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INFORMÁTICA APLICADA Uma das expressões mais familiares entre os profissionais de tecnologia de informação e informática, quando se trata da diferença entre software e hardware, é que hardware é tudo aquilo que você joga, e software é tudo que você amaldiçoa. Na prática, o hardware é, então, a parte física do computador: os circuitos, as placas, a memória, o teclado, o mouse e muito mais. É imprescindível que os profissionais de informática ou de áreas afins conheçam o hardware do computador, já que ele tem um impacto direto nas aplicações utilizadas e na finalidade específica do computador. Bons estudos! AULA 2 - HARDWARE Nesta aula, você estudará os conceitos básicos relacionados ao hardware, seus principais recursos e dispositivos, e como diferenciar e exemplificar as partes de um computador. Ao final deste desta aula, você será capaz de: • Reconhecer os conceitos básicos de hardware. • Identificar os tipos de dispositivos de hardware. • Dar exemplos sobre as partes de um computador. 2 HARDWARE: CONCEITUAÇÃO Os computadores da atualidade têm uma história enorme. Podemos considerar o ábaco como um dos primeiros artefatos relacionados com computação e sua origem provavelmente encontra-se na antiga China. Ele também já era utilizado nas civilizações romana e grega antigamente. O ábaco é muito simples: é feito por “contas” (peças de contagem) presas em vigas montadas em uma estrutura retangular. Entre a época medieval até a Era Moderna, intensificou-se a procura por equipamentos de computadores mais elaboradas. Muitos inventores deram início a experimentar a tecnologia de engrenagens; nos quais achavam-se, Charles Babbage (1792-1871), inglês, Gottfried Wilhelm Leibniz, alemão (1646-1716) e Blaise Pascal (1623-1662), francês (Brookshear 2013). Pascal construiu sua máquina apenas para realizar adição. Em seguida, a sucessão correta de etapas encontrava-se inserida na disposição do maquinário propriamente dito. Da mesma forma, o maquinário de Leibniz continha os seus algoritmos embutidos em sua estrutura, embora oferecesse uma diversidade de cálculos aritméticos que conseguiriam ser indicadas pelo operador da máquina. O maquinário diferencial de Babbage (onde somente um modelo demonstrativo foi feito) podia ser modificado para realização de uma diversidade de operações de calcular, porém seu mecanismo analítico (no qual o que foi construído Babbage nunca obteve incentivo) foi idealizada de forma que os comandos fossem lidos no formato de cartões de papel perfurados — portanto, era um maquinário de programação. De fato, a conhecida Ada Lovelace (Augusta Ada Byron), que havia publicado um artigo onde demonstrou como o maquinário analítico de Babbage tinha a possibilidade de ser programada a fim de executar muitas computações, é constantemente reconhecida como a primeira máquina de programação mundial (BROOKSHEAR, 2013). A partir do desenrolar da ciência eletrônica, nos primeiros anos do século XX, essa dificuldade foi vencida. Muitos desses avanços compreendem o maquinário eletromecânico de George Stibitz, concluída no ano de 1940 no Bell Labs, e o Mark I, terminado em 1944 na Universidade de Harvard, por uma equipe de engenharia da empresa IBM e por Howard Aiken. Esses maquinários usavam de relés mecânicos regulados de forma eletrônica; então, eles viraram descartáveis em seguida suas construções, porque mais pesquisadores começaram a aplicar o avanço tecnológico advindo de válvulas eletrônicas com o intuito da construção de máquinas de computação completamente eletrônicos (BROOKSHEAR, 2013). Através deste avanço, os maquinários — que eram do tamanho de escritórios, na década 1940 — foram pouco a pouco miniaturizados, chegando a ter o tamanho de pequenos armários no final do século XX. Neste mesmo decorrer do tempo, houve a duplicação da capacidade de processar dos computadores começou a dobrar a cada dois anos (e isto continua até os dias de hoje). Conforme as tarefas na evolução destes circuitos integrados progrediam, vários