2004 by pearson education profa. maria auxiliadora 1 introdução à computação leitura ...
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Profa. Maria Auxiliadora
Introdução à ComputaçãoIntrodução à Computação
Leitura http://www.geocities.com/fabiounix/files/icc/uni01.pdf
http://www.inf.ufsc.br/~jbosco/ii/IIcap1.dochttp://www.deinf.ufma.br/~maria/arqint/int.zip
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InformaçãoInformação ComunicaçãoComunicação
Sociedade Moderna
PoderPoder
Binômio Informação x Comunicação
Introdução à ComputaçãoIntrodução à Computação
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Sociedade Baseada em Computadores
Bases tradicionais da economia:– Terra– Trabalho– Capital
Novo elemento econômico:– Informação
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O Que é Conhecimento de Informática?
Consciência – – Tornar-se consciente da importância, versatilidade
e difusão dos computadores em nossa sociedade Conhecimento –
– Aprender o que são computadores e como eles funcionam.
– Aprender certos jargões técnicos Interação –
– Saber como usar os computadores para algumas aplicações simples
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O que é COMPUTAÇÃO?O que é COMPUTAÇÃO?
DADOSDADOS PROCESSAMENTOPROCESSAMENTO
Introdução à ComputaçãoIntrodução à Computação
RESULTADOSRESULTADOS
O que é INFORMÁTICA?O que é INFORMÁTICA?
INFORINFOR maçãomação autoautoMÁTICAMÁTICA
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O que é um Computador ?
Introdução à ComputaçãoIntrodução à Computação
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É uma máquina constituída por uma série de componentes e circuitos eletrônicos, capaz de receber, armazenar processar e transmitir informações.
Máquina programávelMáquina programável, capaz de realizar uma grande variedade de tarefas, seguindo uma seqüência de comandos, de acordo com o que for especificado.
O Computador não faz absolutamente nada sem que lhe seja ordenado fazer.
Sistema Computacional - Sistema Computacional - Integração de componentes atuando como uma entidade, com o propósito de processar dados, i.e. realizar algum tipo de operação aritmética/ lógica envolvendo os dados, de modo a produzir diferentes níveis de informações
Introdução à ComputaçãoIntrodução à Computação
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PeoplewarPeoplewaree
SoftwarSoftwaree
HardwarHardwaree
Introdução à ComputaçãoIntrodução à ComputaçãoComponentes de um Sistema Computacional
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Peopleware (pessoas)– Componente humana de um sistema de computação,
i.e. indivíduos que utilizam o computador como ferramenta. (Programador de computador: escreve software).
Hardware– Componente física de um sistema de computação,
i.e. todos os equipamentos utilizados pelo usuário nas ações de entrada, processamento, armazenamento e saída de dados.
Software– Componente lógica de um sistema de computação,
i.e. séries de instruções que fazem o computador funcionar (programas de computador).
Introdução à ComputaçãoIntrodução à Computação
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Características de um Computador
Os computadores podem manipular diversos tipos de informação (ou dados), incluindo: – dados numéricos – texto – imagens – vídeos – som
Introdução à ComputaçãoIntrodução à Computação
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Negócios Medicina e saúde pública Educação Arqueologia Engenharia Manufatura Direito Política Uso doméstico Entretenimento
UsoUso dos dos computadorescomputadores
Introdução à ComputaçãoIntrodução à Computação
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armazenamento de grandes volumes de informações e sua recuperação em tempo hábil
computação de cálculos matemáticos complexos em intervalos de tempo relativamente muito inferiores aos modos convencionais
comunicação segura, rápida e confiável
automação, controle e monitoração de sistemas complexos
processamento de voz e imagem
Introdução à ComputaçãoIntrodução à ComputaçãoNecessidades sociais x Uso de Computadores
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computação rápida de cálculos repetitivos envolvendo grandes volumes de dados
jogos e ferramentas para suporte ao ensino/aprendizagem
realidade virtual com aplicações aos fins mais diversos (entretenimento, medicina, robótica)
ferramentas para suporte a projetos (engenharia civil, arquitetura, engenharia mecânica, desenho industrial)
ferramentas para geoprocessamento de dados (engenharia agrícola, agronomia, planejamento urbano, meio ambiente)
Necessidades sociais x Uso de Computadores
Introdução à ComputaçãoIntrodução à Computação
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Benefícios dos Computadores
Produtividade - Funcionários usam seus computadores para executar suas tarefas mais
rápido e melhor. - Muitos processos podem ser controlados mais eficientemente por meio
dos computadores.
