Informática Aula 2 - Elementos da organização de computadores

bem-vindos a mais um encontro de informática na nossa no nosso encontro de hoje nós vamos falar sobre elementos da organização de computadores quando falamos de organização de computadores na verdade nós estamos Considerando o computador como um sistema complexo que ele é de fato e ao falar da organização nós vamos falar sobre os módulos que compõem o computador e como que eles são interligados como que são integrados nós já Vimos que o computador está presente no nosso cotidiano nas suas mais variadas formas seja na forma de um computador de mesa seja um computador portátil seja um

dispositivo portátil como um smartphone seja em dispositivos de propósito específico como uma caixa um caixa automático como uma máquina de crédito com uma máquina digital de fotografias ou seja um super computador e tudo isso nós chamamos de computador na verdade há muito em comum entre eles né se nós olharmos todas essas estruturas Elas têm uma visão geral muito parecida com essa nós temos que ter mecanismos para fazer a entrada de dados como que nós trazemos dados do mundo real para dentro da representação do computador o mecanismo que faz o processamento dos dados uma memória que

ajuda a fazer esse processamento armazenando os dados temporariamente e mecanos para poder fazer com que esses dados sejam exportados para o mundo exterior todos aqueles diferentes computadores se acabam acabam se encaixando nesse tipo de estrutura Inicialmente vamos falar um pouco sobre a questão da representação dos dados no computador por que que nós precisamos ter esse mecanismo de fazer a transição de uma representação do mundo real para o mundo do computador o que nós chamamos de um sistema natural de contagem é o sistema decimal o sistema na base 10 mas é natural simplesmente porque nós temos

10 dedos na mão se nós tivéssemos 12 dedos na mão usaríamos o sistema base 12 né que aliás seria muito mais prático já que 12 é divisível por 2 por 3 por 4 por 6 muito mais prático do que 10 que só é divisível por 2 e por 5 né quando nós usamos uma base essencialmente nós estamos dizendo que nós temos aquele número de símbolos para representar os valores básicos então no caso da base 10 nós temos 10 símbolos básicos do zero até o 9 então quando nós queremos contar do 0 até 9 0 1

2 3 9 quando queremos passar para a representação da do próximo elemento nós não temos mais símbolos então nós temos que combinar símbolos Então a gente combina a primeira vez que o zer vai reaparecer a primeira vez que o 1 Vai reaparecer e fica o 10 o 11 12 e assim por diante no computador nós usamos a base do a base do nós temos apenas dois símbolos nós representamos aqui por z0 e 1 então começamos a contar 0 1 quando queremos ir pro dois já não temos mais símbolos Então temos que fazer a mesma coisa

colocamos o um na frente e repetimos o zero um na frente repetimos o um quando passamos por próximo símbolo também já não tem mais símbolo então Passamos um z0 0 1 0 1 e assim por diante então Aqui nós temos a a base 10 na base 2 o sistema binário Z 1 0 é o 2 1 1 é o 3 0 4 1 0 1 5 e assim por diante até o 10 cada posição dessas cada bit desses cada dígito binário é o chamado de bit sabendo com os dados são representados que que o processador

faz com essas informações então primeiro um esclarecimento o processador também chamado CPU unidade central de processamento CPU da sigla em inglês não é essa caixa aqui essa caixa a gente chama de gabinete dentro do gabinete nós temos uma chamada placa mãe motherboard e dentro da motherboard nós temos lá uma posição lá específica Onde está o processador Esse sim é a CPU então quando nós falamos de processador ou CPU nós estamos falando desse dispositivo aqui que que esse dispositivo faz essencialmente ele é um dispositivo programável então ele tem instruções por exemplo faça a soma soma do

quê de dados que ele recebe de entrada Então ele recebe instruções e dados de entrada faz os seus cálculos como que ele faz esses cálculos por meio de uma sequência de Passos onde cada passo é determinado por um um pulso de um relógio então ele tem aqui Um Ciclo de trabalho interno e com isso ele produz um resultado então o computador recebe instruções e dados faz um processamento e produz o resultado E isso ele repete indefinidamente enquanto ele estiver operando vamos olhar um pouco mais em detalhe essas instruções que evoluiu nos computadores ao longo do

