Arquitetura de Computadores - Base Computacional

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M1/M2/M3/M4
🗓 26/04/23
M1 - Evolução dos Computadores
Maquina de Turing
Turing - Pai da Ciência da Computação
📑 Claude Elwood Shannon
🎬 Gerações dos Computadores
 1ª Geração (Válvulas termiônicas - ENIAC)
 2ª Geração (Transistores)
 3ª Geração (Círcuito Integrado - CI)
 4ª Geração (Microprocessadores)
Resumo
M2 - Sistema Computacional
Hardware e Software
Hardware (HW)
Principais HW
 Processador (CPU) ¬ Cerébro
 Memória RAM (Memória Principal)
 Placa-Mãe
Periféricos
🎬 Principais componentes de Hardware
Software
M3 - O Papel do Sistema Operacinal
O Sistema Operacional (OS)
Funções do Sistema Operacional
🎬 Tendencias para o futuro dos SO
🎬 Sistema Operacional
M4 - Comunicação em Rede e Sistema Computacional
A Origem da Internet
🎬 Video - Ver o nome
A Internet (Rede das Redes)
 Internet Discada
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M1 - Evolução dos Computadores
Maquina de Turing
Precursor matemático do computador
Em 1930 ele estudava como programar maquinas para resolver problemas. A 
Maquina de Turing é composta de 4 elementos. 
Além da maquina teórica, ele iniciou os estudos do que hoje chamamos de 
Algoritmo.
ℹ Algoritmo
É um conjunto finito de passos capaz de resolver um dado problema. 
Um algoritmo é uma sequência de instruções bem definidas, normalmente 
usadas para resolver problemas de matemática específicos, executar 
tarefas, ou para realizar cálculos e equações. 
Eles são extremamente úteis para a automação de tarefas. Isso significa que 
eles podem executar determinadas tarefas de forma mais eficiente do que seres 
humanos.
 Endereço de IP e Roteador
 Email e Páginas disponíveis nas Redes
 Páginas de Pesquisa, Chats e Programas de troca de mensagens
 Interação entre Usuários
Banda Larga, Streaming e Aplicativos
🎬 Inovações tecnologicas que a internet possibilitou
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Ada Augusta Bryon King, a Condessa de Lovelace, mais conhecida por 
Ada Lovelace, foi uma matemática britânica, considerada a primeira pessoa a 
escrever um algoritmo computacional, isso quando ainda nem existiam 
computadores como conhecemos hoje.
Turing - Pai da Ciência da Computação
Ele participou da quebra dos criptogramas alemães na 2ª G.M., na criação do 
“Colosso” usado para decifrar as mensagens da maquina eletro mecânica ”Enigma” 
do Eixo. 
O trabalho dele foi usado como base para a criação do 1º computador.
📑 Claude Elwood Shannon
Desenvolveu estudos para a comunicação entre quipamentos, seu artigo propunha 
uma unidade mínima para guardar uma informação. o Dígito Binário ou Bit 
(Binary Digit)
Bit é uma Unidade Mínima de Informação 
0 = Falso ou Desligado 
1= Verdadeiro ou Falso
Com isso podemos representar qualquer número ou qualquer informação, formando 
uma Representação Digital Binária.
⚠ Shannon criou a o que hoje chamamos de Teoria da Informação
🎬 Gerações dos Computadores
 1ª Geração (Válvulas termiônicas - ENIAC)
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Válvulas termiônicas como porta lógica
Ocupava muito espaço
Gastavam muita energia 
Queimavam frequentemente
 2ª Geração (Transistores)
Transistores como porta lógica. 
Equipamentos menores
Gastavam menos energia
Uma das melhores invenções do séc. XX
 3ª Geração (Círcuito Integrado - CI)
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Círcuito integrado/impresso (pastilhas de sílicio) dentro dela tem uma grande 
quantidade de portas lógicas e vários transistores.
Miniaturizar as peças, a ponto de criar computadores pessoais. Anos 70/80
 4ª Geração (Microprocessadores)
Tem vários processadores dentro de um chip.
Miniturizar ainda mais, possibilitando o uso em outros dispositivos como TV, 
carros, aviões, outros. Todos usam pequenos computadores dentro deles.
Resumo
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.
ℹ Portas Lógicas 
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Uma Porta Lógica é um dispositivo eletrônico 
que implementa funções lógicas (booleanas) 
dentro de um circuito, e apresenta saídas 
baseadas em diferentes combinações de níveis 
lógicos digitais (0 e 1) aplicados às suas 
entradas.
