O documento apresenta os principais conceitos de computação, incluindo a história dos computadores desde o ábaco até as gerações modernas, a arquitetura de Von Neumann e seus componentes centrais, e explora o funcionamento de componentes como CPU, memória e entrada/saída.

1. Noções básicas de computação
- Hardware
Profª Jocelma Rios
Ago/2012

2. O que pretendemos:
● Apresentar o histórico da computação
● Apresentar a arquitetura de Von Neumann e
seus componentes
● Explorar o funcionamento dos componentes
computacionais
Refletir sobre a importância dos diversos
componentes do computador e sua influência
na performance dos sistemas computacionais

3. O computador
Um computador é mais que um
conjunto de dispositivos
Eletrônicos realizando uma
multiplicidade de tarefas de
processamento de dados.
É um sistema, uma
combinação de componentes
Inter-relacionados que
desempenham as funções básicas
do sistema, ou seja,
entrada, processamento,
saída, armazenamento
e controle.
James O'Brien

4. Histórico
Vale a pena ver: www.youtube.com/watch?v=q7Si-5pS_5c
● Ábaco - 3500 a.C.
● Instrumento de cálculo, formado por uma moldura
com bastões ou arames paralelos, dispostos no
sentido vertical, correspondentes cada um a uma
posição digital (unidades, dezenas,...) e nos
quais estão os elementos de contagem (fichas,
bolas, contas,...) que podem ser deslizados
● Teve origem provavelmente na Mesopotâmia, há
mais de 5.500 anos – alguns apontam os chineses
como seus inventores
● Pode ser considerado como uma extensão do ato
natural de se contar nos dedos

5. Histórico
● Máquina Aritmética - PASCAL - 1642-1644
– Conhecida como Pascalina → calculadora
decimal
– Blaise Pascal iniciou a automação de
tarefas (adição mecanizada) através do
auxílio de máquinas e os seus resultados
são utilizados até hoje. Tempos mais
tarde, ainda no século 16, adicionou-se
as operações de multiplicação e divisão.
Saiba mais:
www.educ.fc.ul.pt/docentes/opombo/seminario/pasca_l/maquinadepascal.htm

6. Histórico
Vale a pena ver: www.youtube.com/watch?v=y3AeDWfcUrE
● Máquina Analítica/Diferencial - Charles
BABBAGE
– 1823 - Difference Engine: calculava
automaticamente tabelas matemáticas
utilizando o método de diferenças finitas.
Esta máquina foi elaborada para polinômios
de grau 6 e números binários de 20 bits. O
projeto não chegou a ser concluído.
– 1833/1834 - Analytical Engine: introduziu o
conceito de armazenamento de informações, o
que hoje conhecemos como memória. Além
disso, tinha unidade operadora e de
controle, assim como nos computadores
atuais. Utilizava cartões perfurados.

7. Histórico
● Máquina Diferencial - Charles BABBAGE
Fonte: Wikipédia

8. Histórico
● Teoria dos Circuitos Lógicos - BOOLE – 1854
– Estabelece a lógica binária para
armazenar informações
– Conhecida como álgebra de Boole,
estruturas algébricas que conjugam as
propriedades essenciais dos operadores
lógicos e de conjuntos
●
Curiosidades: http://pt.wikipedia.org/wiki/Herman_Hollerith

9. Curiosidades: http://pt.wikipedia.org/wiki/Herman_Hollerith
Histórico
● Computador mecânico – HOLLERITH - 1890
– O americano Hermann Hollerith constrói o
primeiro computador mecânico para atender
à aplicação de contagem do censo
americano
– O processo de contagem do censo americano
reduziu de 7,5 para 2,5 anos
– Informações eram
armazenadas em
cartões
perfurados

10. Histórico
● Máquina de Turing - Alan TURING - 1936
– É um modelo abstrato de um computador, que
se restringe a aspectos lógicos do seu
funcionamento (memória, estados e
transições), sem considerar a implementação
física
– Alan Turing é considerado o pai da
computação
● “Um problema terá solução algorítmica
se existir uma máquina de Turing para
representá-lo”

