Apostila Arquitetura de computadores - 1 periodo

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Base Computacional
Prof.º Leandro de Mattos Ferreira
Descrição
Conceitos básicos de computadores. Evolução histórica e principais componentes.
Propósito
Ilustrar a origem e a evolução dos computadores para a compreensão do funcionamento dos atuais sistemas computacionais.
Objetivos
Módulo 1
A evolução dos computadores
Reconhecer a evolução histórica dos computadores.
Módulo 2
Sistema computacional
Identificar os componentes de um sistema computacional – hardware e software.
Módulo 3
O papel do sistema computacional
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Interpretar o papel do sistema operacional nos computadores.
Módulo 4
Comunicação em rede e sistema computacional
Relacionar a importância da comunicação em rede com os sistemas computacionais.
Introdução
O século XX trouxe muitas inovações nos diversos campos da ciência e tecnologia. Uma das que mais alterou o estilo de vida e a sociedade foi a
invenção e o desenvolvimento dos computadores. O tema abordará a história e a evolução dos computadores.
Vamos apresentar os componentes de um sistema computacional, o conceito de hardware e software, seus tipos e como a interação entre eles abre
caminhos para soluções inovadoras. Trata os seus componentes e as tendências que os saltos evolutivos trouxeram.
Nesse material, você verá o papel do sistema operacional, seu histórico, funções e tendências no mercado. O estudo discorre sobre a relação entre a
comunicação de rede e os sistemas computacionais, trazendo um histórico desde a internet discada até os tempos atuais.
Vamos lá!
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1 - A evolução dos computadores
Ao �nal deste módulo, você será capaz de reconhecer a evolução histórica dos computadores.
Desenvolvimento do computador em quatro gerações
Este módulo apresentará os principais marcos na invenção e evolução dos computadores para que você entenda como e por que os sistemas
computacionais foram criados, além de conhecer as suas etapas.
Máquina de Turing
Antes de entender o desenvolvimento do primeiro computador, assista a este vídeo sobre a máquina de Turing: um precursor matemático do
computador.
Vamos ver agora como ocorreu o desenvolvimento do computador, conhecendo suas quatro gerações.
Gerações dos computadores
Primeira geração: vávulas termiônicas
Ainda durante a Segunda Guerra Mundial, nos Estados Unidos, foi desenvolvido o primeiro computador eletrônico da história. Trata-se do ENIAC, um
computador integrador numérico eletrônico, cujos números impressionam.
Veja a seguir uma foto deste modelo:

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Componentes: 170.000 válvulas termiônicas.
Peso: Cerca de 30 toneladas.
Espaço utilizado: Sala de 150m².
Capacidade de processamento (número de cálculos por segundo): 1 bilhão de vezes menor que a dos celulares usados hoje em dia.
Para evoluirmos desse verdadeiro elefante até os computadores atuais, foi preciso substituir as válvulas, já que elas eram pesadas e espaçosas.
É possível que você esteja se perguntando: o que tornou isso viável?
Quem possibilitou isso foi o transistor, cuja criação iniciou a era da microeletrônica.
Segunda geração: transistores
Os primeiros transistores ocupavam apenas alguns milímetros, precisando de bem menos energia que as válvulas. Assim, foi possível reduzir o
tamanho de rádios, equipamentos eletrônicos em geral e computadores.
Na imagem, um transistor.
Terceira geração: circuitos integrados
Na década de 1960, o próximo salto de evolução foi dado com a criação dos circuitos integrados (CI): pastilhas de silício que contêm um circuito
eletrônico miniaturizado. É o que, de forma comum, chamamos de chip de computador.
Na imagem, um circuito integrado.
Com o uso de transistores e CI, os computadores ficaram menores e cada vez mais baratos.
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Em meados da década de 1970, houve a eclosão dos computadores pessoais (denominados PCs, sigla em inglês para
Personal Computers).
Duas famosas empresas do setor, aliás, surgiram nesse período:
Microsoft Corporation
Empresa de maior faturamento em programas de computador, conhecida pelo sistema operacional Windows e pelo conjunto de ferramentas
chamado de Office. Fundada em 1975, nos Estados Unidos, por Bill Gates (um dos homens mais ricos do mundo) e Paul Allen.
Apple Inc.
Em 1976, vendeu 200 unidades do seu primeiro PC, o Apple I. No ano seguinte, contudo, o Apple II vendeu milhares de unidades. A organização,
então, abriu seu capital na bolsa de Nova York.
Quarta geração: microprocessadores
A década de 1980 presenciou a proliferação de PCs cada vez mais potentes, baratos e conectados por meio do surgimento das redes locais de
computadores e da internet: a rede mundial.
Além disso, um novo equipamento aparecia nos lares: o videogame, um tipo de computador especializado, cujos programas são jogos eletrônicos
com ênfase nos gráficos e na interação com os usuários.
Após o fim do século XX, os computadores já eram tão pequenos e potentes que se encontravam embarcados em diversos equipamentos
cotidianos, como automóveis, aviões e videogames, além de se tornar mais comum a presença dos laptops (microcomputadores pessoais portáteis)
nas casas das pessoas.
Não tardou muito para que eles fossem integrados a televisões e celulares. Nos anos 2010, essa integração passou a ser feita por intermédio de
smartphones e smart TVs.
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Computação no cotidiano
Hoje em dia, muitos celulares já são, de fato, computadores pessoais portáteis, plenamente conectados pela rede de telefonia móvel (celular).
Nossa dependência em relação a eles para as tarefas do cotidiano já é tão forte que nem percebemos quando os utilizamos, inclusive estranhando
sua ausência.
Afinal, usamos computadores para:
Comunicação
Meios de transporte
Transações bancárias e comerciais
Atualmente, até o dinheiro não é guardado mais em cofres. Os saldos bancários são armazenados digitalmente nos servidores dos bancos. Se
todos os correntistas de um banco solicitassem retirar inteiramente o dinheiro guardado nele, não haveria cédulas suficientes no cofre para atendê-
los.
Saiba mais
Para demonstrar a evolução desse conceito, foi desenvolvido um sistema de troca de dinheiro independente dos bancos. Proposto em 2008, o coin
utiliza uma cadeia de transações descentralizada que qualquer pessoa pode auditar: o blockchain. Com essa tecnologia, é possível receber e enviar
dinheiro sem precisar de bancos, além de todas as suas transações serem verificáveis por qualquer pessoa com acesso à internet.
Tendências
O ramo da Ciência da Computação está em amplo desenvolvimento. Segundo o portal Statista, em 2019, cinco das seis maiores companhias do
mundo (em valor de mercado) eram do ramo da computação:
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Apple
Microsoft
Amazon
Alphabet (Google)
Facebook
Na área da tecnologia, estudos e pesquisas continuam sendo realizados em busca de um novo salto de desenvolvimento.
Exemplo
Computadores quânticos usam as características da mecânica quântica a fim de permitir a solução de problemas muito complexos para PCs
convencionais.
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Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
Potentes, os computadores atuais podem ser levados até nossos bolsos, como é o caso dos celulares. Entretanto, em suaprimeira versão, um
computador ocupava uma sala inteira e pesava o equivalente a 30 carros. Para essa enorme evolução acontecer, diversas descobertas
científicas e tecnológicas foram fundamentais.
Assinale a alternativa que contém o conjunto de tecnologias desenvolvido na ordem cronológica correta para permitir o desenvolvimento dos
computadores:
Parabéns! A alternativa C está correta.
O transistor permitiu a miniaturização dos componentes do computador, rendendo aos seus criadores o Nobel de Física de 1956. Os circuitos
integrados permitiram a colocação de diversos transistores e portas lógicas em uma só pastilha de silício. Isso possibilitou a feitura de
microprocessadores capazes de operar um computador programável e genérico a partir de um único chip.
Questão 2
Assim como a maioria dos avanços tecnológicos, os computadores foram construídos e desenvolvidos a partir de outras tecnologias que os
precederam. Assinale a alternativa que não representa uma tecnologia precursora dos computadores:
A Transistor, microprocessador e circuito integrado.
B Rádio, válvulas termiônicas e microprocessador.
C Transistor, circuito integrado e microprocessador.
D Transistor, circuito integrado e rádio.
E Transistor, microprocessadores e válvulas termiônicas.
A Máquina universal de Turing.
B Transistor.
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Parabéns! A alternativa B está correta.
O primeiro computador funcionava à base de válvulas termiônicas. O transistor as substituiu posteriormente.
2 - Sistema computacional
Ao �nal deste módulo, você será capaz de identi�car os componentes de um sistema computacional – hardware e software.
Hardware e Software
Os computadores são feitos com um conjunto de componentes dividido em dois grandes grupos:
Hardware (HW)
Componentes físicos, ou seja, o que pode ser visto e tocado.
Software (SW)
C Calculadora.
D Energia elétrica.
E Ábacos.
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Programas executados no computador.
Apresentaremos, a seguir, os diversos tipos de hardware presentes em um computador e os tipos de software mais importantes. Além disso,
entenderemos como a interação entre eles permite que nossos PCs sejam capazes de resolver quase todos os problemas, abrindo o caminho para
soluções inovadoras e não planejadas.
Conceitos
A grande propagação dos computadores se deve à implementação de diversas funções genéricas (hardware) e ao uso delas para gerar programas
úteis a muitas pessoas (software). O hardware forma a base para o que conseguimos extrair de um sistema computacional.
Exemplo
Se você tentar se conectar à internet em um computador sem placa de rede, não conseguirá. Isso se deve à falta do hardware, que é o responsável
por dar uma capacidade de conexão à internet: a placa de rede.
Para exemplificarmos os conceitos de hardware e software, podemos fazer uma analogia com a linha de produção de um automóvel.
A montadora constrói um modelo, colocando nele:
Isso equivale ao hardware do computador. O automóvel tem todas essas possibilidades já descritas, mas não sabemos de antemão como ele vai ser
usado. Sua função, afinal, dependerá do motorista que o comprar. A pessoa pode resolver usar o carro para viajar nos finais de semana, ir ao
trabalho e voltar todo dia – ou até para trabalhar como motorista de aplicativo. A função do carro só será decidida pelo motorista. Isso equivale ao
software de nosso computador. Da mesma maneira, os programas executados definem como o computador vai ser usado.
No entanto, se o motorista quiser usar seu veículo para levar um reboque, só vai conseguir fazer isso se possuir um engate, já que ele não tem essa
capacidade instalada. De forma análoga, um computador só consegue executar programas se tiver o hardware necessário para tal.
ngate
Artefato ou conjunto de peças com que se ligam os vagões de um trem entre si e à locomotiva, animais a carros, carroças ou similares, veículos entre si
etc. (HOUAISS, 2002)
Principais componentes de hardware dos computadores
Vamos conhecê-los a seguir:
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Processador
Também conhecido como CPU (Central Processing Unit ou Unidade Central de Processamento, em português), processador é o cérebro do
computador, pois recebe as instruções e as executa sequencialmente. Seu principal componente é a unidade lógica e aritmética, responsável por
operações como adicionar e subtrair.
A execução das instruções em um processador é regulada pela presença de um pulso de frequência constante denominado clock, que é medido em
Hertz (Hz) – número de pulsos por segundo.
Uma das principais características de um processador é a velocidade com que consegue executar instruções. Isso
depende diretamente da frequência do clock.
Como vimos, os processadores foram criados na década de 1970. Inicialmente, eles tiveram sua velocidade aumentada, gerando uma competição
acirrada entre as produtoras de microprocessadores. Era comum medir a qualidade do CPU pela velocidade de seu clock. Entendia-se que um
processador de 1800 MHz era melhor que um de 1600 MHz.
Saiba mais
Overclocking, por sua vez, é o processo para customizar a velocidade do clock do processador acima de sua frequência de uso normal. Tal prática
deixa o computador mais rápido, pois uma maior quantidade de operações pode ser realizada ao mesmo tempo. Há certos riscos envolvidos no
overclocking, como danos ao processador e sobreaquecimento.
O aumento de clock a cada geração de processadores seguiu ao longo dos anos, até que, por conta de interferências físicas entre seus
componentes, ficou inviável a continuação desse procedimento. A solução dada pelos projetistas foi colocar diversos miniprocessadores
(chamados de núcleos) dentro de um mesmo chip de processador. Em termos práticos, é como se houvesse dois, quatro ou até mais
processadores trabalhando em um mesmo chip.
Essa técnica é conhecida como multicore, mas, em função do número de núcleos, também é chamada de:
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Dual core (dois núcleos)
Quad core (quatro núcleos)
Atualmente, a maioria dos processadores de mercado (inclusive os de celulares) utiliza ao menos quatro cores e frequências de clock de alguns
bilhões de pulsos por segundo (GHz).
Além do clock e do número de núcleos, outra característica importante do processador é a sua memória cache. Veja como ela funciona:
Por fim, outra característica importante a ser considerada na avaliação do processador é seu encaixe (conhecido como pinagem). Para permanecer
encaixado na placa-mãe, ele conta com pinos cujo formato deve corresponder ao dos buracos disponíveis (chamados de soquete).
Memória principal
Memória RAM
1
Ela funciona como uma
pequena parte da memória
principal dentro do próprio
chip do processador.
2
As informações são lidas ou
escritas na memória cache
com muito mais velocidade
que nos pentes de memória.
Pentes de memória
Pequenos circuitos impressos de
formato parecido com pentes de
cabelo.
3
Por isso, uma boa quantidade
dela consegue acelerar a
velocidade do processador.
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A memória principal é parte fundamental do computador, pois se trata do espaço onde são armazenados os dados e os programas executados no
processador. Ela funciona como uma série de células em que cada uma armazena um conjunto de oito bits (chamado de um byte). Essas células
funcionam como caixas de correio: cada uma tem seu endereço, embora só armazene uma carta por vez.
A memória também é chamada de RAM (em seu formato mais comum) por permitir o acesso a qualquer endereço em qualquer ordem.
Disso resulta o nome Memória deAcesso Aleatório (em inglês, Random Access Memory). Normalmente, as memórias RAM são vendidas em pentes
de memória.
A memória RAM é volátil, ou seja, seus dados são apagados quando o sistema �ca sem energia.
Vejamos, a seguir, as principais características de uma memória RAM:
Capacidade de armazenamento
Se possui 4 GB (quatro gigabytes) de armazenamento, a memória RAM conta com 4 bilhões dessas células, podendo armazenar até 32 bilhões de
bits de dados.
Velocidade de comunicação com o barramento
Trata-se da velocidade com que a memória consegue transferir os dados para o processador.
Por exemplo, uma memória de 400 MHz consegue transferir dados para o processador com uma taxa de até 3200 Mbps (3 bilhões e 200 milhões
de bits por segundo).
Placa-mãe
A placa-mãe consiste em um circuito elétrico impresso e uma série de componentes conectados nela.
Os principais são:
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A função básica da placa-mãe é conectar o processador, a memória principal e os periféricos (outros componentes não essenciais do computador).
Essas conexões são chamadas de barramentos.
Conforme a tecnologia se desenvolve, a placa-mãe começa a integrar em si periféricos que, até então, precisavam ser encaixados nela, como placas
de vídeo, placas de rede, placas controladoras de portas seriais e paralelas.
Atenção!
As placas-mãe dos celulares atuais são circuitos altamente complexos, contando com processador, memória, controladora de vídeo, controladora
de tela touchscreen, acelerômetros, GPS e placa de rede sem fio e celular. Todos eles estão diretamente integrados à sua placa-mãe.
Periféricos
Por se conectarem à parte central do computador, seus demais componentes são chamados, em geral, de periféricos. Muitos mostram ser tão
relevantes que não seríamos capazes de imaginar sistemas computacionais sem eles.
O primeiro computador usava apenas uma série de lâmpadas como saída e alguns cartões perfurados como entrada. Inicialmente, são necessários
apenas dois instrumentos nesse processo, embora haja outro que também precisa ser apontado.
Dispositivos de entrada
Usados para interagir com o computador. Os mais comuns são:
1. Tela touchscreen: permite a seleção de elementos sem precisar de um mouse.
2. Teclado: segue um padrão já difundido das máquinas de escrever, facilitando seu uso e sua aceitação.
3. Mouse: abre novos rumos por permitir a indicação de pontos na tela e a seleção deles, o que gerou um grande impacto no desenvolvimento de
interfaces gráficas.
4. Microfone: capta o áudio.
5. Câmera: capta áudio com vídeo.
6. Placa de rede: recebe os dados transmitidos pela rede.
Veja na imagem os dispositivos listados:
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Dispositivos de saída
Eles leem os resultados por computador. Os mais usuais são:
Sistema de vídeo
Composto, geralmente, por uma placa de vídeo e um monitor ou uma tela.
Alto-falantes ou caixas de som
Emite sons e sinais sonoros.
Impressora
Imprime documentos elaborados no computador.
Placa de rede
Envia os dados pela rede.
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Mesmo com a operacionalidade garantida por esses dispositivos, ainda existe o seguinte problema: a memória principal perde as informações
quando se desliga o computador, ou seja, ela é volátil.
Mas é possível resolver esse tipo de problema?
A resposta é: sim. Precisamos de um sistema de armazenamento persistente que não perca as informações após esse desligamento.
Para isso, são usadas as memórias secundárias.
Mais conhecidas como HD (Hard Disk ou Disco Rígido, em português), elas possuem essa nomenclatura porque sua tecnologia predominante
envolve discos magnéticos lidos e escritos por um cabeçote.
Atualmente, essa tecnologia tem sido substituída por Discos de Estado Sólido (SSD), que são muito mais rápidos e menos propensos a falhas e
desgaste por não haver partes móveis mecânicas neles.
As principais características das memórias secundárias são similares às da principal:
Capacidade de armazenamento
Normalmente medida em GB (gigabytes ou bilhões de bytes) ou TB (terabytes ou trilhões de bytes).
Velocidade de transmissão
Depende do barramento que o liga à placa-mãe.
Hoje, a principal tecnologia de barramento de memória secundária é o SATA2, que é capaz de atingir taxas de transmissão de 3 Gb/s (3 gigas por
segundo).
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Principais componentes de hardware
Confira quais são os principais componentes de hardware de um computador e suas funções.
Software
As possibilidades criadas pela presença de um hardware no computador requerem a execução de um conjunto de programas, trazendo, assim, suas
funcionalidades à tona, que definem o software.
Costuma-se dividi-lo em dois tipos:
Geralmente, são rodados de forma consciente nos computadores, entregando as funcionalidades desejadas por seu usuário.Observe alguns
exemplos a seguir:
Navegadores de internet - Chrome, Firefox e Internet Explorer;
Planilhas: - Excel e Libreoffice Calc;
Editores de texto - Word e Libreoffice Writer;
Jogos eletrônicos - LoL e Fortnite.
Permitem que os finalísticos rodem em muitas máquinas com hardwares diversificados. Os softwares de sistema incluem os drivers dos
dispositivos instalados no computador, ou seja, programas que controlam como se acessa e comanda determinado periférico.
Exemplo: Uma placa de rede.
O principal software de sistema é o conhecido sistema operacional.
Tendências
A área de desenvolvimento de hardwares e softwares mostra diversos casos de sucesso. O surgimento de Circuitos Integrados (CI),
microprocessadores, placas de vídeo, mouse, touchscreen, USB e muitos outros hardwares gerou saltos evolutivos no desenvolvimento dos
computadores, alguns chegando a mudar drasticamente a sua forma de uso.
Softwares finalísticos ou de aplicação 
Softwares de sistema 
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Você consegue se imaginar usando um computador sem mouse ou touchscreen?
No ramo de softwares, diversos programas mudaram a forma como trabalhamos e nos divertimos, tais como:

