Capítulo 2 - Componentes

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Capítulo 2:

Componentes de um

Sistema

Computacional

Professor Johnny Marques

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Componentes

• Modelo de computador com componentes básicos, os quais fazem

parte (exceto as memórias) das etapas de um processo de manipulação de dados.

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Componentes

• Consideremos o caso de um sistema de controle do movimento diário de uma agência bancária:

• Atualização dos saldos das contas de clientes que tiveram movimento em um determinado dia.

• Em linhas gerais, o movimento do dia compreenderia apenas retiradas de algum valor ou inclusões.

• As duas possíveis operações seriam, então:

• retirada–operação de subtrair do saldo atual o valor da retirada, obtendo-se um novo valor de saldo;

• depósito–operação de somar ao saldo atual o valor do depósito, obtendo-se um novo valor de saldo.

• Ambas as operações são realizadas por meio de informações obtidas de um documento.

• DOC –que contém o número da conta a ser manipulada, o tipo da operação(retirada ou depósito) e o valor em moeda.

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Algoritmo

• Desta forma (informal) não é possível ser processado por uma máquina, devido à sua informalidade e à ausência de qualquer padrão de nomenclatura.

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Linguagem de Programação

• Com isso houve a necessidade de definir linguagens de comunicação com os computadores, chamadas de: linguagem de programação

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Componentes

• Os computadores foram (e ainda são) projetados com capacidade de entender e realizar apenas tarefas bem simples e curtas, tais como:

• Somar dois números de cada vez (não efetua com 3 ou 4 números de uma só vez, etc.)

• Mover um número de um local para outro.

• Ler o caractere correspondente à tecla que acabou de ser pressionada no teclado, e assim por diante.

• Portanto, para o computador poder realizar as tarefas é preciso que estas estejam bem detalhadas.

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Componentes

• Ignorando como foram feitos os algoritmos, nosso objetivo é identificar quais são os componentes envolvidos com a realização das tarefas descritas nos algoritmos e conhecer suas funções básicas dentro do processo global.

• Para que uma máquina seja capaz de realizar várias operações, é

preciso que ela seja de algum modo instruída para identificar cada uma delas e, depois de identificá-la, saber como realizá-la.

• As tarefas relacionadas são, uma por uma, operações que uma determinada máquina pode realizar. Chamam-se por causa disso instruções de máquina.

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Componentes

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UCP – Unidade Central de Processamento

• O componente do computador que é capaz de entender e realizar uma operação definida por uma instrução de máquina denomina-se Unidade Central de Processamento – UCP, ou

simplesmente processador central (CPU –Central Processing Unit).

• Constituída de milhões de minúsculos circuitos e componentes eletrônicos (transistores, resistores, etc), cujas funções básicas são ler e interpretar instruções de máquina e realizar as operações matemáticas (ou outras) definidas após a

interpretação de uma determinada instrução. Atualmente, os mencionados milhões de

elementos podem ser encapsulados em um único invólucro, formando as pastilhas (chips).

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UCP – Unidade Central de Processamento

• A UCP é o componente capaz de entender uma instrução.

• Tem como função básica ler e interpretar instruções e realizar operações matemáticas definidas após a interpretação de uma instrução.

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UCP – Unidade Central de Processamento

• Componente vital do sistema.

• Além de efetivamente realizar as ações finais (operações matemáticas com os dados).

• Interpreta o tipo e o modo de execução de uma instrução.

• Controla quando e o que deve ser realizado pelos demais componentes, emitindo para isso sinais apropriados de controle.

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Memória

• O componente do sistema de computação responsável pelo

armazenamento das informações introduzidas pelo componente de ENTRADA é denominado: MEMÓRIA.

• Os programas e dados são armazenados nela para execução imediata (memória principal e cache) ou para a execução ou uso posterior

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Dispositivos de E/S

• Permitem que o sistema de computação se comunique com o mundo exterior, realizando ainda, além da interligação, a conversão das

linguagens do sistema para a linguagem do meio exterior (caracteres de nossas linguagens) e vice-versa.

• Os seres humanos entendem símbolos como A,b, * , (, + , porém os computadores só compreendem 0 e 1.

• O teclado (dispositivo de entrada) interliga o usuário e o computador permitindo a comunicação entre ambos através do uso de suas teclas.