dos circuitos encontrados no interior dentro dos computadores ficaram facilmente acessíveis para serem adquiridos, no formato de circuitos integrados incrustrados em blocos plásticos muito pequenos, nomeados de chips (BROOKSHEAR, 2013). O histórico do hardware está vinculado à história do desenvolvimento da computação e, por conseguinte dos computadores. Os computadores ficaram cada vez mais pequenos, mais velozes e muito acessíveis. Apareceram dispositivos novos e modos de armazenagem de dados, maneiras inovadoras de resfriar internamente o computador e dessa forma começou uma disparada para obter uma máquina mais eficiente e melhor (DA SILVA ALMEIDA, 2022). 2.1.1 O desenvolvimento do Modelo Von Neumann No ano de 1946, Von Neumann juntamente com seu time com começaram a projetar um novo maquinário de computação coma característica de armazenamento de programa: o computador IAS, desenvolvido na Universidade de Princeton, especificamente no Instituto de Estudos Avançados de Princeton. O maquinário foi altamente difundido, induzindo intensamente os projetos seguintes de outros maquinários (Figura 1). O computador IAS apresentava as seguintes composições básicas separadas em unidades (WEBER 2012): 1- Processamento central que executa de operações de lógica e aritméticas; 2- Controle de programa onde é determinada a sequência das instruções que serão realizadas e promovem as saídas de controle em direção as outras unidades (essas saídas indicam as atividades a serem realizadas); 3- Unidade de memória principal que tem quantidade de 4.096 palavras; 4- Unidade de saída e entrada. Figura 1 – Modelo de Von Neumann Fonte: https://cutt.ly/816qKWF 2.1.2 Unidade Central de Processamento - CPU Trata-se de um item fundamental para o funcionamento do computador. Várias pessoas fazem confusão entre o gabinete e a CPU, lembrando que o gabinete é a parte externa do computador, isto é, uma “carcaça” que tem a função de proteger e dar suporte ao maquinário. Por outro lado, a CPU trata-se do processador do computador, termo como comumente é conhecida a CPU — é considerada o cérebro do computador. NA Figura 2, visualizamos a CPU e podemos visualizar registradores, a ULA que configura unidade lógica e aritmética e a UC que é uma unidade de controle. A CPU possui basicamente 3 funções: • Efetuar correspondências lógicas e cálculos de operações aritméticas; • Conservar o andamento a completude dos programas e equipamentos, porque a unidade de controle assimila e coordena o funcionamento de todas as instruções do programa; • Gerenciar na memória principal (memória central), os pacotes de dados as serem enviados de um elemento para o outro do maquinário além do programa submetido com o intuito de realizar o seu processamento, bem como o gerenciamento do programa submetido. https://cutt.ly/816qKWF Os registradores são áreas que guardam informações de modo temporário, e muitos destes registradores guardam informações importantes para o controle do processamento. Há muitas espécies de registradores, com funcionalidade diversas. Os registradores mais relevantes que se encontram na estrutura de Von Neumann são estes a seguir: • PC – Designação de Contador de Programa: tem nele o endereçamento da memória cujo conteúdo deve ser entendido como a próxima instrução; • IR - Designação de Registrador de Instrução: tem nele a próxima instrução que será realizada; • MAR – Designação de Registrador de Endereço da Memória (MAR): tem nele o endereço do lugar da memória que será escrito ou que será lido. Por definição, ULA é um circuito de combinação responsável por realizar funções de funções lógicas bem como subtrações e adições, num ambiente digital. A UC é a unidade pelo armazenamento da localização de memória onde está contido o comandoque o computador está realizando num dado momento. A UC comunica à ULA qual ação realizar, procurando na memória informação da qual a ULA necessita para executá-la. Em sequência, envia a resolução de volta para a localização exata da memória. Nos dias atuais, a