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PROGRAMA DE INFORMÁTICA BÁSICA Organização de computadores – Memórias Prof. João Dallyson Na aula passada.... 25/09/2013 Prof. João Dallyson (BCT – UFMA) Fundamentos da Computação 2 Sumário • Organização Básica dos Computadores • Armazenamento de Dados e CPU • Tipos de Memória • Representação de Dados 25/09/2013 Prof. João Dallyson (BCT – UFMA) Fundamentos da Computação 3 Estrutura Básica de Computadores 25/09/2013 Prof. João Dallyson (BCT – UFMA) Fundamentos da Computação 4 Memória CPU Dispositivos de Entrada/Saída Barramentos Armazenamento de Dados • Subsistema de memória – conjunto de circuitos capazes de armazenar as unidades de dados e os programas a serem executados pela máquina; • Utilização: – Antes do processamento – Durante o processamento – Após o processamento – Antes da saída 25/09/2013 Prof. João Dallyson (BCT – UFMA) Fundamentos da Computação 5 A CPU e a Memória • A CPU não pode processar dados diretamente do disco ou de um dispositivo de entrada: – Primeiramente, eles devem residir na memória. – A unidade de controle recupera dados do disco e transfere-os para a memória. • Itens enviados à CPU para ser processados: – A unidade de controle envia itens à CPU e depois os envia novamente à memória após serem processados. • Dados e instruções permanecem na memória até serem enviados a um dispositivo de saída ou armazenamento, ou o programa ser fechado. 25/09/2013 Prof. João Dallyson (BCT – UFMA) Fundamentos da Computação 6 Armazenamento de Dados e a CPU • Dois tipos de armazenamento: – Armazenamento primário (memória): • Armazena dados temporariamente. • A CPU referencia-o tanto para obtenção de instruções de programa como de dados. – Armazenamento secundário: • Armazenamento de longo prazo. • Armazenado em mídia externa; – por exemplo, um disco. 25/09/2013 Prof. João Dallyson (BCT – UFMA) Fundamentos da Computação 7 Armazenamento de Dados • Tipos de memória: – Principal (RAM e ROM) – Registradores – Cache – Auxiliar (Secundária) 25/09/2013 Prof. João Dallyson (BCT – UFMA) Fundamentos da Computação 8 • Memórias Voláteis: • Mantém o conteúdo enquanto houver alimentação elétrica • Memórias Não Voláteis: • A informação é preservada mesmo após a perda da alimentação elétrica Comparação memórias 25/09/2013 Prof. João Dallyson (BCT – UFMA) Fundamentos da Computação 9 Memória Principal • Reservatório de bits formado por uma coleção de circuitos capaz de armazenar dados (Brookshear, 2013); • Também conhecida como armazenamento primário e memória principal: – Frequentemente expressa como memória de acesso aleatório (RAM). – Não faz parte da CPU. • Retém dados e instruções para serem processados. • Armazena informações somente enquanto o programa está em operação. 25/09/2013 Prof. João Dallyson (BCT – UFMA) Fundamentos da Computação 10 Memória Principal • É organizada em células – Tamanho típico de 8 bits – O conjunto de 8 bits é igual a 1 byte – Endereço identifica as células 25/09/2013 Prof. João Dallyson (BCT – UFMA) Fundamentos da Computação 11 Endereço de 0 a (N-1) Memória Principal • Conceitos Básicos: – Endereço: • Número da célula que se pretende acessar; • De 0 a N-1 , onde N é a quantidade de células – Capacidade em células: • Número de células disponíveis na RAM • É sempre em potência de 2 – Largura de cada célula: • Quantos bits é possível armazenar em cada célula • Normalmente potência de 2 múltipla de 8 (ex: 8, 16, 32) • Também é denomina de palavra – Capacidade em bytes: • Número de células X Largura de cada célula 25/09/2013 Prof. João Dallyson (BCT – UFMA) Fundamentos da Computação 12 Endereços de Memória • Cada localização de memória tem um endereço: – Um número único, como em uma caixa postal. • Pode conter somente uma instrução ou peça de dados: – Quando dados são reescritos na memória, o conteúdo anterior desse endereço é destruído. • Referenciado pelo número: – As linguagens de programação usam um endereço simbólico (nomeado), tal como Horas ou Salário. 