Tomada de decisões - Ajuda os tomadores de decisões a identificar fatores financeiros,
geográficos e logísticos.
Redução de custos - Ajuda a reduzir os custos de mão-de-obra, energia e papelada.
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Hardware: Os Componentes Básicos de um Computador
Quatro componentes principais:
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Entrada: O Que Entra
Entrada: são os dados colocados no computador para serem processados.– Teclado
• Gera sinais elétricos que são convertidos em caracteres– Mouse
• Move-se sobre uma superfície plana.• O movimento da esfera do mouse provoca o movimento
correspondente de um ponteiro na tela.– Scanner
• Lê letras, números e símbolos especiais• Caneta óptica, leitora de código de barras – freqüentemente
usada em lojas.• Scanners de mesa e de folhas soltas escaneiam imagens ou
documentos impressos.
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Saída: O Que Sai Saída: o resultado produzido pela CPU. Formas comuns de saída: texto, números, gráficos e sons.
Dispositivos comuns de saída:– Tela (monitor): pode exibir texto, números, fotografias e até
mesmo vídeo, totalmente em cores.
– Impressora: produz relatórios impressos conforme as instruções de um programa.
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O Processador e a Memória:Manipulação de Dados
Processador – Também chamado de unidade central de processamento
(CPU).– Consiste em circuitos elétricos:
• Interpreta e executa instruções de programa.• Comunica-se com os dispositivos de entrada, saída e
armazenamento.
Memória (armazenamento primário)– Estreitamente relacionada com o processador, mas distinta
dele.– Provê armazenamento temporário (volátil)
• Os dados contidos na memória se perdem se a energia cair ou se o programa for fechado
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Armazenamento Secundário
Provê armazenamento em longo prazo: Mídias comuns:
– Discos magnéticos• Disquete: disquete flexível de 3,5” em invólucro plástico.• Disco Rígido: mais capacidade de armazenamento e acesso
mais rápido do que os disquetes
– Discos ópticos• Usam raios laser para ler grandes volumes de dados a baixo
custo: CD-ROMs / DVD-ROMs
– Fita magnética• Armazena grandes quantidades de dados a baixo custo.
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Redes de Computadores
Rede: um sistema que usa equipamentos de comunicações para conectar computadores e seus recursos.– Rede Local (LAN)
• Os computadores pessoais de um escritório são interligados a fim de que os usuários possam se comunicar uns com os outros.
• Os usuários podem operar computadores independentemente.
• Eles podem compartilhar recursos e intercambiar dados.
– Rede Remota (WAN)
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A Internet
O maior e mais bem desenvolvido sistema de rede.– Conecta usuários do mundo inteiro.– Não é realmente uma rede, mas, sim, uma coleção de
milhares de redes.
Internet Service Provider
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Provedores de Serviços (Internet Service Providers)
O proprietário de um computador servidor:– Cobra uma taxa de acesso à Internet.
• A taxa pode garantir acesso ilimitado ou basear-se na utilização do serviço.
Constitui um meio para o usuário conectar-se ao servidor.– Uma vez conectado, você pode conectar-se à
Internet e a todos os outros computadores servidores.
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Navegando na Internet
Iniciou-se pelo Departamento de Defesa e suas instituições de pesquisa como um meio de compartilhar informações.– As informações no começo eram somente texto.– Os comandos para navegar eram obscuros.
