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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DOS VALES DO JEQUITINHONHA E MUCURI Sistemas de Informação 2º /2014 FUNDAMENTOS DE SISTEMAS DE INFORMAÇÃO Fábio Moreira Guilherme Nominato Kaio Nascimento Wanderson Mendes Diamantina, 15 de novembro de 2014. 2 Fábio, Guilherme, Kaio e Wanderson INFRAESTRUTURA DE TI Hardware Trabalho apresentado como atividade avaliativa da disciplina Fundamentos de Sistemas de Informação da Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri - Campus Diamantina (UFVJM), aplicada pelo docente Claudia Berti. Diamantina, 15 de novembro de 2014. 3 Sumário 1. Introdução .................................................................................................... 5 2. Hardware ..................................................................................................... 6 3. Tipos de computadores ............................................................................... 7 3.1 Placa mãe e gabinete ............................................................................... 7 3.2 Processador ............................................................................................. 7 3.3 Fonte ........................................................................................................ 7 3.4 Hardwares adicionais ............................................................................... 8 3.5 Sistema operacional ................................................................................. 8 3.6 Outros componentes ................................................................................ 9 3.7 O desktop ................................................................................................. 9 3.8 Laptops ou Notebooks .............................................................................. 9 3.9 PAD ........................................................................................................ 10 3.10 Workstation, ou estação de trabalho ................................................... 10 3.11 Servidores ........................................................................................... 11 3.12 Mainframe ........................................................................................... 11 3.13 Minicomputador ................................................................................... 12 3.14 Supercomputador ................................................................................ 12 4. CPU (Central de Processamento Unitário) ................................................ 13 5. Dispositivos de entrada e saída ................................................................. 13 6. Dispositivos de Armazenamento ............................................................... 14 6.1 IDE/ATA ................................................................................................. 14 6.2 SATA ...................................................................................................... 14 6.3 SCSI ....................................................................................................... 15 6.4 SAS ........................................................................................................ 15 4 6.5 Computação em Nuvem ......................................................................... 15 7. Tendências de hardware ........................................................................... 16 7.1 SSD ........................................................................................................ 17 7.2 Raspberry Pi ........................................................................................... 17 7.2.1 Como funciona .................................................................................... 18 5 1. Introdução Antes de iniciarmos nosso trabalho, devemos esclarecer o que é sistemas de informação (SI), segundo Laudon & Laudon, SI é um conjunto de componentes inter-relacionados que coleta, processa, armazena e dissemina informações, para apoiar a tomada de decisões, a coordenação e o controle de algum processo. Sistemas de computação é toda a estrutura de operação de um conjunto de computadores, abrangendo o processamento, a memória, a comunicação de dados, os dispositivos de entrada e saída, os sistemas operacionais e compiladores. Enfim, abrange tanto o hardware quanto software em um sistema de informação. A infraestrutura de TI é composta de cinco elementos principais: hardware, software, tecnologias de gerenciamento de dados, tecnologias de rede e telecomunicações e serviços de tecnologias. Neste trabalho, iremos abordar o tema Hardware. 