Computação e Processamento de Dados – CPD – INF400

Computação e Processamento
de Dados – CPD – INF400
Professor: André Ferreira
[email protected]
Material baseado: Prof.ª Renata Vilas e outros
Apresentação

Quem vai solicitar aproveitamento de disciplina?

Chamadas no início de cada 02 aulas (02 por
dia de aula);

Importância do desenvolvimento dos algoritmos;

Aula: 29/10 (conselho de classe);

Sorteio das equipes.

.
2/45
Ementa

Noções
Básicas
de
Computação
(Hardware,
Software e Sistema operacional). Introdução a
Arquitetura
de
Computadores
Numeração,
Arquitetura
Introdução
a
de
Algoritmos.
(Sistemas
Von
de
Neumann).
Linguagem
de
programação Pascal (Entrada e Saída. Operadores
Lógicos e Matemáticos. Estruturas de controle.
Estruturas de repetição. Vetores)
3/45
Objetivos

Ao final do curso, os alunos deverão ser
capazes de:

Compreender a estrutura básica de um sistema de
computação;

Desenvolver
algoritmos
básicos
em
Pascal
conhecendo estruturas de controle, de repetição e
operações lógicas/matemáticas.
4/45
Avaliações

1ª - Seminário: Trabalho Escrito (3,0) +
Apresentação (7,0);

2ª - Algoritmos (Avaliação prática);

3ª - Algoritmos (Avaliação prática).
5/45
Bibliografia

Aprendendo a Programar Pascal, Evaristo, Jaime;

Lógica de Programação, Forbellone, André Luís e
Eberspacher, Henri;

Ciência da Computação - Uma visão abrangente,
Brookshear, J.

Introdução a Informática, Capron, H. L. e Johnson,
J. A.
6/45
Parte I – Introdução
Conceitos Básicos
7/45
Conceitos Básicos

Dado:




Mensagem composta de símbolos, letras ou números;
Ex: Temperatura  40 graus;
É todo elemento básico de informação que pode ser
processado ou produzido pelo computador.
Informação:



Conjunto de dados significativos e relevantes que
descrevem eventos ou entidades;
Transmite conhecimento;
Significado atribuído aos dados a partir de uma análise:
 Ex: Temperatura  40 graus e Paciente  João;
 Informação: João está com febre!.
8/45
Conceitos Básicos

A informática existe para nos servir: reduzir o tempo
em que digitamos uma carta, aumentar a certeza de
nossos cálculos, diminuir o consumo de energia
nessas operações e baratear o preço de produtos e
serviços. Daí o seu nome, Informática: Informação
Automática:


Ciência que estuda o tratamento automático e racional da
informação;
Ramo do conhecimento que cuida dos conceitos,
procedimentos e técnicas referentes ao tratamento de
conjunto de dados, objetivando a tomada de decisões.
9/45
Conceitos Básicos

Processamento de Dados:

Todo ato de realizar, conferir e verificar o processo de
transformação de dados, com o objetivo de se obter
resultados através de dados iniciais.
ENTRADA
PROCESSAMENTO
Aritmético
Lógico
SAÍDA
10/45
Conceitos Básicos

Sistema:


Conjunto de partes coordenadas que concorrem para a
realização de um determinado objetivo:
 Ex: Sistema digestivo.
Sistema de Processamento de Dados:




Especificação da série de etapas para processar os dados:
feita pelos humanos. Causa dos erros em computação;
O computador executa as ações especificadas literalmente
e sem falhas;
A especificação da série de etapas para o computador é
denominada algoritmo;
A implementação de um algoritmo é chamada de
programa.
11/45
Conceitos Básicos

Computador:


Máquina capaz de solucionar problemas através
de tarefas que lhe são fornecidas;
Tem três partes diferentes que funcionam em
conjunto:



Hardware;
Software;
Peopleware.
O Computador não pode fazer nada sozinho!
12/45
Conceitos Básicos

Hardware (Parte Física):




Equipamento;
Constituída por toda parte física visível do
computador;
Elementos mais visíveis do hardware: monitor,
teclado, gabinete, …
Elementos menos visíveis do hardware: unidades
de disco, placas controladoras, …
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Conceitos Básicos

Software (Parte Lógica):



Elementos lógicos (programas) através dos quais o
hardware realiza determinada tarefa;
Contribuem para o funcionamento do computador;
Tipos:

Sistemas Operacionais:


Programas Aplicativos:


Conjunto de programas básicos para o funcionamento do
computador.
Programas que manipulam dados.
Linguagens de Programação:

