Aula 1 Organizaçao de Computadores

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Prof. Adriana
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ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES
História
1000 A.C. - ÁBACO.. Ainda usado atualmente. "Armazena" números reunindo contas.
1623 D.C. - BINÁRIO.. Francis Bacon foi o primeiro a usar aritmética de base 2.
l642 - MÁQUINA DE SOMAR.. Blaise Pascal inventou a calculadora mecânica, a primeira máquina de calcular baseada em engrenagens dentadas. Só era capaz de somar e subtrair.
1671 - CALCULADORA.. Gottfried von Leibniz projetou uma máquina ampliando os estudos de Pascal. Essa calculadora além de somar e subtrair, também multiplicava, dividia e extraia raízes quadradas.
1802 - CARTÕES PERFURADOS.. Joseph Jacquard construiu um tear que memorizava os modelos de fábrica em cartões perfurados.
1822 - APARELHO DA DIFERENÇA.. Charles Babbage estabeleceu os princípios de funcionamento dos computadores eletrônicos no projeto de sua "máquina diferencial", capaz de resolver polinômios de até oito termos.
1834 - MÁQUINA ANALÍTICA.. Babbage formulou muitas das idéias do computador moderno. Esta máquina era capaz de executar operações matemáticas em uma seqüência especificada e pode ser considerada a precursora do computador moderno.
1847 - ÁLGEBRA BOOLEANA.. George Boole introduziu raciocínios matemáticos baseados em condições verdadeiras ou falsas.
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ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES
História (cont)
1890 - PROCESSO DE INFORMAÇÃO.. Hermann Hollerith usou cartões perfurados no censo dos Estados Unidos.
1943 - COLOSSUS.. O primeiro computador eletromecânico do mundo (para uso de cálculos de balística durante a 2º grande guerra.
1946 - ENIAC.. Construído o primeiro computador a válvula nos Estados Unidos.
1947 - VON NEUMANN.. Influenciou no projeto e desenvolvimento de computadores num estudo sobre o ENIAC. Propôs que os programas fossem internos à máquina, passo decisivo para a construção do computador eletrônico.
1948 - O TRANSISTOR.. Inventado por Willian Shockley.
1949 - MARK 1.. O primeiro computador construido de acordo com o plano de Von Neumann.
1957 - FORTRAN.. A primeira linguagem de alto nível para computadores. A IBM produziu seu primeiro computador
1963 - CIRCUITOS INTEGRADOS.. Início da produção.
1964 - BASIC.. Invenção da linguagem mais popular dos microcomputadores.
1972 - LSI.. Circuitos de intregração de grande escala: o chip.
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ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES
História (cont)
1982 - O SPECTRUM.. Primeiro e popular micro em cores.
1990 - Popularização do uso de microcomputadores para uso comercial, industrial e doméstico
1995 - Popularização da Internet para uso comercial, industrial e doméstico.
2000 - A QUINTA GERAÇÃO.. Cada vez mais se avança na pesquisa para criar um computador auto-programável (inteligência artificial)..
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Conceitos Básicos
PROCESSAMENTO DE DADOS
É a atividade que consiste em  transformar informações  com  o objetivo de obter outras informações,  ou  as mesmas  informações  sob  outra  forma 
 para  alguma   finalidade prática. Podemos estender o conceito de processamento de dados  à todas as atividades que, a partir de dados conhecidos, através de processamento,  conduzem  a  resultados procurados,  com  ou  sem emprego de qualquer equipamento auxiliar.
 
DADOS
São  informações sistematicamente  registradas.  Os  dados podem ser classificados em:
Numéricos: formados exclusivamente por números. (usado para cálculo)
Alfanuméricos: formado por letras, números e sinais (texto)
Imagens
Sons
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Conceitos Básicos
COMPUTADOR
É uma máquina capaz de armazenar e  processar  grande quantidade  de  
 informações. É todo  dispositivo  capaz  de  ler informações,  de  aplicar determinado processamento  prescrito  a essas   informações   e   de   
 fornecer   os   resultados   desse processamento. Todo serviço por ele executado é efetuado  através dos seguintes processos básicos:
Entrada de dados: ler os valores iniciais e constantes
Armazenamento: armazenar os dados lidos (na memória)
Processamento: efetuar a transformação ou organização dos dados
Saída de dados: fornecer os resultados obtidos.
