O documento discute a constituição básica do hardware dos computadores digitais. Ele descreve os principais componentes de um sistema computacional, incluindo a unidade central de processamento, memória, unidades de entrada e saída e barramentos. Também discute as aplicações dos computadores em diversas áreas como ciência, educação, entretenimento, engenharia e saúde.

1. CONSTITUÇÃO BÁSICA DO HARDWARE DOS COMPUTADORES DIGITAIS
Tema 1 | Conferência 1 | Computaçao I
MSC. Henry Raúl González Brito
henryraul@outlook.com, henryraul@gmail.com

2. Contenúo
•Introdução
•Características dos Computadores
•Evolução dos Computadores
•Geração do Computadores
•Classificação dos Computadores
•Aplicação dos Computadores
•Arquitectura de Computadores(Von Neumann Computer)
•Componentes de um Sistema Computacional
•Unidade Central de Processamento
•Unidade Aritmética Lógica (ALU)
•Unidade de Controle (UL)
•Registos
•Unidadede Memória
•Memória de Acesso Aleatório (RAM)
•DRAM VS SRAM
•Tamanho e Endereços de Memória
•MemórioSomente de Leitura (ROM)
•Memória Segundaria
•Unidades de Entrada e Saída
•Periféricosde Entrada
•Periféricosde Saída
•Barramentos
•Barramentode Dados
•Barramentode Endereço
•Barramentode Controle

3. Objectivos
•Introduzirosestudantesaoestudodainformáticaefamiliarizá-loscomoscomputadoresdigitais,tantonosaspectosdehardwarecomodesoftware.Apresentar-lhesasestruturasdedadosbásicaseiniciá-losnodesenvolvimentodeprogramascomputacionaisusandoumalinguagemdeprogramaçãodealtonível(C/C++).

4. Programa de la asignatura
1.ConstituiçãoBásicadoHardwaredosComputadoresDigitais:Unidade
CentraldeProcessamento.Memórias.DispositivosdeEntradaeSaída.
BarramentoseArquiteturas.
2.NoçõesBásicassobreoSoftwaredosComputadoresDigitais.
3.VisãoGeraldosSistemasOperacionais:FunçõesBásicas.TiposdeSistemasOperacionais.
4.ConceitodePrograma:Instruções.Endereçamento.Modularização.
5.LinguagensdeProgramação:TiposdeLinguagens.
6.AlgoritmoseFluxogramas:ConceitodeAlgoritmo.Métodosparaa
ConstruçãodeAlgoritmos.TiposdeAlgoritmos.Pseudocódigos.
7.EstruturasdeAtribuição,Sequenciação,DecisãoeRepetição.
8.EstruturasdeBásicasDados:Vectores.ListasLineares.
9.IntroduçãoaoEstudodasLinguagensdeProgramação,Utilizandoas
LinguagensCeC++.DesenvolvimentodeProgramasemCeC++.

5. Bibliografía
•ASCENCIO, A. F. G. e CAMPOS, E. A. V. -Fundamentos da Programação de
•Computadores: Algoritmos, Pascal e C/C++; São Paulo: Prentice Hall, 2002.
•GUIMARÃES, A. M. e LAGES, N. A. C. -Algoritmos e Estruturas de Dados;
•Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos, 1994.
•VELOSO, P.; Dos SANTOS, C e AZEREDO, P. -Estruturas de Dados; 3ª ed.;
•Rio de Janeiro: Editora Campus, 1985.
•MIZRAHI, V. V. –Treinamento em Linguagem C++; São Paulo: Pearson
•Prentice Hall. 2006.

6. Introdução
O Homem concebeu o computador para realizar cálculos, processamento de dados e entretenimento.
Atualmente os computadores estão em toda parte.

7. Característicasdos Computadores
Entretanto analisemos aqui, sete características que fazem do computador uma parte essencial para as tecnologias emergentes, e ferramentas indispensáveis para desenvolvimento humano:
•Velocidade:Oscomputadoresprocessamdadosaumritmoextremamenterápidoousejaemmilhõesoubilhõesdeinstruçõesporsegundo.Emsegundos,umcomputadorpodeexecutarumatarefaenorme,queumserhumanolevariadiasouatémesmoanosparaserconcluída.Avelocidadedeprocessamentodecomputadorémedidaemmegahertz(MHz).
•Precisão:Alémdesereficiente,oscomputadorestambémsãomuitoprecisos.Oníveldeexatidãodependedasinstruçõesedotipodemáquinasemuso.