11. Histórico
● Máquina de Turing - Alan TURING - 1936
– A Máquina de Turing possui uma fita de
tamanho infinito e um cabeçote para leitura
e escrita que move-se pela fita. Devido ao
seu caráter infinito, tal máquina não pode
ser construída, mas o modelo da mesma pode
simular a computação de qualquer algoritmo
executado em um computador moderno
– Máquinas reais são muito mais complexas que
uma máquina de Turing

12. ● MARK I - ~1944
Histórico
– Primeiro computador
eletromecânico
Saiba mais: www.museudocomputador.com.br
● ENIAC – ~1946
– pesquisadores da universidade da
Pennsylvania desenvolveram o primeiro
computador eletrônico
– O ENIAC (Electronic Numerical Integrator
And Calculator) era composto por 18.000
válvulas e 1500 relés sendo capaz de
realizar 5000 operações de adição por
segundo ou 357 multiplicações por segundo.
Sua programação era feita com o auxílio de
cartões perfurados, podendo ler até 2
números por segundo

13. a
1 geração
● 1940-1952
– Computadores à base válvulas à vácuo e
relés elétricos
– Aplicação nos campos científico e militar
– Linguagem de máquina
– Armazenamento: cartões perfurados
Isaac Asimov - Evidence (conto) -
robôs que imitam seres humanos

14. a
1 geração
● 1940-1952
– Operadoras dos computadores, manipulando
linguagem de máquina

15. a
2 geração
● 1952-1964
– Substituição da válvula pelo transistor
● Mais potência, mais confiabilidade,
menos consumo e menor tamanho
– EDVAC → conceito de programa armazenado
(ainda com válvulas)
– Ampliação das aplicações para as áreas
administrativa e gerencial
– Linguagem de montagem (assembly) e de
alto nível (COBOL, ALGOL, FORTRAN)
– Armazenamento: fitas e tambores
magnéticos

16. a
2 geração
Computador EDVAC

17. a
3 geração
● 1964-1971
– Circuito integrado substituiu o transistor
● Componentes miniaturizados
– Software: multiprogramação, tempo real,
modo interativo
– Armazenamento: memórias de semicondutores
(ex: RAM) e discos magnéticos (HD)
O primeiro disco rígido
foi lançado
pela IBM em 1957

18. a
3 geração
● 1964-1971
– 1o. minicomputador → PDP 8 da DEC
● Custava 18 mil dólares
● Pesava 300 kg

19. a
4 geração
● 1971-1981
– Microprocessador
● Inclusão da CPU em um único circuito
integrado
– Computador pessoal
– Redes de computadores
– Software: grande quantidade de linguagens
de programação
– Armazenamento:
floppy disk (disquete)

20. a
4 geração
● O Apple II foi lançado ● O IBM PC utilizava o
em 1977 com teclado PC-DOS e possuia a
integrado, gráficos BIOS como única parte
coloridos, sons, de produção exclusiva
gabinete de plástico e da IBM.
8 slots de expansão.

21. a
5 geração
● 1981-?
– Popularização dos microcomputadores
– Componentes com altíssima escala de
integração (tecnologia VLSI)
– Inteligência artificial
– Altíssima e crescente velocidade de
processamento

22. Arquitetura de Von Neumann
A maioria dos
Formalização do projeto computadores atuais
lógico de um computador segue este modelo
● A característica de
máquinas von Neumann é a
composição do sistema a
partir de 4 subsistemas
básicos:
– CPU
– Memória principal
– Sistema de entrada
– Sistema de saída

23. Arquitetura de Von Neumann
● As instruções passaram a ser armazenadas na
memória do computador. Até então elas eram lidas
de cartões perfurados e executadas, uma a uma.
Armazená-las na memória, para então executá-las,
tornaria o computador mais rápido, já que, no
momento da execução, as instruções seriam obtidas
com rapidez eletrônica
● Esse modelo define um computador sequencial
digital em que o processamento das informações é
feito passo a passo, caracterizando um
comportamento determinístico (ou seja, os mesmos
dados de entrada produzem sempre a mesma
resposta)

24. Arquitetura de Von Neumann
A CPU (Unidade Central de Processamento),
por sua vez, tem 3 blocos principais:
● Unidade de Controle (UC)
● Unidade Lógico-Aritmética (ALU)
● Registradores
– inclui um registrador contador de
programa (PC) que indica a posição da
instrução a executar

25. Arquitetura de Von Neumann
Características:
● Utilização do
conceito de programa
armazenado
● Execução sequencial
de instruções
● Existência de um
caminho único entre
memória e unidade de
controle

26. Componentes do computador
Os componentes de hardware de um sistema de
computador incluem dispositivos que auxiliam na
função de entrada, processamento, armazenamento
entrada processamento
de dados e saída.