25/09/2013 Prof. João Dallyson (BCT – UFMA) Fundamentos da Computação 13 Endereços de Memória • Exemplo operação de escrita 25/09/2013 Prof. João Dallyson (BCT – UFMA) Fundamentos da Computação 14 Endereços de Memória • Exercício: – Suponha que você queira trocar os valores armazenados nas células de memória 2 e 3. O que está errado com a seguinte sequência de passos: • Passo1: Mover o conteúdo da célula número 2 para a célula número 3. • Passo2: Mover o conteúda da célula número 3 para a célula número 2. – Projete uma sequência de passos que troque corretamente o conteúdo dessas células. Se necessário, você pode usar mais células. 25/09/2013 Prof. João Dallyson (BCT – UFMA) Fundamentos da Computação 15 Memória Principal • Memória RAM (random access memory) 25/09/2013 Prof. João Dallyson (BCT – UFMA) Fundamentos da Computação 16 • Dados podem ser acessados aleatoriamente: – O endereço de memória 10 pode ser acessado tão rapidamente quanto o endereço de memória 10.000.000. • Tipos: – RAM estática – Static RAM (SRAM) – RAM dinâmica – Dynamic RAM (DRAM) Memória Principal • Memória RAM Dinâmica (DRAM) – São memórias que utilizam, para cada bit que pode ser armazenado, apenas um transistor e um capacitor; – Devido a característica desses circuitos os dados vão sendo perdidos com o tempo; – Como resolver isso? • Existem circuitos especiais que realimentam periodicamente o conteúdo de todas as células; – Memória mais simples, lenta e barata. 25/09/2013 Prof. João Dallyson (BCT – UFMA) Fundamentos da Computação 17 Memória Principal • Memória RAM estática (SRAM) – Utilizam de quatro a seis transistores integrados para cada bit que pode ser armazenado; – São mais velozes que a DRAM; – Não precisam fazer refresh periódico; – Porém são mais caras, por possuírem mais componentes integrados; 25/09/2013 Prof. João Dallyson (BCT – UFMA) Fundamentos da Computação 18 Memória Principal • Memória ROM (Read Only Memory) – Contém programas e dados registrados permanentemente na memória pela fábrica. • Não pode ser alterada pelo usuário. • Não-volátil: o conteúdo não desaparecerá quando houver queda de energia. • Chips de ROM programáveis (PROM): – Algumas instruções no chip podem ser alteradas. 25/09/2013 Prof. João Dallyson (BCT – UFMA) Fundamentos da Computação 19 Memória Cache • Uma área de armazenamento temporário: – Agiliza a transferência de dados dentro do computador. • Um pequeno bloco de memória de alta velocidade: – Armazena os dados e as instruções usados com mais frequência e mais recentemente. • O microprocessador procura primeiramente na cache os dados de que necessita: – Transferidos da cache muito mais rapidamente do que da memória. – Se não estiverem na cache, a unidade de controle recupera- os da memória. 25/09/2013 Prof. João Dallyson (BCT – UFMA) Fundamentos da Computação 20 Cache de Processador • Cache interna (Nível 1) embutida no microprocessador. – Acesso mais rápido, porém custo mais elevado. • Cache externa (Nível 2) em um chip separado. – Incorporada ao processador e alguns microprocessadores atuais. 