8. Característicasdos Computadores
•Fiabilidade:Geralmente,afiabilidadeéamedidadedesempenhodeumcomputador,queémedidacontraumpadrãopré-determinadoparaofuncionamentosemqualquerfalha.
•Versatilidade:Computadoressãobastanteversáteispornatureza.Elespodemrealizarmúltiplastarefassimultaneamentecomigualfacilidade.
•Capacidadedearmazenamento:Oscomputadorespodemarmazenargrandesquantidadesdedadosepoderecordarasinformaçõesnecessáriasquaseinstantaneamente.Amemóriadocomputadorérelativamentepequenaepodeterapenasumacertaquantidadedeinformação.Portanto,osdadossãoarmazenadosemdispositivosdearmazenamentotaiscomoafitamagnéticaoudiscos.

9. Característicasdos Computadores
•Diligência:ocomputador,sendoumamáquina,nãosofreostraçoshumanosdecansaçoefaltadeconcentração.
•Compartilharecursos:Oscomputadoresdehojetêmacapacidadedeseconectarcomoutros.Issofezcomqueocompartilhamentoderecursos,comoimpressorasfossepossíveis. Alémdocompartilhamentodedispositivos,dadoseinformaçõestambémpodemsercompartilhadosentregruposdecomputadores

10. Evolução dos Computadores

11. Geração dos Computadores

12. Classificação dos Computadores
•Hoje,oscomputadoresestãodisponíveisemdiferentestamanhosetipos.
•Umapessoapodeterumcomputadorquecabenapalmadamãoeoutrospodemocuparoquartointeiro.
•Algunscomputadoressãoconcebidosparaseremusados porumúnicoutilizador,apenas,enquantoquealgunscomputadorespodemlidarcomasnecessidadesdemuitosutilizadoresemsimultâneo.
•Computadorestambémdiferemcombaseemsuashabilidadesdeprocessamentodedados.
•Emgeral,oscomputadorespodemserclassificadosdeacordocomafinalidadeamanipulaçãodedadosefuncionalidade.

13. Classificaçãodos Computadores
Classificaçãodos Computadores
Purpose
General
Specific
Data Handing
Analog
Digital
Hybrid
Functionaly
Mini
Mainframe
Super
Micro
Laptop
Desktop
Hand-held

14. Aplicação dos Computadores
•Nasúltimasdécadas,ainformáticatemrevolucionadoosnegócioseoutrosaspectosdavidahumanaemtodoomundo.
•Praticamente,todaempresa,grandeoupequena,éagoradiretaouindiretamentedependentesdecomputadoresparaprocessamentodedados.
•Sistemasdecomputadortambémajudarnasoperaçõeseficientesdetransporteferroviárioeaéreoreserva,registroshospitalares,contasdebancoeletrônicoeassimpordiante. Computadoresnãosópoupartempo,mastambémeconomizarpapeltrabalho.

15. Aplicação dos Computadores -Ciência
Cientistastêmvindoautilizarcomputadoresparadesenvolverteoriaseparaanalisaretestarosdados.Aaltavelocidadeeprecisãodocomputadorpermitirdiferentesanálisescientíficasarealizar

16. Aplicação dos Computadores -Educação
Oscomputadorestambémrevolucionoutodooprocessodeeducação.Atualmente,assalasdeaula,bibliotecasemuseussãoeficientementeutilizandocomputadoresparafazeraeducaçãomuitomaisinteressante.

17. Aplicação dos Computadores -Entretenimento
Computadores estão encontrando maior uso na indústria do entretenimento.

18. Aplicação dos Computadores -Engenharia / Arquitetura / Indústria
Osarquitetoseengenheirosestãoamplamenteusandocomputadoresnaconcepçãoedesenhos.Oscomputadorespodemcriarobjetosquepodemservistosemtrêsdimensões.Asfábricasestãousandobraçosrobóticoscomputadorizadospararealizartrabalhosperigosos.