“Transformação” dos algoritmos em programas.
14/45
Conceitos Básicos

Peopleware (Parte Intelectual)

Pessoas que utilizam os computadores realizando tarefas
necessárias para o funcionamento dos componentes do
sistema.
 Digitador;
 Operador;
 Analista;
 Programador;
 Técnico de manutenção;
 Engenheiro em computação;
 Instrutor de informática.
15/45
A Arquitetura do
Computador
Arquitetura de computadores

Refere-se às características visíveis pelo
programador, tais como:





Conjunto de instruções;
Número de bits de dados;
Mecanismos de Entrada
(OUTPUT);
Modos de endereçamento;
Exemplo:

(INPUT)
/
Saída
Faz-se necessária uma instrução de subtração?
17/45
Organização de computadores

Refere-se a como estas características são
implementadas:

Detalhes de hardware:




Sinais de controle;
Interfaces;
Tecnologia de memória.
Exemplo:

Como implementar a instrução de subtração?
18/45
Arquitetura x Organização

Fabricantes oferecem famílias de modelos,
com mesma arquitetura e diferentes
organizações:



Custo e desempenho diferentes;
Compatibilidade de código;
Mudança da organização com tecnologia.
19/45
Estrutura e Função


Um computador é um sistema hierárquico.
Em cada nível, o projetista se preocupa com
sua estrutura e sua função;
Estrutura:


É a forma como os componentes se relacionam.
Função:

É a operação desempenhada
componente nessa estrutura.
por
cada
20/45
Função

Funções básicas de um computador são:

Processamento de dados;

Armazenamento de dados;

Movimentação de dados;

Controle.
21/45
Estrutura: visão macro
Periféricos
Computador
Memória
principal
UCP
Computador
Sistema de
comunicação
E/S
Linhas de
comunicação
22/45
Estrutura: a UCP
UCP
Computador
Registradores
E/S
Sistem.
Com.
ULA
UCP
Interconexão
interna à UCP
Memória
Unidade
de
controle
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Estrutura: unidade de controle
Unid. de controle
UCP
Seqüenciamento
ULA
Barra
int.
Unid.
controle
Registradores e
decodificadores
Regist.
Memória
de
controle
24/45
Esquema de um Computador
Unidades
de
Entrada
•Teclado
•Scanner
•Caneta Ótica
•Leitora de barra
•Tela Sensível
•Mouse
•Modem
•Etc.
Unidade
Central
(U.C.P.)
Unid.
de
Controle
Unid.
Lógica e
Aritmética
Unidades
de
Saída
•Monitor
•Impressora
•Plotter
•Modem
•Etc.
Memória
Movimento dos dados...
25/45
Arquitetura de um Computador
26/45
Arquitetura Básica do
Computador
M
Entrada
E
M
Ó
R
Envio dos dados para
serem processados
Unidade Central de Processamento (UCP)
Obtenção dos resultados requeridos
I
A
Saída
27/45
Dispositivos de Entrada e
Saída

M
Entrada

E
M
Ó

UCP
R

I
A
Interação entre o usuário e o
computador;
Dispositivos que interagem com o
ambiente:
Saída
Dispositivo de Entrada:
 Encaminha as solicitações/dados
do usuário ao computador, através
de mouse, teclado, etc.
Dispositivo de Saída:
 Apresenta os resultados finais do
processamento,
através
dos
monitores de vídeo, impressoras,
etc.
28/45
UCP

Entrada
M

E

Cérebro do computador;
Busca e executa as instruções;
Composta de:

M
Ó
R
U ULA
C
P UC

Unidade de Controle;
Unidade Lógica-Aritmética.
I
A
Saída
29/45
Memória

M
Entrada

E


M
Ó

UCP

R
I
A
Armazena programas e dados;
Local onde o processador:

Saída

Busca dados a serem processados;
Guarda valores intermediários;
Envia
resultados
finais
do
processamento.
Pequenos
pentes
/
módulos
encaixados na placa mãe;
A menor unidade de informação
armazenável é o BIT;
A menor unidade de medida da
memória é o BYTE.
30/45
Arquitetura do Computador
U
C
Entrada
P
Unidade Aritmético-Lógica
Recebe os dados da memória para
processá-los quando uma instrução
for aritmética ou lógica
Unidade de Controle
Determina
a
execução
interpretação das instruções
controla o fluxo dos dados
Memória Principal
Memória Secundária
Saída
e
e
Armazena
endereços de
instruções e
Registradores
dados que estão
sendo
processados.
Armazena programas e dados que
estão sendo processados.
Armazena programas que podem ser executados.
31/45
Outros Componentes Básicos
do Computador
32/45
Outros componentes