6 2. Hardware Segundo Carneiro (2006) hardware são componentes físicos do computador que representam o potencial de recursos a serem utilizados. Enquanto isso Laudon e Laudon (2007) define hardware como a tecnologia para processamento computacional, armazenamento, entrada e saída de dados. Segundo os autores inclui, também, equipamentos que reúnem e registram dados, meios físicos de armazenamento e dispositivos para a saída de informação. Então hardware é a parte física do computador, ou seja, é o conjunto de componentes eletrônicos, circuitos Integrados e Equipamentos necessários para a coleta, processamento, armazenamento e distribuição da informação. A maioria das atividades de uma empresa envolve a manipulação de grande quantidade de dados e informações, por isso, os computadores são a ferramenta ideal para auxiliar o homem no manuseio desses dados explica Carneiro (2006). Segundo Alves (2001) as tarefas impostas aos sistemas computacionais estão exigindo técnicas cada vez mais complexas e como o cérebro humano é limitado naturalmente, estão sendo utilizados computadores dotados de grande velocidade de processamento e capazes de manipular grandes quantidades de dados com alta precisão para fazê-lo. Os computadores estão se tornando cada vez mais rápidos, pequenos e baratos, além de fáceis de estarem interligados em rede. O autor ainda explica que segundo a “Lei de Moore” a capacidade dos computadores dobra a cada 18 meses. Em 1946, surgiu o primeiro grande computador eletrônico, ele tinha 170 m2 e consumia 150000 watts para executar 5 mil adições e subtrações por segundo. Hoje estamos na quinta geração de computadores, que são caracterizados pela alta definição de imagem, uma maior velocidade de processamento, dispositivos de armazenamento com grande capacidade e pequeno volume. 7 3. Tipos de computadores Antes de apresentarmos os principais tipos de computadores, iremos mostrar as partes essenciais de um computador, relevantes para seu funcionamento. 3.1 Placa mãe e gabinete A placa mãe é o circuito principal do computador. Todos os outros componentes se ligam à placa mãe, a qual está segura dentro do gabinete. O gabinete cobre todas as partes essenciais do computador exceto para componentes exteriores, como o monitor, teclado, mouse e alto-falantes. 3.2 Processador O processador, também chamado de Unidade Central de Processamento (CPU - Central Processing Unit), é um pequeno chip que liga na placa mãe. A CPU é o cérebro do computador, o qual processa todas as informações e funções. 3.3 Fonte A fonte consiste em uma pequena caixa de metal contendo os componentes de força e um pequeno ventilador para ventilação. A fonte fica segura dentro do gabinetee liga-se à placa mãe. Ela também liga as outras 8 partes dentro do gabinete. O cabo de alimentação do computador encaixa-se na fonte. 3.4 Hardwares adicionais O computador requer duas mais peças de hardware: um disco rígido e memória. O disco rígido é o armazém do computador. Todo software é instalado no disco rígido e arquivos criados são salvos nele. A memória, ou RAM, são pequenos circuitos que contém variadas quantidades de espaço para arquivos. A RAM conecta diretamente na placa mãe. Hardwares adicionais, como por exemplo, drives DVD-ROM, placas de vídeo e placas de som são opcionais, pois eles não são necessários para o funcionamento do computador. Essas "placas" são pequenos circuitos que se ligam diretamente na placa mãe. Algumas placas mães já possuem placas de vídeo e som já integrados, fazendo com que novas placas sejam desnecessárias. Drives ópticos como o DVD-ROM ou CD-ROM poderão simplesmente instalar softwares e melhorar a capacidade de um computador. 3.5 Sistema operacional Computadores necessitam de sistemas operacionais para funcionarem. O sistema operacional é um software que é instalado no disco rígido e roda todas as funções do computador. 