Agora, a Internet tem uma base muito mais visual.
– Use o navegador (browser) para explorar a Internet.
– A World Wide Web.
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Classificação dos computadores
Computadores pessoais Computadores de rede Computadores manuais (handheld) Computadores midrange Mainframes Supercomputadores
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Sistema de Computador Pessoal
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Computadores Pessoais Computadores de mesa:
– Também conhecidos como PCs, microcomputadores, ou computadores domésticos.
– Divididos em três categorias:
• Computadores de segunda linha (low-end).– Adequados para usuários domésticos, para processamento de texto, jogos
simples e acesso à Internet• Computadores pessoais com plena capacidade.
– Bons para acentuado uso de gráficos, programação ou jogos baseados em ação
• Estações de trabalho.– Computadores de primeiríssima linha usados por engenheiros, operadores
financeiros e designers gráficos Computador de rede:
– Unidade central de processamento e memória mínima.– Projetado para ser usado em uma rede - Às vezes chamado de cliente magro (thin
client)
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Computadores Notebook
Computadores pequenos e leves. Suas capacidades se comparam às dos
computadores de mesa:– Processamento e memória similares.– A maioria tem disco rígido e uma unidade de disquete ou CD-
ROM.
Tipicamente, mais caros do que um computador de mesa equivalente.
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Computadores Manuais (Handheld)
Assistente Digital Pessoal – Personal Digital Assistant (PDA):– Controla a agenda de compromissos,
contatos etc.– Aceita entrada por meio de um estilo
manual. PC de Bolso (Pocket PC):
– Oferece as capacidades existentes nos PDAs, além da capacidade de rodar versões reduzidas de software, como, por exemplo, processador de texto e planilhas eletrônicas.
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Computadores Midrange
Computadores multiusuário projetados para suprir as necessidades de organizações de porte médio.– Centenas ou milhares de usuários conectados.– Usados para controle de estoques, entrada de
pedidos e outras aplicações da companhia como um todo.
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Mainframes
Computadores muito grandes e potentes:– Capazes de processar bilhões de instruções por segundo.– Capazes de manipular bilhões de caracteres de dados.
Freqüentemente usados para aplicações com
muitos usuários:– Sistemas de reservas de passagens aéreas.– Grandes estabelecimentos de vendas por encomenda postal.– Servidores de e-mail.
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Supercomputadores
Os computadores mais rápidos e mais poderosos:– Capazes de processar
trilhões de instruções por segundo.
Usados para aplicações muito sofisticadas que requerem gigantescas manipulações de dados:– Previsão do tempo.– Pesquisa de armamentos.– Efeitos especiais para
cinema.
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Unidade Central de Processamento
Conjunto complexo de circuitos eletrônicos.
Executa instruções de programa armazenadas.
Duas partes:– Unidade de controle– Unidade aritmética e lógica
(ALU)
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Unidade de Controle
Direciona o sistema do computador a executar instruções de programa armazenadas.
Deve comunicar-se com a memória e com a ALU.
Envia dados e instruções do armazenamento
secundário para a memória, quando necessário.
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Unidade Aritmética e Lógica
Executa todas as operações aritméticas e lógicas. Operações aritméticas:
– Adição, subtração, multiplicação, divisão.
Operações lógicas:
– Compara números, letras ou caracteres especiais.– Testa uma de três condições:
• Condição de igualdade (igual a)• Condição menor que• Condição maior que
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Armazenamento de Dados e a CPU
Dois tipos de armazenamento:
– Armazenamento primário (memória):• Armazena dados temporariamente.• A CPU referencia-o tanto para obtenção de
instruções de programa como de dados.
– Armazenamento secundário:• Armazenamento de longo prazo.• Armazenado em mídia externa; por exemplo, um
disco.