Jogos eletrônicos

Sistemas operacionais com interface gráfica (Windows)

Aplicativos para realizar diversas tarefas cotidianas (e-bank, e-commerce e e-mail)

Navegador de internet (web browser)

Planilhas

Editores de texto
Observe seu cotidiano e tente responder: quando foi a última vez que você enviou uma carta pelo correio?
O campo de desenvolvimento nessa área é muito amplo e inesperado. Sempre surgem grandes ideias que, uma vez concretizadas, passam a valer
milhões ou bilhões de dólares. Vejamos as grandes ideias responsáveis pelo aumento vertiginoso de valor das cinco maiores empresas de
computação do mundo:
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Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
Escolha a alternativa que, respectivamente, apresenta exemplos de software e de hardware em um sistema computacional:
Parabéns! A alternativa A está correta.
O jogo de computador é um software finalístico, enquanto a placa de vídeo é um exemplo de hardware periférico que permite a execução de
jogos com gráficos avançados.
Apple
PCs e, posteriormente, iPods
e iPads.
Microsoft
DOS e Windows (sistemas
operacionais).
Facebook
Redes sociais.
Alphabet
Mecanismo de busca na
internet (Google).
A Jogo de computador e placa de vídeo.
B Navegador de internet e driver de rede.
C Planilha e editor de texto.
D Memória cache e disco rígido.
E Processador e fonte de alimentação.
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Questão 2
Um sistema computacional precisa de um local para armazenar os dados e os programas que nele serão executados. Que elemento exerce
essa função essencial?
Parabéns! A alternativa D está correta.
Das quatro opções apresentadas, a única considerada fundamental para o funcionamento de um sistema computacional é a memória principal:
trata-se da implementação da fita teórica da máquina universal pensada por Alan Turing.
3 - O papel do sistema computacional
Ao �nal deste módulo, você será capaz de interpretar o papel do sistema operacional nos computadores.
O sistema operacional
A Memória secundária.
B Disco rígido.
C Memória cache.
D Memória principal.
E Unidade de fita.
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Sabemos que o sistema operacional (OS) é um dos principais – e o mais conhecido – softwares de sistema.
Responsável por conhecer o hardware instalado no computador, ele possui diversas funções importantes.
Como exemplo, temos: fornecer aos programas acessibilidade ao processador e garantir transparência no acesso aos periféricos.
Neste módulo, destacaremos a importância do sistema operacional, além de descrevermos sua evolução.
Funções do sistema operacional
Vamos entender as funções do sistema operacional analisando o seguinte exemplo:
Pense em um automóvel. Imagine-se como um motorista (programa) ciente de que precisa acelerar, frear, passar as marchas e virar para a direita e
a esquerda a fim de chegar a seu destino. Como motorista (programa), você, então, é capaz de dirigir um automóvel (hardware) até um destino.
Mas o que aconteceria se, em vez de um carro, você estivesse a bordo de uma motocicleta ou de um carro de Fórmula 1?
Note que os conceitos de acelerar, frear e virar são parecidos, mas a forma com que são executados é
completamente diferente. O sistema operacional funcionaria, então, como um intermediário que sabe como
executar cada operação em seu veículo específico (hardware), para que programas possam ser genéricos e
independentes do hardware no qual estão sendo executados.
Imagine, agora, que você decide entrar em um carro de Fórmula 1. Como motorista (programa), em vez de descobrir como se troca de marcha,
precisa apenas pedir ao OS que o faça. Desse modo, o sistema operacional recebe o pedido e o executa.
Confira agora algumas funções do OS!
A
S i d d b t ã t h d li ã d á i
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O Sistema Operacional é um programa intermediário que: gerencia os recursos de hardware do computador, fornece acesso a eles para os demais
programas.
Peça fundamental de um computador, o OS é carregado quando o ligamos. Mas os sistemas computacionais carregam, primeiramente, um
programa chamado BIOS (Basic Input/Output System).
Ele fica gravado em uma memória não volátil, geralmente em um chip da placa-mãe.
Servir como uma camada de abstração entre o hardware e a aplicação do usuário.
B
Cuidar da alocação do armazenamento e da memória principal.
Ao pedir para executar um programa, o OS deve alocar espaço na memória tanto para ele quanto para os dados que ele precisará
manipular.
C
Nos computadores atuais, diversos programas executam simultaneamente. Por uma solicitação do usuário, alguns o fazem em
primeiro plano, enquanto outros rodam em segundo (ou em background). Exemplo: Sempre que iniciamos o computador, mandamos
executar alguns programas, como antivírus e demais programas de comunicação, a saber: Skype, Discord e WhatsApp.
D
Informar quando e quais programas ganham acesso ao uso do processador.
E
Escolher quando determinados programas devem passar o uso do processador para outro programa.
Este subsistema do OS é chamado de escalonador. Como os processadores atuais são normalmente compostos por muitos núcleos,
para decidir a alocação de seu tempo a cada programa, o escalonador precisa levar em conta:
Todos os núcleos disponíveis.
Características de cada programa a ser executado.
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Ao ligarmos o computador, a memória está vazia, pois é volátil. Se não houvesse o BIOS, não seria possível carregar o OS (que está em uma
memória secundária, geralmente, o disco rígido) em memória para ser executado.
Atenção!
O sistema operacional ainda é um programa. Portanto, sua execução depende desse carregamento em memória.
Histórico
Tendências para o futuro dos SO
Os primeiros sistemas operacionais eram específicos para as máquinas que os empregavam. Basicamente, eles serviam de interface entre os
programas do usuário e o hardware. Veja sua evolução histórica!
Anos 1970
Surge o Unix, um OS de uso geral muito difundido por ter sido distribuído gratuitamente para o setor acadêmico e o público nos Estados Unidos.
Como ele não possuía uma interface gráfica, todos os seus comandos eram dados via console a partir de um texto.
Exemplo
Se estiver em um Windows, segure a tecla Windows + R, digite cmd e aperte Enter. No Linux, segure as teclas Ctrl + Alt + T. Você verá o terminal
aparecer. Podem ser dados ali comandos de texto para executar programas em sua máquina.
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Anos 1980
A Microsoft começa a vender seu Sistema Operacional, o MS-DOS, presente nos computadores comercializados pela International Business
Machine Corporation (IBM). Com isso, esse sistema ganhou uma grande projeção no mundo da computação.
Microsoft: a Microsoft, porém, destaca-se em relação à sua concorrente direta ao apresentar um novo OS. O Windows, afinal, permite a execução
de programas em janelas ou quadros que se superpunham a uma área de trabalho. O Sistema Operacional Windows chegou a ocupar 90% do
mercado dos PCs.
Apple: a empresa Apple, por sua vez, lança uma versão de seu OS que contém: interface gráfica e conceito de ícones para representar programas.
Século XX
Vemos o nascimento de OS para os dispositivos móveis (mobiles) que surgiam:
smartphones;
tablets;
smart TVs.
A Apple lança um sistema operacional exclusivo para seus aparelhos: o iOS.
Enquanto isso, a Google e alguns parceiros desenvolvem o OS Android. Ambos disputam o mercado de OS para mobile e destronam a Microsoft,
que, apesar de desenvolver o Windows Mobile, depois, desiste dessa competição.
Tendências
Os sistemas operacionais são fundamentais para o bom funcionamento dos sistemas computacionais. Com a integração de computadores a
celulares e tablets, existe um grande foco no desenvolvimento e na melhoria de OS para mobile. Os principais são:
Android
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iOS
Cálculos indicam a existência de mais de 8 bilhões de celulares no mundo. Essa quantidade é maior que o número de indivíduos na Terra, cuja
população é formada por 7,5 bilhões de pessoas. Enquanto isso, o número de microcomputadores pessoais é estimado em cerca de 2 bilhões de
unidades.
Função, importância e evolução dos sistemas operacionais
Confira agora função, importância e evolução dos sistemas operacionais.
Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
Os sistemas operacionais modernos têm muitas responsabilidades na tarefa de gerir os recursos de um computador. Com isso, assinale a
alternativa que lista as tarefas do sistema operacional.

