etc.).
Computador por Geração
●
Independente do tipo de computador...
–
Hardware → equipamento propriamente dito;
–
Software → programas que atendem às
necessidades dos usuários.
Software
●
●
Sistema Operacional:
–
Interface entre o usuário e o computador;
–
Programa mais importante em uma máquina.
Drivers:
–
Programas que controlam equipamentos
específicos do computador (placa de vídeo, placa
de som, etc.).
Software
●
Aplicativos:
–
Softwares desenvolvidos para executarem alguma
tarefa específica para o usuário;
–
Exemplo: aplicativos para escritório (editor de texto,
planilha eletrônica, etc.), aplicativos para execução
de música e vídeo, navegadores para internet...
Hardware
●
Elementos funcionais básicos:
–
Unidade central de processamento (CPU);
–
Unidades de entrada e saída;
–
Memória principal.
Memória
Principal
Entrada
CPU
Unidade de controle
Unidade Lógico/Aritmética
Saída
Hardware
●
Unidade de controle:
–
Direciona o sistema do computador a executar
instruções de programa armazenadas.
–
Deve comunicar-se com a memória e com a ALU
(unidade lógico aritimética).
–
Envia dados e instruções do armazenamento
secundário para a memória, quando necessário.
Hardware
●
Unidade lógico/aritmética:
–
Executa todas as operações aritméticas e lógicas.
–
Operações aritméticas:
●
–
Adição, subtração, multiplicação, divisão.
Operações lógicas:
●
●
Compara números, letras ou caracteres
especiais.
Testa uma de três condições:
–
–
–
Condição de igualdade (igual a)
Condição menor que
Condição maior que
Hardware
●
Armazenamento de dados:
–
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 exemplo, um disco.
Hardware
●
A CPU não pode processar dados diretamente
do disco ou de um dispositivo de entrada:
–
Primeiramente, eles devem residir na memória.
–
A unidade de controle recupera dados do disco e
transfere-os para a memória.
–
Itens enviados à CPU para ser processados:
–
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.
Hardware
●
Memória:
–
Também conhecida como armazenamento primário
e memória principal.
–
Frequentemente expressa como memória de
acesso aleatório (RAM).
–
Não faz parte da CPU.
–
Retém dados e instruções para serem
processados.
–
Armazena informações somente enquanto o
programa está em operação.
Hardware
●
●
●
São necessárias quatro etapas para que uma
CPU processe um determinado dado;
Ciclo de máquina: a quantidade de tempo
necessária para executar uma instrução.
–
Computadores pessoais executam-nas em menos
de um milionésimo de segundo.
–
Supercomputadores executam-nas em menos
de um trilionésimo de segundo.
Cada CPU tem seu próprio conjunto de
instruções.
Hardware
●
●
●
Ciclo de máquina → tempo necessário para
recuperar um dado, executar uma operação e
armazenar resultado.
Componentes:
–
Tempo de instrução
–
Tempo de execução
O clock de sistema sincroniza as operações.
Hardware
Hardware
●
Tempo de instrução:
–
A unidade de controle recebe a instrução da
memória e a coloca em um registro.
–
A unidade de controle decodifica a instrução e
determina qual é a localização na memória para os
dados necessários.
Hardware
●
Tempo de execução:
–
A unidade de controle transfere dados da memória
para registros na ALU.
●
–
A ALU executa instruções relativas aos dados.
A unidade de controle armazena o resultado da
operação na memória ou em um registro.
Hardware
●
Endereços da memória:
–
A memória principal é subdividida em várias partes;
–
Cada parte tem um “endereço” associado;
–
O dado armazenado é cada uma dessas posições
é obtido através do fornecimento deste “endereço”
ao processador.
