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Introdução
• O que é Computação? • O que é Informá6ca? • O que é um Computador? • O que é um Sistema Computacional? • Arquitetura de Computadores • O Processo de Boot
Computação e Informá6ca • Computação – Dados -‐> Processamento -‐> Resultados
• Informá6ca = Informação Automá)ca
• A Ciência da Computação tem como objeto de estudo os métodos e as técnicas des6nadas a modelar, analisar e resolver problemas a par6r da u6lização de recursos computacionais. – A a6vidade do cien6sta da Computação consiste na concepção, desenvolvimento e/ou aplicação desses métodos e técnicas.
Computador
• É uma máquina cons6tuída por uma série de componentes e circuitos eletrônicos, capaz de receber, armazenar processar e transmi6r informações.
• Máquina programável, capaz de realizar uma grande variedade de tarefas, seguindo uma sequência de comandos, de acordo com o que for especificado.
Sistema Computacional
• Integração de componentes atuando como uma en6dade, com o propósito de processar dados, i.e., realizar algum 6po de operação aritmé6ca/lógica envolvendo os dados, de modo a produzir diferentes níveis de informações
Componentes de um Sistema Computacional
• Peopleware – Componente humana de um sistema de computação, i.e., indivíduos que u6lizam o computador como ferramenta.
• Hardware – Componente Ysica de um sistema de computação, i.e. todos os equipamentos u6lizados pelo usuário nas ações de entrada, processamento, armazenamento e saída de dados.
• SoZware – Componente lógica de um sistema de computação, i.e., séries de instruções que fazem o computador funcionar (programas de computador).
Computação
• Tipo de informação – Texto, vídeo, áudio, imagem, dados de EEG… – Representação – Processamento – Armazenamento – Reprodução
• Sistemas: qual o limite de uso?
O computador
• Os computadores de hoje são disposi6vos eletrônicos que, sob direção e controle de um programa, executam quatro operações básica: – Entrada – Processamento – Saída – Armazenamento
O computador • Atualmente existe uma grande diversidade de computadores, com diferentes tamanhos, custos, propósitos e funcionalidades. Por essa razão, tornou-‐se necessário o seu agrupamento em categorias – Quanto à caracterís)ca de construção – Quanto ao princípio de construção (quanto à natureza)
– Quanto ao âmbito – Quanto ao Porte
Computador -‐ Histórico
• Máquinas de calcular an6gas – Mecânicas – Laplace, Jacquart, Babbage…
• II Guerra Mundial (1930+) – Subs6tuição de partes mecânicas por partes elétricas
– Uso de relés (interruptores) – ENIAC – Heath Robinson (ENIGMA)
Computador -‐ Histórico
• On computable numbers – Alan Turing
• Computador moderno – Alan Turing + John von Neumann – Arquitetura, algoritmos, computabilidade… – Além de cálculos matemá6cos, processamento lógico de informações
– Turing Universal Machine
Computador -‐ Histórico
• Konrad Zuse construiu máquinas de calcular na década de 30 usando relés eletromecânicos – Z1, Z2 e Z3 (1941) – Codificação de mensagens
• 1943 – Colossus (nova versão do Heath Robinson) • Válvulas subs6tuem os relés – começa a era da eletrônica
• Mark I (1944) – primeiro computador eletromecânico
Computador -‐ Histórico
• 1945 -‐ Von Neumann sugeriu que o sistema binário fosse adotado em todos os computadores, e que as instruções e dados fossem compilados e armazenados internamente no computador, na seqüência correta de u6lização. – O computador processaria os dados de acordo com as necessidades do usuário, ou seja, as instruções não viriam pre-‐determinadas.
– Mais tarde esse computador foi construído recebendo o nome de EDVAC.
– Estas sugestões tornaram-‐se a base filosófica para projetos de computadores.