25/09/2013 Prof. João Dallyson (BCT – UFMA) Fundamentos da Computação 21 Memória Auxiliar ● Definição: são memórias que não podemser endereçadas diretamente, necessitando da memória principal. ● Armazena as informações que estão na memória RAM ● Não-voláteis ● Exemplos de tipos: – Tecnologia magnética – Disco Flexível (Disquete), Disco Rígido (HD) – Tecnologia ótica – CD, DVD, Blu-Ray – Tecnologia Eletrônica – Memória Flash: Pen Drives, Cartões SD 25/09/2013 Prof. João Dallyson (BCT – UFMA) Fundamentos da Computação 22 Comparação memórias 25/09/2013 Prof. João Dallyson (BCT – UFMA) Fundamentos da Computação 23 Capacidades de Armazenamento • Byte – Como em qualquer unidade de medida no caso dos bytes também são usados múltiplos para representar grandes quantidades; 25/09/2013 Prof. João Dallyson (BCT – UFMA) Fundamentos da Computação 24 Transformações entre unidades 25/09/2013 Prof. João Dallyson (BCT – UFMA) Fundamentos da Computação 25 Byte KB MB GB TB PB EB ZB YB Do Menor para o Maior Eu Divido Do Maior para o Menor Eu Multiplico Medindo capacidade de memória • Kilobyte: 210 bytes = 1024 bytes – Example: 3 KB = 3 x 1024 bytes • Megabyte: 220 bytes = 1.048.576 bytes – Example: 3 MB = 3 x 1,048,576 bytes • Gigabyte: 230 bytes = 1.073.741.824 bytes – Example: 3 GB = 3 x 1,073,741,824 bytes 25/09/2013 Prof. João Dallyson (BCT – UFMA) Fundamentos da Computação 26 Exercício: Quantos bits existem na memória de um computador com 4KB de memória? Representação de Dados • Bit – Abreviação de binary digit (dígito binário). – Dois valores possíveis: • 0 e 1 (Nunca pode estar vazio). – Unidade básica para armazenar dados: • (0 significa desligado; 1 significa ligado). • Byte – Um grupo de 8 bits. • Cada byte tem 256 (28) valores possíveis. – Para texto, armazena um caractere: • Pode ser letra, dígito ou caractere especial. – Dispositivos de memória e armazenamento são medidos em número de bytes 25/09/2013 Prof. João Dallyson (BCT – UFMA) Fundamentos da Computação 27 Representação de Dados • Palavra – O número de bits que a CPU processa como uma unidade. • Tipicamente, um número inteiro de bytes. • Quanto maior a palavra, mais potente é o computador. • Computadores pessoais tipicamente têm 32 ou 64 bits de extensão de palavras. 25/09/2013 Prof. João Dallyson (BCT – UFMA) Fundamentos da Computação 28 Representação de Dados • Os computadores entendem duas coisas: – ligado e desligado. • Dados são representados na forma binária: – Sistema numérico binário (base 2). – Contém somente 2 dígitos: 0 e 1. – Corresponde a dois estados: ligado e desligado. 25/09/2013 Prof. João Dallyson (BCT – UFMA) Fundamentos da Computação 29 Representação de Números • Notação Binária: – Usa bits para representar um número em base 2 • Limitações do computador na representação: – Overflow: • Ocorre quando o valor é muito grande para ser representado – Truncamento: • Ocorre quando o valor não pode ser representado corretamente 25/09/2013 Prof. João Dallyson (BCT – UFMA) Fundamentos da Computação 30 Representação de Números • Números positivos e negativos 25/09/2013 Prof. João Dallyson (BCT – UFMA) Fundamentos da Computação 31 Em módulo e sinal Em complemento de 2 Representação de Texto • Cada caracter (letra, pontuação, etc.) é representado por um único padrão de bits. – ASCII • Usa padrão de 7-bits para representar muitos símbolos usados – ISO • Desenvolveu uma representação de 8 bits (extensão da tabela ASCII), para suportar um grupo maior de idiomas – Unicode • Usa padrões de 16 bits para representar a maioria dos símbolos utilizados pelos idiomas no mundo. 