Informática Aplicada

Aula 1 – Introdução

Diogo Pinheiro Fernandes PedrosaDepartamento 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

Ciência da Computação

Teoria dosSistemas

Cibernética

Ciência daInformação

Informática

Arquitetura de computadores;Processamento de dados;Engenharia de software.

Automação

Solução de problemas (aspectos teóricos)

Tratamento da informação (armazenamento e veiculação)

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);

Computador Digital

ConversãoA/D

ConversãoD/A

Variávelanalógica Representação digital

Representação digital

Variávelanalógica

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 PrincipalEntrada Saída

CPUUnidade de controle

Unidade Lógico/Aritmética

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, co-

processadores 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 co-

processadores 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:

● Considerando um texto, um byte armazena um caractere (letra, número, etc.);

● Dispositivos de memória e armazenamento são medidos em bytes.

٢٥٦=٢٨

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.– Capacidade de memória dos computadores

pessoais mais antigos.● Megabyte: aproximadamente, um milhão (220)

de bytes.– 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.