A Executar processos, gerenciar memória e periféricos.
B Escalonar e executar processos, gerenciar memória e periféricos.
C Executar aplicativos e gerir as filas das impressoras.
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Parabéns! A alternativa D está correta.
Executar processos é tarefa do processador (CPU), a tarefa do SO é escalonar os processos, ou seja,determinar qual processo irá executar em
um determinado instante. Além disto, o S.O. gerencia memória e periféricos.
Questão 2
Antes da carga do sistema operacional, um outro software é responsável por inicializar o computador e fazer as configurações e acessos ao
disco necessários para o seu correto funcionamento. Esse software é chamado de:
Parabéns! A alternativa A está correta.
A BIOS (Basic Input Output System) é o software responsável por testar o hardware ao ligar o computador e dar início a carga do sistema
operacional. É gravada em memória flash e seu acesso independe de ação do usuário.
D Escalonar processos, gerenciar memória e periféricos.
E Fazer os testes do hardware ao ligar o computador.
A BIOS.
B Device driver.
C Antivírus.
D Boot.
E Sistema inicial.
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4 - Comunicação em rede e sistema computacional
Ao �nal deste módulo, você será capaz de relacionar a importância da comunicação em rede com os sistemas computacionais.
Origem da internet
A Internet
Na década de 1960, os computadores já eram uma realidade consolidada. Desse modo, o Departamento de Defesa Norte-Americano resolveu iniciar
os estudos para a construção de uma rede de comunicação capaz de permitir trabalhos em conjunto de pessoas muito distantes geograficamente.
Assim, a ARPANET foi criada.
Evolução da ARPANET, uma rede de armazenamento de dados que, inicialmente, conectava algumas universidades e alguns centros de pesquisa.
Pensado para possibilitar uma troca de informações, o conceito de sistemas computacionais em rede necessariamente evoluiu, permitindo, hoje em
dia, a interação com diversas aplicações, o que era uma realidade até então impensável para sistemas isolados.

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A internet
Rede de redes
Na concepção original dos computadores, não se planejava fazer com que vários deles se comunicassem entre si. Eles foram pensados apenas
como máquinas programáveis para solucionar problemas.
Nas décadas de 60 e 70 acontecia o nascimento da comunicação em rede.
No entanto, conectar computadores não era fácil. Foi necessário:
Comunicação entre computadores
Lançar meios de comunicação (como fios de cobre ou enlaces de rádio) entre os dois computadores.
Protocolos de comunicação
Criar protocolos para que ambos pudessem entender como falar entre si, pois eles precisam de um hardware para enviar e receber dados em rede.
Conforme outras redes iam se juntando, crescia a rede de redes (que passou a ser chamada de internet em 1986). Os computadores pessoais já
estavam entrando no mercado, e as pessoas queriam se conectar de suas casas.
Internet discada
Por uma questão de simplicidade, as empresas de telefonia assumiram o papel de prover conexão à internet para os usuários domésticos.
Surgia, assim, o modem de internet discada, que se conectava como se estivéssemos fazendo um telefonema e atingia taxas de transmissão de
14400 bps (s por segundo).
1960
Na década de 1960, surgiu a ideia de conectar computadores espalhados pelos centros acadêmicos norte-americanos.
1970
A ARPANET foi montada para permitir o trabalho de pesquisa em conjunto por pessoas nas duas costas dos Estados Unidos. Essa
ligação foi efetivada em 1970, surgindo, dessa forma, a primeira rede a integrar a internet.
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Endereço IP e roteador
Uma das barreiras a serem vencidas para interligar tantas máquinas foi a forma de endereçamento, ou seja, como identificar unicamente um
computador com o qual se deseja falar. A solução foi dar um endereço – como o da sua casa, por exemplo – para cada máquina. Trata-se de um
processo denominado endereço IP, abreviação de Internet Protocol (ou Protocolo de Internet, em português).
O endereço IP consistia em uma sequência de quatro números entre 0 a 255 (representados em 8 bits).
Como exemplos de endereço IP, temos:
127.0.0.1
192.168.1.1
8.8.8.8
Em posse do endereço de destino, um pacote (também chamado de datagrama) é enviado através das diversas redes existentes entre o remetente e
o destino. Nas fronteiras delas, existem os roteadores, que funcionam como agências de correio e escolhem a rota que o pacote seguirá para
chegar a seu destino. Dessa forma, passando de roteador em roteador, o pacote de dados consegue alcançá-lo com a sua mensagem.
Exemplo de estrutura de roteamento 
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Internet - Rede Mundial de Computadores.
Tier 3 Network - Rede de camada 3, que costuma prover acesso à internet para a maioria dos usuários caseiros.
Metro-fiber - Fibra ótica metropolitana, geralmente usada por empresas para ter acesso de banda larga à internet.
Ethernet - Rede local cabeada.
PSTN - Public Switched Telephone Network - Rede de telefonia local, base de conexão inicial à internet.
Leased line - Linha (alugada) que fornece conexão dedicada à PSTN.
Router - Roteador.
PABX - Private Automatic Branch Exchange - Serviço de ramais telefônicos locais, geralmente usados em empresas.
Cable Operator - Empresa de serviço de televisão a cabo que também pode prover acesso à internet.
Cable plant - Interligação do cabo até a casa do assinante.
Cable customer - Assinante do serviço de TV a cabo.
DSLAM - Digital Subscriber Line Access Multiplexer - Multiplexador que permite o uso de linhas telefônicas convencionais para acesso à
internet (banda larga).
ADSL - Assymetrical Digital Subscriber Line - Tecnologia para transmissão de dados em banda larga sobre o par trançado de cobre (linha
telefônica comum).
ADSL customer - Assinantes de linha ADSL (geralmente telefone mais acesso à internet via empresa telefônica). O triple play indica que
também há sinal de televisão e que todo o serviço é feito via internet (roteador na entrada da casa).
POTS - Plain Old Telephone Service - Linha telefônica comum. Nas origens de acesso à internet, os modems enviavam sinais por meio de
uma ligação telefônica convencional entre o usuário e o provedor de serviço de acesso à internet.
E-mail e páginas disponíveis na rede
A conexão de tantos usuários em rede não trouxe só dificuldades técnicas a serem superadas como também – e principalmente – propiciou a
criação de oportunidades para outros mercados e outras tecnologias.
Inicialmente, os correios eletrônicos (e-mail) eram transmitidos por rede em uma analogia direta com o sistema de correios em que se baseou o
conceito da ARPANET. Passadas três décadas, o sistema tradicional de correios raramente transporta cartas, limitando-se a encomendas e boletos.
A maior parte do tráfego de correio é eletrônico.
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Da mesma forma, quando se desenvolveu o conceito de páginas disponíveis na rede (originalmente chamado de World Wide Web: WWW) e se criou
um navegador capaz de passear por essa rede de páginas, surgiu o que a maior parte das pessoas entende ser a internet.
Essa tecnologia mudou a maneira como:
Fazemos comércio (por meio de sites de e-commerce);
Vamos ao banco (internet banking);
Acessamos serviços públicos (a maioria está disponível na rede);
Adquirimos informação.
Páginas de pesquisa, chats e programas de troca de mensagens
Para organizar a procura por tanta informação e pelas páginas disponíveis na World Wide Web, o software de busca Google se mostrou vitorioso
entre diversos concorrentes.
Atualmente, é possível buscar qualquer página ou tópico na web. Isso tornou a Google uma das empresas mais ricas do
mundo.
Após alguns anos, as pessoas se acostumaram a ficar sentadas diante de seus computadores, estando conectadas à internet em grande parte do
dia. Com essa nova realidade, a comunicaçãopor e-mail ficou lenta, pois podia levar dias para que uma troca de mensagens fosse realizada.
Surgiram, então, os servidores de chat, nos quais os usuários podiam interagir entre si em tempo real. O IRC, por exemplo, é usado até hoje. Também
foram desenvolvidos programas de trocas de mensagem, como o ICQ.
RC
Internet Relay Chat – Protocolo de comunicação usado na internet para troca de arquivos e bate-papo.
Comentário
Ao longo dos anos, com a criação de smartphones, o ICQ (e seus demais concorrentes) foram naturalmente substituídos por versões mais
modernas, como WhatsApp, Telegram e Discord.
Interação entre usuários
Com a conexão de diversos usuários domésticos, uma nova geração que crescia na década de 1990 via seus jogos eletrônicos começarem a
permitir uma interação entre usuários.
Inicialmente, essa interação foi realizada em redes locais (chamadas de LAN), o que impulsionou o surgimento de LAN houses: lojas onde era
possível jogar em rede usando os computadores e a LAN dos estabelecimentos. Em um processo de evolução natural, as empresas começaram a
realizar jogos por meio da internet.
Com sua Battle.net, a Blizzard Entertainment pavimentou o caminho para o surgimento do que é conhecido como e-sports: jogos competitivos entre
usuários de computador via internet.
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attle.net
Serviço criado em 1997 pela Blizzard Entertainment para o game Diablo, com o objetivo de prover serviços de jogo multijogador on-line pela internet.
Esse conceito superou o de jogos e redes locais, os quais, até então, predominavam. Hoje em dia, a maioria dos jogos multijogadores já funciona via
internet, como foi pioneiramente proposto pelo Battle.net.
lizzard Entertainment
Sediada na Califórnia, esta empresa de jogos eletrônicos norte-americana foi criada em 1991 sob o nome Silicon & Synapse. Ela é conhecida por jogos
como Lost vikings, Warcraft, Starcraft, Diablo e Overwatch.
Banda larga, streaming e aplicativos
Banda larga
Graças ao desenvolvimento de novas tecnologias de transmissão, como a fibra ótica, o aumento da banda de internet disponível ao usuário
doméstico permitiu que novos serviços fossem oferecidos, como música e vídeo via internet.
Atualmente, testemunhamos a gradual – embora inevitável – substituição da televisão por serviços de streaming, como:
Net�ix
YouTube
De fato, a profissão de influenciador digital já é algo rentável.
Novos conceitos de programas surgiram quando passamos a estar conectados em nível pessoal. Os celulares se tornaram computadores de bolso,
e a tecnologia de comunicação de dados permite, hoje, transmissões até de vídeo (acima de 1 Mbps – bilhão de bits por segundo). Por isso, as