27. Componentes do computador
Entrada: convertem dados em forma eletrônica
que pode ser entendido pela CPU. São os
teclados, telas touch-screen, canetas óticas,
mouses, microfone, scanners óticos, etc.

28. Componentes do computador
Processamento: é o componente principal de um
sistema de computador
– Controle: é o componente de controle do
computador e está contido na CPU. Seus
circuitos interpretam instruções de
programas/algoritmos para o computador e
transmitem ordens para os outros componentes
do sistema computacional
Pentium Dual
Core E-2160
Saiba mais: www.museudocomputador.com.br/encipro.php

29. Componentes do computador
Evolução dos microprocessadores
8086 – 16 bits
– X86-16 bits: 8086, 8088, 80186, 80188,
80286
– X8632 bits: 80386, 80486, Pentium,
Pentium Pro, pentium II, Pentium III,
Pentium IV, , Core, Celeron M, Celeron
D, A100
– X86 64 bits: Pentium IV (alguns modelos),
Pentium Extreme Edition, Celeron D
– ...
Saiba mais: http://ruisalema.tripod.com/processador.html

30. Componentes do computador
Processadores Intel para PC (atuais):
● i3: 2 núcleos, podendo simular até 4 núcleos, com a
tecnologia Hyper-Treading; cache L3 até 4Mb
● i5: 2 ou 4 núcleos, sendo que o de 2 pode emular até 4
núcleos, com a tecnologia Hyper-Treading; tecnologia
Turbo Boost (pode dobrar a velocidade do clock); cache L3
até 8Mb
● i7: 4 núcleos, podendo emular 12 núcleos, com tecnologia
Hyper-Treading; tecnologia Intel HD Boost
(compatibilidade os softwares que usam instruções
avançados tipo SSE4); recurso Intel QPI (QuickPath
Interconnect – aumenta a taxa de transferência e diminui
a latência)
Saiba mais: http://www.tecmundo.com.br/processadores/3904-quais-as-diferencas-entre-os-processadores-intel-core-i3-i5-e-i7-.htm

31. Componentes do computador
Armazenamento: memória principal (RAM), HD,
SSD, disco flexível, fitas, CD-ROM, DVD, Pen
drives, Blu-ray, ZIP disk, WORM disk, tambores
magnéticos etc.

32. Componentes do computador
● Saída: convertem informações eletrônicas
produzidas pelo computador em forma inteligível
pelo homem. São os monitores de vídeo,
impressoras, fones, caixas de som, etc.

33. CPU
É o ponto focal de um computador, guiando
todas as ações que se desenvolvem no sistema.
É conhecido como processador, e é a parte que
realiza as instruções de um programa de
computador.
• Contém a Unidade Lógico-Aritmética (ULA) ou
Arithmetic and Logic Unit (ALU), para executar
todas as adições, subtrações, operações lógicas,
etc.
• A ALU também contém diversos registradores, que
funcionam como pequenas porções muito rápidas de
memória, usadas para armazenar temporariamente os
dados e as instruções utilizadas pela mesma

34. CPU
• Contém toda a lógica de controle, para
coordenar as ações entre todos os elementos da
CPU, assim como os outros componentes de hardware
do computador
• A CPU geralmente está contida inteiramente em
um único circuito integrado (CI), ou chip.