Uma porta lógica pode ter uma ou mais 
entradas dependendo do circuito lógico que é 
implementado, e no geral somente possui uma 
saída digital.
Podemos conectar e combinar diversas portas 
lógicos para obter circuitos ou funções lógica 
adicionais, como circuitos combinacionais ou 
sequenciais. 
As portas lógicas são como blocos de 
contruçãos básicos, com os quais são 
construidos circuitos eletrônicos digitais 
complexos, como microprocessadores, 
memórias de computador, circuitos de controle 
digitais e muitos outros.
Essas entradas recebem 
sinais digitais tbm 
chamados de níveis lógicos 
0 e 1.
E a saída da porta lógica 
vai apresentar um nível que 
é baseado nessa entrada
M2 - Sistema Computacional
Hardware e Software
Hardware (HW)
Componentes físicos, o que pode ser visto e tocado.
Software (SW)
Programas executados no computador.
Hardware (HW)
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O hardware limita a capacidade do computador. Ele só consegue executar 
programas ou softwares se tiver o hardware necessário.
Principais HW
Processador
Memória RAM
Placa-Mãe
Periféricos
 Processador (CPU) ¬ Cerébro
Ele que recebe e executa todas as instruções. Seu principal componente é a 
Unidade Lógica e Aritmética, que é responsável por realizar as operações 
matematicas dentro do processador, como adicionar e subtrair operações.
Ele também depende de um pulso periódico, Clock, ele dita a velocidade em que as 
operações são carregadas e executadas dentro do processador, ou seja, a 
execução das instruções do processador é regulada por um pulso frequente que é 
medido em Hz.
A Velocidade do processamento de execução das instruções 
depende diretamente da frequencia do Clock.
ℹ Overcloking
É a alteração da velocidade de clock pelo usuário, deixando ela maior que o 
normal, o que aumenta a capacidade de processamento, (pois uma maior 
quantidade de operações pode ser realizada ao mesmo tempo, deixando o 
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computador mais rápido) porém ele também pode causar danos ao processador 
e superaquecimento.
Na déc. 70 eles mediam a qualidade da CPU pela velocidade do clock. Se entendia 
que um processador de 1.800Hz era melhor do que um de 1.600Hz. A cada geração 
eles aumentavam a velocidade do clock, até que as interações físicas dentro do 
círcuito integrado (CI), não permitiram mais o aumento do clock.
A nova solução foi colocar vários microprocessadores (núcleos de processamento) 
dentro de um único círcuito integrado(CI), ou chip de processador criando o 
Multicore. Basicamente é como se tivesse dois, quatro ou até mais processadores 
trabalhando no mesmo CI ou chip.
Dentre eles, os mais comuns são: 
Dual Core (2 Núcleos)
Quad Core (4 Núcleos)
Atualmente a maioria dos processadores no mercado (Inclusive os celulares) 
utilizam ao menos quatro cores e frequências de clock de alguns bilhoes de pulsos 
por segundo (GHz).
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Além do clock e do nº de núcleos, outra caracteristica importante do processador é 
a sua Memória cache.
Ela funciona como um pequena parte da mémoria principal dentro do próprio CI/chip 
do processador, e as informações são lidas ou escritas muito mais rápida que na 
memória principal (pentes de memória), melhorando a performance do computador, 
por isso, uma boa quantidade dela consegue acelerar a velocidade do processador.
O tamanho da cache é mais um fator importante a se considerar 
na escolha de um processador.
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 (chamadosde soquete).
 Memória RAM (Memória Principal)
Ela é muito importante, porque é nela que vai ser carregadp os programas que vão 
ser operados no processador, ela também serve para gaurdar os dados utilizados 
durante o processamento.
Ela funciona como várias células em que cada uma armazena 1 byte (8 bits), elas 
funcionam como caixas de correios, cada uma tem o seu endereço, porém só 
armazena 1 carta por vez.
Ela permite o acesso a qualquer endereço em qualquer ordem, por isso o nome 
RAM, (Memória de Acesso Aleatório) elas são vendidas e pentes de memória.
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⚠ A Memória RAM é volátil, ou seja, quando desligamos o computador e ela 
fica sem energia, os dados e as informações que estão contidas nela são 
perdidas.
É por isso que é usada uma memória secundária que contém a informação do 
computador em suas execuções.