9 3.6 Outros componentes Outros componentes que são essenciais em um computador são o monitor, o teclado e o mouse. Alto-falantes não são necessários, mas eles melhoram sua experiência com som. Tais componentes ligam-se atrás do gabinete. O monitor mostra as informações do computador e possui sua própria fonte. O teclado e o mouse são dispositivos que permitem com que você se comunique com o computador. 3.7 O desktop Um PC que não é desenhado para portabilidade é um computador desktop. A expectativa com os sistemas desktop é de que você vai colocá-lo em um local permanente, como a sua estação de trabalho no escritório ou em seu home office. A maioria dos desktops oferece mais poder, mais capacidade de armazenamento e maior versatilidade por menos custo que seus irmãos portáteis. 3.8 Laptops ou Notebooks O laptop (ou notebook) é um computador portátil, que pode ser usado com bateria ou na tomada, desenvolvido para fácil transporte e conveniência. Os laptops pesam em média três quilos. A principal característica de um computador portátil é unir as funcionalidades de um computador comum em uma única unidade compacta. Seus componentes são menores que os de um desktop, utilizam pouca energia e produzem menos calor que componentes de desktops. Pela maior dificuldade de produção, é muito comum encontrar um portátil com as mesmas capacidades de um convencional, porém mais caro. 10 O processador de um notebook trabalha em menor voltagem para reduzir a produção de calor, com isso sua capacidade também é reduzida. Geralmente, o processador funciona melhor com o portátil ligado à tomada. O disco rígido de um laptop geralmente têm menor capacidade e tamanho menor. Eles trabalham em velocidade menor para reduzir emissão de calor e consumo de energia. As baterias de um computador portátil podem ser de níquel/cádmio, níquel híbrido ou de íon lítio. As baterias mais modernas são feitas de íon lítio. Elas pesam menos, duram bastante e não sofrem efeito memória. 3.9 PAD Os Personal Digital Assistants (PDAs) são computadores firmemente integrados que, com frequência, usam memória flash em vez de disco rígido para armazenamento. Esses computadores geralmente não têm teclado, mas se baseiam na tecnologia de tela sensível ao toque para a entrada de dados pelo usuário. Os PDAs são geralmente menores que um livro de bolso, muito leves e com bateria de duração e vida útil razoável. Uma versão levemente maior e mais pesada do PDA é o computador de mão, ou handheld. 3.10 Workstation ou estação de trabalho Uma Workstation é simplesmente um desktop com um processador mais poderoso, memória adicional e capacidade melhorada para desempenhar um grupo especial de tarefas, como renderização de gráficos 3D ou desenvolvimento de jogos. 11 3.11 Servidores Um servidor é, basicamente, um computador mais potente do que seu desktop comum. Ele foi desenvolvido especificamente para transmitir informações e fornecer produtos de software a outros computadores que estiverem conectados a ele por uma rede. Os servidores têm o hardware para gerenciar o funcionamento em rede wireless e por cabo Ethernet, normalmente através de um roteador. Eles foram desenvolvidos para lidar com cargas de trabalho mais pesadas e com mais aplicativos, aproveitando a vantagem de um hardware específico para aumentar a produtividade e reduzir o tempo de inatividade. 3.12 Mainframe Um mainframe é um computador de grande porte, dedicado ao processamento de um volume gigantesco de informações. Os mainframes são capazes de oferecer serviços de processamento a milhares de usuários através de terminais conectados diretamente ou através de uma rede. A distinção entre supercomputadores e mainframes não é clara e direta, mas geralmente falando, os supercomputadores são utilizados na solução de problemas em que o tempo de cálculo é um limite, enquanto os mainframes são utilizados em tarefas que exigem alta disponibilidade e envolvem alta taxa de transferência de dados (internos ou externos ao sistema). Os mainframes são voltados para tarefas diárias que exigem um nível de segurança muito alto, o que é uma característica desse tipo de computador. 12 3.13 Minicomputador Outro termo raramente usado, os minicomputadores ficam entre os microcomputadores (PCs) e os mainframes (enterprise servers). Os minicomputadores são chamados hoje de servidores mid-range, ou servidores intermediários. 