tempo em relação às instruções essencialmente os computadores mais antigos tinham poucas instruções então uma coisa que evoluiu com o passar dos tempos foi a quantidade de instruções que cada processador pode fazer a título de exemplo o Intel 44 em 1971 tinha 46 instruções enquanto que um computador moderno tem aí 130 instruções mais ou menos outra coisa que varia é a complexidade de cada instrução então já que eu posso ter mais transistores eu posso fazer cálculos mais complexos posso transformar Isso numa instrução que vai ser disponibilizada para o programador e também varia o tempo a quantidade

de ciclos que é necessário para executar cada instrução provavelmente vocês V ouvir falar em próximos encontros em próximos cursos sobre a questão do Risk versus o cisc houve uma época que durante a evolução dos computadores ficou sem dúvida O que fazer com os transistores que estavam sobrando se nós Devíamos construir instruções mais complexas ou manter instruções simples e usar o espaço para outras coisas então isso foi um debate que acerca de 30 anos atrás Tomou muito tempo os pesquisadores e hoje já se chegou uma solução meio de senso entre eles um outro aspecto que diferencia

os processadores ao longo dos da sua evolução é quantos bits eu vou usar para representar os meus dados tanto os dados de entrada quanto os dados de saída então nós falamos aqui do Intel 464 ele usava 4 bits ainda aí na década de 70 80 surgiram os primeiros processadores de 8 bits 8 bits é o que chamado de um byte na década de 80 para 90 surgira os computadores de 16 bits inclusive o o computador pessoal da IBM foi construído em cima de um computador de 16 bits foi lançado em 1981 depois os de 32

bits e recentemente os de 64 bits ou 8 byes Esse é o chamado tamanho da palavra do computador então hoje em dia quando você vai por exemplo instalar um programa na sua máquina no seu computador muitas vezes você tem duas opções olha essa aqui é a versão de 32 bits essa aqui é a versão de 64 bits Isso corresponde a essa palavra do processador Então você tem programas que vão executar ou num tipo de plataforma ou no outro tipo um Outro fator que influenciou também a evolução dos computadores foi a velocidade do relógio com que

velocidade eu conseguia realizar as funções elementares do meu processador Aqui nós temos um gráfico que mostra que nós saímos aqui da de cerca de 1 2 MHz na década de 80 para cerca de 10 GHz hoje em dia né então a velocidade do relógio é medida em herz herz é um ciclo por segundo então nós estamos falando aqui né em milhares de herts milhões de herts ou bilhões de herts bilhões de pulsos por segundo se vocês repararem naquele gráfico né Vocês vão observar que a curva de aceleração da velocidade do relógio está começando a achatar

então nós estamos atingindo um ponto onde não dá mais para acelerar o relógio Então o que fazer com o espaço que cada vez mais nós conseguimos conquistar dentro da mesma pastilha do computador nós podemos o que tem sido feito é colocar mais processadores Então na verdade hoje em dia quando você compra uma pastilha de um processador um chip como esse dentro dele você tem dois que seri um dual o 4 6 8 processadores Independentes lá dentro então com isso você consegue fazer du 4 se o vezes mais cálculos do que antigamente já existe algumas versões

experimentais com centenas de processadores dentro de um mesmo chip Vamos falar agora de um outro módulo componente do nosso computador muito importante que é a memória quando nós falamos do processador nós falamos que ele recebia instruções de dados de entrada e gerava dados de saída mas não falamos de onde que vinham esses dados e para onde iam esses dados na verdade eles vão para memória principal né ou memória primária né então é muito importante que essa memória seja tão eficiente em termos de velocidade de operação quanto o processador se não for assim o que vai

acontecer o processador faz a sua operação extremamente rápido faz a soma desses dados somou mas demora para ir PR para ir pra memória se demora e vai ficar esperando chegar a próxima instrução vai demorar também para chegar então tem que ser tão rápido quanto o processador por isso vários processadores já incorporam dentro do próprio chip uma pequena memória auxiliar a chamada memória cche então ele traz dados dessa memória e manté aqui dentro os dados mais usados aí consegue trabalhar na mesma velo dado do processador e quando essa memória precisa ser Renovada vai pra memória principal