Duas principais características para escolha de uma memória RAM
Capacidade de Armazenamento
A capacidade de dados simultâneos para o uso do computador.
ex. 4 Gb que permite armazenar cerca de 4 milhões de bytes
Taxa de Transferência
A velocidade com que ela consegue transmitir informação para o processador. 
ex. 1.600MHz cerca de 1.600 operações por segundo 
ex. memória de 400MHz consegue transferir dados para o processo com uma 
taxa de 3200Mbps (3 bilhões e 200 milhões de bits por segundo)
 Placa-Mãe
É um circuito eletrônico impresso, onde são encaixados o processador, memória 
RAM e diversos periféricos nos computadores. 
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Sua função principal é conectar o processador, memória RAM e seus periféricos. 
Essa conexão é chamada de barramento. Além disso ela também serve para levar 
energia a esses componentes conectados.
⚠ Barramento (conexão) é a principal função da placa mãe.
Com a miniaturização dos componentes as placas mãe foram evoluindo, muito dos 
componentes periféricos que anteriormente eram encaixados passaram a ser 
integrados na placa, com pequenos chips e isso é chamado de on board.
Ex. Uma placa de vídeo on board está integrada dentro da placa mãe.
Com a tecnologia on board podemos criar placas mãe cada vez mais complexas, 
como por exemplo os notebooks e smartphones que tem vários componentes 
integrados em um espaço muito limitado.
As placas mãe de celulares são circuitos altamente 
complexos. Pois todos são diretamentes integrados em um 
espaço muito limitado.
Periféricos
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Existem duas classificações:
Dispositivos de Entrada - Usados para interagir com o computador.
Teclado
Câmera
Mouse
Placa 
de 
Rede
Microfone
Dispositivos de Saída - Eles leem os resultados para o computador.
Sistema de Vídeo
Alto-Falantes/ Caixas de Som
Placas de Rede
Impressora
Memórias Secundárias
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Sistema de armazenamento que não perde as informações após o desligamento, 
como a memória principal.
Mais conhecida como HD (Disco Rígido), atualmente sendo substituida por Discos 
de estado sólido (SSD) que são muito rápidos e menos propensos a falhas e 
desgaste por não ter partes mecânicas. 
As principais características das memórias secundárias são similares as da principal
Capacidade de Armazenamento
Medidas em GB (Gigabyte) ou TB ( Terabyte).
Velocidade de Transmissão
Depende do barramento que o liga à placa mãe. 
ex. SATA2 - Principal tecnologia de barramento, capaz de atingir taxas de 
transmissão 3GB/s
🎬 Principais componentes de Hardware
Esse vídeo é basicamente um resumão
Software
Os Softwares são dividos em dois tipos:
Softwares Finalísticos ou de Aplicação 
Geralmente são rodados de forma consciente nos computadores, entregando as 
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funcionalidades desejadas pelo usuário. 
ex. Navegadores de Internet - Chrome, Firefox, … 
 Planilhas - Excel 
 Editores de Texto - Word 
 Jogos Eletronicos - LOL
Softwares de Sistemas 
Permitem que os S. Finalísticos rodem em muitas maquinas 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. 
ex. Placa de Rede
⚠ O Principal software de sistema do computador é o Sistema 
Operacional.
Drivers
Drivers, em computação, são programas que permitem que o sistema 
operacional se comunique com dispositivos de hardware. Eles atuam como uma 
ponte entre o hardware e o software, permitindo que o sistema operacional 
acesse e controle os recursos do hardware.
Os drivers são projetados para trabalhar com dispositivos específicos, como 
placas de som, placas de vídeo, impressoras, scanners, entre outros. Eles 
fornecem ao sistema operacional as informações necessárias para se 
comunicar com o dispositivo, permitindo que o hardware seja controlado e 
utilizado de maneira eficiente.
Os drivers geralmente são instalados automaticamente quando um dispositivo é 
conectado ao computador. No entanto, às vezes, pode ser necessário baixar e 
instalar um driver manualmente para garantir que o dispositivo funcione 
corretamente com o sistema operacional. Os fabricantes de hardware 
geralmente fornecem drivers atualizados em seus sites para download.
Em resumo, os drivers são programas importantes que permitem que o sistema 
operacional se comunique com os dispositivos de hardware, garantindo que os 
recursos do hardware sejam acessados e controlados corretamente. Sem 
drivers adequados, muitos dispositivos não funcionariam corretamente no 
computador.