3.14 Supercomputador Os supercomputadores são computadores com grande capacidade de processamento e armazenamento de informações, usados em pesquisas científicas e militares e por instituições que têm aplicativos que necessitassem de uma enorme quantidade de processamento como, por exemplo, uma bolsa de valores, sistemas de previsão meteorológica, etc. O supercomputador mais rápido conhecido até agora (agosto/2007) é o IBM Blue Gene/L, produzido pela IBM. Ele é composto de 131.072 processadores PowerPC com 32 terabytes de memória RAM com velocidade de processamento igual a 360 teraflops, ou seja, 360 trilhões de cálculos por segundo. Atualmente todos os supercomputadores são produzidos com componentes dos microcomputadores que usamos em casa com a diferença de terem milhares dessem componentes trabalhando como um só. Em vez de usar apenas um HD IDE ou SATA eles usam centenas de HDs trabalhando juntos como um enorme HD possibilitando a leitura/gravação simultânea de informações chegando a altíssimas taxas de transferência de dados, um sistema muito semelhante com a tecnologia RAID. Esses computadores são divididos e organizados em vários módulos que se chamam nós, cada nó é composto de um a quatro processadores, certa quantidade de memória RAM e cache. Todos os nós são interligados por uma 13 interface de rede fazendo com que trabalhem juntos como um único sistema, com um processamento milhares de vezes maior que os nossos microcomputadores. 4. CPU (Central de Processamento Unitário) A CPU (central de processamento unitário) ou processador é o conjunto de circuitos eletrônicos que manipula dados de entrada, transformando-os em informação desejada. O processador é o componente que executa as instruções no computador (é o "cérebro" do computador). Os processadores tem uma capacidade máxima de serviços que podem realizar, os limites impostos pelo aumento do consumo de energia e da dissipação de calor levaram os microprocessadores a serem baseados emmúltiplos núcleos. Com isso o aumento de desempenho passou a se dar não unicamente pela frequência, como também pela quantidade de unidades de processamentos. Um exemplo de processador é o Intel Core i7. 5. Dispositivos de entrada e saída Também denominados periféricos, eles permitem a interação do processador com o homem, possibilitando a entrada e/ou a saída de dados. O que todos os dispositivos de entrada têm em comum é que eles codificam a informação que entra em dados que possam ser processados pelo sistema digital do computador. Já os dispositivos de saída decodificam os dados em informação que pode ser entendida pelo usuário. Os principais dispositivos de entrada de informações são: teclado, mouse, drive de CD / DVD-ROM, pen drive, scanner, microfone, joystick, câmera filmadora, câmera digital, tela sensível ao toque, mesa gráfica e caneta ótica. 14 Os principais dispositivos de saída de informações são: monitor de vídeo, drive de CD-ROM, caixa de som, impressora, sensores (movimento, temperatura etc.) e óculos (para realidade virtual). 6. Dispositivos de Armazenamento A crescente evolução das tecnologias vem possibilitando a criação de grandes volumes de dados e fazendo com que se tornem mais rápidos e mais eficientes. Temos várias interfaces de discos, dentre eles ATA, SATA, SCSI e SAS. 6.1 IDE/ATA Em 1986, a Western Digital, Compaq Computer e Control Data Corporation fizeram uma parceria e construirão o conhecido ATA. De início as empresas o vendiam com o nome de IDE, depois de um tempo foi adotado o termo ATA/IDE cuja principal função era realizar uma conexão direta com o barramento de 16 bits. 6.2 SATA SATA teve como objetivo inicial transformar o ATA em serial, desenvolvida pela SATA working Group em 2002, teve resultados bem melhores na taxa de transmissão mesmo tendo todas as funcionalidades de sua antecessora ATA. A interface SATA pode trabalhar com altas frequências e em baixa tensão evitando problemas como a ATA permitindo taxas de transmissão mais altas. 15 6.3 SCSI A interface SCSI começou a ser desenvolvido em 1979, pela Shugart com a ideia de uma nova interface de discos que o endereçamento por blocos e lógicos e transferências paralelas com alto desempenho. Com o amadurecimento do projeto muitas melhorias foram sendo acrescentadas ao SCSI. A habilidade dos dispositivos competirem pelo barramento e libera-lo, e a inserção de um adaptador host no barramento SCSI. 6.4 SAS A interface SAS e considerada a sucessora logica das interfaces SCSI paralelas. A primeira lançada em 2004 e já estabelecia taxas de transferências de 3GB/s. Posteriormente, algumas modificações foram definidas (modo Full- duplex e dois tipos de topologia) acrescentando novas taxas de transferências. 