01-Computadores e Sistema Computacional

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Computadores e Sistema
Computacional
rquitetura de Computadores
Arquitetura de computadores é uma clássica matéria presente
nos cursos de graduação e pós-graduação em áreas correlatas
à ciência computacional. Esta matéria apresenta ao estudante os
elementos básicos de um computador e de um sistema computacional,
seus princípios de funcionamento, seu processo evolutivo e seu futuro.
Neste curso não abordaremos o aspecto evolutivo, além disso,
limitaremos o estudo dos computadores e sistemas computacionais à
alguns de seus elementos básicos dando particular ênfase ao
computador. Preparado para começar?
 
Computador
Com o passar do tempo o computador mudou sua forma de se apresentar
à nós, hoje temos computadores integrados, isto é, fazendo parte de
muitos objetos da nossa vida cotidiana, assim, ele não se apresenta mais
simplesmente como aquela máquina que fica em uma escrivaninha de
nossa casa ou de nosso trabalho, porém, tomaremos como base neste
curso aquela máquina e quando desejamos nos referir a computadores
específicos seremos explícitos. Pois bem, um computador é um
dispositivo destinado ao processamento de informação. Ele deve ser
capaz de receber uma informação (dados) de entrada, processar a
informação e apresentar o resultado do processamento, veja Figura 1.
Nos computadores as informações podem vir de muitas fontes, dizemos
dispositivos de entrada de dados, para o processamento da informação é
necessária uma CPU (Unidade Central de Processamento), para
apresentar o resultado necessitamos de dispositivos de saída, precisamos
ainda de memórias para armazenar e manipular os dados, discutiremos
todos estes elementos em momentos oportunos.
 