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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.
M3 - O Papel do Sistema Operacinal
O Sistema Operacional (OS)
Ele é um dos principais e mais conhecidos softwares de sistema. 
É responsável por reconhecer oos hardwares instalados no computador, e possui 
diversas funções importantes. 
ex. Fornecer aos programas, acessibilidade ao processador e garantir tranparência 
no acesso aos periféricos.
Funções do Sistema Operacional
1ª)
Servir como uma camada de
abstração entre
o hardware e a aplicação do
usuário.
Ele conhece o hardware do computador,
seus componentes eletrônicos e seus
periféricos, para que os programas não
precisem reconhece-los. Funciona como
uma camada de abstração entre o
harware e as aplicações ou programas.
O Sistema Operacional sabe os
hardwares que estão disponíveis.
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2ª) Cuidar da alocação do
armazenamento e da
memória principal.
Alocar espaço na memória principal para
os programas e os seus dados, a
memória principal tem que ser carregada
com os programas para que eles
possam ser executados no computador.
Ele fica responsável por garantir que há
espaço para um programa ser carregado
e executado.
3ª)
Informar quando e quais
programas ganham acesso
ao uso do processador.
Dar acesso ao processador para os
diversos programas ou processos que
querem acessa-lo.
4ª)
Executar programas
simultanêamente na
inicialização.
Nos computadores atuais, diversos
programas executam simultaneamente.
Por uma solicitação do usuário, alguns o
fazem em primeiro plano, enquanto
outros rodam em segundo.
5ª)
Escolher quando
determinados programas
devem passar o uso do
processador para outro
programa.
Esse sistema do OS é chamado de
Escalonador, ele que temporiza e
determina a alocação de tempo de cada
programa e se o processo deve
abandonar o processador e ceder sua
vez ao proximo processo, ou seja, ele
mantém um fila de processos e
determina quando um processo deve
ser parado e outro iniciado. E para
decidir o Escalonador leva em conta - Nº
de nucleos disponíveis -
Características de cada programa a
ser executado
⚠ O Sistema Operacional é um programa intermediário que gerencia os 
recursos de hardware do computador e fornece acesso a eles para os 
demais programas (softwares).
O SO é carregado quando o computador é ligado, porém os sistemas 
computacionais carregam primeiramente um software chamado BIOS, ele fica 
gravado em umamemória não volátil. Geralmente em um chip da placa mãe. 
Quando se liga o computador a memória está vazia, se não houvesse BIOS, não 
seria possivel carregar o OS, que está em uma memória secundária, 
geralmente Disco Rígido.
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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.
⚠ O OS é um programa, portanto sua execução depende desse 
carregamento de memória.
🎬 Tendencias para o futuro dos SO
Video Baixado
No começo os SO só serviam como uma interface entre o hardware e os programas 
que nele seriam executados.
LINUX UNIX foi a base para o sist. Linux
Microsoft
MS-DOS - Muito popular no brasil, pois era o SO dos computadores da
IBM. Windows - Inovação (Anos 80)
Apple Machintosh - Anos 80 MAC IOS - SO para Smartphones (Exclusivo)
Google Andrioid - SO para Smartphones
🎬 Sistema Operacional
Resumão
M4 - Comunicação em Rede e Sistema 
Computacional
A Origem da Internet
🎬 Video - Ver o nome
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Ela surgiu na déc.70 entre centros acadêmicos, chamada de rede das redes. O que 
fez ela ser indispensável são sua funcionalidades, a principal delas é a 
disponibilidade de páginas e servidores online, mecanismos de busca, envio de 
email (que substituiu completamente o correio), chat (troca de mensagens 
Instantâneas), conectividade mundial.
Na déc. 70 o Departamento de Defesa Norte Americano queria uma forma de 
conectar grupos de pessoas distantes geograficamente, porém que pudessem 
trabalhar/colaborar em conjunto sob uma mesma rede de comunicação. Essa rede 
foi chamada de ARPANET.
A ARPANET foi uma rede de armazenamento de dados que inicialmente 
conectavam algumas universidades e centros de pesquisa, costa a costa.
Foi pensada para possibilitar a troca de informações, o conceito de Sistemas 
Computacionais de Rede. 
Hoje esse sistema evoluiu e permite interações com diversas aplicações, antes eles 
eram sistemas isolados.
A Internet (Rede das Redes)
Os computadores não foram criados para se conectarem, eram vistos como 
máquinas para resolver problemas.
