Aula 04 Entrada e Saída

Prévia do material em texto

Introdução à Engenharia da Computação
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia da Computação
Introdução à Informática
Aula 04
Armazenamento e Multimídia
 2
Introdução à Engenharia da Computação
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia da Computação
Objetivos
• Relacionar os benefícios do armazenamento secundário.
• Identificar e descrever as mídias de armazenamento que estão 
disponíveis para computadores pessoais.
• Estabelecer a diferença entre os principais tipos de armazenamento 
secundário.
• Descrever como os dados são armazenados em um disco.
• Discutir os benefícios da multimídia.
• Explicar como os dados são organizados, acessados e processados.
 3
Introdução à Engenharia da Computação
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia da Computação
Armazenamento Secundário
• Separado do próprio computador.
• Software e dados armazenados em base quase 
permanente.
– Diferentemente da memória, não se perde quando há 
queda da energia elétrica.
• Benefícios
 4
Introdução à Engenharia da Computação
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia da Computação
Benefícios do Armazenamento 
Secundário
• Espaço
• Confiabilidade
• Conveniência
• Economia
VoltarVoltar
 5
Introdução à Engenharia da Computação
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia da Computação
Espaço
• As organizações armazenam o equivalente a uma sala 
cheia de dados em discos menores do que uma caixa 
para guardar pão.
– Um disquete contém o equivalente a 500 páginas 
impressas.
– Um disco óptico pode conter o equivalente a 500 livros.
VoltarVoltar
 6
Introdução à Engenharia da Computação
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia da Computação
Confiabilidade
• Dados guardados no armazenamento secundário estão 
relativamente seguros.
– O armazenamento secundário é altamente confiável
– Mais difícil de pessoas despreparadas alterarem dados 
armazenados em disco.
VoltarVoltar
 7
Introdução à Engenharia da Computação
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia da Computação
Conveniência
• Usuários autorizados podem localizar fácil e 
rapidamente dados armazenados no computador.
VoltarVoltar
 8
Introdução à Engenharia da Computação
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia da Computação
Economia
• Diversos fatores criam significativas economias em termos de 
custos de armazenamento:
– Menos dispendioso armazenar dados em disco do que comprar 
e abrigar armários de arquivo.
– Dados confiáveis e seguros têm uma manutenção menos 
dispendiosa.
– Maior velocidade e conveniência para arquivar e recuperar 
dados.
VoltarVoltar
 9
Introdução à Engenharia da Computação
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia da Computação
Armazenamento em Disco Magnético
• Dados representados como pontos magnetizados na 
superfície de um disco rotativo.
– Pontos no disco convertidos em impulsos elétricos.
• Tipos principais:
– Discos flexíveis
– Discos rígidos
 10
Introdução à Engenharia da Computação
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia da Computação
Discos Flexíveis
• Produzidos com Mylar flexível e revestidos com óxido 
de ferro.
• Possuem a proteção de uma jaqueta de plástico rígido.
• Um disquete de 3,5 polegadas contém 1,44 MB de 
dados.
• Variações de alta capacidade:
– O HiFD, da Sony, contém 200 MB.
– O SuperDisk, da Imation, está disponível nas 
versões de 120 e 240 MB.
– O Zip drive, da Iomega, está disponível nas 
versões de 100, 250 e 750 MB.
VoltarVoltar
 11
Introdução à Engenharia da Computação
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia da Computação
Discos Rígidos
• Lâmina rígida revestida com óxido magnético:
– Diversas lâminas podem ser combinadas em uma única 
pilha de discos (disk pack).
• Unidade de disco – um dispositivo que possibilita 
recuperar dados para serem lidos ou escritos em disco.
– Unidade de disco para computadores pessoais alojada no 
gabinete do computador.
– Grandes sistemas computadorizados podem ter diversas 
unidades de disco externas.
VoltarVoltar
 12
Introdução à Engenharia da Computação
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia da Computação
Lendo e Escrevendo Dados
• O braço de acesso movimenta a 
cabeça de leitura/gravação sobre 
uma localização em particular.
• A cabeça de leitura /gravação 
paira alguns milionésimos de 
polegada acima da lâmina.
– Se a cabeça tocar a lâmina, 
haverá um crash, e dados 
serão destruídos.
– Dados podem ser destruídos se 
a cabeça entrar em contato 
com uma mínima matéria 
estranha na superfície do disco.
 13
Introdução à Engenharia da Computação
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia da Computação
Pilha de Discos 
(Disk Packs)
• Cada lâmina tem seu próprio 
braço de acesso com uma cabeça 
de leitura/gravação.