Computador -‐ Histórico • 1945 – As we may think -‐ Memex
– Vannevar Bush • 1946 – ENIACr
– Primeiro computador eletrônico – Aposentado em 1952
• 1947 – EDVAC • 1947 – Invenção do Transistor • 1948 – UNIVAC (computador comercial) • 1952 – Grace Hopper criou o primeiro compilador e ajudou a
desenvolver linguagens de programação • 1953 – Memória magné6ca, lançamento do primeiro computador
digital da IBM (IBM 701) • 1958 – Circuito integrado • 1960 – primeiro modem (dataphone) comercial, COBOL
Computador -‐ Histórico • 1962 – SpaceWar! (primeiro jogo intera6vo, videogame) • 1963 – Douglas Engelbart (então engenheiro da XEROX)
patenteia o mouse • 1964 – BASIC • 1967 – Floppy disk • 1969 – UNIX e ARPANET • 1971 – Primeiro computador pessoal (Kenbak-‐1 U$ 750);
Intel 4004 • 1972 – Atari • 1973 – TCP/IP, Ethernet • 1976 – Apple I
Computador -‐ Histórico • 1980 – Hard Disk drive (5Mb); IBM contrata MicrosoZ para fazer o OS para um novo microcomputador
• 1981 – IBM introduz o PC; MS-‐DOS; Primeiro computador portá6l (Osborne I)
• 1982 -‐ Celular • 1983 -‐ Windows • 1984 – Macintosh • 1985 – C++, CD-‐ROM • 1988 – Vírus • 1990 – Web • 1993 – Mosaic
Informação
• O computador, sendo um equipamento eletrônico, armazena e movimenta as informações internamente sob forma eletrônica; – reconhece dois estados Ysicos dis6ntos, produzidos pela eletricidade, pela polaridade magné6ca ou pela luz refle6da
– em essência, eles sabem dizer se um “interruptor” está ligado ou desligado.
Informação
• Em um computador são armazenados e processados apenas dados e instruções.
• Um computador executa operações sobre dados numéricos (os números) ou alfabé6cos (letras e símbolos).
• É preciso definir uma forma de representar os dados, codificados em uns e zeros, que possam ser interpretados pelo computador, de forma correta e eficiente (com bom desempenho e pouco consumo de memória).
Informação
• Os dados podem ser: – Alfabé6cos
• letras, números e símbolos (codificados em ASCII e EBCDIC)
• Numéricos – ponto fixo, números inteiros – ponto flutuante (números reais ou fracionários) – BCD (representação decimal codificada em binário)
• Lógicos – Variáveis que possuem apenas dois valores para representação (FALSO e VERDADEIRO).
Informação
• Todos os dados numéricos são representados em um computador como uma seqüência de 0s e 1s.
• Os números podem ser posi6vos ou nega6vos. As operações aritmé6cas, em par6cular a subtração, podem originar resultados nega6vos.
• Um aspecto primordial a ser definido seria então como representar o sinal.
Informação
• Os computadores manipulam dados (sinais brutos e sem significado individual) para produzir informações.
• É preciso saber como a conversão ocorre para compreender como o computador funciona.
• Conjunto de símbolos u6lizados para representação de quan6dades e de regras que definem a forma de representação.
• Cada sistema de numeração é apenas um método diferente de representar quan6dades. As quan6dades em si não mudam; mudam apenas os símbolos usados para representá-‐las.
Arquitetura de Computadores
• O computador é uma máquina ou disposi6vo capaz de executar uma sequência de instruções definidas pelo homem para gerar um determinado resultado, – sequência de instruções é denominada algoritmo, o qual pode ser definido como um conjunto de regras expressas por uma sequência lógica finita de instruções
Arquitetura de Computadores
• John Von Neumann foi um matemá6co natural da Hungria
• Construção de um computador sequencial binário de programa armazenado
• Propôs os elementos crí6cos de um sistema computacional, denominado de Modelo de Von Neumann
Arquitetura de Computadores • Modelo de Von Neumann – uma memória Ysica (para armazenar programas e dados – representados por 0’s e 1’s);
– uma Unidade Aritmé6ca e Lógica (ULA), cuja função é executar opera-‐ ções indicadas pelas instruções de um programa. Seu trabalho é apoiado por diversos registradores (ex.: acumulador);
– uma Unidade de Controle (UC), cuja função é buscar um programa na memória, instrução por instrução, e executá-‐lo sobre os dados de entra-‐ da (que também se encontram na memória); e
– equipamento de entrada e saída.