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A CPU e a Memória A CPU não pode processar dados diretamente do disco
ou de um dispositivo de entrada:– Primeiramente, eles devem residir na memória.– A unidade de controle recupera dados do disco e transfere-os
para a memória. Itens enviados à CPU para ser processados:
– A unidade de controle envia itens à CPU e depois os envia novamente à memória após serem processados.
Dados e instruções permanecem na memória até serem
enviados a um dispositivo de saída ou armazenamento, ou o programa ser fechado.
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Áreas de Armazenamento Temporário Registradores
Áreas de armazenamento temporário de alta velocidade.– Localizações de armazenamento situadas
dentro da CPU.
Funcionam sob direção da unidade de controle:– Recebem, guardam e transferem instruções ou dados.– Controlam onde a próxima instrução a ser executada
ou os dados necessários serão armazenados.
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Áreas de Armazenamento Temporário Memória
Também conhecida como armazenamento primário e memória principal.– Freqüentemente expressa como memória de acesso aleatório
(RAM).– Não faz parte da CPU.
Retém dados e instruções para serem processados.
Armazena informações somente enquanto o programa está em operação.
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Como a CPU Executa Instruções Quatro etapas são executadas para cada instrução:
– Ciclo de máquina: a quantidade de tempo necessária para executar uma instrução.
– Computadores pessoais executam-nas em menos de um milionésimo de segundo.
– Supercomputadores executam-nas em menos de um trilionésimo de segundo.
Cada CPU tem seu próprio conjunto de instruções:
– Aquelas instruções as quais a CPU pode entender e executar.
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O Ciclo da Máquina
O tempo necessário para recuperar, executar e armazenar uma operação.
Componentes:– Tempo de instrução (I-time)– Tempo de execução
O clock de sistema sincroniza as
operações.
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Tempo de Instrução– A unidade de controle recebe a instrução da memória e a coloca
em um registro.– A unidade de controle decodifica a instrução e determina qual é
a localização na memória para os dados necessários.
Tempo de Execução– A unidade de controle transfere dados da memória para registros
na ALU (A ALU executa instruções relativas aos dados).– A unidade de controle armazena o resultado da operação na
memória ou em um registro.
O Ciclo da Máquina
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Tipos de Chips
A Intel produz uma família de processadores:– Processadores Pentium III e Pentium 4 na maioria dos PCs.– Processador Celeron vendido para PCs de baixo custo.– Xeon e Itanium para estações de trabalho high-end e servidores
de rede.
Outros processadores:– A Cyrix e a AMD produzem microprocessadores compatíveis
com Intel.– Chips PowerPC são usados principalmente em computadores
Macintosh.– O microprocessador Alpha, da Compaq, é usado em servidores
high-end.
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Componentes da Memória
Memória semicondutora
RAM - Memória de Acesso Aleatório – Random- Access Memory
ROM - Memória Somente de Leitura – Read-Only Memory
Memória Flash
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Memória Semicondutora
Usada pela maioria dos computadores modernos:– Confiável, barata e compacta.– Volátil: exige corrente elétrica contínua.
• Se a corrente for interrompida, os dados se perdem.
– Semicondutor Complementar de Óxido de Metal – Complementary Metal Oxide Semiconductor (CMOS).• Retém informação quando a energia é desligada.• Usado para armazenar informações necessárias
quando o computador é inicializado.
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Memória de Acesso AleatórioRAM
Dados podem ser acessados aleatoriamente:– O endereço de memória 10
pode ser acessado tão rapidamente quanto o endereço de memória 10.000.000.
Tipos:– RAM estática – Static RAM
(SRAM)– RAM dinâmica – Dynamic
RAM (DRAM)
Empacotada em placas de circuito:– Módulos de memória lineares de
via simples (SIMMS).– Módulos de memória lineares de
via dupla (DIMMS).
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RAM Estática (SRAM)– Retém seu conteúdo com intervenção da CPU.– Mais rápida e mais cara do que a DRAM.– Tipicamente usada para cache de Nível 2.