6.5 Computação em Nuvem Uma tendência que hoje se tornou realidade é a computação em nuvem. Segundo o NIST (National Institute of Standards and Technology) computação em nuvem é um modelo que possibilita acesso a um conjunto de recursos computacionais que podem ser rapidamente adquiridos e liberados com mínimo esforço gerencial ou interação com o provedor de serviços. Armbrust (2009) define computação em nuvem como um conjunto de serviços de rede ativados, proporcionando escalabilidade, qualidade de serviço, infraestrutura barata de computação sob demanda e que pode ser acessada de uma forma simples. Dessa forma computação em nuvem é um recurso que possibilita um 16 menor gasto com aquisição de componentes de hardware de armazenamento, além de o usuário poder acessar os arquivos em qualquer lugar. Os usuários não precisam se preocupar com backups, pois se os componentes falharem, o provedor é responsável por substituí-los e tornar os dados disponíveis em tempo hábil por meio de réplicas. Não necessidade de ter uma máquina potente, uma vez que tudo é executado em servidores remotos. Os dados, arquivos e aplicativos podem ser acessados a partir de qualquer lugar, bastando uma conexão com a internet para tal. A computação em nuvem oferece vários benefícios, porém ainda há certa desconfiança em relação à segurança, uma vez que os usuários não sabem onde ficam seus arquivos, e se estão armazenados de maneira segura. 7. Tendências de hardware A capacidade dos computadores dobra a cada 18 meses. Os hardwares tem uma tendência natural de crescimento. Eles tendem a diminuir seu espeço físico, ter preço reduzido, aumentar a velocidade de processamento e a capacidade de processamento, diminuir o consumo de energia e se tornarem cada dia mais confiáveis. Tem havido uma tendência maior rumo ao incremento no uso de tecnologias de entrada que forneçam uma interface mais natural com o usuário de computadores. O reconhecimento de voz e resposta promete ser o método mais cômodo para entrada de dados, já que o discurso é o meio mais natural de comunicação. Sistemas de saída de resposta de voz e multimídia estão sendo cada vez mais comuns ao lado dos monitores de vídeo nas aplicações. Avanço na integração em escala muito grande, que condensa milhões de elementos de circuito de memória em minúsculos chips, é responsável por aumentos na capacidade da memória. 17 7.1 SSD O SSD (solid-state drive) é uma nova tecnologia de armazenamento considerada a evolução do disco rígido (HD). Ele não possui partes móveis e é construído em torno de um circuito integrado semicondutor, o qual é responsável pelo armazenamento, diferentemente dos sistemas magnéticos (como os HDs). O SSD não possui partes mecânicas, o que faz com que as vibrações sejam reduzidas e que eles se tornem mais silenciosos. Outra vantagem é o tempo de acesso reduzido à memória flash presente nos SSDs em relação aos meios magnéticos e ópticos. O SSD também é mais resistente que os HDs comuns devido à ausência de partes mecânicas – um fator muito importante quando se trata de computadores portáteis. O SSD ainda tem o peso menor em relação aos discos rígidos, mesmo os mais portáteis, possui um consumo reduzido de energia, consegue trabalhar em ambientes mais quentes do que os HDs (cerca de 70°C), e, por fim, realiza leituras e gravações de forma mais rápida, com dispositivos apresentando 250 MB/s na gravação e 700 MB/s na leitura. Porém o SSD tem suas desvantagens. Os pequenos velozes ainda custam muito caro, com valores muito superiores que o dos HDs. A capacidade de armazenamento também é uma desvantagem, pois é menor em relação aos discos rígidos. De qualquer forma, eles são vistos como a tecnologia do futuro, pois esses dois fatores negativos podem ser suprimidos com o tempo. 