19. Aplicação dos Computadores -Publicação
Computadorestêmcriadoumcampoconhecidocomoeditoraçãoeletrônica(DTP).EmDTP,comaajudadeumcomputadoreumaimpressoralaserpode-serealizarotrabalhodepublicaçãotudoporsipróprio.

20. Aplicação dos Computadores -Comunicação
E-mailoucorreioeletrônicoéumdosmeiosdecomunicaçãonoqualocomputadoréutilizado.

21. Aplicação dos Computadores -Banca
Computadoressãoamplamenteutilizadosnaáreadabancaefinanças.AspessoaspodemusaroATM(caixaautomática)serviços24horaspordiaparadepositareretirardinheiro.Quandodiferentesramosdobancoestãoconectadosatravésderedesdecomputadores,astransaçõesinterprofissional,comochequeseprojectospodemserrealizadosemqualqueratraso.

22. Aplicação dos Computadores -Medicina e Saúde
Houveumaumentodousodecomputadoresnocampodamedicina. Agora,osmédicosestãousandocomputadoresdesdeodiagnósticodadoença,paramonitoraroestadodeumpacienteduranteumacirurgiacomplexa. Usandotécnicasdeimagemautomáticos, osmédicossãocapazesdeolharparadentrodocorpodeumapessoaepodeestudarcadaórgãoemdetalhes.

23. Arquitetura Concepcional de um Computador
ModelodeVonNeumann

24. ComponentesdeumSistemaComputacional
Todososcomputadorestêmquatropartesprincipais
COMPONENTE
FUNÇÃO
UnidadeCentral de
Processamento(CPU)
OCPUétidocomoocérebrodocomputador,pelafunçãoquedesempenha.Éocomponenteresponsávelpelocontroleeexecuçãodasinstruçõesnocomputador.
Unidadede Memória
Amemóriaéondeosdadoseinstruçõesdeprogramasãoarmazenados,enquantosãoprocessadaspeloCPU.
Unidadesde Entradae Saída
AsunidadesdeE/S,sãousadasparacomunicarUnidadesdeEntradaeSaídainformaçõesentreoshumanoseocomputadorevice-versa
Barramentos
Sãocanaisdecomunicação,usadospeloCPUedispositivosE/Sparabuscaearmazenamentodedadosedadoseintruçõesnamemória.

25. UnidadeCentraldeProcessamento(CPU)
Éreferidacomoo"cérebro"deumsistemadecomputador.ÉumchipVLSInointeriordosistema,ligadoàplaca-mãe.Umprocessadorcontrolatodososdispositivosinternoseexternos,eexecutaoperaçõesaritméticaselógicas.Umprocessadoroperaapenasemdadosbinários,ouseja,dadoscompostasde1se0s.Estes1se0scorrespondemaosinterruptoreselétricossendoligadooudesligado.

26. UnidadeCentraldeProcessamento(CPU)
•Asfunçõesdeumprocessadorpodemserresumidasdaseguinteforma:
•Realizaçãodefunçõesaritméticaselógicas.
•Controlarousodememóriadearmazenamentoprincipalparaarmazenardadoseinstruções.
•Controlarasequênciadeoperações.
•Controlartodasaspartesdosistemadecomputador.
•OCPUéconstituídoportrêssubsistemasprincipais:aUnidadeAritmética/Lógica(ALU),aeosUnidadedeControlo(CU) Registos.
•Estestrêssubsistemastrabalhamjuntosparafornecercapacidadesoperacionaisparaocomputador.