RAM Dinâmica (DRAM)– Deve ser continuamente recarregada pela CPU, ou
perderá seu conteúdo.– Usada para memória de computadores pessoais.
• DRAM síncrona – Synchronous DRAM (SDRAM): o tipo mais rápido de DRAM usado atualmente.
• Rambus DRAM (RDRAM): mais rápida do que a SDRAM, tornar-se-á mais comumente usada quando os preços se reduzirem.
Memória de Acesso AleatórioRAM
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Memória Somente de LeituraROM
Contém programas e dados registrados permanentemente na memória pela fábrica.– Não pode ser alterada pelo usuário.– Não-volátil: o conteúdo não desaparecerá quando
houver queda de energia.
Chips de ROM programáveis (PROM):– Algumas instruções no chip podem ser alteradas.
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Memória Flash
RAM não-volátil
– Usada em telefones celulares, câmeras digitais e computadores manuais (handheld).
– Os chips de memória flash assemelham-se aos cartões de crédito.
– Menores do que uma unidade de disco e requerem menos energia.
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O Barramento (Bus) do Sistema Percursos elétricos paralelos que transportam dados
entre a CPU e a memória.– Largura de barramento:
• O número de percursos elétricos para transportar dados.• Medida em bits.• Com um tamanho de barramento maior, a CPU pode:
– Transferir mais dados simultaneamente:• Torna o computador mais rápido.
– Referenciar números de endereço de memória maiores:• Permite mais memória.
– Suportar um número e uma variedade maiores de instruções.
– Velocidade de Barramento:• Medida em megahertz (MHz). (ex. 400 MHz ou 533 MHz)
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Barramentos de Expansão
Adicione dispositivos periféricos ao sistema: Placa de expansão –
– Conectam-se a slots (encaixes) de expansão ou à placa-mãe.– São usadas para conectar dispositivos periféricos
Porta– Conectores externos para plugar periféricos, como, por exemplo,
impressoras.– Dois tipos de portas:
• Seriais: transmitem dados à base de um bit a cada vez.• Paralelas: transmitem grupos de bits em conjunto, lado a lado.
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Barramentos de Expansão e Portas Comuns
Barramento Industry Standard Architecture (ISA): Usado para dispositivos lentos, como o mouse e o modem.
Barramento Peripheral Component Interconnect (PCI): Usado para dispositivos mais rápidos, como discos rígidos.
Accelerated Graphics Port (AGP): Provê desempenho de vídeo mais rápido.
Porta Universal Serial Bus (USB): Permite-lhe converter muitos dispositivos em série para a porta USB.
Barramento IEEE 1394: Um barramento de alta velocidade normalmente usado para conectar equipamentos de vídeo.
Barramento PC Card: Usado em laptops para plugar um dispositivo do tamanho de um cartão de crédito.
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Velocidades de Processamento dos Computadores
As velocidades de instrução são medidas em segundos:– Milissegundo: um milésimo de segundo.– Microssegundo: um milionésimo de segundo.– Nanossegundo: um bilionésimo de segundo.– Picossegundo: um trilionésimo de segundo.
Medida da velocidade de clock do sistema:– Quantos pulsos eletrônicos o clock produz por segundo.– Usualmente, expressa em gigahertz (GHz).
• Billhões de ciclos de máquina por segundo.• Alguns PCs antigos mediam em megahertz (MHz).
Uma comparação de velocidades de clock somente é significativa entre microprocessadores idênticos.
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Outras Medidas de Desempenho MIPS – Um Milhão de Instruções por Segundo.
– Computadores pessoais de alta velocidade podem executar mais de 500 MIPS.
– Tipicamente, uma medida de desempenho mais acurada do que a velocidade de clock.
Megaflop – um milhão de operações em ponto flutuante por segundo.– Mede a capacidade do computador para executar
operações matemáticas complexas.
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Memória Cache
Uma área de armazenamento temporário:– Agiliza a transferência de dados dentro do computador.