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Dispositivos de E/S

• Ao ser pressionada a tecla correspondente ao caractere A, por exemplo, os circuitos eletrônicos existentes no teclado “convertem” a pressão

mecânica em um grupo de sinais elétricos, alguns com tensão alta (bit 1) e outros com tensão baixa (bit 0), que corresponde, para o computador, ao caractere A.

• Os dispositivos de saída operam de modo semelhante, porém em

sentido inverso, isto é, do computador para o exterior, convertendo os sinais elétricos internos em símbolos conhecidos pelos humanos.

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Dispositivos de Entrada

• ENTRADA – requer um componente ou equipamento específico (hardware).

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Dispositivos de Entrada

• Além do TECLADO, podemos citar:

• Mouse

• Scanner

• Caneta

• Microfone

• Touch-Screen

• Sensores ópticos (utilizados para “ler”as marcas a

lápis, colocadas em folhas de respostas por candidatos em um concurso)

• Sensores Magnéticos (utilizado para “ler”marcas colocadas em um cheque de banco)

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Componentes de Saída

• Podemos citar: • Monitor • Impressora • CD/DVD • Disco rígido • Pen-drive • Caixas de Som

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Sistemas Computacionais

• Os sistemas atuais, embora mais potentes, possuem os mesmos

componentes básicos e realizam suas funções essenciais orientadas pelos mesmos conceitos dos primeiros computadores (apresentados por John Von Neumann).

• Dados e instruções são armazenados em uma memória do tipo que escreva e recupera (leitura).

• O conteúdo da memória é endereçado conforme a sua posição, independentemente do tipo da informação nele contido.

• A execução das instruções ocorre de forma seqüencial ( a não ser que uma instrução específica mude momentaneamente a seqüência), uma em seguida à outra.

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Representação das Informações

• Toda informação introduzida em um computador – sejam dados que serão processados ou instruções de um programa – precisa ser

entendida pela máquina, para que possa corretamente interpretá-la e processá-la.

• O computador, sendo um equipamento eletrônico, armazena e

movimenta as informações internamente sob forma eletrônica; esta pode ser um valor de tensão ou de corrente (na memória secundária as informações são armazenadas sob forma magnética ou ótica).

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Representação das Informações

(1) Forma elétrica, usada em máquinas eletrônicas (uma intensidade de sinal diferente para cada caractere)

(2) Forma gráfica simbólica, usada pelos humanos (um símbolo diferente para cada caractere)

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Representação das Informações

• Para que uma máquina pudesse representar eletricamente todos os símbolos utilizados na linguagem humana, seriam necessários mais de 100 diferentes valores de tensão.

• Uma máquina assim seria de difícil construção para fins comerciais e possivelmente teria uma confiabilidade muito baixa.

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Representação das Informações

• Por que então uma máquina binária?

• Mais simples e confiável projetar o circuito capaz de gerar e manipular o menor número possível de valores distintos (0 e 1).

• Mais simples o emprego da lógica booleana (SIM/NÃO,

ABERTO/FECHADO, ACIMA/ABAIXO, LIGADO/DESLIGAO, etc).

• Toda informação produzida em um computador é convertida para a forma binária.

• O menor elemento disponível de uma linguagem é o caractere ( em português de A a Z e os números de 0 a 9.

• A menor unidade armazenável em um computador é o algarismo binário, ou dígito binário, conhecido como bit (binary digit).

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Representação das Informações

• O bit pouco pode representar isoladamente. Por isso as informações manipuladas por um computador são codificadas em grupos ordenados de bits, de modo a terem um significado útil.

• Podemos definir alguns exemplos:

• 5 bits por caractere - 32 símbolos diferentes

• 6 bits por caractere – 64 símbolos diferentes

• IBM definiu o byte: Grupo ordenado de 8 bits, tratados de forma

individual, como unidade de armazenamento e transferência que pode representar uma informação em computador.