totalidade dos componentes da CPU estão inseridos em um único chip que é um microprocessador que empresas como AMD e INTEL desenvolvem. Um processador, em contrapartida, já é uma designação um tanto quanto mais subjetiva. Cada microprocessador é definido como processador, porém não podemos considerar todo processador como um microprocessador. Um micro controlador, exemplificando é também um processador (KARAS, 2008). Dentre outros motivos, o que define a “agilidade” de uma CPU é o quanto de orientações que tal CPU tem a capacidade de realizar em unidades de segundos. Sobre esta “agilidade” ou velocidade é dada a denominação de clock, e usa-se a medida Hertz (Hz) para realizar este cálculo de velocidade: um 1 Hz corresponde a uma orientação por segundo. Como exemplo, se uma clock tiver a capacidade de 500MHz, significa que esta CPU pode realizar 500 milhões de orientações por segundo. Porém, a CPU nas se encerra na clock, a CPU tem seu desempenho considerado também dependente da totalidade de orientações que tem capacidade de processamento, da parcela de memória cachê, entre outras características (KARAS, 2008). Figura 2 – O processador- CPU Fonte: Por Iaroslav Neliubov/ Shutterstock.com 2.1.3 As Memórias Há muitas categorias de memórias (Figura 3), e quanto mais conseguir armazenar dados, menos será seu custo bem como a velocidade. Podemos dividir as memórias em memórias voláteis e as memórias não voláteis: as memórias voláteis (tal qual a memória RAM) necessitam de uma fonte de eletricidade, sem a qual o que previamente armazenado seria desaparecido; por outro lado temos a memória não volátil (tal qual a memória ROM) que não tem a necessidade depende de fonte de energia elétrica, então, não tem o risco da perda de dados na falta de energia elétrica (LOCK, 2012). Figura 3 – Tipos de Memórias Fonte: Andrii Zhezhera e jultud/Shutterstock.com. Agora, vamos esmiuçar em mais detalhes os tipos de memória, as suas funcionalidades e características principais. A memória ROM é uma espécie de memória que acumula as informações básicas para dar a inicialização do computador. Há várias espécies de memórias do grupo ROM que têm os dados essenciais para a inicialização (A MEMÓRIA..., 2017): • BIOS: trata-se de um programa que autoriza realizar controles nas mais importantes interfaces de entrada/saída do sistema — por isso é denominada BIOS ROM, que em alguns momentos é oferecido ao chip da memória apenas a leitura da placa-mãe onde está hospedado. • Bootstrap loader (Carregador de inicialização): trata-se de um programa utilizado para o carregamento da memória (acesso aleatório) no sistema operacional (SO) e efetuá-la. Usualmente, O carregador que dá o inicia busca o SO em algum leitor (por exemplo, um pendrive, que em breve se tornará descartável em um futuro próximo, mas de qualquer forma o fundamental é compreender que o computador investigará o SO algum outro dispositivos antes de buscar o HD, isto caso o computador não estiver configurado para ser “arrancado” de outro modo) e, em sequência, no disco rígido, autorizando que o sistema se realize a partir de disquetes, caso haja um mau funcionamento do sistema inserido no disco rígido. • Setup CMOS: é a tela visualizada quando ligamos o computador. Ela é usada para mudar os parâmetros do sistema e outros parâmetros (em algumas situações nós nomeamos de forma incorreta de BIOS). Vamos agora nos aprofundar nos tipos de memórias ROM: • ROM: Memórias ROM inicialmente fabricadas foram confeccionadas com o auxílio de um método que inseria de modo direto os dados binários em uma placa de silício, usando uma máscara. Tal procedimento atualmente obsoleto não é mais utilizado • PROM: Memórias da espécie PROM (memória programável somente de leitura ou Programmable Read Only Memory) foram fabricadas inicialmente no final dos anos 70 pela empresa Texas Instruments. Memórias PROM são constituídas de chips que fazem compreensão em milhares de diodos (ou fusíveis), que tema a capacidade ser queimados por um equipamento nomeado de programador de