 As características básicas de um computador são:
Alta velocidade: na execução de suas operações
Grande capacidade de armazenar informações
Programação: capacidade de executar longa seqüência alternativa de operações
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Conceitos Básicos
COMPUTADOR
Os componentes básicos (hardware) que compõe um  computador ou  um  sistema  de  computação podem  ser  divididos  em  quatro categorias:
Unidade Central de Processamento (UCP ou CPU)
Memória (unidades de armazenamento)
Unidade de Entrada de Dados (unidades periféricas ou periféricos)
Unidade de Saída de Dados 
 
 unidades de unidade central de unidades de 
 entrada processamento saída
 
 
 memória
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Computador
Unidade Central de Processamento:
Em inglês CPU (Central Processing Unit) é o centro de um  sistema de processamento de dados. É o verdadeiro cérebro do  computador, responsável pelo processamento em si e se subdivide em Unidade de Controle e Unidade Lógica e Aritmética (ULA).
Unidade de Controle: controla e ordena as operações a serem realizadas para dar o tratamento  adequado  aos  dados,  obedecendo  as  informações contidas  no  programa.  Graças à ela  as  várias  unidades  do sistema operam harmonicamente, pois ela possui meios de dirigir e coordenar  as  atividades das demais unidades do  sistema.  Desse modo ela executa as seguintes tarefas:
analisa cada instrução de um programa
controla as informações na memória principal
ativa a Unidade Lógica e Aritmética quando uma instrução for do tipo  aritmético (soma, subtração, etc.) ou  lógica  (comparação, desvio, etc..)
ativa  os canais de entrada e saída, selecionando os  dados  a serem  transferidos  e  o  dispositivo  que  será  empregado   na transferência.
OBS:  A  unidade de controle é a única a ter  acesso  às  demais. Todas  as  outras unidades enviam informações para a  unidade  de controle.
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Computador
Unidade  Lógica e Aritmética: a  Unidade de Controle é responsável pelo acesso  a  Unidade Lógica  e Aritmética (ULA) que opera sobre os dados  que  recebe, seguindo as instruções dadas pela Unidade de Controle. Na Unidade Lógica  e  Aritmética  são  executadas  as  instruções  do   tipo aritmético (soma, subtração, multiplicação, divisão, etc.) e do tipo lógico (comparações, desvios lógicos, tomada de decisões, etc...).
Memória
 A  memória  de  um computador é formada  por  qualquer  meio físico  capaz  de armazenar dados e  permitir  a  sua  posterior recuperação.   No  computador  ela tem  como função armazenar informações  para posterior execução de uma tarefa, bem  como  os dados necessários  para se atingir os resultados  desejados.  Em resumo:  é  usada  para guardar os dados  lidos,  os  resultados intermediários  e  finais obtidos e uma cópia do programa  que o computador  está  executando. 
  Existem  dois  tipos de  memória: memória principal e memória secundária (ou auxiliar).
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Computador
Memória Principal 
A) Memória ROM: as  informações  armazenadas pela ROM (Read  Only  Memory  - memória  apenas  para leitura) não podem  ser  alteradas. 
  Essas informações já vem gravadas de fábrica e não podem ser alteradas. No  momento  em  que  o computador é ligado a  memória  ROM é  a primeira  a  
 ser  ativada  e  as  instruções  nela  contidas  são executadas: essas instruções são responsáveis pelo BOOT (partida) do  computador,  ou  seja,  faz uma  rápida checagem interna  do equipamento,  procura  o sistema operacional nas unidades de disco (memória secundária). Encontrado  o  sistema  ele  é  carregado  na  memória  RAM  e
o computador está pronto para ser usado. No caso do S.O.  não  ter sido  encontrado é exibida na tela uma mensagem pedindo para  que seja  inserido  um disquete contendo o sistema. Ai acaba  a  ROM. Nesse   tipo   de  memória  essas   instruções   estão   gravadas permanentemente, porque de outro modo, elas desapareceriam ao ser desligado o computador. Quando uma instrução está gravada de modo permanente,  
 ela  é  dita não volátil, isto é,  seu  conteúdo se mantém, mesmo depois de desligado o computador.
