Conceitos de Hardware e Software

Prévia do material em texto

Conceitos de Hardware e 
Software 
Por Sediane Carmem Lunardi Hernandes 
1 
1. Hardware 
 Unidades funcionais 
2 
Memória
Principal
Dispositivos
de E/ S
Processador / UCP
Unidade Lógica
e Aritmética
Registradores
Unidade de
Controle
UCP (Unindade Central de Processamento) = CPU (Central Processing Unit) 
1.1 Processador 
 É o cérebro do computador e é nele que as informações são 
processadas 
 Controla e executa instruções presente na memória 
principal, através de operações básicas como somar, subtrair, 
comparar e movimentar dados 
 Composto por: 
◦ Unidade de Controle (UC): 
 Acessa sequencialmente as instruções do programa, decodificando-as, e 
coordena o fluxo de dados de entrada e saída da unidade lógica e 
aritmética, registradores, armazenamento primário e até armazenamento 
secundário e vários dispositivos de saída 
 Ou seja, gerencia as atividades de todos os componentes do computador, 
como a gravação de dados em disco ou a busca de instruções na 
memória 
◦ Unidade Lógica e Aritmética (ULA): 
 Realiza cálculos matemáticos e faz comparações lógicas 
◦ Registradores 
 São áreas de armazenamento de alta velocidade utilizadas para o 
armazenamento temporário de instruções e dados imediatamente antes, 
durante e depois da execução pelo processador (CPU) 3 
1.1 Processador (cont.) 
 Registradores de destaque: 
◦ Contador de instruções (Program Counter – PC) 
 Contem endereço da próxima instrução que o processador 
deve buscar e executar 
 Toda vez que o processador busca uma nova instrução, este 
registrador é atualizado com o endereço de memória da 
próxima instrução a ser executada 
◦ Apontador de Pilha (Stack Pointer – SP) 
 Contém o endereço de memória do topo da pilha (estrutura 
de dados onde o sistema mantém informações sobre 
programas que estavam sendo executados e tiveram que ser 
interrompidos) 
◦ Registrador de Status (Program Status Word - PSW) 
 Armazenam informações sobre a execução das instruções 
 Estouro de pilha (Overflow) 
 Sinal 
 Zero 
 
4 
1.1 Processador (cont.) 
 A execução de qualquer instrução 
envolve (Ciclo de fetch-decode-execute): 
1) Busca da instrução 
2) Decodificação da instrução 
3) Execução da instrução 
 
 
 
 
5 
Busca instrução na 
memória 
Executa instrução no 
processador 
Decodifica instrução da 
memória 
1.1 Processador (cont.) 
 Completar a fase de busca, decodificação e 
execução da instrução  Ciclo de máquina 
◦ Computador executa uma instrução durante um 
ciclo de máquina 
 Tempo em que ocorre ciclo de máquina 
 Nanossegundos (1 bilionésimo de segundo) 
 Picossegundos (1 trilionésimo de segundo) 
 Também, pode ser medido pelo número de instruções 
executadas em um segundo 
 MIPS = milhões de instruções por segundo 
 Entretanto, CPU produz sério de pulsos 
eletrônicos a uma taxa predeterminada 
(velocidade de relógio) 
◦ Afeta o tempo do ciclo de máquina 
 
6 
1.1 Processador (cont.) 
 Pulsos eletrônicos são gerados pelo clock 
◦ O clock é um dispositivo localizado na UCP que gera 
pulsos elétricos síncronos em um determinado 
intervalo de tempo (sinal de clock) 
◦ A quantidade de vezes que este pulso se repete em 
um segundo define a frequência do clock 
 A frequência do clock (velocidade de relógio) 
de um processador é muitas vezes medida em 
◦ Megahertz (MHz – milhões de ciclos por segundo, 
ou seja, em um segundo são buscadas, decodificadas 
e executadas milhões de instruções) 
◦ Gigahertz (GHz – bilhões de ciclos por segundo) 
7 
Curiosidade 
 Intel 8080 (1982): velocidade de relógio 
de 2MHz 
 Pentium 4 (2002): velocidade de relógio 
de 3.2 GHz 
 