Placa Mãe;

Barramento;

Clock;

Microprocessador;

Tecnologia
de
Reconhecimento
Instruções do Processador.
de
33/45
Principal placa do computador
Placa Mãe (Motherboard)




Acomoda o processador e todos os componentes
(memória principal, memória cache, BIOS, portas
serial e paralela, etc) que permitem ao processador
interagir com os demais periféricos;
Gerencia transação de dados entre CPU e
periféricos;
Componentes On board e Off board;
Muitas placas mãe permitem
o upgrade:


Modificação da velocidade do clock;
Tipo de processador...
34/45
Barramento



Percurso elétrico que conecta UCP, memória e
outros dispositivos de hardware da placa-mãe;
O barramento é a estrada que permite a
comunicação com o processador, que é
compartilhada por todos os periféricos conectados a
este barramento;
Grupo de linhas paralelas. Cada linha trafega 1 bit
de cada vez:



8 linhas  1 byte, 32 linhas  4 bytes;
Barramento de 32 linhas  4 bytes.
Tipos:

Endereços, Dados e Expansão (ou Slot).
35/45
Barramento

Exemplos de padrões de barramento de
expansão:







ISA (Industry Standard Architecture);
MCA (Microchannel Architecture);
EISA (Extended Industry Standard Architecture);
VLB (Vesa Local Bus);
PCI (Peripheral Component Interconnect);
AGP (Accelerated Graphics Port);
USB (Universal Serial Bus).
36/45
Padrões de Barramento

Padrão AGP:



Desenvolvido para as placas de vídeo mais
modernas (3D) e processadores Pentium II;
2 vezes mais rápido que o PCI;
Permite a placa de vídeo acessar diretamente a
memória para armazenar texturas sem que os
dados passem pelo processador.
37/45
Padrões de Barramento

Padrão USB:




Novo padrão para a conexão de periféricos
externos;
Facilidade de uso;
Possibilidade de conectar vários periféricos a
uma única porta USB;
Considerado 1º barramento para micros
realmente Plug-and-Play.
38/45
Clock


Coração do computador  Emite pulsos
elétricos que se propagam pelo barramento;
Movido por um cristal de quartzo localizado
na placa mãe:


As moléculas deste cristal vibram milhões/bilhões
de vezes por segundo, em velocidade constante;
As vibrações são usadas para cronometrar
operações de processamento e ditar a velocidade
de transferência de dados.
39/45
Clock

Expresso em termos de freqüência – Hertz
(Hz):

1 Hz = 1 ciclo por segundo (1 operação realizada
a cada ciclo):


Exemplo: Computador de 1 GHz emite 1 bilhão de
pulsos elétricos por segundo – 1 bilhão de operações
realizadas por segundo.
O processador não possui gerador de clock.
Opera multiplicando o sinal recebido da placa
mãe.
40/45
Microprocessador (UCP)


Cérebro de um microcomputador;
Sempre está em evolução.
Relação do processador
e a quantidade
de transistores
41/45
Microprocessador (UCP)

Relação do tamanho do transistor em cada
década/processador:




Um mícron equivale a
Década de 70:
1
milésimo de milímetro,
 Intel 4004 (1971)  15 mícrons;
ou a
 8088 (1979)  3 mícrons
1 milionésimo de metro
(do tamanho de um vírus).
Década de 80:
 486  1 mícron .
Década de 90:
 Pentium III  0.18 mícron (do tamanho de uma molécula
de DNA).
Atualmente:
 Pentium 4 e Athlon  0.13 mícron.
42/45
Tecnologia relacionada ao
número de instruções de
processamento que podem ser
reconhecidas

CISC (Complex Instruction Set Computing):


Conjunto Complexo de Instruções.
RISC (Reduced Instruction Set Computing):

Conjunto Reduzido de Instruções.
43/45
CISC

Reconhece
instruções;
mais
de
uma
centena
de

É mais lento na execução das instruções
(Quanto > Número de instruções > Tempo);

A maioria dos microprocessadores são CISC.
44/45
RISC

Reconhece um número limitado de instruções que,
em contrapartida, são otimizadas para que sejam
executadas com mais rapidez;

Redução do conjunto de instruções ao mínimo:


As instruções não contempladas são executadas como
combinações das existentes;
Desempenho de 50-75% superior a um CISC.
45/45