27. Contémocircuitoeletrônicoqueexecutatodasoperaçõesaritméticaselógicassobreosdadosdisponíveis.Osdadosnecessáriospararealizarasfunçõesaritméticaselógicassãoasentradasdoregistodesignado.AALUcompreendeduasunidades: umaunidadearitméticaeumaunidadelógica.
CPU -UnidadeAritmética/Lógica(ALU)
UnidadearitméticaCálculosaritméticos
Aunidadelógica
Operaçõeslógicas
Contémocircuitoqueéresponsávelporexecutaroscálculosaritméticos, comoadição,subtração, multiplicaçãoedivisão.Taisoperaçõessãorealizadasaumavelocidademuitoalta(nanosegundos).
AunidadelógicaepermitequeaCPUparafazeroperaçõeslógicascombasenasinstruçõesfornecidas.Estasoperaçõessãoacomparaçãológicaentreositensdedados.Aunidadelógicapodecompararnúmeros,letrasoucaracteresespeciaisepoderáentãoagircombasenoresultadoda comparação.

28. CPU -Registros
Osregistrossãoparafinsespeciais,unidadesdememóriatemporáriadealtavelocidade.Estessão
•Áreasdearmazenamentotemporárioparaguardardiversostiposdeinformaçõescomodados,instruções,endereçoseresultadosintermediáriosdecálculos.
•Essencialmente,elescontêmainformaçãoqueaCPUestáprocessarnomomento.
•OsregistospodemserpensadoscomosendoamemóriadetrabalhodaCPU,sãolocaisdearmazenamentoespecial,queofereceavantagemdavelocidade.Osregistostrabalhamsobredireçãodaunidadedecontrolequeaceita,mantemetransfereinstruçõesedadosdeoperaçõesdecomparação, aritméticasoulógicasemaltavelocidade.

29. CPU -Unidadede Controle
•AunidadedecontrolopodeserconsideradocomoocoraçãodaCPU.EstacontrolaosdispositivosdeE/Setransferedadosparaeapartirdamemóriaprincipal.Elaprópriaécontroladapelasinstruçõesindividuaisemprogramaslocalizadosnamemóriaprincipal.Asinstruçõessãorecuperadasdamemóriaprincipal,umdecadavez.Paraisso,aunidadedecontroloutilizaoregistodeinstruçõesparaguardarainstruçãocorrente,eumponteirodeinstruçõesparaselecionaroendereçodapróximainstrução.
•Cadainstruçãoéinterpretada(descodificada)demodoqueestapodeserexecutado.Combasenasinstruções,aunidadedecontrolocontrolacomoasoutraspartesdaCPUe,porsuavez,orestodosistemadocomputadordevefuncionardemodoaqueasinstruçõessãoexecutadasdeumaformacorreta.
•Umaanalogiapodeserconsideradaentreaunidadedecontroleeopolíciadetrânsito,aunidadedecontroledecidequeaçãoiráocorrer,assimcomoopolíciadetrânsitotomaasdecisõesemquaisdasvias/sentidootráfegodevepassarouparareporquantotempo.

30. Unidadesde Memória
Amemóriaéapartedocomputador,quecontémdadoseinstruçõesdeprocessamento.Amemóriaarmazenainstruçõesdeprogramasedadossomenteenquantoestestiverememoperação.ACPUacessaamemóriaprincipaldeumamaneiraaleatória,istoé,oprocessadorpodeacederaqualquerlocalizaçãodessamemóriaparalerouarmazenarinformaçãonesta.Porém,amemóriadocomputadorrefere-seaolocaldearmazenamentoeletrônicodeinstruçõesedadosqueoprocessadorpodealcançarrapidamente.Estaspodemserclassificadasem

31. Unidadesde Memória-Categoriasgerais
MemóriasPrimárias:Asquepermitemocomputadorarmazenardadosparamanipulaçãodeimediatoemanterocontroledoqueestásendoprocessado.Aprincipallimitaçãodestetipodememóriaédenormalmenteseremvoláteis.Issosignificaque,quandoaalimentaçãoédesligada,oconteúdodamemóriaprincipalsãoperdidosparasempre.
MemóriasSecundárias:Asquepermitemarmazenardadoseprogramasdeformapermanente,umcomputadorrequeralgummeiodearmazenamentonãovolátil,comodiscorígido,fitasmagnéticas,pendrivesetc.

32. Hierarquiade Memórias
MemóriasinternadoProcessador:EstamemóriassãocolocadasnointeriordaCPU(processador)eestãoligadasporbarramentoespecial.MemóriasinternadaCPUgeralmenteincluiasmemóriascacheeregistosespeciais,quepodemseracessadasdiretamentepeloprocessador.EstestiposdememóriasãousadasparaoarmazenamentotemporáriodedadoseinstruçõesemqueaCPUestáprocessarnomomento.

