Conceitos Básicos de Hardware e de Software

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Conceitos básicos de hardware e de software
1. Definição de um sistema computacional
 Um sistema computacional é um conjunto de dispositivos
eletrônicos (hardware) capaz de processar informações
de acordo com um programa (software). Desse modo,
Hardware é tudo que podemos tocar, enquanto software
é tudo aquilo que podemos ver.
 As informações, os programas e tudo que fica
armazenado são as partes mais importantes de um sistema
computacional. Os usuários que consomem os serviços
também são tidos como parte do sistema computacional.
 Especificamente com relação ao software, existem
diversas categorias que compõem a parte lógica do
sistema. Entre elas, duas se destacam:
 sistema operacional;
 aplicativos.
I. Sistema operacional:
 Para garantir a funcionalidade do hardware, o sistema
operacional fica instalado como base.
 Ele pode ser definido como um conjunto de programas
com a funcionalidade de gerenciamento dos recursos do
sistema e das informações, processamento, armazenamento
e execução das tarefas, além do fornecimento de uma
interface entre computador e usuário de forma intuitiva.
II. aplicativos:
 Os aplicativos definem diversos tipos de softwares, como
os embarcados, que são comercializados junto ao sistema
operacional; e os softwares web, que, apesar de serem
executados em um navegador, utilizam as características
de um computador para isso. Nesse sentido, os aplicativos
são utilizados para garantir que diversas funcionalidades
sejam concretizadas, como edição de texto, processamento
de dados, aplicações corporativas, entre outras.
 A fim de exemplificar o papel de cada componente
necessário na construção de um sistema computacional,
vamos considerar o seguinte cenário: um usuário precisa
utilizar determinada aplicação para edição de imagens, ou
seja, um aplicativo. Para que isso seja possível, alguns
softwares são necessários como pré-requisito para
possibilitar que as funções da aplicação funcionem
corretamente, a exemplo de plug-ins, drivers de vídeo e
outros recursos que preservem a qualidade das imagens e
representem o software. Este, então, é tudo aquilo que o
usuário pode ver.
 Além disso, existem requisitos físicos necessários para se
ter o desempenho e a qualidade adequados na execução
do serviço, como espaço mínimo de armazenamento,
memória recomendada e capacidade de processamento. Tais
características representam o hardware. Este é tudo
aquilo que o usuário pode tocar.
2. Componentes e dispositivos
 O sistema computacional está categorizado em compo-
nentes internos, localizados dentro do computador, e
externos, os que estão fora dele. Vamos conhecer cada
um deles a partir de agora.
Componentes internos
I. Disco rígido - Hard disk (HD):
 Com relação aos componentes internos, podemos começar
pelo hard disk (HD), que é um dos principais dispositivos de
armazenamento utilizados. No entanto, existem diversas
variações com capacidades e desempenho diferentes que
se adequam ao objetivo do usuário.
Figura 1: Hard Disk (HD).
II. processador:
 o processador diz respeito a um componente crítico que
representa o cérebro do computador. Nesse núcleo cen-
tral, ocorre o processamento de dados. O processador
necessita de alguns recursos, como uma refrigeração
adequada. Dessa forma, um cooler de processador precisa
ser utilizado em conjunto com o processador, servindo
para diminuir o calor gerado e garantindo que esse pro-
cessador funcione adequadamente, sem superaquecer os
outros componentes. Na imagem abaixo, por exemplo,
podemos observar um processador e o socket de intro-
dução do componente.
Figura 2: Processador.
III. Memória ram:
 a memória RAM é o componente responsável por direcio-
nar o processador, enviando as instruções necessárias
para que os dados possam ser processados.
 É Importante mencionar que a memória RAM, diferen-
temente do HD, é considerada uma memória temporária,
capaz de armazenar as informações até que o computador
seja reiniciado ou desligado.
 A principal função dessa memória é facilitar o acesso e
agilizar o processamento de dados por parte do proces-
sador, fazendo com que a busca dos dados recentemente
acessados seja realizada em um tempo menor.
 Atualmente, as memórias mais utilizadas são as DDR, que
passaram por diversas versões e operaram em diversas
frequências. Elas podem ser classificadas como DDR 1, DDR
2, DDR 3, DDR 4 e DDR 5.
Figura 3: Memória RAM..
IV. Placa de vídeo:
 Quando todos os componentes estão funcionando corre-
tamente, o usuário necessita visualizar as informações e
os programas executados, sendo que todo o sinal gerado
será enviado para o monitor de vídeo. Tal ciclo ocorre a
partir da placa de vídeo.
 Existem dois tipos de placas de vídeo:
 Onboard: Placa embarcada, ou seja, a entrada de
vídeo fica embutida com o restante dos componentes.