• A maioria das pilhas de discos 
(disk packs) combina lâminas, 
braços de acesso e cabeça de 
leitura/gravação.
 14
Introdução à Engenharia da Computação
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia da Computação
Discos Rígidos para Computadores 
Pessoais
• Módulos lacrados que são montados em um 
compartimento de 3, 5 polegadas.
• Capacidade em gigabytes.
• O acesso a arquivos é muito mais rápido do que 
o acesso a arquivos em disquetes.
• Alguns contêm cartuchos removíveis.
– A unidade Jaz, da Iomega, é muito popular.
 15
Introdução à Engenharia da Computação
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia da Computação
Conjunto Redundante de Discos Baratos 
(RAID)
• Um grupo de discos que funciona em 
conjunto, como uma unidade.
– O Raid de nível 0 divide dados de um 
único arquivo em diversas unidades de 
disco:
• Denomina-se distribuição de dados 
(data striping).
• Aumenta o desempenho.
– O Raid de nível 1 duplica dados em 
diversas unidades de disco:
• Denomina-se espelhamento de disco 
(disk mirroring).
• Aumenta a tolerância a falhas.
 16
Introdução à Engenharia da Computação
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia da Computação
Como os Dados São Organizados
• Trilha
• Setor
• Cluster
• Cilindro
 17
Introdução à Engenharia da Computação
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia da Computação
Trilha
• A porção circular da superfície do disco 
que passa sob a cabeça de 
leitura/gravação.
– Um disco flexível tem 80 trilhas em 
cada superfície.
– O disco rígido pode ter 1.000 ou mais 
trilhas em cada superfície de cada 
lâmina.
VoltarVoltar
 18
Introdução à Engenharia da Computação
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia da Computação
VoltarVoltar
• Cada trilha é dividida em setores que 
contêm um número fixo de bytes.
– Tipicamente, 512 bytes por setor.
• A gravação por zonas atribui mais 
setores às trilhas que estão nas zonas 
externas do que àquelas que estão nas 
zonas internas.
– Usa o espaço de armazenamento de 
maneira mais completa.
Setor
 19
Introdução à Engenharia da Computação
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia da Computação
Cluster
• Um número fixo de setores adjacentes tratados como 
uma unidade de armazenamento.
– Tipicamente, de dois a oito setores, dependendo do 
sistema operacional.
VoltarVoltar
 20
Introdução à Engenharia da Computação
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia da Computação
Cilindro
VoltarVoltar
• A trilha sobre cada superfície, que está sob 
a cabeça de leitura/gravação, em 
determinada posição das cabeças de 
leitura/gravação.
– Quando o arquivo é maior do que a 
capacidade de uma única trilha, o 
sistema operacional armazena-o em 
trilhas que fazem parte do mesmo 
cilindro.
 21
Introdução à Engenharia da Computação
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia da Computação
Velocidade de Acesso a Disco
• Tempo de acesso – o tempo necessário para acessar 
dados no disco.
• Três fatores:
– Tempo de busca
– Comutação de cabeças
– Retardo rotacional
• Assim que os dados são encontrados, o passo seguinte 
é a transferênciade dados.
 22
Introdução à Engenharia da Computação
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia da Computação
Tempo de Busca
• Tempo necessário para que o braço de acesso se 
posicione sobre uma trilha em particular.
– Todos os braços de acesso se movem como uma 
unidade.
– Todos se posicionam simultaneamente sobre um 
conjunto de trilhas que compõe um cilindro.
VoltarVoltar
 23
Introdução à Engenharia da Computação
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia da Computação
Comutação de Cabeças
• A ativação de uma cabeça de leitura/ gravação em 
particular sobre uma trilha em particular.
– Todos os braços de acesso se movem juntos, mas 
somente uma cabeça de leitura/ gravação pode operar em 
determinado momento.
VoltarVoltar
 24
Introdução à Engenharia da Computação
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia da Computação
Retardo Rotacional 
• O tempo necessário para que os dados desejados na 
trilha passem sob a cabeça de leitura e gravação.
– Em média, a metade do tempo para uma volta completa 
do disco.
VoltarVoltar
 25
Introdução à Engenharia da Computação
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia da Computação
Transferência de Dados
• O processo de transferir dados entre sua localizaçao na trilha do 
disco e a memória.
• Measures of performance
– Tempo médio de acesso:
• Aproximadamente, 10 milissegundos (10 milésimos de 
segundo).
• Pode ser melhorado através de cache de disco.