Arquitetura de Computadores
• UCP/CPU sigla representa6va de Unidade Central de Processamento (processador ou microprocessador). – É responsável pela execução de dados e instruções armazenadas em memória (código de programas e dados);
Arquitetura de Computadores • UCP/CPU sigla representa6va de Unidade Central de Processamento (processador ou microprocessador). – É responsável pela execução de dados e instruções armazenadas em memória (código de programas e dados);
– CLOCK -‐ gerador de pulsos, cuja duração é chamada de ciclo, e a quan6dade de vezes que esse pulso básico se repete em um segundo define a unidade de medida do relógio, denominada frequência, a qual também é usada para definir a velocidade na CPU (medida em hertz – Hz – que significa um ciclo por segundo)
Arquitetura de Computadores
• Memória – Existem diversos 6pos de memória em um computador (ex.: RAM (principal), ROM, cache, registradores), mas existe uma delas denominada memória principal, a qual é indispensável.
– A memória principal é tão importante quanto a UCP, pois sem ela não seria possível disponibilizar os programas e seus dados para o processamento pela CPU.
– A memória é responsável por armazenar todos os programas em execução e os dados que u6lizam;
Arquitetura de Computadores
• Disposi)vos de Entrada e Saída (E/S) são disposi6vos responsáveis pelas entradas e saídas de dados, interações entre o computador e o mundo externo/usuários. – monitor de vídeo, teclado, mouse, webcam, impressora etc.
Arquitetura de Computadores
• Barramento interliga todos os componentes. – Trata-‐se de uma via de comunicação composta por condutores elétricos por onde trafegam as informações manipuladas pelo computador.
Arquitetura de Computadores
• Barramento – Quando se fala em quan6dade de bits que podem trafegar em um barramento, fala-‐se em taxa de transferência, que revela a medida dessa quan6dade, a qual é especificada em bits por segundo (normalmente K bits, M bits, etc.).
Sistema Operacional • é um programa ou um conjunto de programas cuja função é gerenciar os recursos do sistema, fornecendo uma interface entre o computador e o usuário. – É responsável por definir qual programa recebe atenção do processador, gerenciar memória, criar um sistema de arquivos, etc.
• Um grupo de desenvolvedores da AT&T criaram o Unix (UNICS) em 1969, sendo o primeiro sistema operacional moderno da computação. – Visavam solucionar o problema da incompa6bilidade de SOs de máquinas dis6ntas
Sistema Operacional
• gerenciamento de processos; • gerenciamento de memória; • sistema de arquivos; • entrada e saída de dados.
Boot • Processo de iniciação do computador que carrega o sistema operacional quando a máquina é ligada
• BIOS (Basic Input/Output System — Sistema Básico de Entrada/Saída)
• Após executar testes e iniciar os componentes da máquina (monitores, discos, etc), o BIOS procura pelo sistema operacional em alguma unidade de armazenamento e a par6r daí, o sistema operacional controla máquina.
• Deriva do termo bootstrapping (de boot straps -‐ cadarço)
Boot 1. Acessa a memória CMOS, um circuito integrado que
grava informações referentes ao hardware. Assim o BIOS estabelece reconhecimento e comunicação com peças como placas de vídeo e memória RAM.
2. Power-‐on Self Test (POST) -‐ testes que a BIOS realiza para saber se tudo está se inicializando da maneira correta. Quando alguns componentes essenciais estão faltando, alguns beeps ou mensagens na tela alertam o usuário.
3. Procura por alguma fonte para inicializar o sistema operacional (configurável, disco rígido, CD-‐ROM, pendrive etc.)
Boot
4. BIOS lê o setor zero (que contém apenas 512 bytes, denominado Master Boot Record) do HD, que contém um código que alavanca a inicialização do sistema operacional (outros disposi6vos tem a capacidade de emular esse setor).
5. Leitura de um arquivo de configuração de boot, o Boot Loader
Boot 6. É inicializado o núcleo (kernel). Assim como o
BIOS estabelece a ligação entre hardware e sistema, o kernel serve para firmar uma comunicação estável entre hardware e soZware. Nessa fase, é ele quem assume o controle do computador.
7. O kernel carrega os arquivos principais e informações básicas do sistema operacional (incluindo o registro), além de relacionar os componentes de hardware com os respec6vos drivers.