 Offboard: Placa vendida separadamente e conectada
nos slots. Geralmente é utilizada por quem busca
recursos de vídeos específicos, como jogos, edição de
imagem e uso de softwares que requerem maior
qualidade.
 Para que os monitores sejam conectados na placa mãe,
são utilizados adaptadores de vídeo. Os mais comuns são
VGA, HDMI e DVI, que diferem quanto à qualidade de
imagem, resolução e tipo de conectores utilizados para
garantir que a imagem seja projetada..
Figura 4: Placa de vídeo NVIDIA.
Figura 5: Entradas VGA, DVI e HDMI.
V. Fonte de alimentação:
 A fonte de alimentação é o componente responsável por
alimentar todos os outros.
 sua função é converter a tensão usada pela rede elétrica
em tensões requeridas pelos componentes internos.
 A fonte possui conectores de alimentação independentes,
a fim de alimentar a placa, o disco, o dispositivo de
CD/DVD e, por meio da placa mãe, todos os outros
componentes internos.
Figura 6: Fonte de alimentação.
VI. Placa mãe:
 A placa mãe é o componente que conecta todos os
componentes internos e externos, os quais se comunicam
com o computador a partir de portas como usb (dispo-
sitivos móveis e de armazenamento), ps2 (dispositivos de
entrada, como mouse e teclado), entradas de vídeo para
uso de monitor e dispositivos de saída, como HDMI (High-
Definition Multimedia Interface) e VGA (Video Graphics
Array).
 Dessa forma, pode-se concluir que a placa mãe permite a
conexão dos discos rígidos, das fontes de alimentação, do
processador, das memórias, entre outros.
Figura 7: Placa mãe.
VII. slot de memória:
 Outro componente interno é o slot de memória. Algumas
placas mãe possuem slots para dois tipos de memória, ou
seja, com configurações e barramentos diferentes, esta-
belecendo maior compatibilidade com o tipo de memória
desenvolvida.
 Não é recomendado utilizar dois tipos de memória dife-
rentes ao mesmo tempo, pois essa ação pode causar
problemas de reconhecimento e incompatibilidade, o que
resulta em um mau funcionamento do hardware.
VIII. slot de expansão:
 Assim como os slots de memória, os slots de expansão
também são classificados de acordo com a tecnologia
suportada. Normalmente são utilizados para expandir as
funções originais do computador. Eles suportam, por
exemplo, placas de vídeo que são utilizadas para oferecer
mais qualidade que a placa original ou de som.
 Os slots de expansão podem ser classificados como:
 Isa (Industry Standard Architecture): Originalmente
disponibilizados em oito e 16 bits, foram projetados
para controladores de jogos e impressoras nos
primeiros computadores pessoais.
 PCI (Peripheral Component Interconnect): substituí-
ram o padrão ISA, tornando o uso da placa gráfica
dedicada mais ágil. Mais tarde, foram substituídos
por versões 4x e 8x (ainda mais rápidas).
 Agp (Accelerated Graphics Port): Possibilitaram o
dobro de velocidade do barramento PCI, permitindo
o uso de duas placas, visando aumentar o desem-
penho de vídeo e processamento de imagens de um
computador.
 PCIe (Peripheral Component Interconnect express):
slots instaladosem pares que permitem alta
velocidade com o uso de duas placas, além de menor
custo. São os slots mais utilizados atualmente,
compatíveis com a maioria das placas desenvolvidas
por fabricantes como Intel e AMD.
IX. socket:
 o socket representa a conexão do processador com a
placa mãe, garantindo que os pinos estejam todos em
contato com a placa, funcionando corretamente.
X. chipset:
 o chipset é um grupo de componentes eletrônicos de
baixa capacidade em um circuito integrado, usado para
gerenciar o fluxo de dados entre processador, memória e
dispositivos periféricos. Geralmente, pode ser encontrado
na placa mãe.
 Todo chipset é dividido em dois componentes:
 Ponte norte: Tem a função de controlar os compo-
nentes internos mais rápidos, como processador,
memória, placa de vídeo e pentes de memória RAM.
Tais informações são enviadas para o disco rígido.
 Ponte sul: Os demais componentes são controlados
pela ponte sul, incluindo os dispositivos de entrada
e saída, o disco rígido, as portas de comunicação e
os slots de expansão
Figura 8: Placa mãe com alguns de seus componentes.
XI. Bios (basic input/output system):
 a BIOS possui diversas funcionalidades, como a confi-
guração dos componentes e a inicialização do sistema
operacional. Nela, é possível escolher a sequência em
que os equipamentos podem ser utilizados para dar boot
no sistema, ou seja, instalar o sistema, como USB, DVD ou
HD. Nesse caso, é possível desabilitar dispositivos, definir
configurações e desabilitar funcionalidades do sistema.
XII. Portas de comunicação:
 As portas de comunicação podem ser físicas ou lógicas.