 
8 
Quanto mais rápida a velocidade 
de relógio do processador, mais 
calor é gerado, e esse calor deve 
ser dissipado para evitar 
corromper dados e instruções que 
o computador está tentando 
processar 
2006  Dell ,Apple, Toshiba, Lenovo (recall de baterias) 
1.1 Processador (cont.) 
 Exemplificando: 
◦ Processador de 500 MHz – 500.000 KHz – 
500.000.000 Hz 
 Quinhentos milhões de ciclos de máquina por segundo, 
ou seja, 500 milhões de instruções são executadas 
(buscadas e decodificadas) a cada ciclo de clock 
(velocidade de relógio) 
◦ Processador de 2.5 GHz – 2.500 MHz – 
2.500.000 KHz – 2.500.000.000 Hz 
 Dois bilhões e 500 milhões de ciclos de máquina por 
segundo, ou seja, dois bilhões e 500 milhões de 
instruções sendo buscadas, decodificadas e executadas 
por ciclo de clock 
◦ E um processador de 2.26 GHz? 
 
9 
1.1 Processador (cont.) 
 Qual processador apresenta maior 
velocidade de processamento? 
◦ 900 MHz ou 
◦ 1.0 GHz? 
 Resposta: 
◦ 900 MHz – 900.000 KHz – 900.000.000 Hz, ou 
seja, 900 milhões de instruções sendo executadas 
a cada ciclo de clock (velocidade de relógio) 
◦ 1.0 GHz – 1.000 MHz – 1.000.000 KHz – 
1.000.000.000 Hz, ou seja, 1 bilhão de instruções 
sendo executadas em um único clico de clock 
10 
1.1 Processador (cont.) 
 Exercite 
◦ Quantos ciclos de máquina por segundo 
apresentam os seguintes processadores? 
a) Processador de 2.5 GHz 
______________________________ 
b) Processador de 3.0 GHz 
______________________________ 
c) Processador de 3.2 GHz 
______________________________ 
 
11 
1.2 Memória principal 
 Local onde são 
armazenados dados e 
instruções 
 Composta por células, 
sendo que cada célula é 
composta por um 
número determinado de 
bits 
 A maioria dos 
computadores utiliza 
células de 8 bits (1 byte) 
 Acesso ao conteúdo de 
uma célula (leitura ou 
gravação) é realizado 
através da especificação 
do endereço da célula 
 Classifica-se em: RAM, 
ROM e Cache 
 
 
12 
célula = 8 bits
e
n
d
e
re
ço
s
0
2 -1
16
2
1
instrução ou dado
Memória com 64Kbytes 
1.2 Memória principal (cont.) 
 RAM (Random Access Memory – Memória de 
Acesso Aleatório) 
◦ localiza-se fisicamente perto da CPU, mas não no 
próprio chip da CPU 
◦ é a área de trabalho do computador 
◦ é volátil, porque todo o seu conteúdo é perdido ao 
se desligar o computador 
 
◦ Variedades: 
 SRAM (Static Random Access Memory): usada em caches e em 
registradores 
 DRAM (Dynamic Random Access Memory): utilizada em uma 
memória principal 
 DDR RAM: forma aperfeiçoada de DRAM que dobra a taxa na 
qual os dados podem ser movidos para fora e para dentro da 
memória principal 
 13 
1.2 Memória principal (cont.) 
 ROM (Read Only Memory - Memória apenas 
para leitura) 
◦ é menor do que a RAM e seu conteúdo já vem 
gravado de fábrica 
 não pode ser alterado pelo usuário 
◦ na ROM estão gravadas algumas informações 
básicas que são executadas sempre que o 
computador é ligado (instruções que dizem ao 
computador como iniciar quando a energia é 
ligada) 
 é não-volátil, porque o seu conteúdo é preservado 
mesmo quando o computador for desligado 
 
16 
1.2 Memória principal (cont.) 
 Memória Cache 
◦ Memória volátil de alta velocidade com pequena 
capacidade de armazenamento 
◦ Armazena pequena parte do conteúdo da 
memória principal 
◦ Toda vez que processador faz referência a dado 
armazenado na memória é verificado primeiro se 
ele se encontra na cache 
 Cache hit 
 Processador encontra dado na cache 
 Cache miss 
 Processador não encontra dado na cache 
17 
1.3 Memória secundária 
 Meio permanente de 
armazenamento de 
programas e dados 
18 
maior
capacidade de
armazenamento
maior custo e
velocidade
de acesso
Memória Secundária
Memória Cache
Memória Principal
Registradores
1.4 Dispositivos de entrada e saída 
 Utilizados para comunicação entre o 
hardware e o mundo externo 
 Categorias 
◦ Memória secundária 
 Discos 
 Fitas magnéticas 
◦ Interface usuário-máquina 
 Teclados 
 Monitores 
 Impressoras 
 Plotters 
 