Informação
Convém aqui definir o que é a informação. A informação corresponde a
sequências de 0’s e 1’s (ditos níveis lógicos) em uma quantidade definida
e que codifica alguma coisa. Na Figura 2 (a) a sequência ‘0001 1100’, de
0’s e 1’s, foi enviada pelo teclado, após um processamento comandado
por um programa (MS Word) o resultado do processamento é
apresentada na tela, isto com a ajuda (interface) do Driver da placa de
vídeo (NVIDIA Driver). Apenas para formalizar, cada 0 e cada 1 presente
no código enviado pelo teclado corresponde ao que chamamos de bit,
trata-se da menor quantidade de informação possível, em informática e
um grupamento de 8 bits, como é o caso, é chamado de Byte. Veja Figura
2 (b).
A informação pode ir além de um código para identificar um caractere
como visto anteriormente. Ela pode codificar a cor de um ponto, chamado
de pixel, em uma imagem. Veja Figura 2 (c).
Sistema computacional
Frequentemente fazemos referência não somente ao computador quando
analisamos sistemas de TI (Tecnologia da Informação) esta referência
Figura 1 - Computador e sua função.
Figura 2 - Informação e seu processamento.
mais abrangente trata do Sistema Computacional o qual, além do
computador e de seus acessórios (Hardware) envolve os usuários
(Peopleware) e os programas executados pela máquina (Software). A
Figura 3 apresenta os elementos de um sistema computacional,
obviamente esta disciplina tem como principal elemento de estudo o
hardware, eventualmente se aventurando pelo software. Para cada um
dos vértices da pirâmide a área de TI possui profissionais especializados,
porém, nos últimos tempos têm se exigido que os profissionais, de
maneira geral, sejam capazes de lidar com mais de um vértice ao mesmo
tempo, tal exigência deve-se ao fato de uma preocupação constante com
a satisfação do cliente com o software ou solução entregue, há
metodologias de desenvolvimento nas quais todos os componentes da
equipe participam de todas as decisões.
Tipos de Computadores
Antes de tratarmos dos componentes internos de um computador convém
aqui falarmos um pouco sobre os tipos de computadores. Há na verdade
uma discussão muito grande sobre como separar (classificar) os tipos de
computadores, pois, a cada ano estas máquinas apresentam-se para nós
de novas formas, e ainda, como evoluem muito rapidamente uma
máquina que antes tinha uma aplicação específica logo passa a ser de
uso quase geral, ou seja, servindo para muitas outras finalidades além
daquela originalmente planejada. Dito isto, neste tópico nos baseamos
em uma visão mais clássica sobre a classificação dos computadores
focando mais em computadores pessoais e de uso corporativo de baixo
desempenho. Vamos lá?
Figura 3 - Sistema Computacional.
Computadores pessoais: Trata-se do tipo de computador mais
conhecido por todos e também o tipo com o maior número de variações
(subtipos). São usados para atender necessidades computacionais
pessoais, preferencialmente de uma única pessoa, porém, são
largamente utilizados por famílias inteiras e também muito presentes em
corporações, notadamente para aplicações mais simples. Consideremos
alguns subtipos deste tipo de computador:
(a) Desktops: Trata-se do tradicional computador pessoal de mesa,
pode ser montado (configurado) sob medida para a(s) aplicação(ões)
desejada(s), por exemplo, pode destinar-se a navegação pela internet,
para edição de texto e apresentações, para a edição de vídeos, como
plataforma para a execução de jogos etc. Mesmo após sua aquisição
possui grande capacidade de integração de novos recursos ou upgrades
(melhorias) de suas capacidades. Em um passado não tão distante já foi
sinônimo de computador pessoal, porém, com o aprimoramento de outros
subtipos atualmente enfrenta grande concorrência.
(b) Notebooks: Trata-se da versão portátil do desktop. Possui como
grande vantagem justamente a portabilidade, ou seja, a possibilidade de
ser levado com facilidade pelo usuário onde quer que ele vá. Possui ainda
a capacidade de operar desconectado da rede elétrica, pois dispõe de
uma bateria. Já é comum pessoas e famílias abrirem mão do desktop e
possuírem apenas notebooks. Possui como grande desvantagem a baixa
capacidade de upgrade, assim, acabam se tornando obsoletos mais
rapidamente que os desktops. É importante observar ainda que, embora
existam notebooks com os mais variados graus de desempenho, quando
comparamos estes subtipos de computadores com um desktop
equivalente quase sempre o desktop possuir menor preço, ou seja, se
você não precisa da portabilidade será mais barato e vantajoso investir em
um desktop, sobretudo quando é necessário alto desempenho.
(c) Celulares: Os celulares são os computadores pessoais de maior
sucesso da última década e prometem continuar como tal por muito
tempo. Estes dispositivos originalmente eram telefones com
funcionalidades de computadores, porém, uma empresa de
computadores percebeu que deveria inverter a ordem das coisas, ou seja,
os tornou computadores pessoais com funcionalidades de telefone.
Literalmente a cada dia eles adquirem novas funcionalidades sobretudo
com o advento dos serviços em nuvem, falaremos mais sobre estes
serviços um pouco mais adiante. Atualmente o mercado oferece telefones
celulares com variados graus de desempenho, temos inclusive a iniciativa,
não original diga-se de passagem, da Motorola em tornar o telefone
celular um desktop, trata-se da plataforma “Ready For” disponível
inicialmente apenas para o smartphone Motorola Edge+, a qual permite
usar um telefone Android como um desktop, veja Figura 4. Os celulares
são computadores pessoais com altíssimo grau de portabilidade, capazes
de se conectar naturalmente às redes de dados oferecidas pelas
companhias de telefonia celular e operados por bateria. Tipicamente não
possuem capacidade de upgrade, salvo a possibilidade de acrescentar
cartões de memória para aumentar o espaço para armazenamento em
massa, quando comparados com notebooks de preço semelhante
possuem menor desempenho e, por fim, estão sujeitos às limitações da
tela de pequenas dimensões.
 