 Portas físicas: fazem parte dos hardwares e são respon-
sáveis pela entrada de dados através de portas de
comunicação, como usb, serial (utilizada geralmente por
impressoras) e portas Ps2 (utilizadas para conexão de
periféricos, como mouse e teclado).
 Portas lógicas: também são necessárias para manter a
comunicação com o sistema computacional, a exemplo das
portas tcp e udp responsáveis por transportar informa-
ções dentro das aplicações.
Componentes externos
 Os componentes externos são aqueles que se estendem
para além dos integrados na placa mãe.
 Os componentes externos periféricos são definidos como
dispositivos de entrada que permitem a interação do
usuário com as interfaces, como teclado e mouse.
Impressoras e scanners também são considerados
periféricos, porém representam dispositivos de saída e
entrada, respectivamente.
 No caso das impressoras, estas são utilizadas para impri-
mir documentos gerados por um computador. Um scanner,
por outro lado, funciona de maneira inversa à uma
impressora, permitindo copiar documentos já impressos
para transformá-los em dispositivos digitais. Atualmente,
os telefones móveis já podem ser utilizados como
scanners, partindo do uso de aplicativos específicos,
capazes de digitalizar documentos e mantendo a forma de
papel com baixo custo de investimento.
Figura 9: Portas de comunicações.
Figura 10: Dispositivos de entrada e de saída.
3. sistemas operacionais
 O sistema operacional representa a parte lógica de um
computador e atua como um componente intermediário,
permitindo a comunicação do usuário com os demais
componentes de hardware e suas funcionalidades.
 seu principal objetivo é fornecer uma interface aos
usuários, para que estes sejam capazes de interagir com as
aplicações e os softwares instalados. Vale destacar que o
sistema ainda executa um conjunto de rotinas e utiliza a
capacidade dos componentes de processamento, memória e
armazenamento disponíveis.
 O sistema operacional tem ligação direta com o hardware,
alocando os recursos e administrando a funcionalidade
de cada um deles.
4. Armazenamento, representação e virtualização
 Com o passar do tempo, diversas tecnologias evoluíram,
permitindo que a capacidade de um computador pessoal
fosse além de um desktop, como os computadores móveis,
tablets e celulares. Posteriormente, ainda surgiram
outras tecnologias para atender às necessidades do
mundo corporativo. Os servidores, então, passaram a
oferecer alto processamento de dados e capacidade de
armazenamento. Os custos também se tornaram maiores e,
por conta disso, alguns recursos foram desenvolvidos
para otimizar sua utilização, como a virtualização e os
dispositivos em rede.
 o avanço tecnológico fez com que os sistemas opera-
cionais pudessem atender a novas exigências do mundo
moderno, sobretudo, voltadas ao armazenamento (reunir
e conservar dados), à representação (usar dados para a
comunicação e para a programação) e à virtualização
(aplicar os dados, a fim de utilizar programas sem
precisar de um componente físico).
I. Armazenamento:
 Antigamente, os disquetes cumpriam a função de armaze-
namento, mas depois vieram os CD (Compact Disk) e o DVD
(Digital Versatile Disc). Ainda mais tarde, surgiram os HDS,
com maior capacidade e mais tecnologias que permitem um
processo de gravação superior das informações.
 Os HDDS (Hard Disk Drive) São as unidades de armazena-
mento representadas por diversos dispositivos. O mais
comum é o disco rígido (Hard Disk). Ele funciona como
uma unidade de armazenamento, em que os dados são
guardados de forma permanente, sem que sejam apagados
quando o computador é desligado.
Figura 11: Estrutura de um HD.
 O disco não armazena somente as informações, mas,
também, os programas e softwares, permitindo que estes
estejam disponíveis sempre que necessário.
 a estrutura do disco rígido é composta pelos seguintes
componentes:
 Cabeça de leitura e gravação: Componente que uti-
liza impulsos magnéticos para manipular as mo-
léculas do disco, permitindo a gravação dos dados.
 Disco ou prato: Região em que os dados são arma-
zenados.
 Braço: Posiciona o cabeçote acima do disco.
 Atuador: Responsável por mover o braço para que o
cabeçote possa executar o seu trabalho.
 eixo: é Responsável por conduzir a rotação do disco
e pela agilidade no armazenamento das informações.
 Visando o desempenho na leitura e escrita dos dados, os
discos evoluíram em sua estrutura. Assim, os componentes
mecânicos se transformaram em uma estrutura menor,
sem itens móveis, denominada ssd (solid state Drive). Tal
estrutura surgiu para superar a capacidade do seu
antecessor, mantendo o poder de armazenamento e
trazendo diversos benefícios como:
 Menor período de latência;
 Acesso rápido aos arquivos;
 Inicialização rápida do sistema;
 Menor tamanho físico;
 Menos suscetível a erros.