19 
1.5 Barramento 
 Meio físico de comunicação entre as unidades 
funcionais do computador 
 Dados, endereços e sinais de controle trafegam 
entre processadores, memórias e dispositivos de 
Entradae Saída (E/S) 
 Barramento possui: 
◦ Linhas de controle 
 Trafegam informações de sinalização (o tipo de operação que 
esta sendo realizada) 
◦ Linhas de dados 
 Trafegam informações como instruções e operandos que são 
transferidos entre as unidades funcionais 
◦ Linhas de endereço 
 Trafegam endereços 
20 
1. 6 Pipelining 
 Técnica que permite ao processador 
executar múltiplas instruções 
paralelamente em estágio diferentes 
 Semelhante a uma linha de montagem 
◦ Enquanto uma instrução se encontra na fase 
de execução, uma outra instrução pode estar 
na fase de busca simultaneamente 
23 
1.6 Pipelining (cont.) 
 Pipeline em quatro estágios 
 
24 
Unidade de 
busca da
instrução
P1 P4P3P2
Analisador
da
instrução
Unidade de 
busca dos
dados
Unidade de 
execução da
instrução
Instr.1 Instr.2 Instr.3 Instr.4 Instr.5 Instr.6 Instr.7
Instr.1 Instr.2 Instr.3 Instr.4 Instr.5 Instr.6
Instr.1 Instr.2 Instr.3 Instr.4 Instr.5
Instr.1 Instr.2 Instr.3 Instr.4
P1
P2
P3
P4
tempo
2. Software 
 Para que o hardware tenha utilidade 
prática é necessário um conjunto de 
programas que realizem a interface entre 
as necessidades do usuário e as 
capacidades do hardware 
 Tipos de software: 
1. Software básico 
2. Software aplicativo 
 
25 
2.1 Software básico 
 São programas que definem o padrão do 
equipamento, sendo necessários para o 
funcionamento do computador, ou seja, 
são necessários para o funcionamento 
correto do equipamento. São eles: 
a) Sistema Operacional 
b) Utilitários 
c) Ambiente operacional 
d) Linguagens de programação 
e) Tradutores 
 
26 
a) Sistema Operacional 
 O Sistema Operacional (SO) é essencial 
para o funcionamento de um computador. 
Sem ele, grande parte dos recursos do 
sistema não estaria disponível, ou se 
apresentaria de uma forma complexa para 
utilização pelos usuários. O SO nada mais 
faz do que controlar e coordenar todas as 
operações básicas do sistema de 
computação (E/S, memória, processos). 
27 
b) Utilitários 
 São programas que ampliam os recursos 
do sistema facilitando o uso e auxiliando a 
manutenção de programas 
 Podem ser vistos como softwares de 
apoio à solução de problemas de disco, 
memória, entre outros 
◦ Compactadores e descompactadores de 
arquivos, programas anti-virus, são exemplos 
 
28 
c) Ambiente Operacional 
 Adicionam recursos ao SO para permitir 
uma interface gráfica com o usuário. É 
um SO com recursos gráficos 
◦ Exemplo: Windows 7 
 
29 
d) Linguagens de Programação 
 É um conjunto de símbolos, os quais 
fazem parte de um vocabulário e regras 
(gramática) que especificam como 
transmitir informações entre os desejos 
do usuário e o computador 
 São divididas em: 
◦ linguagem de máquina; 
◦ linguagem de baixo nível; 
◦ linguagem de alto nível. 
 
30 
d) Linguagens de Programação 
 Linguagem de máquina: é baseada em 
código binário, isto é, em 0s e 1s. É a 
linguagem de programação que o 
processador realmente consegue entender. É 
uma linguagem muito mais voltada para a 
máquina do que para o usuário. Por exemplo, 
a soma do conteúdo de um registrador 1 
com o conteúdo de um registrador 2 
colocando o resultado no registrador 1, o 
que resultaria em 0001 0001 0010 em 
linguagem de máquina. 
 
31 
d) Linguagens de Programação 
 Linguagem de baixo nível: é uma 
simplificação da linguagem de máquina. 
Faz uso de códigos mnemônicos (conjunto 
de símbolos) associados a instruções 
escritas em linguagem de máquina. 
Utilizando o mesmo exemplo dado acima, 
a linguagem de máquina 0001 0001 0010 
ficaria ADD R1 R2. 
 