– Taxa de transferência de dados – quão rapidamente dados 
podem ser transferidos ao serem localizados.
• Expressa em termos de megabytes por segundo.
VoltarVoltar
 26
Introdução à Engenharia da Computação
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia da Computação
Cache de Disco
• Cache de disco – uma área especial da memória.
– Quando a unidade de disco lê dados do disco, ela lê dados 
adjacentes e os armazena na memória.
– Quando é emitida a instrução de leitura seguinte, a unidade 
verifica primeiro se os dados desejados estão na cache de 
disco.
• Similar à cache de memória discutida anteriormente.
VoltarVoltar
 27
Introdução à Engenharia da Computação
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia da Computação
Armazenamento em Disco Óptico
• Provê um armazenamento barato e compacto com maior 
capacidade.
• Um feixe laser varre o disco e capta reflexos de luz da superfície 
do disco.
• Categorizado pela capacidade de leitura e gravação.
– Mídia somente de leitura – o usuário pode ler, mas não pode 
escrever no disco.
– Gravar uma vez, ler muitas (WORM) – o usuário pode gravar no 
disco uma única vez.
– Magnético-óptico (MO) – combina capacidades magnéticas e 
ópticas.
 28
Introdução à Engenharia da Computação
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia da Computação
Discos Compactos
• CD-ROM – a unidade somente pode ler dados de 
CDs.
– Um CD-ROM armazena até 700 MB por disco.
– Principal mídia para distribuição de software.
• CD-R – a unidade pode escrever no disco apenas 
uma vez.
– O disco pode ser lido por uma unidade de 
CD-ROM ou CD-R.
• CD-RW – a unidade pode apagar e sobregravar 
dados múltiplas vezes.
– Alguns problemas de compatibilidade podem 
ser encontrados ao tentar ler discos CD-RW 
em unidades de CD-ROM.
 29
Introdução à Engenharia da Computação
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia da Computação
Digital Versatile Disk (DVD)
• Laser de ondas curtas podem ler pontos densamente 
empacotados.
– A unidade de DVD pode ler CD-ROMs.
– Capacidade até 17 GB.
– Possibilita armazenar filmes de longa- metragem.
– O som é melhor do que os de CDs de áudio.
• Existem diversas versões de DVDs graváveis e 
regraváveis.
 30
Introdução à Engenharia da Computação
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia da Computação
Multimídia
• Apresenta informação com texto, ilustrações, fotos, 
narração, música, animação e clipes de filmes.
• Impraticável até o advento dos discos ópticos.
• Requisitos
• Aplicações
 31
Introdução à Engenharia da Computação
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia da Computação
Requisitos
• Unidade de CD-ROM ou DVD-ROM.
• Placa de som ou chip de som.
• Alto-falantes:
– Para obter som de alta qualidade adquira bons alto-
falantes e instale subwoofers.
• Equipado para manipular MPEG:
– Padrões para compactação de vídeo.
VoltarVoltar
 32
Introdução à Engenharia da Computação
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia da Computação
Aplicações
• Educação:
– Embarque em tours virtuais.
– Estude partituras musicais.
– Estude uma língua estrangeira.
• Outros:
– Prepare impostos com videoclipes de especialistas da 
Receita Federal.
– Jogue games.
VoltarVoltar
 33
Introdução à Engenharia da Computação
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia da Computação
Armazenamento em Fita Magnética
• Fita similar à usada em cassetes de música.
• Categorizado em termos de densidade.
– Número de bits por polegada armazenados 
na fita.
• Usado principalmente para backup de dados 
armazenados em sistemas de disco.
 34
Introdução à Engenharia da Computação
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia da Computação
Sistemas de Backup
• Imperativo ter cópias de dados importantes 
armazenadas longe do computador:
– Discos falham, ocasionalmente.
– Instalação de software pode causar pane no computador.
– Usuários cometem erros ao introduzir dados.
• Fita é uma mídia de backup ideal:
– Pode copiar o disco rígido inteiro para uma única fita em 
minutos.
– O backup pode ser programado para quando o sistema 
não estiver em uso.
 35
Introdução à Engenharia da Computação
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia da Computação
• Caractere
• Campo
• Registro
• Arquivo
• Banco de dados
Organizando Dados e Acessando Dados 
Armazenados
 36
Introdução à Engenharia da Computação
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia da Computação
Caractere
• Uma letra, dígito ou caractere especial.
VoltarVoltar
 37
Introdução à Engenharia da Computação
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia da Computação
Campo
• Um conjunto de caracteres relacionados.
• Descreve uma característica de uma pessoa, lugar ou coisa.