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Representação das Informações

• K – Kilobytes (mil vezes 1 byte)

• M – Megabytes (um milhão vezes 1 byte)

• G – Gigabytes (um bilhão vezes 1 byte)

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Representação das Informações

• 1 K = 1024 unidades (2

10

₎

• 1 M = 1.048.576 unidades (2

10

_{x 2}

10

_{) = 2}

20

• 1 G = 1.073.741.824 unidades (2

10

x 2

10

X 2

10

) = 2

30

• Tera = 2

40

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Representação das Informações

• Exemplos: • 1K = 1024 • 1M = 1024 * 1024 = 1.048.576 • 1G = 1024 M = 1.048.576 K = 1.048.576 * 1024 = 1.073.741.824 • 256K = 256 * 1024 = 262.124 • 64M = 64 * 1024 * 1024 = 65.536K = 65.536 * 1024 = 67.108.864 Tabela 2.1 (PLT – Página 30)

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28

Representação das Informações

• O termo caractere é mais empregado para fins

comerciais (propaganda, apresentações a pessoas

não familiarizadas com os termos da computação),

enquanto byte é empregado mais na linguagem

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Representação das Informações

Livros Banco de Dados Textos Arquivo Frases Registro Palavra Palavra Caractere Byte e Caractere Bit Linguagem Humana Computadores Tabela 2.2 (PLT – Página 31)

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Classificação de Sistemas de Computação

• Os computadores podem ser classificados pelos critérios:

• Velocidade de Processamento;

• Capacidade de Armazenamento;

• Utilização;

• Tamanho Físico.

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32

Classificação de Sistemas de Computação

• Os computadores podem ser classificados em:

• Supercomputadores;

• Computadores de grande porte (Mainframes);

• Minicomputadores;

• Estações de trabalho (workstations);

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Supercomputadores

• Processa uma grande quantidade de dados com

processamento paralelos;

• Processa aplicações científicas complexas (grande

quantidade e complexidade de cálculos matemáticos);

• Poucos no mundo (caro);

• São tops em velocidade;

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Mainframes

• Década de 50;

• Computadores eram máquinas complexas operadas por especialistas;

• Para processar as pessoas enfileiravam-se para submeter seus cartões ou fitas magnéticas para processamento em lote;

• Não havia interação;

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Minicomputadores

• Veio para as empresas que não podiam comprar mainframes.

• Era mais barato e processamento menor.

• Possibilidade de se conectar com outros.

• Suporta o processamento de múltiplos usuários e programas.

• Manipula diversos dispositivos de entrada e saída.

• Sistemas operacionais mais sofisticados.

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Estação de Trabalho

• Projetado para realizar tarefas mais pesadas, em áreas científicas, desenhos complexos, cálculos matemáticos, etc.

• Potência de cálculo e velocidade de processamento similar a de um minicomputador.

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Microcomputadores

• Usados em larga escala nas empresas e como computadores pessoais.

• Surgiu em 1974. Tamanho e capacidade de processamento menor em relação aos sistemas existentes na época.

• Único usuário.

• Desktops: 3 unidades (em geral) fisicamente separadas em cima de uma mesa: UCP (ou CPU), vídeo e teclado.

• Notebooks: Menor que os desktops, portáteis, usam baterias.

• Netbooks: São os notebooks com dimensões menores.

• Palmtops: Notebooks quase do tamanho da palma de nossas mãos.

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Medidas de Desempenho

• Tempo de Resposta: medida ligada ao desempenho mais global do sistema e não de um ou outro componente.

• Período de tempo gasto entre o instante em que o usuário iniciou uma solicitação ou interrogação e o instante em que o sistema apresentou ao usuário a sua resposta ou atendeu à sua solicitação.

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Medidas de Desempenho

• Tempo de Resposta: medida ligada ao desempenho mais global do sistema e não de um ou outro componente.

• Período de tempo gasto entre o instante em que o usuário iniciou uma solicitação ou interrogação e o instante em que o sistema apresentou ao usuário a sua resposta ou atendeu à sua solicitação.

• Ex. Saldo bancário

• Vazão (throughput): Define a quantidade de ações ou transações que pode ser realizada por um sistema na unidade de tempo.

• Por exemplo, a quantidade de atualizações que pode ser feita em um sistema de controle do estoque.

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Exercícios

Indique o valor de x nas seguintes expressões a) 65.536 = x K b) 12.288K = x M c) 19.922.944 = x M d) 8 Gbytes = x bytes e) 64 kBytes = x bits f) 262.144 bits = x Kbits

g) 16.700.160 palavras de 16 bits = x bytes h) 256 Kbytes = x Kbits

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