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pessoas estão cada vez mais conectadas a todo momento.
Os aplicativos de mensagem, as redes sociais e até os jogos migraram para os celulares. Dessa forma, surgiram aplicativos colaborativos para:
Tendências
Elon Musk.
A conexão em rede dos computadores mudou o paradigma de uso dessas máquinas, moldando diversos hábitos de nossa sociedade. Atualmente, o
mundo caminha em direção à conectividade plena. A maioria dos aplicativos já é planejada para trabalhar conectada à internet ou contém
funcionalidades adicionais que dependem de tal conexão.
Cientistas e engenheiros trabalham em soluções para entregar uma rede de comunicação que permita o acesso à internet de qualquer ponto do
planeta. O chamado Projeto Starlink é encabeçado pelo futurista Elon Musk e por sua empresa SpaceX.
Inovações tecnológicas que a internet possibilitou
Confira agora as inovações tecnológicas que a operação de rede possibilitou em diversos ramos.
Waze
Evitar engarrafamentos nas
cidades grandes.
Uber
Locomover-se, substituindo,
serviços de táxi.
Tinder
Buscar relacionamentos.

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Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
Diversas tecnologias, desde cabos que conectam os computadores a protocolos de comunicação, são necessárias para o funcionamento da
internet.
Qual é o elemento responsável por determinar os caminhos e enviar os pacotes de dados entre as redes que compõem a internet?
Parabéns! A alternativa B está correta.
Os roteadores são os responsáveis por determinar as rotas intermediárias e transmitir os pacotes entre redes para que eles possam chegar ao
destino. O cerne da internet é de roteadores de grande capacidade dos ISP (provedores de serviço de internet), que fazem conexões entre si
com cabos de altíssima velocidade.
Questão 2
Discutimos como a conexão de computadores em rede e o posterior surgimento da internet foram importantes para o desenvolvimento e a
relevância da área da computação. Uma das principais tecnologias desenvolvidas na área foi a World Wide Web (WWW), muitas vezes
confundida com a própria internet.
Assinale a alternativa que apresenta o que é a WWW.
A Correio eletrônico.
B Roteador.
C Transmissor.
D Modem.
E Rádio
A Rede mundial de computadores e roteadores.
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Parabéns! A alternativa D está correta.
A World Wide Web é o conjunto de páginas de hipertexto (texto com links para outras páginas) que surgiu no início da difusão da internet – o
principal serviço utilizado nela. Ao iniciarmos nosso programa navegador de internet (em browsers como Chrome, Firefox, Safari ou Internet
Explorer), navegamos pelas páginas da WWW. Há diversos outros serviços que utilizam a internet para se conectar aos usuários, como e-mail,
mensagens instantâneas, jogos on-line etc.
Considerações �nais
Visitamos os principais eventos históricos que culminaram na criação dos computadores, observando seu desenvolvimento desde o início até os
dias atuais.
Como pudemos observar, hoje em dia, os computadores estão por toda parte e são responsáveis pelas empresas de maior valor de mercado no
mundo. Por isso, a área de Ciência da Computação oferece diversas possibilidades de emprego, provando estar em franca expansão.
Além disso, entendemos o funcionamento básico de um computador e demonstramos de que forma ocorreu a evolução da intercomunicação dos
sistemas computacionais.
Podcast
Ouça agora as grandes empresas e o impacto do desenvolvimento tecnológico no mundo da computação.
B Conjunto de programas disponíveis on-line.
C Conjunto de empresas que disponibiliza serviços on-line.
D Conjunto de páginas hospedadas em servidores e ligadas por conexões chamadas de links.
E Conjunto de aplicativos da internet.

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Explore +
Confira as indicações que separamos especialmente para você!
Busque e assista aos vídeos:
Processador (CPU) – principais características. Dell Suporte Brasil, 2016.
Introdução ao roteamento de pacotes IP. Núcleo de Informação e Coordenação do Ponto BR (NIC.br), 2014.
Pesquise e leia as matérias e os artigos:
DANIELE, A. Saiba por que o Dia da Informática é comemorado em 15 de agosto. Revista Exame. Publicado em: 15 ago. 2014.
HAUTSCH, O. O que é um transistor e por que ele é importante para o computador? TecMundo. Publicado em: 8 fev. 2010.
JORDÃO, F. Como funciona um Circuito Integrado. TecMundo.Publicado em: 21 out. 2013.
PRESSE, F. SpaceX lança primeiros satélites para rede que vai prover internet do espaço. G1. Publicado em: 24 maio 2019.
Busque e assista ao filme:
The imitation game. Direção: Morten Tyldum. Estados Unidos: Black Bear Pictures, 2014. 114 min.
Referências
HOUAISS. Dicionário Eletrônico Houaiss da Língua Portuguesa. CD-ROM, 2002.
PATTERSON, D. A.; HENESSY, J. L. Organização e projeto de computadores: a interface hardware/software.4. ed. Rio de Janeiro: Elsevier, 2014.
SHANNON, C. E. A mathematical theory of communication. Bell System Technical Journal, v. 27, p. 379-423, 1947.
STATISTA. The 100 largest companies in the world by market value in 2019. Statista, 2019.
TURING, A. M. On computable numbers, with an application to the entscheidungs problem. Proceedings of the London Mathematical Society, v. 42,
p. 230-265, 1937.
ZELENOVSKY, R.; MENDONÇA, A. PC: um guia prático de hardware e interfaceamento. 3. ed. Rio de Janeiro: MZ Editora, 2003.
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Componentes de hardware
Prof. Fabio Henrique Silva
Descrição
A importância e a utilização dos componentes de hardware dos computadores.
Propósito
Aprender que um sistema de computação é um conjunto interconectado e inter-relacionado de componentes principais e subcomponentes.
Objetivos
Módulo 1
Estrutura básica de um computador
Identificar a estrutura básica de um computador.
Módulo 2
Subsistemas de processamento, memória e entrada e saída
Examinar os princípios básicos dos subsistemas de processamento, memória e entrada e saída.
Módulo 3
Sistema operacional
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Registrar o que é mais importante sobre o sistema operacional.
Introdução
Um sistema de computação é um conjunto de um conjunto de componentes principais e subcomponentes, que são fundamentais para o
funcionamento do computador. Dessa forma, há uma estrutura básica, comum a todos eles, mas que possuem especificações distintas, de acordo
com a intenção de uso do computador.
Compreender a importância e a correta utilização dos componentes de hardware dos computadores é de grande relevância para que sejam
escolhidos os sistemas primários e subsistemas adequados para a necessidade de uso do usuário.
Assim, neste conteúdo, você compreenderá quais são os componentes vitais de um computador. Também aprenderá quais são os principais
subsistemas de hardware de um computador e seus princípios básicos. Por fim, compreenderá o básico sobre o que é um sistema operacional e
qual a sua função em um computador.
1 - Estrutura básica de um computador
Ao �nal deste módulo, você será capaz de identi�car a estrutura básica de um computador.