Um pequeno bloco de memória de alta velocidade:– Armazena os dados e as instruções usados com mais freqüência e mais
recentemente.
O microprocessador procura primeiramente na cache os dados de que necessita:– Transferidos da cache muito mais rapidamente do que da memória.– Se não estiverem na cache, a unidade de controle recupera-os da
memória.
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Tecnologia dos Processadores
Computação com um Conjunto Complexo de Instruções – Traditional processors use Complex Instruction Set Computing (CISC)
Computação com um Conjunto Reduzido de Instruções – Reduced Instruction Set Computing (RISC)
– Usa um pequeno subconjunto de instruções.– Um menor número de instruções aumenta a velocidade.– Inconveniente: operações complexas têm de ser divididas em
uma série de instruções de tamanho menor.
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Processamento Paralelo e Pipelining
Pipelining– Uma variação do processamento serial tradicional.
Processamento Paralelo– Que usa múltiplos processadores simultaneamente
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Pipelining
Introduz uma nova instrução na CPU a cada etapa do ciclo de máquina.– A instrução 2 é captada quando a instrução 1 é
decodificada, em vez de esperar até que o ciclo se complete.
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Processamento Paralelo
O processador de controle divide o problema em partes:– Cada parte é enviada a um processador distinto.– Cada processador tem sua própria memória.– O processador de controle monta os resultados.
Alguns computadores que usam processamento paralelo operam em termos de teraflops: trilhões de instruções com ponto flutuante por segundo.
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Endereços de Memória
Cada localização de memória tem um endereço:– Um número único, como em uma
caixa postal.
Pode conter somente uma instrução ou peça de dados:– Quando dados são reescritos na
memória, o conteúdo anterior desse endereço é destruído.
Referenciado pelo número:
– As linguagens de programação usam um endereço simbólico (nomeado), tal como Horas ou Salário.
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Representação de Dados
Os computadores entendem duas coisas: ligado e desligado.
Dados são representados na forma binária:– Sistema numérico binário (base 2).– Contém somente 2 dígitos: 0 e 1.
• Corresponde a dois estados: ligado e desligado.
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Representando Dados
Bit - binary digit (dígito binário– Dois valores possíveis: 0 e 1 (Nunca pode estar vazio).
Byte– Um grupo de 8 bits.
• Cada byte tem 256 (28) valores possíveis.
– Para texto, armazena um caractere:• Pode ser letra, dígito ou caractere especial.
– Dispositivos de memória e armazenamento são medidos em número de bytes
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Palavra
O número de bits que a CPU processa como uma unidade.– Tipicamente, um número inteiro de bytes.– Quanto maior a palavra, mais potente é o
computador.– Computadores pessoais tipicamente têm 32 ou 64
bits de extensão de palavras.
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Capacidades de Armazenamento
Kilobyte: 1024 (210) bytes.– Capacidade de memória dos computadores pessoais mais antigos.
Megabyte: aproximadamente, um milhão (220) de bytes.– Memória de computadores pessoais. – Dispositivos de armazenamento portáteis (disquetes, CD-ROMs).
Gigabyte: aproximadamente, um bilhão (230) de bytes.– Dispositivos de armazenamento (discos rígidos).– Memória de mainframes e servidores de rede.
Terabyte: aproximadamente, um trilhão (240) de bytes.– Dispositivos de armazenamento para sistemas muito grandes.
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Esquemas de Codificação
Provêem uma maneira comum para representar um caractere de dados.– Necessários para os computadores poderem intercambiar dados.
Esquemas comuns:
– ASCII - American Standard Code for Information Interchange– EBCDIC - Extended Binary Coded Decimal Interchange Code (IBM -
mainframe)– Unicode
• Projetado para acomodar alfabetos com mais de 256 caracteres.
• Usa 16 bits para representar um caractere (65.536 valores possíveis).
• Exige duas vezes mais espaço para armazenar dados