– Para uma universidade, o prenome de um estudante seria 
armazenado em um campo.
• Campo-chave – um identificador único de um registro.
VoltarVoltar
 38
Introdução à Engenharia da Computação
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia da Computação
Registro
• Uma coleção de campos relacionados.
– Para uma universidade, todos os campos referentes a um 
aluno constituem um registro.
VoltarVoltar
 39
Introdução à Engenharia da Computação
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia da Computação
Arquivo
• Uma coleção de registros relacionados.
– Para uma universidade, todos os registros de estudantes 
compõem um arquivo.
VoltarVoltar
 40
Introdução à Engenharia da Computação
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia da Computação
Banco de Dados
• Uma coleção de arquivos relacionados armazenados com mínima 
redundância (duplicação).
– Para uma universidade, o arquivo de alunos, o arquivo de 
bolsistas, o arquivo do corpo docente/staff, o arquivo de cursos, 
o arquivo financeiro etc. comporiam um banco de dados.
• Organizado para tornar mais fácil a recuperação de dados.
VoltarVoltar
 41
Introdução à Engenharia da Computação
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia da Computação
Visão Geral do Plano de Arquivos
• Deve idealizar um plano para colocar dados em uma 
unidade de armazenamento.
• Fatores-chave:
– Se os usuários devem acessar dados diretamente (de 
imediato).
– Como os dados devem ser organizados no disco.
– Tipo de processamento que se desenvolverá.
 42
Introdução à Engenharia da Computação
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia da Computação
Organização de Arquivos
• Três fatores importantes da organizaçãode arquivos de 
dados no armazenamento secundário:
– Seqüencial
– Direta
– Indexada
 43
Introdução à Engenharia da Computação
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia da Computação
Organização Seqüencial de Arquivos
• Os registros são armazenados em ordem, de acordo com um 
campo-chave:
– Se um registro em especial for desejado, todos os registros 
anteriores devem ser lidos primeiro.
– Para atualizar um registro, um novo arquivo seqüencial deve ser 
criado, contendo tanto os registros alterados quanto os não 
alterados.
• O armazenamento em fita usa a organização seqüencial.
VoltarVoltar
 44
Introdução à Engenharia da Computação
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia da Computação
Organização Direta de Arquivos
VoltarVoltar
• Também chamada de acesso 
aleatório.
• Vá diretamente ao registro desejado 
usando uma chave:
– O computador não precisa ler 
todos os registros anteriores.
– Um algoritmo de randomização (
hashing) é usado para determinar 
o endereço de uma chave 
específica.
• Requer armazenamento em disco.
 45
Introdução à Engenharia da Computação
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia da Computação
Algoritmo de Randomização (Hashing)
• Aplica uma fórmula matemática à chave para 
determinar o endereço em disco de determinado 
registro.
– Ocorre colisão quando o algoritmo de randomização 
produz o mesmo endereço em disco para duas chaves 
diferentes.
VoltarVoltar
 46
Introdução à Engenharia da Computação
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia da Computação
Organização Indexada de Arquivos
• Combina elementos dos métodos seqüencial e direto:
– Registros armazenados seqüencialmente, mas o arquivo 
também contém um índice.
– O índice armazenado seqüencialmente contém a chave do 
registro.
– Dados acessados pela chave do registro.
VoltarVoltar
 47
Introdução à Engenharia da Computação
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia da Computação
Processando Dados Armazenados
• Transações processadas para atualizar um arquivo-
mestre:
– Transações – um evento comercial, como uma venda.
– Arquivo-mestre – dados que são atualizados quando 
ocorre uma transação, como um arquivo de transações ou 
um arquivo de estoques.
• Dois métodos principais de processamento de dados:
– Processamento em lote
– Processamento de transações
 48
Introdução à Engenharia da Computação
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia da Computação
Processamento em Lote
• As transações são coletadas em grupos 
ou lotes:
– O lote é processado e o arquivo-
mestre é atualizado quando o 
computador tem poucos usuários 
on-line.
• Uso muito eficiente dos recursos do 
computador.
• O arquivo-mestre atual apenas é 
atualizado imediatamente após o 
processamento.
VoltarVoltar
 49
Introdução à Engenharia da Computação
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia da Computação
Processamento de Transações
• Técnica de processamento de transações 
à medida que elas ocorrem.
– Também chamada de processamento 
em tempo real e processamento on-
line.
– Terminais devem estar conectados 
diretamente ao computador.
• Proporciona atualização imediata do 
arquivo-mestre.
VoltarVoltar