35. CPU
Saiba mais:
http://informatica.hsw.uol.com.br/microprocessadores1.htm

36. Memória
RAM - memória de acesso aleatório (Random Access
Memory)
→ A memória RAM contém bytes de informação e o
microprocessador pode ler ou escrever nestes bytes,
dependendo da linha de comando utilizada: RD ou WR
→ Um dos problemas dos chips RAM é que eles esquecem
tudo uma vez que a energia é desligada
ROM - memória apenas para leitura (Read-Only Memory)
→ É programada de modo permanente
→ Ex: BIOS do computador
Cache – memória de acesso rápido que atua como
intermediária entre a memória RAM e o processador
Saiba mais: http://www.tecmundo.com.br/hardware/1775-o-que-e-ddr-.htm

37. Memória
PROM - memória programável (Programmable Random access
memory)
→ É programada de modo permanente; não volátil
EPROM - memória programável apagável
→ É programada de modo semi-permanente; utiliza luz UV
para apagar os dados
EEPROM - memória programável eletricamente apagável
→ É programada de modo semi-permanente; apaga os dados
eletricamente, no nível de bytes
Flash –
→ Não volátil; é muito rápida; apagável eletricamente em
blocos

38. Placa-mãe

39. Execução de instrução
Durante sua operação, a execução de um
programa é uma sequência de ciclos de
máquina Von Neumann, compostos por:
● 1. Busca da instrução (fetch): transfere
instrução da posição de memória apontada por
PC para a CPU
– Busca e decodificação
● 2. Execução da instrução: a unidade de
controle decodifica a instrução e gerencia
os passos para sua execução pela ALU
– Execução e armazenamento dos resultados

40. Hardware de Armazenamento
● É um dispositivo capaz de armazenar informações
(dados) para posterior consulta ou uso.
– A gravação de dados pode ser feita praticamente
usando qualquer forma de energia, desde força
manual humana como na escrita, passando por
vibrações acústicas em gravações fonográficas
até modulação de energia eletromagnética em
fitas magnéticas e discos ópticos.
● Tipos:
– Magnéticos: disquete, disco rígido (ex: HD IDE
SATA)
– Óticos: CD, DVD
– Eletrônicos (SSD) – disco SSD, cartão de
memória, pen drive

41. Hardware de E/S
● Um dispositivo se comunica com o computador
enviando sinais por um meio (cabo ou ar)
● A comunicação se dá por meio de um ponto de
conexão (porta) → Ex: porta serial, porta paralela
● Barramento: conjunto de fios e um protocolo
rigidamente definido que especifica um
conjunto de mensagens
– A transmissão de dados é feita por padrões
de voltagens elétricas aplicadas aos fios
com tempos definidos
– Ex: da memória RAM para o disco rígido (HD)

42. Hardware E/S
Dispositivos são os meios pelos quais o
usuário interage com a máquina
● Dispositivos de interface:
interface
– Entrada:
● Teclado, mouse, caneta ótica, scanner,
microfone, monitor touch-screen, câmera
– Saída:
● Impressora, fax, plotter, monitor
– Entrada/Saída:
● Modem, placa de rede
● Dispositivos de memória: memória RAM, disco,
fita, pen drive, CD, DVD, SD, flash memory

43. Hardware E/S
Comunicação entre o SO e os dispositivos →
barramento, controladora, porta

44. Hardware E/S
Controladora: é uma coleção de circuitos
eletrônicos que podem operar uma porta, um
barramento ou um dispositivo
– Tem como funções: controle e temporização,
comunicação com o processador, comunicação
com os dispositivos, armazenamento
temporários de dados, e detecção de erros
– Tem um ou mais registros de dados (registro
data-in e registro data-out) e sinais de
controle (registro status e registro control)

45. Hardware E/S
Controladora
– Recebem as requisições do SO e disponibilizam
um meio de comunicação mais simples com os
dispositivos

46. Saiba mais: www.hardware.com.br/dicas/corrida-dos-barramentos.html
Hardware E/S
Barramento: conjunto de fios condutores para
interconexão, que possui um protocolo (regra de
comunicação), que define quais dados podem ser
transmitidos
– ISA
● 8 bits no IBM PC
● 16 bits (5-8 Mb/s) no AT-286
– PCI
● 32 bits (132 Mb/s) → 64 bits (512 Mb/s)
● Plug-and-Play
● Bus mastering: permite aos dispositivos
ler e gravar na memória RAM, sem
interferência do SO