7.2 Raspberry Pi Criado para promover o estudo e o gosto pela ciência da computação, o Raspberry Pi surgiu com o intuito de ensinar crianças e jovens de todo o mundo, sobretudo aqueles que não possuem computador, a aprenderem programação. Esse microcomputador é um equipamento bastante interessante e com elevado potencial, destaca-se por poder ser usado como qualquer outro 18 computador. Tendo o tamanho de um cartão de credito e integrado com numa única placa de circuito impresso, o Raspberry possui todas as entradas para seu funcionamento: HDMI, USB, LAN, áudio, etc. Nessa nova era o fluxo de informações e intenso e em permanente mudança por isso é necessário que as crianças e jovens sejam capazes de manipular dados, ultrapassar problemas e até construir produtos digitais que jamais imaginariam existir. A primeira função do Raspberry é levar os jovens a pensar com um raciocínio logico. Dessa forma ele revela-se um dispositivo com características inovadoras para o desenvolvimento desse raciocínio e aprendizagem. 7.2.1 Como funcionaOs primeiros protótipos nasceram ainda em 2006 e têm sido aprimorados desde então. A atual versão, que já está em produção, resume-se a apenas uma pequena placa contendo todos os elementos centrais de um PC, com o tamanho próximo ao de um cartão de crédito. O principal componente do Raspberry Pi é um pequeno circuito integrado que reúne o processador com a arquitetura ARM, a GPU VideoCore IV e a memória RAM. As especificações gerais são: • Processador ARM 11 de 700 MHz; • GPU VideoCore IV de 250 MHz; • 256 MB total de RAM; • Saída de Vídeo HDMI e RCA; • Saída de áudio P2; • Interface de rede ethernet; • 2 portas USB; • Conector Micro USB para alimentação (5 volts, 700mA). Como o projeto Raspberry não tem fins lucrativos, os estudantes conseguiram convencer a Broadcom a fornecer o SoC principal por um preço bem abaixo do mercado, cerca de U$ 15 a unidade. Somando isso aos demais componentes, que também são de baixo custo, cada Raspberry Pi pode ser 19 adquirido por apenas U$ 35 (cerca de R$ 67). Uma versão sem a interface de rede também está disponível por U$ 25 (R$ 48). Um detalhe importante é que a memória RAM é compartilhada entre o processador e a GPU, sendo que apenas 186 MB ficam disponíveis para o sistema. As configurações de inicialização básicas ficam guardadas em um arquivo de texto que também está no cartão SD juntamente com o SO, dispensando a necessidade de uma BIOS. Por se tratar de um sistema bastante simplificado, apenas versões do Linux que foram modificadas especificamente para o Raspberry Pi estão aptas para funcionar como sistema operacional; nada de Windows. Apesar de suas configurações modestas, o computador é plenamente capaz de reproduzir vídeos em resolução Full HD através da interface HDMI. 8. Referências Carneiro, J. L. (2006) Histórico e Hardware. Salvador. Disponível em: http://www.jlcarneiro.com/wp-content/uploads/File/inf/hardware.pdf (acessível em 18/10/2014). Laudon, K. C. & Laudon, J. P. (2007) Sistemas de Informação Gerenciais 7ª edição. (livro da editora Pearson Education do Brasil). Alves, G. B. (2001) Introdução ao Hardware Evolutivo. Disponível em: http://works.bepress.com/cgi/viewcontent.cgi?article=1001&context=gladst one (acessível em 18/10/2014). Marques, M. & Neto, S. L. (2002) Capital Humano e TI Gerando Vantagem Competitiva. Disponível em: http://www.readcube.com/articles/10.1590/S1676-56482002000200016 (acessível em 18/10/2014). Cavalli, E. & Zabeu, M. C. (1988) Sistema Hardware para Processamento Paralelo. Disponível em: http://www.lbd.dcc.ufmg.br/colecoes/sbac- pad/1987/0013.pdf (acessível em 19/10/2014). 20 Orellana, E. T. (2013) Introdução a Processamento de Alto Desempenho. Disponível em: http://www.ifba.edu.br/anais_erad- ne2013/PDF/MC/Minicurso_A.pdf (acessível em 19/10/2014). Cardoso, R. A. & Vasconcelos, M. A. (2005) Tecnologias de Disco. Disponível em: http://www.ic.unicamp.br/~ducatte/mo401/1s2012/T2/G05-t2.pdf (acessível em 20/10/2014). Tampelini, L. G. (2004) Tecnologias de Disco: ATA, SATA, SCSI, SAS e Fusion-io. Disponível em: http://www.ic.unicamp.br/~ducatte/mo401/1s2010/T2/098336-t2.pdf (acessível em 21/10/2014). Sousa, F. R. C. Moreira, L. O. & Machado, J. C. (2009) Computação em Nuvem: Conceitos, Tecnologias, Aplicações e Desafios. Disponível em: http://www.ufpi.br/subsiteFiles/ercemapi/arquivos/files/minicurso/mc7.pdf (acessível em: 21/10/2014). Cardoso, A. Costa, E. & Sousa, G. (2013) O Potencial Educativo do Raspberry Pi. Disponível em: http://www.raspedu.com/O_Potencial_Educativo_do_Raspberry_Pi.pdf (acessível em 21/10/2014). Tecmundo. Disponível em: http://www.tecmundo.com.br/ (acessível em: 09/11/2014).
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