32 
d) Linguagens de Programação 
 Linguagem de alto nível: é uma 
linguagem que não exige conhecimento 
do código de máquina. Utiliza combinação 
de um conjunto de símbolos de acordo 
com certas regras de sintaxe (escrita) 
para expressar uma sequência de 
operações de máquina. 
33 
d) Linguagens de Programação 
34 
Linguagem de 
máquina 
Linguagem de 
baixo nível 
Linguagem de alto 
nível 
0010 0001 1110 LOAD R1, val1 
0010 0010 1111 LOAD R2, val2 val 2 = val1 + val2 
0001 0001 0010 ADD R1, R2 
0011 0001 1111 STORE R1, val2 
e) Tradutores 
 Leem código escrito em alguma linguagem de 
programação e a transformam para linguagem de 
máquina. 
 Existem 3 tipos de tradutores: 
◦ Montador: lê código escrito em linguagem de baixo nível 
e transforma em linguagem de máquina. 
◦ Interpretador: lê código escrito em linguagem de alto 
nível e transforma em linguagem de máquina. 
◦ Compilador: lê código escrito em linguagem de alto nível 
e transforma em linguagem de máquina. 
 
 A diferença entre o compilador e o interpretador é 
que o interpretador interpreta cada comando e 
executa. O compilador analisa todo o programa, gera 
um arquivo intermediário em linguagem de máquina e 
depois executa. 
 
35 
2.2 Software aplicativo 
 São os programas voltados para a solução de 
problemas do usuário e que se valem das 
facilidades oferecidas pelo software básico. 
Podem ser de: 
◦ Uso geral: são programas que podem ser 
utilizados em vários tipos de aplicações. Ex: 
editores de texto, gráficos, planilhas, SGBD, etc. 
◦ Uso específico: se destinam exclusivamente a 
um único tipo de aplicação. Ex: folha de 
pagamento, crediário, imposto de renda, entre 
outras. 
 
36 
3. Arquiteturas RISC e CISC 
 Linguagem de máquina 
(0s e 1s) é a linguagem 
de programação que o 
computador realmente 
entende 
 Cada processador possui 
o seu próprio conjunto 
de instruções definido 
pelo fabricante 
 Programa em linguagem 
de máquina é executado 
diretamente pelo 
processador 
37 
Utiltários
Circuitos Eletrônicos
Microprogramação
Linguagem de Máquina
A
rq
u
it
e
tu
ra
R
IS
C
Sistema Operacional
Aplicativos
3.1 Arquiteturas RISC (Reduced 
Instruction Set Computer) 
 Processador com arquitetura RISC possui 
poucas instruções de máquina (simples e 
executadas diretamente pelo hardware) 
 Instruções executadas rapidamente 
 Exemplo de processadores 
◦ SPARC(Sun) 
◦ RS-6000 (IBM) 
◦ PA-RISC(HP) 
◦ Alpha AXP (Compaq) 
◦ Rx000(MIPS) 
38 
3.2 Arquiteturas CISC (Complex 
Instruction Set Computers ) 
 Instruções complexas interpretadas por 
microprogramas 
 Número pequeno de registradores 
 Qualquer instrução pode referenciar a 
memória principal 
 Implementação do pipelining é mais difícil 
 Exemplos de processadores 
◦ VAX (DEC) 
◦ Pentium (Intel) 
◦ 68xxx (Motorola) 
39 
Curiosidade 
 Processadores com mais de um núcleo 
◦ Contam com dois ou mais núcleos distintos no 
mesmo circuito integrado, como se houvesse dois 
(ou mais) processadores dentro de um chip 
 dispositivo pode lidar com dois processos por vez (ou 
mais), um para cada núcleo, melhorando o desempenho 
do computador como um todo 
◦ Vantagem: 
 podem realizar duas ou mais tarefas ao mesmo; 
 um núcleo pode trabalhar com uma velocidade menor 
que o outro, reduzindo a emissão de calor; 
 ambos podem compartilhar memória cache; 
 entre outros. 
40 
Exercícios 
1. Observe atentamente o anúncio abaixo e indique 
qual é o processador envolvido e qual a velocidade de 
relógio do ciclo busca-decodificação -execução 
a) Vende-se computador: Intel® Celeron® 
Processor 500 MHz, 128K Cache, 66 MHz 
FSB (velocidade do barramento que liga 
CPU e memória) 
 Processador: ____ Velocidade do Ciclo: ____ 
a) Vende-se computador: Intel® Celeron® D 
Processor 2.26 GHz (256K Cache, 533 MHz 
FSB) 
 Processador: ____ Velocidade do Ciclo: ____ 
 