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Sistemas de computação
O que é um Sistema?
A área conhecida como implementação de computadores se relaciona, em geral, com a abordagem de aspectos que são desnecessários ao
programador. Por exemplo, a tecnologia usada na construção da memória, a frequência do relógio, sinais de controle para iniciar as micro-
operações etc.
A implementação de computadores difere do conceito de arquitetura de computadores, cujo termo se relaciona, em geral, ao tratamento de pontos
que são de interesse do programador, a saber, conjunto de instruções do processador, tamanho da palavra, modos de endereçamento de instruções,
entre outros. A implementação de computadores e a arquitetura de computadores estão inseridas no domínio mais geral dos sistemas de
computação. Podemos citar como alguns exemplos de sistema:
istemas
Conjuntos de partes coordenadas que concorrem para a realização de um determinado objetivo (MONTEIRO, 2007).
A definição de computação pode ser entendida como a realização de cálculos de forma ordenada ou apenas a manipulação de valores.
Partindo dessa definição, como você definiria um sistema de computação?
Resposta
Um sistema de computação é um conjunto de partes coordenadas que concorrem para a realização do objetivo de computar (dados).
Antes de avançarmos, é necessário que você conheça algumas definições de termos importantes:

Dados

Sistema jurídico Sistema nervoso Sistema de informação Sistema familiar
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Constituem um conjunto de fatos em estado bruto a partir dos quais conclusões podem ser tiradas.

Informação
É a inteligência e o conhecimento derivados dos dados.
Outro termo importante que devemos incluir no vocabulário é o data processing ou, processamento de dados que consiste em uma série de
atividades ordenadamente realizadas (receita de bolo), com o objetivo de produzir um arranjo determinado de informações a partir de outras
obtidas inicialmente.
Veja a seguir as etapas de um processamento de dados:
Etapas do processamento de dados.
Linguagem de programação
Sistemas, dados e informação
Um algoritmo pode ser formalizado em comandos de uma linguagem de programação, entendida pelo sistema de computação. Por exemplo, um
algoritmo para soma de 100 números (1 a 100) está exemplificado, a seguir - exemplo adaptado de Monteiro (2007, p. 9):
1
Escrever e guardar N = 0 e SOMA = 0
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Tipos de linguagens
Um programa pode ser escrito em diferentes tipos de linguagens, por exemplo, Assembly, Pascal, C, Cobol, Basic etc.
Uma linguagem de máquina (código de máquina) é formada por sequências de bits que representam as operações. Dessa forma, temos a seguinte
comparação:
Linguagem de baixo nível de abstração
Usa os chamados mnemônicos ao invés de bits. Está relacionada diretamente à arquitetura do processador. Pode ser conhecida como
2
Ler número da entrada
3
Somar valor do número ao de SOMA e guardar resultado como SOMA
4
Somar 1 ao valor de N e guardar resultado como novo N
5
Se valor de N for menor que 100 então passar para item 2
6
Se não for, imprimir valor de SOMA
7
Parar
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linguagem de montagem e Assembly.
Linguagem de alto nível de abstração
Possui um nível de abstração relativamente elevado, mais afastado da linguagem de montagem e mais próximo à linguagem humana.
Exemplos: Pascal, Fortran, C++, Delphi.
nemônicos
Mnemônicos são sintaxes que designam as instruções de operações.
Organização de um sistema de computação
Organização básica de um sistema de computação
A organização funcional de um sistema de computação (S.C.) possui os seguintes componentes:
Veja a seguir qual é a relação de funcionamento entre estes componentes:


Dispositivo de entrada
Exemplos dispositivo de entrada.
Dispositivo de saída
Exemplos dispositivo de saída.
Processador
Exemplos processador.
Memória principal
(primária)
Exemplos Memória principal.
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Componentes de um sistema de computação.
A Arquitetura de John von Neumann (pronuncia-se fon Noiman) foi concebida a partir de 1946, precursora da arquitetura que conhecemos hoje. Ela
possibilita a uma máquina digital armazenar seus programas no mesmo espaço de memória que os dados, permitindo, assim, a manipulação de
tais programas.
John von Neumann (1903-1957) foi um matemático húngaro, considerado um dos grandes gênios da humanidade.
Possui contribuições em diversas áreas do conhecimento, desde a Economia, Teoria dos Jogos, Computação até a Física Nuclear.
John von Neumann.
A arquitetura a seguir é um projeto modelo de um computador digital de programa armazenado que utiliza uma unidade de processamento (CPU) e
uma de armazenamento (memória) para comportar, respectivamente, instruções e dados, conforme ilustrado.
Projeto modelo de um computador digital.
Barramento
Fundamentalmente,todo sistema de computação (computador) é organizado (funcionalmente) em três grandes módulos ou subsistemas:
1
Processador
2
Memória
3
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Entrada/saída (E/S)
Como se trata de componentes eletrônicos, a comunicação e o controle entre eles realiza-se por sinais elétricos que percorrem fios. Estes fios são
chamados, em conjunto, de barramento.
Organização funcional de um S.C.
A partir do que foi apresentado e com base em seus conhecimentos, você sabe definir qual é a função do barramento?
Resposta
Barramento é um conjunto de fios que têm por função transportar sinais de informação e sinais de controle e comunicação entre os componentes
interligados.
inais de informação
São bits, transportados entre o processador e demais componentes (memória ou periféricos), vice-versa.
inais de controle e comunicação
Pulsos, que surgem em duração e intervalo de tempo distintos conforme sua função. Cada um deles serve a um propósito diferente.
Veja a seguir os tipos de barramento:
Barramentos de dados (BD)
São bidirecionais, transportam bits de dados entre o processador e outro componente, vice-versa.
Barramentos de endereços (BE)
São unidirecionais, transportam bits de um endereço de acesso de memória ou de um dispositivo de E/S, do processador para o controlador do
barramento.
Barramentos de controle (BC)
Possuem fios que enviam sinais específicos de controle e comunicação durante uma determinada operação.
A soma dos fios do BC, do BD e do BE é igual ao total de pinos do processador ou total de furos do soquete, ou seja: Totalpinos = BD + BE + BC.
Em uma operação de transferência ou acesso (seja para leitura ou para escrita, exemplificado na (figura A), o barramento é único, embora dividido
em grupos de fios que realizam funções diferentes (figura B):
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igura A
Uma operação de acesso do processador à memória principal.
igura B
Divisão do barramento em grupos de fios com funções diferentes.
Operação de transferência.
Se o processador precisar de um dado específico ao longo da execução de uma instrução, ele saberá o endereço dele, que, por exemplo, é o
endereço 37 em decimal, 0000100101 em binário [com o barramento de endereços (BE) possuindo 10 fios]. Ao acessar o endereço especificado
através do barramento de endereços, o processador, então, realizará uma operação de leitura, transferindo o dado, por exemplo, 7510, que se
encontra no interior da célula de memória, pelo barramento de dados (BD). O barramento de controle (BC) será responsável pelos sinais de controle
(exemplificados a seguir).
Após o dado chegar ao processador e ser processado, um dado resultante desse processamento poderá agora seguir pelo BD, para ser armazenado
em um endereço de memória, em uma operação denominada operação de escrita. O exemplo aqui descrito encontra-se ilustrado na figura a seguir:
Funcionamento dos BE, BD e BC.
Com a finalidade de complementar os estudos a respeito de barramentos, vejamos o vídeo a seguir.

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Tipos de barramentos
Assista a uma breve explanação das características de cada um dos tipos de barramentos.
Processadores
Funções básicas de um processador
Os processadores são projetados com a capacidade de realizarem diretamente (pelo hardware) pequenas e simples (primitivas) operações, tais
como:
A execução de um comando em linguagem de alto nível (por exemplo, Pascal), como X = A + B requer, primeiro, sua conversão para instruções de
máquina e, em seguida, sua execução propriamente dita (figura), ou seja, somar o valor indicado por A com o valor indicado por B e armazenar o
resultado no local indicado por A.