33. Unidadesde Memória-Categoriasgerais
MemóriadeAcessoAleatório(RAM-RandomAccessMemory): Tambémconhecidapormemóriaprincipal,étidacomoamesadetrabalhodaCPU.Elapermiteoarmazenamentotemporáriodedadoseinstruções,aseremprocessadasdepelacpu.Énestamemóriaondeosistemaoperativo, aplicativosedadosdiversossãoarmazenados,paraquepossamserrapidamenteacessadospeloprocessador.

34. Unidadesde Memória-Categoriasgerais
MemóriadeAcessoAleatórioestática(SRAM):EstatipodememóriaRAMretémosdados,desdequeaenergiaéfornecidaparaochipdememória.Elenãonecessitadeser"refrescado"(pulsodecorrenteatravésdetodasascélulasdememória)periodicamente.Émuitorápida,etambémmasqueDRAM.SRAMéfrequentementeutilizadacomomemóriacache,devidoàsuaaltavelocidadedefuncionamento.
MemóriadeAcessoAleatórioDinâmica(DRAM):EstetipodememóriaRAM,aocontrárioSRAM,devesercontinuamenteactualizada“refreshed”paramanterosdados.Istoéfeitoporcolocaramemóriasobreumcircuitodeactualizaçãoquerescreveosdadosacentenasvezesporsegundo.DRAMéusadaemmuitossistemasdememóriaporsermaisbarataepequenas.

35. Unidadesde Memória-Categoriasgerais
MemóriaSomentedeLeitura(ROM-ReadyOnlyMemory):Estechipespecial,ondeasinstruçõesdearranquesãoarmazenadas,échamadodememóriaapenasdeleitura(ROM).Enãoévolátilpornatureza,ouseja,seuconteúdonãosãoperdidosquandoaenergiadocomputadorédesligada.OsdadoseinstruçõesarmazenadosnaROMsópodemserlidoseusados,masnãopodemseralterados, tornandoassimasmemóriasROM,muitomaisseguroquememóriaRAM.AsmemóriasROMsãoutilizadasnãosóemcomputadores,mastambémemoutrosartigoselectrónicos,comomáquinasdelavarroupa,micro-ondasetc.

36. Unidadesde Memória-Categoriasgerais

37. Organizaçãoda MemóriaPrincipal
Amemóriaprincipaldeumsistemadecomputadoréorganizadaemumamatrizdepequenasáreasdearmazenamentoconhecidascomocélulas,osquaisestãoligadosentresiemsérie.Cadacélulaéindexadaporumnúmeroúnico,chamadooendereçodecélula,sendocapazdearmazenarumnúmerofixodebits, chamadodecomprimentodapalavradamemória.Osendereçosparaascélulasdememóriasãoatribuídosdeummodosucessivo, comendereçoinicialem0eoendereçomaiselevado,sendomenorqueonúmerototaldepalavrasquepodemserarmazenadasnamemória.Porexemplo,seamemóriaprincipaltem256localizações,entãooendereçovariade0a255.

38. Organizaçãoda MemóriaPrincipal
Ocomprimentodapalavraéumfatorimportantedearquitetura,quenormalmenteserelacionacomoCPU,definindogeralmenteotamanhoembitsdosseusregistos.Oscomprimentosdepalavrasnormalmentevariamde8,16,32bitspara64bitse, consequentemente,oscomputadoressãodenominadoscomosendode8-bit,16-bit,32-bite64-bitrespectivamente.Quantomaiorforonúmerodebitsporpalavra,maisrápidoéofluxodosinaleletrónico,comoresultado,ocomputadortorna-semaisrápido.