25/09/2013 Prof. João Dallyson (BCT – UFMA) Fundamentos da Computação 32 Tabela ASCII • American Standard Code for Information Interchange (ASCII) – Define 128 representações – Alfabeto inglês minúsculo e maiúsculo (52) – Dígitos decimais (10) – Caracteres especiais (33) – Caracteres de controle (33) 25/09/2013 Prof. João Dallyson (BCT – UFMA) Fundamentos da Computação 33 Tabela ASCII 25/09/2013 Prof. João Dallyson (BCT – UFMA) Fundamentos da Computação 34 Mensagem “Hello.” em ASCII 25/09/2013 Prof. João Dallyson (BCT – UFMA) Fundamentos da Computação 35 Converta: 01000010 01101111 01101101 Converta: UFMA Representação • Exemplo: – Digite o nome da disciplina no bloco de notas: “Fundamentos da computação” • Tamanho: 25 bytes • Tamanho do disco:? 25/09/2013 Prof. João Dallyson (BCT – UFMA) Fundamentos da Computação 36 Representação de Imagens 25/09/2013 Prof. João Dallyson (BCT – UFMA) Fundamentos da Computação 37 Representa 1 Representa 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Qual é o tamanho desta imagem? Se cada quadro tem 1 bit e eu tenho 10 colunas x 10 linhas; Eu tenho um total de 100 bits, assim eu tenho um total 12,5 bytes; Representação de Imagens Coloridas 25/09/2013 Prof. João Dallyson (BCT – UFMA) Fundamentos da Computação 38 Profundidade da Cor (N. de bits de cor) N. de cores possíveis 4 24 = 16 8 28 = 256 16 216=65.536 (Hi Color) 24 224=16.777.216 (RGB True Color) 32 232=4.294.967.296 (CMYK True Color) Formatos: BMP, JPG, PNG, GIF Exemplo: Uma imagem BMP de 800 x 600 e com profundidade 24 bits = 800x600x24 = 1.44 MB Representação de Vídeo • Um vídeo é um conjunto de imagens estáticas apresentadas a uma determinada velocidade dando a idéia de movimento; • Sabendo-se disso, pode-se afirmar que um segundo de filme (800x600) equivale a 43,2 MB e um filme de 2 horas equivale a 311 GB; – 800x600x24 1,44 MB = Tamanho de cada quadro; – 30 quadros por segundo = Velocidade; – 1 segundo 30 x 1,44 = 43,2 MB por segundo – Duas horas filme equivale 7200 segundo, assim 7200 x 43,2 311 GB; • Tamanho obtido de 311GB é grande demais: – Utiliza-se Codec(Codificador/Decodificador) : – MPEG, QuickTime, AVI, DIVX, MP4 25/09/2013 Prof. João Dallyson (BCT – UFMA) Fundamentos da Computação 39 Exercícios 1. Suponha que um digitar possa digitar 60 palavras por minuto continuamente, dia após dia. Quanto tempo levaria para que esse digitador preenchesse um CD cuja capacidade é 640 MB? Assuma que uma palavra contém cinco caracteres e que cada caractere requer um byte de armazenamento. 2. Quantos bytes de espaço de armazenamento seriam necessários para armazenar um livro de 400 páginas no qual cada página contém 3500 caracteres se fosse usado ASCII? Quantos bytes seriam necessários se fosse usado Unicode? 3. O que se ganha ao aumentar a velocidade de rotação de um disco ou de um CD? 4. Por que os dados em um sistema de reservas que são constantemente modificados devem ser armazenados em um disco magnético em vez de CD ou DVD? 25/09/2013 Prof. João Dallyson (BCT – UFMA) Fundamentos da Computação 40 Material Didático • Organização e Arquitetura de Computadores (Eliane Mariade Bortoli Fávero). Capítulo 4. –redeetec.mec.gov.br/images/stories/pdf/eixo_infor_comun/te c_inf/081112_org_arq_comp.pdf •Organização de Computadores – Notas de aula (Marcelo Trindade Rebonatto). Capítulo 3. –usuarios.upf.br/~rebonatto/organizacao/organizacao.pdf 25/09/2013 Prof. João Dallyson (BCT – UFMA) Fundamentos da Computação 41 Referências • TANENBAUM, A. S. Organização Estruturada de Computadores. 5ª Ed. São Paulo: Prentice-Hall,2007. • DELGADO, J.; RIBEIRO, C. Arquitetura de Computadores. 2.ed. LTC, 2009. • MARÇULA, M.; BENINI FILHO, P. A. Informática Conceitos e Aplicações. 3ª Ed. São Paulo: Érica, 2008. • VELLOSO, F. C. Informática Conceitos Básicos. 8.ed. Rio de Janeiro: Elsevier, 2011. 25/09/2013 Prof. João Dallyson (BCT – UFMA) Fundamentos da Computação 42 Perguntas.... 25/09/2013 Prof. João Dallyson (BCT – UFMA) Fundamentos da Computação 43
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