Executar operações aritméticas com 2 números (somar, subtrair, multiplicar, dividir)
Mover um número (dado) de um local para outro
Mover um número (dado) de dispositivo de entrada ou de saída
Desviar a sequência de controle
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Uma mesma instrução em linguagens diferentes.
Os processadores, então:
Interpretam
O que fazer (qual a operação – no exemplo anterior, a operação era SOMAR).
Executam
A operação (como fazer– algoritmo para completar a operação propriamente dita).
Uma instrução de máquina consiste no conjunto de bits que identifica uma determinada operação primitiva a ser realizada diretamente pelo
hardware, por exemplo, 1001 00111 00001.
Podemos citar como exemplos de operações primitivas:
Operações aritméticas– Somar, subtrair, multiplicar e dividir;
Operações lógicas– AND, OR, XOR;
Operações de entrada e saída de dados;
Operações de desvio de controle;
Operações de movimentação de dados.
nstrução de máquina
Ações que podem ser realizadas por meio de instruções de máquina de acordo com Monteiro (2007, p.181):
Transferir uma palavra de acordo de uma célula para outra;
Efetuar a soma entre dois operandos, guardando o resultado em um deles ou em um terceiro operando;
Desviar incondicionalmente para outro endereço fora da sequência;
Testar uma condição. Se o teste for verdadeiro, então desviar para outro endereço fora da sequência;
Realizar uma operação lógica AND entre dois valores;
Parar a execução de um programa;
Adicionar 1 ao valor de um operando;
Transferir um byte de dados de uma porta de E/S para a MP;
Transferir um byte de dados da MP para uma porta de E/S;
Substituir o operando por seu valor absoluto.
Ciclo de instruções
Você sabe a diferença entre conjunto de instrução e ciclo de instrução?
Conjunto de instruções são todas as possíveis instruções que podem ser interpretadas e executadas por um processador. Por exemplo, o Intel 8080
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tinha 78 instruções de máquina, o Pentium 4 tinha 247;
Ciclo de instruções é um conjunto de instruções de máquina sequencialmente organizadas para a execução de um programa.
Ciclo de instrução.
O formato básico de uma instrução de máquina é constituído de duas partes. Vamos conferir!
Código de operação (C.Op.): Identificação da operação a ser realizada.
Operando(s) (Op.): Pode ter 1, 2 ou 3.
Instruções de máquina com um, dois e três operandos.
Tendências
Desde a sua criação, o progresso tecnológico da computação foi um dos fatos mais extraordinários da humanidade. Hoje, por menos de R$1.000,00
é possível comprar um telefone celular com um desempenho equivalente ao computador mais rápido do mundo comprado em 1993 por US$50
milhões. Esse rápido progresso veio dos avanços na tecnologia usada para construir computadores e das inovações no design de computadores.
Reflita sobre o que virá no futuro, e sobre que tipos de conhecimentos devem ser adquiridos para almejar a vanguarda da atuação na área de
computação.
Evolução no design de computadores.
Falta pouco para atingir seus objetivos.
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Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
A sequência básica de execução de operações primitivas é a definição de:
Parabéns! A alternativa C está correta.
As etapas básicas de um ciclo de instrução podem ser simplificadas para o acrônimo BDE: Buscar instrução na memória. Decodificar a
operação a ser realizada e buscar operando, se houver. Executar a operação.
Questão 2
Um sistema de computação (S.C.) possui um processador que endereça 4 Mega (M) de endereços de memória principal no máximo. Qual é a
largura de seu barramento de endereços (BE) em bits?
Parabéns! A alternativa D está correta.
A Instrução de máquina.
B Conjunto de instruções.
C Ciclo de instrução.
D Mnemônico.
E Software básico.
A 4096bits.
B 512 bits.
C 32.768 bits.
D 22 bits.
E 32 bits.
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A quantidade de endereços de memória a serem endereçados pelo barramento de endereços é obtida da seguinte forma: N = 2L
Sendo:
N = Quantidade de endereços.
L = Largura (quantidade) de bits do BE ou de cada endereço.
Temos:
N = 4 Mega endereços (não estamos considerando o conteúdo de cada célula, apenas a quantidade de células existentes).
Cálculo de L:
A tabela a seguir expressa alguns prefixos usados para abreviar valores em computação, nos valores em potência de 2 e em potência de 10.
1k (quilo) 210 1024 103 1.000
1M (mega) 220 1.048.576 106 1.000.000
1G (giga) 230 1.073.741.824 109 1.000.000.000
1T (tera) 240 1.099.511.627.776 1012 1.000.000.000.000
Tabela: Prefixos usados para abreviar valores em computação.
Fabio Henrique Silva
Desmembrando o valor 4 do prefixo M, podemos escrever o valor 4 da seguinte maneira: 22 = 4
Podemos escrever o prefixo Mega (M) da seguinte maneira: 220 = Mega
Juntando: 4 Mega endereços = 22 × 220
Repetindo a base e somando os expoentes: 222
Assim: 4 M = 222 = 22 bits
2 - Subsistemas de processamento, memória e entrada e saída
Unidade Valor em potência de 2 Valor unitário Valor em potência de 10 Valor unitário
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Ao �nal deste módulo, você será capaz de examinar os princípios básicos dos subsistemas de processamento, memória e
entrada e saída.
Subsistemas de processamento
Um processador ou Unidade Central de Processamento – UCP (Central Process Unit – CPU) possui basicamente duas funções principais:
Responsável pelo processamento dos dados.
É a parte funcional que realiza as atividades de buscar a instrução; interpretar as ações; gerar os sinais de controle para ativar as atividades
requeridas (dentro ou fora do processador).
Processador
Veja a seguir um vídeo que fala mais detalhadamente sobre os componentes dessas funções de processamento.
Memória
Tipos de memória
A memória é um sistema constituído de vários componentes, cada um com velocidades, custos e capacidades diferentes. Todos, no entanto, com
mesma função – armazenar e recuperar valores, quando desejado.
Existem diferentes tipos de memória, para diferentes finalidades, no que é conhecido como hierarquia de memórias:
Registradores;
Função processamento 
Função controle 

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Memória cache;
Memória principal– MP (ex.: RAM);
Memória secundária (ex.: HDs, Pendrive);
Memória virtual.
ierarquia de memórias
Hierarquia de Memória
Registradores
Os registradores são memórias com as características do topo da pirâmide, localizadas dentro do processador.
Existem:
Armazenam os dados que serão processados pelas unidades de cálculo, separados em unidades para números inteiros e números de ponto
flutuante.
Para transferências externas de dados.

Registradores de dados 
Registrador de dados de memória - RDM (Memory Buffer Register - MBR) 
Registrador de endereço - REM (Memory Address Register - MAR) 
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Para transferências externas de endereços de memória.
Para buscar a próxima instrução.
Armazena instrução.
Para armazenar endereços de Segmentos [apontam para determinados segmentos (programa, dados, pilha, etc.)].
Podem ser usadas para indicar o resultado de certas instruções.
Memória cache
A memória cache é uma memória de pequena capacidade, situada entre a memória principal (MP) e o processador. Essa memória armazena certa
quantidade dos dados que estão sendo utilizados no momento, e que são transferidos para o processador em alta velocidade.
Uma pergunta que muitos podem fazer é:
Por que muitas memórias e não apenas uma?
O ideal seria haver apenas uma memória nos computadores, com os seguintes requisitos:
Contador de instrução ou contador de programa - CI (Program Counter - PC) 
Registrador de instrução - RI (Instruction Register - IR) 
Segmentos 
Flags 
Tempo de acesso muito curto (semelhante ao do processador)
Grande capacidade de armazenamento
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Como, em termos práticos, hoje ainda não é possível a existência desse tipo de memória, faz-se necessária a adoção de soluções mais viáveis para
compensar a diferença de velocidades que existe entre o processador e a MP.
A figura ao lado ilustra a comparação de velocidades que existem entre o processador e a MP (apenas processador e MP).
Há uma grande diferença de tempo entre a transferência da MP para o processador e este usar os dados. No exemplo, o processador gasta 2
nanosegundos para somar e espera 100 nanosegundos para receber novos dados.
Comparação de velocidades entre o processador e a MP.
Princípio da localidade
O princípio da localidade é um princípio de programação que determina o modo como as instruções são executadas (em sequência, durante certo
tempo).
Nele, os programas são organizados de modo que as linhas de código costumam ser executadas em sequência.
Apenas em alguns momentos a sequência é interrompida e o processo desvia da sequência, sendo esta retomada em seguida.
O modo como as instruções são executadas na MP.
O princípio da localidade é dividido em:
Localidade espacial
Sempre que o processador realiza um acesso a um endereço de memória, é provável que o próximo acesso seja ao endereço contíguo
Armazenamento permanente (não volátil)
Baixo custo
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seguinte.
Localidade temporal
Sempre que o processador realiza um acesso a um endereço de memória, é provável que, em curto tempo, ele acesse novamente o mesmo
endereço.
Devido ao princípio da localidade (espacial), é possível incluir uma memória de pequena capacidade, chamada memória cache, entre a MP e o
processador.
A figura a seguir ilustra novamente a comparação de velocidades que existem entre o processador e a MP, mas, agora, utilizando memória cache
como intermediária.
Caso seja usada uma memória intermediária de alta velocidade entre a MP e o processador (que armazena uma cópia dos dados sendo
imediatamente usados), este irá esperar 2 nanosegundos pelos dados, ao invés de 100 nanosegundos.
Comparação de velocidades entre o processador e a MP usando a memória cache intermediária.
Memória principal (MP)
A memória principal (MP) é a memória básica, na qual o programa que será executado e seus dados são armazenados, para que o processador
busque cada instrução ao longo do tempo de processamento.
Memórias muito antigas usavam o método de acesso sequencial, em que o endereço de cada acesso era sempre relativo ao endereço inicial.
Exemplo de acesso sequencial é o dos sistemas VHS (videocassete) e das fitas magnéticas.
Saiba mais
Em 1968, um cientista da IBM criou uma memória constituída apenas de componentes eletrônicos e cujo acesso dependia apenas de seu endereço,
sendo independente dos demais. Por isso, ele chamou-a de memória de acesso aleatório ou RAM (Ramdom-Access Memory). Estas memórias (logo
chamadas de DRAM, cujo D vem da palavra dinâmica) passaram progressivamente a ser o tipo usado para acesso pelo processador e, daí,
tornaram-se a memória principal de praticamente todos os sistemas de computação.
A memória principal (RAM) permite a realização de duas operações:
Escrita (armazenar)
O dado anteriormente armazenado é apagado.
Leitura (recuperar)
Normalmente se recupera uma cópia do dado.