Hardware
●
Computadores basicamente possuem placas
de circuito impresso → fornecem uma via de
conexão entre dispositivos;
–
Principal placa: placa-mãe;
–
Composta por trilhas;
–
Barramento → conjunto de trilhas de alta
velocidade de tráfego (barramento de dados e
barramento de controle);
Hardware
Hardware
●
A placa-mãe contém chips auxiliares →
realizam operações de baixo nível:
–
BIOS → chip que armazena instruções para testar
e inicializar os dispositivos de entrada e saída;
também carrega o sistema operacional na memória
principal.
–
Chips de controle (ou controladores) → gerenciam
a transferência de dados nos barramentos da
placa;
Hardware
●
A placa-mãe contém chips auxiliares →
realizam operações de baixo nível:
–
Chipset → conjunto de controladores, coprocessadores e outros componentes que
determinam as capacidades de hardware do
sistema (exemplo: que tipo de processador pode
ser utilizado na placa-mãe);
Hardware
●
Chipset
Hardware
●
Nas placas-mãe podem ser adicionadas outros
circuitos (placa de vídeo, por exemplo) através
de slots de expansão.
Processadores
●
●
●
Componente de hardware que executa
instruções em linguagem de máquina;
Podem se apresentar sob diversas formas:
CPU, co-processador gráfico, etc.;
CPUs podem alocar tarefas para coprocessadores específicos para uma
determinada função: co-processador de uma
placa de vídeo off-board.
Processadores
●
●
O processador se comunica com a memória e
com outros disposistivos do sistema através
dos barramentos;
O funcionamento do processador é muito mais
rápido do que a capacidade de leitura da
memória principal;
Processadores
●
Os processadores possuem então uma
memória de alta velocidade (cache) para
guardar os dados que estão sendo lidos pela
memória RAM.
Processadores
●
●
Dentro do processador também existem os
chamados registradores → pequena memória
de alta velocidade para ser utilizada no
armazenamento de dados durante o seu
processamento;
O tamanho dos registradores é determinado
pela quantidade de bits que o processador
trabalha:
–
32 bits;
–
64 bits.
Processadores
●
Processadores de fabricantes diferentes podem
ter arquiteturas diferentes.
–
x86;
–
MIPS;
–
PowerPC;
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 (1) e desligado
(0).
Representação de Dados
●
Bit → corresponde a uma informação binária (0
ou 1);
●
Abreviação de binary digit;
●
É a informação computacional mais simples.
Representação de Dados
●
Byte → corresponde a um conjunto de 8 bits;
●
Cada byte pode ter 256 valores possíveis:
٨
٢ =٢٥٦
●
●
Considerando um texto, um byte armazena um
caractere (letra, número, etc.);
Dispositivos de memória e armazenamento são
medidos em bytes.
Representação de 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.
Representação de Dados
●
Kilobyte: 1024 (210) bytes.
–
●
Megabyte: aproximadamente, um milhão (220)
de bytes.
–
●
Capacidade de memória dos computadores
pessoais mais antigos.
Dispositivos de armazenamento portáteis (CD´s).
Gigabyte: aproximadamente, um bilhão (230) de
bytes.
–
Dispositivos de armazenamento (memórias flash,
memórias RAM).
Representação de Dados
●
Terabyte: aproximadamente, um trilhão (240) de
bytes.
–
Dispositivos de armazenamento para grandes
sistemas.
Codificação
●
●
●
Provêem uma maneira comum para
representar um caractere de dados.
Necessários para os computadores poderem
intercambiar dados.
Esquemas comuns:
–
ASCII
–
EBCDIC
–
Unicode
Codificação
●
●
●
ASCII (American Standard Code for Information
Interchange);
O padrão mais amplamente usado.
Usado virtualmente em todos os computadores
pessoais.
Codificação
●
●
●
EBCDIC → Extended Binary Coded Decimal
Interchange Code.
Usado principalmente em mainframes IBM e
compatíveis com IBM.
Não teve o sucesso do código ASCII.
Codificação
●
UNICODE:
–
Projetado para acomodar alfabetos com mais de
256 caracteres.
–
Usa 16 bits para representar um caractere.
–
65.536 (216) valores possíveis.
–
Exige duas vezes mais espaço para armazenar
dados.