ROM, imprimindo uma tensão alta (12 V) aos compartimentos de memória que serão marcados. Estes fusíveis queimados representam o 0 e 1. • EPROM: Memórias da espécie EPROM (memória programável e apagável somente de leitura ou Erasable Programmable Read Only Memory) são tipos de memórias PROM que não precisam ser armazenadas, portanto descartáveis. São constituídas de chips que apresentam um painel de vidro permitindo passar raios ultravioleta. Então, quando o chip é sujeitado a raios ultravioleta num comprimento de onda definido, os fusíveis se recuperam, isto, a totalidade dos bits da memória retornam para 1. Então é por este motivo que esse tipo PROM é denominado de apagável. • EEPROM: Memória do tipo EEPROM (memória programável somente de leitura apagável eletronicamente ou Electrically Erasable Read Only Memory) são apagáveis como os PROM, mas ao contrário destes, os EEP`ROM tem a capacidade de serem apagados através da passagem de uma corrente elétrica básica, isto é, tem a capacidade de serem apagados até mesmo estando posicionados no computador. Uma possibilidade dessas essas memórias é denominada memória flash (ou flash ROM ou flash EPROM). Ao contrário das EEPROM habituais, que usam dois a três transistores por bit para memoria, a flash EPROM usam apenas um transistor (A MEMÓRIA..., 2017). Na Figura 4, pode-se ver a pirâmide de distintos exemplos de memória em termos de agilidade, custo e poder de armazenamento. Figura 4 – Pirâmide de memórias Fonte: https://bityli.com/QrdMB A memória cache — localiza-se posteriormente os registradores e da memória ROM, considerando a pirâmide de memórias (Figura 4). Antigamente nos sistemas computacionais não havia a memória cache na pirâmide de memórias, portanto ligavam-se os registradores de modo direto à memória principal. A cada efetivação de uma orientação, a CPU conecta-se a memória principal (sem cache) pelo menos uma vez, a fim de recuperar a orientação (uma cópia dela) e enviá-la a um dos registradores da CPU. Além disso outras orientações necessitam de outras buscas à memória, tanto para envio de dados para a CPU (que serão realizados na ULA), quanto para transferência da resolução de uma ação da CPU para a memória (DE ALECRIM JR. 2007). Memórias de semicondutores são feitas a partir de recursos e tecnologias fornecidas por ciclos de memória menores que as memórias do tipo RAM mais simples (memória principal do tipo dinâmica). Assim sendo, estas memórias têm velocidade de transferência que lhes permitem tempos de acesso entre 10 e 25 ns (nanossegundos); sedo assim, elas são posicionadas, na pirâmide de memórias, em seguida dos registradores. Assim como os registradores, as memórias cache também são componentes fetos com circuitos eletrônicos, então necessitam de eletricidade para que possam funcionar — são componentes voláteis. Memórias cache são feitas utilizando-se de circuitos eletrônicos de alta velocidade com o intuito de atingir sua finalidade. Normalmente, são memórias fixas, chamadas de SRAM (DE ALECRIM JR. 2007). A memória cache acumula os dados mais utilizados pelo processador, diminuindo desta forma a quantidade de ações da qual deve-se extrair dados de forma direta da memória RA que é muito morosa. Até uma diminuta quantia de memória cache tem a capacidade de contribuir para o aumento da performance do processador (MORIMOTO, 2005). A memória RAM (conhecida como memória principal) é parte fundamental tanto para os PCs, quanto para todos os tipos decomputadores. Apesar de ser ter espaço de armazenagem à disposição, ou no formato de um HD ou no formato de uma memória flash, é imprescindível certa quantia de memória RAM — e, obviamente, quanto maior a quantidade, melhor. A abreviatura RAM é de Random Access Memory, ou memória de acesso aleatório, mostrando a característica essencial desta espécie de memória: motivo pelo qual é permitido acessar diretamente todos os endereços disponíveis, de forma extremamente veloz (MORIMOTO, 2007). Várias outras espécies de memória RAM foram sendo criadas ao longo do