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Computador
Memória Principal
B) Memória RAM: é  a  parte  da memória residente onde  o  usuário  tem acesso total, quer para leitura ou para gravação. As  informações gravadas  na  RAM  (Random  Access Memory  - memória de  acesso randômico ou aleatório)  não tem uma seqüência obrigatória para a localização de  dados,  que poderão ser lidos ou gravados  na  seqüência  que desejarmos em  qualquer  posição da memória.  Os  comandos  mais usados do S.O. são carregados na memória RAM, assim como qualquer software  que  esteja sendo usado no momento, pois o  acesso  aos dados  da  RAM  é bem mais rápido, visto  que  não  é  necessário nenhuma operação  física  (movimento  do cabeçote  de  leitura, localização  da  informação  em disco, etc..), já  que  a  RAM  é mantida pela eletricidade e os dados nela gravados estão prontos para serem usados. A memória RAM é volátil, isto é, seu  conteúdo desaparece ao ser desligada a energia que alimenta o  computador. Por  isso,  sempre deve haver uma gravação do  material  que  está sendo trabalhado, senão ele será perdido para sempre.
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Computador
Memória (cont)
2 - Memória Secundária: são  os  meios de armazenamento de dados ou  informações  em dispositivos  externos ao computador. Possui  normalmente  grande capacidade  de armazenamento de informações e custo reduzido, mas a velocidade  de acesso  é  menor do que a da memória principal, pois implica  em operações físicas (de hardware). A vantagem principal da  memória secundária (ou auxiliar) está no fato do  seu  conteúdo 
  ficar gravado  para posterior acesso após o computador ser desligado  e  
 servir  para armazenar grande quantidade de dados  (de forma permanente). Exemplos: disquetes, HD, fitas, cds, etc...
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Computador
Memória
RAM – 64MB (tipo SRAM)
ROM (tipo PROM)
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Computador
Dispositivos de entrada e saída de dados:
Unidades de Entrada de Dados:
Estas unidades têm por missão receber as informações de um ou  mais meios  e  transferi-las  para a memória  principal.  Elas são responsáveis por converter a informação de um formato que o ser humano compreenda (números, letras, sons, imagens) para o formato digital (binário) que o computador trabalha. Exemplos  de dispositivos de entrada de dados:
Scanner
Unidade de CD-ROM
Microfone
Leitora de caractere ótico ou magnético
Teclado
Mouse
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Computador
Dispositivos de entrada e saída de dados:(cont)
Unidades de Saída de Dados: servem  para efetuar a transformação de dados que estão na  memória do computador (em formato binário) para uma forma  acessível  e  
 manipulável  ao  ser  humano (números, letras, sons, imagens).  Exemplos de dispositivos de saída de dados:
Monitor
Caixas acústicas
Impressora
 Unidades de Entrada e Saída de Dados: são  utilizadas  para  que a informação possa entrar  e  sair  da memória  principal,  mas nem  por isso  ela  estará  em  formato acessível ao ser humano, pois muitos desses dispositivos são usados para transferir dados de um computador para outro ou para armazenar dados que foram ou serão processados na memória principal:
Winchester (disco rígido) / Hard Disk (HD)
Unidade de disco flexível (disquete)
Placa de fax-modem
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Computador
Dispositivos de entrada e saída de dados:(cont)
 As  unidades  de  entrada, saída, entrada e saída de  dados  e  a memória  secundária são também chamadas de Unidades Periféricas. Esse nome vem do fato de que esses  dispositivos  permanecem, geralmente,   ao  largo, em volta  da  Unidade   Central de Processamento.  Os  periféricos  são portanto,  que  permitem  ao computador comunicar-se com o exterior, tanto para colher dados e mostrar resultados, como para armazenar informações.
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Computador
UNIDADES DE MEDIDA DA INFORMAÇÃO: BIT E BYTE
 O  computador para entender e processar informações  precisa codificar  (traduzir) os dados que fornecemos para um  estado  de sinais   elétricos,   que  são  usados internamente. 
 Como   na eletricidade  podemos estabelecer apenas dois  estados  elétricos estáveis (ligado e desligado) adotou-se um sistema representativo que igualmente  tivesse  apenas  dois símbolos   para   sua representação, que é o sistema binário (base 2).