traz novos dados a memória principal ela é também fruto da tecnologia de integração e com isso sua capacidade também vem crescendo assim como a sua velocidade de operação né então em termos de tempos de acessos nós falamos nas memórias principais com o tempo de acesso da ordem de nanosegundos nanosegundos é 10 a men 9 segundos 1 trés de segundo né e a capacidade tá h de Mb ou de gigab né então Lembrando que o byte é uma sequência de 8 bits né então nós estamos falando aqui de milhões ou bilhões de bytes em cima de

uma plaquinha como essa no entanto a memória principal tem uma característica que é a volatilidade a memória principal ela mantém a informação enquanto a energia está disponível acabou a energia aquela informação vai embora para que nós possamos manter os dados entre diferentes execuções do computador nós precisamos de uma memória não volátil que é a memória secundária composta essencialmente de discos magnéticos ou de discos de estado sólido mas usados nos dispositivos portáteis esses discos T capacidade muito maiores que a capacidade da memória principal então nós estamos falando aqui de centenas de GB ou de tb né

Tab aí já né 2 elevado a 40 by né então nós temos disso de 1 TB 2 tb sendo comuns hoje em dia né e o tempo de acesso por outro lado ele é muito mais lento nós falamos aqui de tempos de acessos da ordem de milissegundos se na memória principal nós falamos de nanossegundos 10 a-9 nós estamos falando aqui de milisegundos 10 a-3 então nós estamos falando que é uma memória que é 1 milhão de vezes mais lenta que a memória principal esse pequeno gráfico ilustra né como que a capacidade dos discos magnéticos evoluiu

desde a década de 80 onde nós tínhamos aqui discos de 10 MB né até os dias de hoje com discos aí da os de né 2 a a 10 tb o terceiro componente principal dos computadores tem a ver com a transição dos dados entre o mundo externo e o computador que são os dispositivos perif periféricos nossos módulos de entrada e de saída a função desses módulos é fazer a conversão dos dados do mundo real para o processador e a saída desses dados do computador para o mundo real são exemplos de dispositivos de entrada teclados eh

microfones Mouses canetas dispositivos de interação direta telas sensíveis ao toque e webcam e scanner a função desses dispositivos então é trazer dados para dentro do computador eles vão traduzir o mundo real para o mundo digital então por exemplo no scanner você pode digitalizar uma foto e pegar uma foto que tá impressa no papel e levar para um formato digital em jpg ou você pode pegar um documento um texto e fazer o scanner e fazer um documento em PDF da mesma forma nós temos dispositivos de saída Então os dispositivos de saída fazem a tradução daquilo que

o computador armazena internamente para um formato que o ser humano consegue entender então são exemplos de dispositivos de saída os monitores de vídeo dispositivos de áudio como altofalantes e fones de ouvido impressoras projetores e plotters um outro exemplo de dispositivo externo muito importante apesar de não fazer a conversão dos dados são os dispositivos de armazenamento externo então nós temos aí já tivemos né a presença de muitos tipos de dispositivos por exemplo aqui na década de 90 os flop disks anteriormente ainda as fitas magnéticas esse aqui é um exemplo de um disco magnético de 5 MB

construído em 1956 tava sendo transportado aí para ser entregue pro comprador hoje em dia nós já usamos outros tipos de dispositivos Então são muito mais comuns nós usarmos aí né dispositivos como pen drives eh discos óticos seja em DVDs ou blu-ray cartões de memória tanto micro como normal e os discos externos para os computadores discos magnéticos externos Então por meio desses positivos nós conseguimos transportar os dados de uma forma muito mais confortável do que nós teríamos de fazendo a conversão todas as vezes que tivéssemos que usar uma um novo computador em síntese nós trabalhamos nesse

nosso encontro com a questão da representação dos dados de computadores nós vimos aí como que é o formato binário as características dos processadores que variam instruções tamanho da palavra e velocidade características da memória que variam em termos de tempo de acesso e capacidade e as características de alguns periféricos espero que com isso vocês tenham tido alguma noção de como que são organizados os módulos internos de um computador Obrigado pela atenção e até a próxima k C