tempo: DRAM, DIP, SIMM, FPM, EDO, DIMM, SDRAM, DDR2, DDR3, Dual-Channel, Triple-Channel. Estas evoluções destas memórias padrão DDR são uma constante, porém a velocidade de processamento delas estão muito aquém da as memórias da velocidade de processamento que têm as CPUs. Desta forma as companhias de informática mais relevantes tiveram que recorrer a uma estratégia que possibilitou o incremento da performance de forma geral do maquinário. Reconhecido como canal (Dual-Channel), este novo recurso permitiu um incremento na agilidade entre a memória e o controlador em duas vezes. Temos também as memórias aplicadas nas placas gráficas. As mais relevantes são do tipo GDDR, alternando entre a primeira e a quinta geração — a GDDR5. As memórias GDDR possui similaridades com os tipos DDR, porém tem diferenças diferem em alguns sentidos, dentre eles as frequências (JORDÃO, 2011). A memória secundária (Figura 5) tem por característica o armazenamento de dados de forma permanente no sistema e por isso é a memória de armazenamento permanente, ou seja, contém os dados permanentemente no sistema, sem a exigência de eletricidade; então, esta característica garante que ela seja uma memória não volátil. Ela atua como acréscimo da memória principal no intuito de armazenar dados (MARTINS. 1995). Figura 5 – Memória secundária Fonte: aPhoenixPhotographer/ Shutterstock.com. O disco rígido é ligado à placa-mãe através de um controlador de disco rígido, que age como uma interface entre o disco rígido e o processador e. O controlador de disco rígido controla os discos que porventura estão ligado nele, interpreta os comandos demandados pelo processador e envia-os para o disco pré-determinado. Normalmente, os discos rígidos se unem por interface na forma a seguir: IDE, SCSI (interface para sistemas materiais diminutos) e Serial ATA. Os discos giram em volta de um eixo numa velocidade muito alta (em torno de milhares de voltas por minuto) no sentido anti-horário. Com sabemos, o computador funciona de maneira binária, isto é, os dados são guardados como bits, assumindo o valor 0 ou 1. Há milhões de bits introduzidos nestes discos rígidos que se encontram muito próximos uns dos outros em uma camada magnética finíssima com espessura de somente poucos alguns e revestida por um filme protetor. As cabeças de gravação e leitura são indutivas, ou seja, tem a capacidade de criação de um campo magnético. Esta característica é muito significativa no momento da gravação: na geração de campos magnéticos negativos ou positivos, as cabeças têm propensão de polarizar a superfície do disco numa zona diminuta, a qual, no momento da leitura, irá se traduzir com a polaridade invertida, levando uma corrente na cabeça de leitura. Depois, a corrente será modificada por um conversor analógico numérico (CAN) em 0 e 1, que pode ser compreendido pelo computador (Disco Rígido - HD 2018). 2.2 Dispositivos de entrada e saída As informações a serem fornecidas para realização de tarefas num programa de computador pelos dispositivos de entrada que também conhecidos como periféricos ou unidades de entrada. São exemplos o teclado, o leitor de código de barras, o microfone, a webcam, o mouse, etc. Por outro lado, os dispositivos de saída são aqueles que mostram as informações processadas pelo computador e os dados. Estes dispositivos são conhecidos como unidades de saída. Eles proporcionam a transmissão dos dados no sentido do computador para o usuário. São exemplos as caixas de som, a impressora, o monitor, o projetor de vídeo, etc. 2.2.1 Placa-mãe A placa-mãe (Figura 6) é a parte mais significativa do computador, já que esta placa é a encarregada da transmissão entre todos os itens dele. A placa-mãe possui uma quantidade enorme de quantidade de chips, capacitores, trilhas e encaixes, e, por conseguinte é a parte que, de forma geral, apresenta a maior quantidade de defeitos. Figura 6 – Placa mãe Fonte: Radoslaw Maciejewski/Shutterstock.com É muito normal que um slot PCI pare de atuar (ainda que os outros permaneçam normais), ou que