 Com o passar do tempo, os usuários priorizaram a mobili-
dade e flexibilidade no armazenamento de informações,
momento em que outros dispositivos ganharam força no
mercado não com a mesma capacidade de armazenamento,
mas provendo benefícios extras, como a cópia e o com-
partilhamento de informações. Um exemplo são os pen
drivers. Eles atuam como uma espécie de dispositivo extra
de armazenamento, sem a necessidade de se utilizar o
armazenamento interno. Outra opção é o HD externo,
com maior capacidade que os pen drivers, conectados via
usb.
 Já o ssd, diferentemente de um HD convencional, possui
memória flash, também utilizada em pen drivers, o que o
torna mais rápido. seus componentes são resumidos em
controlador e memória flash, e não em componentes
mecânicos, como seu antecessor. Desse modo, trata-se de
um dispositivo elétrico que realiza a leitura e escrita de
forma mais rápida.
Figura 12: Comparação interna entre um HD e um SSD.
II. Representação de dados:
 no que diz respeito à representação de dados, os compu-
tadores representam sistemas digitais e, por isso, são
compostos por números binários, armazenando e manipu-
lando as informações baseadas em zero e um, também
denominados bits.
 De modo distinto aos seres humanos, que se comunicam
pela fala, os computadores realizam essa troca de infor-
mações apenas considerando os números zero e um. Tais
algarismos formam a linguagem da informática.A base
binária é capaz de formar palavras, expressões matemáti-
cas e diversas outras informações. Para formar um
número decimal, por exemplo, um conjunto de oito bits é
utilizado. Tal formação é denominada byte.
Figura 13: Sistema binário.
Figura 14: Bit e Byte.
III. Virtualização de dados:
 a virtualização é uma tecnologia na qual permite que
várias máquinas virtuais ou diversos recursos lógicos
sejam simulados com base em uma única infraestrutura
física. Isto é, trata-se de um servidor físico capaz de
virtualizar recursos como a memória, o processador, o
armazenamento, a rede, o sistema operacional, os dados e
os aplicativos, resultando em diversas máquinas que
funcionam de forma isolada. Com isso, evita-se a
subutilização dos recursos computacionais.
 É relevante salientar que os servidores são supercom-
putadores com componentes robustos, os quais hospedam
arquivos e aplicativos. Eles se comunicam entre si em
uma rede de computadores, por isso, necessitam de um alto
nível de processamento, permitindo a execução de tarefas
complexas com facilidade.
 Da maneira tradicional, os administradores de rede
alocam um servidor físico para cada aplicativo ou tarefa
específica. Entretanto, os servidores não podem utilizar
todos os seus níveis de processamento e, conforme as
redes de computadores se tornam maiores e mais comple-
xas, precisa-se de um alto investimento em servidor. Este,
então, passa a ocupar muito espaço e a consumir mais
energia. Dessa forma, a virtualização de servidor resolve
os dois problemas.
 Sem a virtualização, uma máquina representa um único
sistema operacional e seus aplicativos, significando que a
estrutura física é subutilizada, resultando no desperdiço
dos recursos e em custo operacional alto em relação ao
hardware e aos dispositivos do datacenter contratado.
 Portanto, a virtualização representa uma camada inter-
mediária entre o hardware e o software, utilizada para
converter recursos físicos de computação em formas
virtuais, atendendo às necessidades do usuário. Logo, é a
separação lógica de recursos físicos e acesso direto dos
usuários para atender aos seus requisitos de serviço.
 Nas próximas imagens, é possível comparar um ambiente
de infraestrutura para os sistemas operacionais Windows
e Linux sem e com o uso de virtualização. Primeiro,
observe o ambiente sem virtualização.
Figura 15: Sistemas operacionais Windows e Linux
sem virtualização.
Figura 16: Sistemas operacionais Windows e Linux
utilizados no mesmo computador através da
virtualização.
 Como podemos notar, a virtualização fornece certo grau
de abstração lógica, o que pode liberar o software
instalado pelo usuário (do sistema operacional, de outros
sistemas e de software de aplicativo) para um conjunto
específico de hardware. Em vez disso, os usuários instalam
tudo em um ambiente operacional lógico criado pela
virtualização, além de terem o mesmo controle dos
recursos físicos.
 a virtualização é a base da computação em nuvem,
permitindo que o provedor desta, responsável por prover
os serviços, virtualize sua infraestrutura mantida em
datacenter físico, a fim de fornecer serviços distribuídos
para diversos usuários espalhados pelo mundo. Dessa
maneira, pode-se manter um único datacenter com
grande poder de processamento, memória e armazena-
mento, segmentando o hardware para que este seja utili-
zado de forma isolada, garantindo a privacidade e o
desempenho para todos os ambientes virtuais criados.
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