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A memória é organizada como umconjunto de N partes iguais, com cada parte possuindo um conteúdo fixo de M bits.
O valor de M depende do tipo de memória. Usualmente é 8 bits (1 Byte) nas memórias RAM, mas existem valores maiores para outras memórias.
Diferentes tamanhos de memórias.
Cada parte (chama-se célula ou, em alguns casos, palavra nas memórias RAM, linha nas memórias cache, setor nos HDs etc.) é identificada por um
número, chamado endereço. Todos os N endereços têm mesma largura de endereço, de E bits. Vejamos um breve exemplo.
Exemplo
Para o endereço 1011101, a largura de endereço E será 7 bits.
Uma memória com N partes também possui N endereços. O cálculo de N no endereçamento pode ser realizado da seguinte maneira:
Onde:
E = Largura de cada endereço;
N = Quantidade de endereços (partes endereçáveis).
Rotacione a tela. 
Vejamos um breve exemplo:
Exemplo
Se a largura de endereços é igual a 6 bits, a quantidade de endereços N será: 26 = 64 endereços
Esta figura esquematiza simplificadamente os termos apresentados anteriormente:
Organização básica de uma memória.
As memórias eletrônicas que empregam o acesso aleatório podem ser fabricadas para permitir duas aplicações:
Para leitura e escrita
Read/Write – R/W
Somente para leitura
2E = N
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Read Only Memory – ROM
/W
O termo R/W nunca foi adotado, usa-se RAM para representar memórias voláteis para leitura e escrita, e ROM para representar memórias não voláteis
somente para leitura.
As memórias RAM são constituídas de dois tipos:
Cada bit é constituído de 5 a 7 transístores;
Não requer recarregamento, sendo, por isso, mais rápidas, mas ocupam mais espaço e são mais caras;
Usadas como memória cache.
Cada bit é constituído por 1 capacitor e 1 transístor;
O capacitor serve para representar o valor do bit e o transístor para ser usado nas leituras/escritas;
Como o capacitor se descarrega, é preciso recarregar periodicamente (sinal de refresh – gasta tempo);
Usadas como memória principal.
As memórias dinâmicas podem ser de dois tipos, vejamos a seguir:
Memórias dinâmicas assíncronas
Não são sincronizadas com o processador, por exemplo, Dynamic RAM (DRAM), Fast Page Mode (FPM), Extended Data Out DRAM (EDO), Burst
Extended Data Out DRAM (BEDO).
Memórias Dinâmicas Síncronas
Sincronizadas com o processador, evitam que o processador espere os dados, por exemplo, Synchronous DRAM (SDRAM), Double Data Rate
(DDR), Double Data Rate 2 (DDR2).
Hoje em dia, é comum o uso de memórias DDR SDRAM, pois as memórias Single Data Rate (SDRAM) só transferem dados na subida do sinal de
clock; Já as memórias Double Data Rate (DDR-SDRAM) transferem dados na subida e na descida do sinal de clock, dobrando a taxa de transferência
de dados (data rate); Assim, uma memória DDR-SDRAM operando num clock de 100MHz (real) consegue desempenho equivalente a 200MHz
(efetivo).
Também existe a classificação quanto ao tipo de encapsulamento das memórias (formatos dos módulos):
SIMM (Single In Line Memory Module)
SRAM (Static Random-Access Memory) 
DRAM (Dynamic Random-Access Memory) 
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O contato elétrico de um lado é igual ao do outro lado.
DIMM (Dual In Line Memory Module)
Os contatos dos dois lados são independentes.
Memória secundária
Terminando a pirâmide da hierarquia de memória, a memória secundária objetiva o armazenamento persistente (permanente) aos programas de
usuário e seus dados.
O emprego de diferentes tecnologias para compor os diferentes tipos de memórias da hierarquia pode ser feito através de parâmetros para análise,
tais como:
Tempo de acesso: Também conhecido como tempo de acesso para leitura ou tempo de leitura.
Ciclo de memória: É outro parâmetro (apenas para memórias eletrônicas), indica o tempo entre 2 operações sucessivas de leitura ou
escrita.
Capacidade.
Volatilidade.
Tecnologia de fabricação: Memórias de semicondutores, memórias de meio magnético, memória de meio óptico.
Temporariedade: Permanente, transitório
Custo.
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Para os tipos de memória da hierarquia, podem ser exemplificados alguns parâmetros de análise, conforme exibido na tabela:
Internamente no processador Na placa-mãe Externa
Registrador(es) Cache L1 Cache L2
Memória principal
(RAM)
Memória
secundária (pe
drives, discos 
Tecnologia de
fabricação
Eletrônica Eletrônica Eletrônica Eletrônica
Várias tecnolo
(ótica, magnét
eletrônica)
Volatilidade Volátil Volátil Volátil
Volátil (parte é não
volátil ‒ ROM)
Não volátil
Tempo de acesso Ex.: 1 a 2ns Ex.: 2 a 6ns Ex.: 2 a 6ns Ex.: 5 a 10ns
Ex.: de 8ns até
alguns segund
Capacidade 32 ou 64 bits 8KB, 256KB, ... 2MB, 8MB, ... 4GB, 8GB, ... Depende da m
Tabela: Parâmetros de análise das memórias.
Fabio Henrique Silva
A sequência de transferência de dados realizada entre o processador e as memórias em um sistema computacional é hierárquica, conforme
mostrado na imagem a seguir.
Ou seja, grosso modo, em uma operação de leitura, o processador:
O mesmo raciocínio pode ser aplicado na operação de escrita, na qual o processador escreverá sempre na cache mais próxima dele, mas o dado
precisa estar atualizado na memória principal (RAM) para, em seguida, ser armazenado na memória permanente (HD, por exemplo).
Irá verificar primeiro se o dado está localizado na cache L1.
Caso não esteja, verificará se o dado se encontra na cache L2 e L3 (se houver).
Finalmente, irá buscar o dado na memória principal, caso o dado não esteja localizado em nenhuma das memórias cache
consultadas.
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Diferentes tamanhos de memórias.
Memória
Confira agora com mais detalhes os conceitos apresentados.
Subsistema de entrada e saída (E/S)
Objetivos e funções
O subsistema de entrada e saída (E/S) tem por função interligar o mundo exterior (o nosso mundo) ao mundo interior (processador-memória). Os
dispositivos de entrada e saída também são chamados periféricos, pois estão na periferia do núcleo processador/memória principal.
São funções do subsistema de E/S:
Dispositivo e interface
Todo componente de E/S é constituído de 2 partes: O dispositivo propriamente dito; um componente denominado interface. Vejamos alguns
exemplos:

Receber ou enviar informações do/para o meio exterior..
Converter as informações (de entrada ou de saída) em uma forma inteligível para a máquina (se estiver recebendo) ou para o
operador (estar enviando).
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Exemplo
Monitor de vídeo (dispositivo) e placa de vídeo (interface); disco magnético (composto pelo dispositivo hard disk e pelo controlador ou interface).
Agora, vejamos como o subsistema de E/S se comunica dentro de um sistema de computação a partir do esquema a seguir:
Como o subsistema de E/S se comunica dentro de um sistema de computação.
Interface ou controlador serve para compatibilizar as diferentes características entre o processador/memória e o dispositivo que controla, bem
como controlar o funcionamento do referido dispositivo.
Exemplo
Uma placa de vídeo é interface do monitor, assim como a placa controladora de um HD.
Confira um esquema visual da localização do controlador:
Esquema ilustrativo da localização do controlador.
A necessidade do emprego de interfaces tem origem em diversos fatores:
1
Cada dispositivo possui suas próprias características. Exemplo: velocidade de transferência de dados, quantidade de bits enviados
em cada instante, formato do dado a ser transferido etc.
2
As atividades de E/S são assíncronas, isto é, não são sincronizadas pelos pulsos do relógio interno. Nunca se sabe quando