Nas déc.60 e 70 surgiu o nascimento da Comunicação em Rede, no entanto 
conectar computadores não era fácil e foi necessário:
Comunicação entre Computadores 
 Criação de meios de comunicação entre dois computadores. 
 ex. Fios de cobre ou Enlaces de rádio
Protocolos de Comunicação 
 Criação de protocolos para que ambos pudessem entender como falar entre 
si, pois eles precisam de um hardware para enviar e receber dados em rede.
 Internet Discada
Empresas de telefonia assumiram o papel de prover conexão à internet para os 
usuários domésticos. Surgiu o modem de internet discada, que se conectava como 
se estivessemos fazendo uma ligação telefonica e suas taxas de transmissão eram 
de 14.400 bps. 
 Endereço de IP e Roteador
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Uma das complicações a serem vencidas para interligar tantas maquinas foi o 
endereçamento, ou seja, como identificar unicamente um computador com o qual 
deseja falar.
A solução foi dar um endereço (como o da sua casa) para cada máquina. 
Denominado Endereço IP (Internet Protocol), ele consiste em uma sequência de 4 
números entre 0 e 255 (representados em 8bits)
ex. 
Tendo o endereço do destino, um pacote (datagrama) é enviado através das 
diversas redes existetes entre o remetente entre o remetente e o destino. Nas 
fronteiras dessas redes, existem os roteadores, que funcionam como agências de 
 127.0.0.1
 192.168.1.1
 8.8.8.8
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correios e escolhem a rota que o pacote seguirá para chegar a seu destino. 
Passando de rotedor a roteador, o pacote de dados consegue chegar até você com 
sua mensagem.
 Email e Páginas disponíveis nas Redes
Com tantos usuários conectados em rede, criaram se novos mercados e outras 
tecnologias.
Correios Eletrônicos 
 Atualmennte o sistema de correio tradiconal raramente transporta cartas para 
comunicação, limitado em sua maioria por encomendas e boletos. A maior parte 
do tráfego do correiro é eletrônico.
Páginas disponíveis na Rede (WWW - World Wide Web) 
 Desse conceito de páginas disponíveis, se criou um navegador capaz de 
passear por essa rede de páginas, surgindo a internet.
Essa tecnologia mudou a maneira como:
Comércio (E-commerce)
Bancos (Internet Banking)
Acesso a Serviços Públicos
Adquirir Informação
 Páginas de Pesquisa, Chats e Programas de troca de 
mensagens
Para organizar a procura de informações e páginas disponiveis na WWW, o 
software de busca Google é o mais utilizado.
Atualmente é possível buscar qualquer página ou tópico na 
web.Isso tornou o Google numa das empresas mais ricas do 
mundo.
Com as pessoas de acostumando a ficar grande parte do dia no compuatdor 
conectadas na internet, a comunicação por email ficou lenta, podendo levar dias 
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para que a troca de mensagens acontecesse.
Surgirame então os servidores de chat, nos quais os usuários podiam interagir entre 
si, em tempo real.
ex. IRC que é usado até hoje 
ou um programa de troca de mensagens como o ICQ, que foi substituido com outros 
aplicativos como whatsapp…
⚠ IRC - Protocolo de computador usado na internet para troca de arquivos e 
bate papo.
 Interação entre Usuários
Com a conexão de vários usuários domésticos, em 1990 jogos começaram a 
permitir uma interação entre usuários. No começo essa interação foi realizada em 
redes locais (LAN), o que impulsionou o surgimento de Lan houses, lojas onde era 
possível jogar em redes usando computadores e a LAN dos estabelecimentos.
Banda Larga, Streaming e Aplicativos
🎬 
A internet discada tinha a taxa de transmissão muito baixa, apenas alguns Kpbs. 
Com a evolução da tecnologia de transmissões como por exemplo as fibras óticas, 
o acesso a internet ficou muito mais rápido, com as conexões em taxas de Mbps, 
que passou a ser chamada de Banda Larga.
Nos celulares isso também aconteceu, com o 3G e 4G, com a evolução das taxas 
de transmissão, hoje temos acesso a banda larga nos celulares.
Banda Larga é….
tananananana
Taxas de Transmissão
Kbps (Kilo byte por segundo) - vale x
Mbps (Mega byte por segundo) - y
Byte - z
Bite - w
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🎬 Inovações tecnologicas que a internet possibilitou
Resumão