Computadores corporativos: Trata-se de computadores utilizados por
empresas e que se distinguem dos computadores pessoais, também
utilizados neste ambiente. Consideremos os seguintes subtipos:
(a) Workstation (Estação de trabalho): Sãocomputadores com
capacidade de processamento de cálculos e gráficos superiores aos
comuns, sendo aplicados principalmente para usos profissionais
específicos, tais como arquitetura, desenho industrial, criação de filmes 3D
etc. Não se trata simplesmente de um desktop "turbinado", pois são feitos
para atender a uma finalidade específica. Em termos de hardware, a
principal característica da workstation é sua construção modular. Isso
permite configurar cada parte desses computadores de forma
independente. Além disso, cada componente é projetado tendo em vista a
expansão dos elementos. Um exemplo disso é a fonte de alimentação da
Figura 4 – Tipos de computadores pessoais.
HP Z840, uma workstation da HP, enquanto ela tem capacidade de 1.125
W, as de PCs comuns têm em torno de 380 W, é verdade que
computadores pessoais mais incrementados podem até chegar a isso,
porém em uma workstation isso não chega a ser algo fabuloso! Com esta
fonte a workstation suporta dois processadores Intel Xeon E5-2600 v3 (até
18 núcleos), e agora sim estamos falando de algo exclusivo! As
Workstations presam também pela segurança. Uma característica comum
das Workstations é a possibilidade de instalação de mais de uma CPU,
outra é a estabilidade durante sua operação, para tanto os componentes
exigem desenvolvimento aprimorado e nunca operam no limite de suas
capacidades, a Figura 5 em (a) mostra uma workstation pode dentro, note
que ela não possui “frescuras”!
(b) Servidores: Segundo a definição da Wikipedia “servidor é um
software ou computador, com sistema de computação centralizada que
fornece serviços a uma rede de computadores, chamada de cliente”,
obviamente estamos mais interessados quando o termo se refere à um
hardware (máquina). Os servidores podem fornecer várias
funcionalidades, muitas vezes chamado de "serviços", tais como a partilha
de dados ou de recursos do sistema entre vários clientes, ou mesmo
oferecer um serviço computacional de alto desempenho para um, vários
ou mesmo milhares de clientes, assim, um único servidor pode servir
vários clientes, e um único cliente pode usar vários servidores. Um
processo cliente pode ser executado no mesmo dispositivo ou pode se
conectar através de uma rede para um servidor em um dispositivo
diferente, teremos uma aula especificamente reservada para este
assunto! A Figura 5 em (b) apresenta uma foto de servidores da Wikipédia
montados em Rack. Dada sua aplicação específica de fornecer serviços,
é comum que servidores não disponham de periféricos de entrada como,
por exemplo, teclado, e mesmo de saída como, por exemplo, monitore,
estes dispositivos até podem ser acoplados ao servidor, porém, é mais
comum acessá-los por mor meio de serviços de rede locais ou remotos.
Apenas para finalizar e destacando o fato de muitas vezes um servidor ser
observado mais sob o ponto de vista do software, uma workstation ou um
computador pessoal, mesmo sendo este um telefone celular, podem
oferecer serviços de servidor.
 
 
Atividade Extra
 
Que tal vermos uma aplicação realmente crítica para os computadores,
repare como software e hardware estão fortemente relacionados.
Assista ao vídeo disponível no link (https://www.youtube.com/watch?
v=N5faA2MZ6jY) o vídeo oferece a opção de legenda com tradução,
aproveite!
 
 
Referência Bibliográfica
 
STALLINGS, W. Arquitetura e Organização de Computadores. 10. ed. São
Paulo: Editora Pearson Universidades, 2017.
TANENBAUM, A. S. Organização Estruturada de Computadores. 6. ed.
São Paulo: Editora Pearson Universidades, 2013.
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Figura 5 – Computadores corporativos.
https://www.youtube.com/watch?v=N5faA2MZ6jY