39. Unidadesde Entradae Saida(E/S)
•Naterminologiadecomputadores,umdispositivopodeserreferidocomosendoumaunidadedehardware,queécapazdeproporcionaraentradaparaousaídadocomputador,ouemalgunscasosambos,deinformações.
•Osdispositivosdeentrada:étodaunidadedehardwarequepermitealimentarcominformação(dadosecomandos)umcomputadoreproporcionaosmeiosdecomunicaçãoentreocomputadoreomundoexterior.
•SãodispositivosdeEntrada:Teclado,Rato,Scanner,Joystick, Canetaóptica,webcametc

40. Unidadesde Entradae Saida(E/S)
•Osdispositivosdesaída:étodaunidadedehardwarequepermitequeconverterasinformaçõesilegíveis(emlinguagemmáquinaoubinária)processadaspelocomputador,paraumformatolegívelecompreensíveisaoserhumano.Porém,osdadosdesaídaproduzidosporumcomputador,podemservariasformas: texto,gráficos,áudio,vídeoetc.
•SãodispositivosdeSaída:Impressora,Monitor,fonesetc.

41. Barramentos
Éumconjuntodeligaçõesentredoisoumaiscomponentes,comoqualsetransferedados(conjuntodebits)deumaorigemparaumdestino.Étambémumacanaldetransferênciadeinformação.Umbarramentoconsistedemúltiploscondutores,quesãotambémdesignadoscomolinhasecadacondutorécapazdetransferirumbitdecadavez.Assim,paratransmitirsimultaneamenteoitobitsaolongodeumbarramento,oitocondutoressãonecessárias. Alémdisso,outroscondutoressãoaindanecessáriosparacontrolodatransferência.Umbarramentopodeserunidirecional(transmissãodedadosnumsósentido)oubidirecional(transmissãodedadosemambosossentidos).

42. Barramentode Dados
Obarramentodedadospermitemmoverosdadosentreosmódulosouunidadesdosistema.Normalmente,umbarramentodedadoséconstituídopor8,16ou32condutoresseparados. Onúmerodecondutorespresentesemumbarramentodedadoséchamadodelarguradobarramentodedados.ALarguradobarramentodedadoslimitaonúmeromáximodebitsquepodemsertransmitidossimultaneamenteentredoismódulos.Alarguradobarramentodedadosajudanadeterminaçãododesempenhoglobaldeumsistemadecomputador.

43. Barramentode endereços
Barramentodeendereçosãousadosparadesignaraorigemdosdadosparaobarramentodedados.Comoamemóriaéserdivididaemmatrizlineardebytesoupalavras,paralerouescreverqualquerinformaçãosobreamemória,aCPUprecisaespecificaroendereçodeumlocalparticular.Esteendereçoéfornecidopelobarramentodeendereços.Alarguradobarramentodeendereçosdememóriaespecificaomáximopossíveldememória,suportadoporumsistema.Porexemplo,seumsistemadispõede16bitsdelarguraparaobarramentodeendereços,entãoestepodesuportarmemóriasdetamanhoiguala2^16(ou65536)bytes.

44. Barramentode Controle
Sãousadasparacontrolaroacessoaosdadoseaobarramentodeendereços.Istoénecessário,pelofactosdosbarramentosseremmeiospartilhados.Estaslinhassãoutilizadasparaatransmissãodecomandosesinaisdetemporização(comosquaissevalidaosdadoseendereços)entreosmódulosdosistema.Sinaisdetemporizaçãoindicamseosdadoseinformaçãodeendereçosãoválidas,enquantoqueossinaisdecomando,especificamasoperaçõesquedevemserrealizadas.AlgunscondutoresdobarramentodecontrolosãonecessáriosparafornecersinaisdeClockparasincronizarasoperaçõesereporsinaisparainicializarosmódulos.Obarramentodecontroletambémsãonecessáriosparaleitura/escritadedispositivosE/Soumemória.

45. Tarefa
1.Evolução dos Computadores
2.Geração do Computadores
3.Classificação dos Computadores
4.Arquitectura de Computadores(Von Neumann Computer)
5.Unidade Central de Processamento
6.Unidadede Memória
7.Unidades de Entrada e Saída
8.Barramentos

46. CONSTITUÇÃO BÁSICA DO HARDWARE DOS COMPUTADORES DIGITAIS
Tema 1 | Conferência 1 | Computaçao I
MSC. Henry Raúl González Brito
henryraul@outlook.com, henryraul@gmail.com