41 
Exercícios 
2. Indique qual é a capacidade do disco rígido, da 
memória RAM e a velocidade de processamento dos 
computadores abaixo: 
I. Notebook Sony Vaio Fit SVF15213CBW com 
Intel® Core™ i5-3337U, 1.8 GHz, 4GB, 750GB, 
Gravador de DVD, Bluetooth, LED 15.5" e 
Windows 8 + Headphone Sony ZX300 
HD: _______ RAM: _____ 
Velocidade de processamento: _________ 
1) Notebook Touch Sony VaioFit com Intel® 
Core™ i5, 2.7GHz, 6GB, 1TB, Gravador de 
DVD, Bluetooth, LED 14" e Windows 8 + Pasta 
para Notebook até 13“ 
HD: _______ RAM: _____ 
Velocidade de processamento: _________ 
 42 
Exercícios 
2. Escolha, dentre os dois anúncios abaixo, o 
computador que fornecerá o melhor desempenho 
global 
a)vende-se computador Positivo Premium PCTV 
K2620 3D com Intel® Celeron G530, 2.4GHz, 
6GB (memória RAM), 500GB (disco rígido), 
Gravador de DVD, Leitor de Cartões, HDMI, 
LCD 18.5" 
b) vende-se computador Positivo Premium K3210 
3D com Intel® Pentium G620 2.60 GHz, 2GB 
(memória RAM), 500GB (disco rígido), 
Gravador de DVD, Leitor de Cartões, HDMI, 
LCD 18,5" 
 
43 
Exercícios 
3. Escolha, a partir dos anúncios abaixo, o 
notebook que possui o melhor desempenho 
global: 
a) Notebook Positivo Unique S1991 3D 
com Intel® Dual Core™, 1.1GHz, 2GB, 
250GB, Gravador de DVD, Leitor de 
Cartões, Webcam, LED 14" 
b) Notebook Positivo Unique TV 
S2065i/2560 com Intel® Dual Core, 
1.1GHz, 4GB, 500GB, Gravador de 
DVD, Leitor de Cartões, HDMI, TV 
Digital, LED 14" 
44 
Atividade Prática Supervisionada 1 
 Parte I 
 Responda: 
1. Quais componentes formam a Unidade Central de 
Processamento? Qual a responsabilidade de cada 
um desses componentes? 
2. Qual é a função da memória principal e no que ela 
se distingue da memória secundária. Dê exemplos 
de dispositivos de memória secundária. 
3. Cite as diferenças existentes da memória RAM com 
relação a memória ROM. 
4. O que é linguagem de máquina? 
5. Diferencie compilador/montador/interpretador. 
6. O que é e quais são as funções de um sistema 
operacional. Dê exemplos de sistemas conhecidos. 
 
 
 
45 
Atividade Prática Supervisionada 1 
 Parte II 
 Pesquise: 
1. Joãozinho trabalha em uma empresa de 
Marketing e Propaganda e precisa de um 
computador para trabalhar com imagens, vídeos 
e textos. Maria trabalha como secretária desta 
empresa. Ajude-os a comprar o computador 
idea l. Pesquise nas lojas de informática da sua 
cidade quais computadores são apropriados 
para cada tipo de trabalho. Apresente três 
orçamentos e justifique o porquê de sua 
escolha. 
 
 
46 
Atividade Prática Supervisionada 1 
2. Procure as configurações de velocidade 
de processamento, memória, chip gráfico e 
chip de áudio dos seguintes computadores 
de jogos: 
◦ Sony PlayStation 2 
◦ Microsoft XBOX 
◦ Nintendo 
47 
Atividade Prática Supervisionada 1 
 Parte III 
 E…mãos na massa: 
1. Faça um robô computador e apresente para 
seus colegas. O robô deve conter todas as 
partes de um computador (memória, 
processador, dispositivos de entrada e saída) 
e deverá ser apresentado para os colegas de 
turma. 
 
 
48 
49 
Exemplos de robôs 2o. Semestre de 2013 
50 
Bibliografia 
• SILBERSCHATZ, Abraham, GALVIN, Peter, 
GAGNE, Greg. Fundamentos de 
Sistemas Operacionais. 8ª. Ed. Rio de 
Janeiro : LTC, 2010. 
• MACHADO, Francis B.; MAIA, Luiz Paulo. 
Arquitetura de Sistemas 
Operacionais. 3ª ed. Rio de Janeiro : 
LTC, 2002. 
51