na instalação de um pente de memória no segundo soquete possa começar a causar “travamento” do computador (ainda que o mesmo pente atue normalmente no primeiro soquete) entre outros problemas. A grande maioria de possíveis dos problemas “travamentos” e de instabilidade e são proporcionados por problemas distintos na placa-mãe e por este motivo é que a placa- mãe é a parte que deve ser escolhida com um olhar mais cauteloso (SILVA, GIACOMINI, 2007). O item fundamental da placa-mãe é a placa de circuito impresso (PCB), na qual estão fixadas as outras partes. Apesar de apenas duas faces sejam aparentes, o PCB da placa-mãe é constituído por número entre 4 e 10 placas (com um total de 8 a 20 faces). Todas estas placas têm pedaços das trilhas essenciais e a união delas se dá por pontos de solda criteriosamente dispostos. Essencialmente, apesar de parecerem uma única placa após realizadas as soldagens, a realidade é placa-mãe se reveste em um verdadeiro um sanduíche de muitas placas. 2.2.2 Placas de vídeo, rede e som Placa de vídeo (ou gráfica) é o item de um computador que envia sinais deste para o monitor, de forma que possam ser apresentadas imagens ao utilizador. Já em computadores aprimorados, o adaptador de vídeo pode ter um processador próprio — o GPU ou acelerador gráfico. As GPUs surgiram para “aliviar” o processador principal do computador (CPU) da pesada tarefa de gerar imagens. Por isso, são capazes de lidar com um grande volume de cálculos matemáticos e geométricos, condição trivial para o processamento de imagens 3D (utilizadas em jogos, exames médicos computadorizados, entre outros) (SILVA, GIACOMINI, 2007). Uma placa de rede é o dispositivo de hardware encarregado pela transmissão da comunicação entre os computadores em uma rede (Figura 7). Figura 7 – Placas de som, vídeo e rede Fonte: kastianz, Leo Shoot e DeSerg / Shutterstock.com. A placa de rede é o hardware que permite aos computadores conversarem entre si pela rede, e a sua função é controlar todo o envio e recebimento de dados. Cada arquitetura de rede exige um tipo específico de placa de rede; as arquiteturas mais comuns são a rede em anel Token Ring e a tipo Ethernet (SILVA, GIACOMINI, 2007). Já a função principal da placa de som é converter sinais analógicos em digitais, repartindo-os em pacotes. Quanto maior a quantidade de pacotes que for criada por segundo na conversão de um sinal, melhor será a sua qualidade sonora. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BROOKSHEAR, J. G. Ciência da computação: uma visão abrangente. 11. ed. Porto Alegre: Bookman, 2013. DA SILVA ALMEIDA, T. Editorial (Português): uma breve história do hardware, seus desafios, e impacto sobre o consumo de energia. Academic Journal on Computing, Engineering and Applied Mathematics, v. 3, n. 2, p. i-ix, 2022. DE ALECRIM JR, A. A. Memória Cache em uma Plataforma Multiprocessada. 2007. Tese de Doutorado. Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul DISCO rígido - HD. 2018. JORDÃO, F. Memórias: quais os tipos e para que servem. 2011. KARAS, F. Você sabe o que é uma cpu? 2008. LOCK, C. Unidade 3. Gabardo, Maristella; Moraz, Caterine Pereira, p. 29, 2012 MEMÓRIA morta(ROM). 2017. MARTINS, K. F. A informática como ferramenta para a contabilidade. 1995 MORIMOTO, E. C. Memória RAM. MORIMOTO, E. C. Cache. 2005. NÓBREGA FILHO, R. de G. Hierarquia de memórias. [200-?]. LAC CONCURSOS. Aula 01/24 – Conceitos de hardware e software parte 1: informática. Youtube, 4 ago. 2015. Os diferentes conceitos de conforto ambiental Conforto ambiental é uma medida para o grau de satisfação do indivíduo no ambiente. Dizer que se está ambientalmente confortável significa estar com boas condições proporcionadas pelo espaço — higrotérmicas, acústicas, visuais, de qualidade do ar e ergonômicas — para a realização de uma tarefa. Nos projetos arquitetônicos e de engenharia, uma das principais diretrizes é prever espaços e edificações com condições satisfatórias para o conforto ambiental, que permitam a melhor relação do homem com o ambiente