A  máquina entende como "1" sempre que encontrar  um  estado elétrico  ligado (geralmente 5 voltz) e como "0" um estado elétrico  desligado (0 voltz).  Assim cada estado desses representa um bit e um conjunto de  8  bit's forma um byte. Um byte representa uma letra:
Exemplo de codificação ASCII letra A = 10100001
A  memória  é  dividida em endereços e em  cada  endereço  é armazenado  um  byte. O byte é a combinação lógica de  bit's  que corresponde  às  letras, números e símbolos especiais  de  nossa linguagem:
Byte = 1 caractere, conjunto de 8 bit's
Bit = Binary Digit (dígito binário) pode ser 0 ou 1
Byte = Binary Term (termo binário)
byte
bit
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Computador
UNIDADES DE MEDIDA DA INFORMAÇÃO: BIT E BYTE
  Os caracteres que podem ser armazenados nos bytes podem ser: 
numéricos (0 a 9)
alfanuméricos (números, letras, símbolos, etc)
Com um conjunto de 8 bit's (um byte) podemos representar até 256 caracteres diferentes, codificados de 00000000 até  11111111, ou  seja  o suficiente para todas as letras, números e  símbolos especiais usados pelos computadores. Das muitas e diferentes tabelas de codificação de caracteres diferentes,  uma  merece  destaque  especial,  por  ser  a   mais amplamente utilizada, a tabela de caracteres ASCII. Criada  para  normalizar a codificação dos  caracteres  dos computadores  de  modo a permitir o  intercâmbio  de informações entre  eles,  a ASCII - American Standard  Code  for  Information Interchange, representa um padrão mundial. Ex:
A = 10100001 0 = 01010000 
B = 10100010 1 = 01010001
C = 10100011 2 = 01010010
D = 10100100 3 = 01010011
E = 10100101 4 = 01010100
Sendo  o  byte uma unidade representativa de  informação,  é através  dele e de seus múltiplos (kilobyte, megabyte,  etc)  que são  medidas  as  capacidades  de  armazenamento de  dados   nas memórias, suporte de dados, etc...
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Computador
UNIDADES DE MEDIDA DA INFORMAÇÃO: BIT E BYTE
 Os múltiplos do byte são
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Computador
UNIDADES DE MEDIDA DA INFORMAÇÃO: BIT E BYTE
Alguns exemplos: (DD = double density HD = High density)
disquete 5 1/4" DD = 36O Kbytes
disquete 5 1/4" HD = 1,2 Mbytes
disquete 3 1/2" DD = 720 Kbytes
disquete 3 1/2" HD = 1,44 Mbytes
CD = aproximadamente 650 mbytes
1 foto 3 x 4 (alta qualidade) = 390 Kbytes
1 minuto de música (qualidade de cd – padrão WAV) = 8,57 Mbytes
1 minuto de música (padrão MP3) = 470 Kbytes
1 disquete de ZIP DRIVE = 100 Mbytes
 
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Computador
SISTEMAS DE NUMERAÇÃO
Quando o homem descobriu as noções de quantidade e número as suas transações envolviam apenas números pequenos. Para cada um desses números foi inventado um nome e posteriormente, quando apareceu a numeração escrita, um símbolo .
Com o desenvolvimento da civilização surge a necessidade de utilizar-se números maiores. Como não seria racional criar tantos símbolos quanto são os números a representar surgiram, assim, os sistemas de numeração que, tendo uma determinada quantidade de símbolos, permitem a representação de qualquer número, bastando dispor os símbolos segundo um critério estabelecido. 
Os sistemas de numeração são classificados segundo dois grandes grupos:
não posicionais
posicionais
 Sistemas de Numeração Não Posicional: são aqueles em que o valor de um símbolo não depende da posição que ele ocupa na representação do número (os símbolos tem um valor próprio que não muda com a posição). Ex: sistema romano.
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Computador
SISTEMAS DE NUMERAÇÃO (cont)
Sistemas de Numeração Posicional: são aqueles em que os símbolos assumem valores diferentes, dependendo da posição que ocupam dentro da representação do número.
A quantidade de símbolos distintos que podem ocupar uma posição do número (ordem) ‚ igual ao do sistema. As convenções fundamentais a que os sistemas posicionais obedecem são:
Num sistema de numeração de base "b", são necessários "b" unidades de uma determinada ordem para formar uma unidade de ordem imediatamente superior.
Num sistema de numeração de base "b", um algarismo escrito imediatamente à esquerda de um outro, vale "b" vezes mais do que se estivesse no lugar deste outro.
 Principais sistemas posicionais:
sistema binário 
sistema decimal (arábico)
sistema octal
sistema hexadecimal
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Computador
SISTEMAS DE NUMERAÇÃO (cont)
Sistemas de Numeração Posicional:
Valor da Posição
É o valor que tem cada algarismo por ocupar, dentro do número, determinada posição. Em um sistema posicional, um número inteiro e positivo pode ser desdobrado em uma soma de potências em que a base‚ o número de símbolos e o expoente tem um valor que depende da posição.
As sucessivas posições, da direita para a esquerda, tem um peso que são as sucessivas potências de base: b0, b1, b2, b3,..., bn
Símbolos dos principais sistemas:
binário.....: 0 e 1
octal.......: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7
decimal.....: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9
hexadecimal.: 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F
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Computador
SISTEMAS DE NUMERAÇÃO (cont)
Sistemas de Numeração Posicional:
Decomposição de um número:
número 97210 (decimal)
9 7 210 As potências representam os
 | | | pesos de cada ordem. 
 102 101 100 
 
97210 = 9x102 + 7x101 + 2x100
97210 = 9x100 + 7x10 + 2x1
 
número 1011102 (binário)
1 0 1 1 1 02
 | | | | | |
 25 24 23 22 21 20
 1011102 = 1x25 + 0x24 + 1x23 + 1x22 + 1x21 + 0x20
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Computador
Mudança de Base
 A mudança de base consiste em transformar um número escrito em um sistema para outro, sem alterar o seu valor. Isso é possível já  que a notação posicional obedece à regras bem definidas, aplicadas igualmente aos diversos sistemas de numeração posicional.
 TRANSFORMAÇÃO DE NÚMEROS DA BASE BINÁRIA PARA A BASE DECIMAL:
 Apenas é necessário decompô-los e efetuar as operações aritméticas indicadas. Exemplos:
 binários para decimal: número 11012
  1 1 0 1
 | | | |
 23 22 21 20
 11012 = 1x23 + 1x22 + 0x21 + 1x20
11012 = 1x8 + 1x4 + 0x2 + 1x1
11012 = 8 + 4 + 0 + 1
11012 = 1310
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Computador
Mudança de base (cont):
TRANSFORMAÇÃO DE NÚMEROS DA BASE DECIMAL PARA NÚMEROS DA BASE BINÁRIO
O método baseia-se na divisão sucessiva do número pela base desejada até que a divisão não seja mais possível. As divisões que se seguem à primeira são feitas com o quociente da divisão anterior. O número na nova base, ‚ formado pelo último quociente obtido, seguido, na ordem inversa das divisões, pelos restos obtidos. Exemplos:
decimal para binário: número 1410
assim: 1410 = 11102
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Computador
Exemplo: 
Mudança de base: (binária para decimal) outra forma. 
100012  ( ) 10
 256 128 64 32 16 8 4 2 1
 1 0 0 0 1
		 16 + 1
 ---------------------------------------------
 			1710
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Computador
Exemplo:
10101012  ( ) 10
 256 128 64 32 16 8 4 2 1
 1 0 1 0 1 0 1
		 64 + 16 + 4 + 1
 ---------------------------------------------
 8510
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Computador
Exemplo:
1111102  ( ) 10
 256 128 64 32 16 8 4 2 1
 1 1 1 1 1 0
			 32 +16 +8 +4 +2 
---------------------------------------------
 6210
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Computador
Exemplo:
1011112  ( ) 10
 256 128 64 32 16 8 4 2 1
 1 0 1 1 1 1
				32 +8 +4 +2+1 
---------------------------------------------
 4710
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Exercícios
1) Converter os números abaixo para base decimal:
A) 111012 B) 1000112 C) 101011102 
2) Converter os números decimais abaixo para base binária:
a) 23 b) 9 c) 14 d) 1423 e) 502 f) 24201
g) 1000 h)203 i) 810
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Exercícios
3) Quais os tipos de memória que o computador possui? Escreva sobre suas características.
4) Qual o significado da sigla CPU? Como ela funciona?
5) Comente sobre as características da Unidade de Controle (UC) e Unidade Lógica e Aritmética (ULA).