47. Hardware E/S
Porta: consiste de 4 registradores
(1) entrada de dados: lido pela CPU para obter
entrada
(2) saída de dados: lido pela CPU para enviar
saída
(3) status: bits que indicam se o comando foi
completado, se há dado disponível para leitura
ou se houve erro
(4) controle: escrito pela CPU para solicitar
uma requisição ou alterar o modo de um
dispositivo

48. Saiba mais: www.hardware.com.br/artigos/evolucao-portas
Hardware E/S
Porta - tipos
– Serial (RS-232 ou DB9): os bits
são transferidos em fila.
Utiliza 9 fios (pinos) para a
transferência de dados
– Paralela (DB25): os bits são
transferidos em grupos
(geralmente um byte) por vez,
através de diversas linhas
condutoras de sinais

49. Hardware E/S
Porta - tipos
– USB (Universal Serial Bus) → um padrão
● Aceita ligação de até 127 dispositivos
através de uma única porta, usando um Hub
● Plug-and-Play

50. Hardware E/S
Conectores
● É um dispositivo que efetua a ligação entre uma
porta de saída de um determinado equipamento e a
porta de entrada de outro (por exemplo, entre um
computador e um periférico)
● Existem conectores machos e conectores fêmeas
● Existem também vários tipos diferentes de
conectores: DB-9, DB-25, DIN, mini-DIN, VGA, SVGA,
RCA, S-Vídeo, HDMI, etc.
● Atualmente, os conectores estão começando a serem
substituídos pela tecnologia wireless (Wi-fi)

51. Hardware E/S
Conectores - tipos
– DB (9 ou 25 pinos)
É um tipo comum de conector, usado
principalmente em computadores
● Destinado a comunicações seriais
● Foram inventados pela Canon
● Originalmente, DB se referia
exclusivamente ao conector D (por conta
do formato) com 25 pinos, porém a IBM
acabou popularizando o conector de 9
pinos como DB-9, ao invés de DE-9
Saiba mais: http://informatica.hsw.uol.com.br/portas-seriais2.htm

52. Hardware E/S
Conectores - tipos
– VGA
● Padrão gráfico
● 256KBytes de memória de vídeo em RAM
● Modos de 16 e de 256 cores
● Paleta de 262144 cores (2^18: seis bits
[64 valores] para cada uma das
componentes de vermelho, verde e azul)
● Resolução máxima de 800 x 600 pixels
● SVGA é sua evolução
● Está presente nos monitores CRT, TV LCD,
TV de Plasma e projetores multimídia

53. Hardware E/S
Conectores - tipos
– DIN
● Eram inicialmente utilizados para
conexão entre equipamentos de áudio de
origem européia (Philips, Grundig e
Telefunken, entre outros)
● São utilizados atualmente em periféricos
de legado da plataforma IBM PC como
teclados, mouses e periféricos de vídeo
● Existem diversas formas, com quantidade
de pinos, tamanhos e cores diferentes
que ajudam na identificação da função
do equipamento que o utiliza

54. Hardware E/S
Conectores - tipos
– RCA (Radio Corporation of America)
● São comumente utilizados em equipamentos
eletrônicos
● Foram idealizados visando minimizar a
interferência em sinais de pequena
amplitude
● Plugues e soquetes no equipamento tem cores
convencionalmente codificadas para
auxiliar as conexões corretas

55. Hardware E/S
Conectores - tipos
– S-Vídeo
● Utilizado para conectar TV, DVD players,
videocassetes e vídeo-games
● É limitado a uma distância maior que 5
metros
● Transmite áudio e vídeo

56. Hardware E/S
Conectores - tipos
– HDMI (High-Definition Multimedia Interface)
● Interface condutiva digital de áudio e
vídeo capaz de transmitir dados não
comprimidos
● Suporta através de um único cabo qualquer
formato de vídeo TV ou PC, incluindo os
modo Standard, Enhanced, e Alta Definição
e até 8 canais de áudio digital
● É compatível com o High-bandwidth Digital
Content Protection (HDCP), que é um
sistema anti-pirataria

57. Interface de E/S
Características dos dispositivos de I/O
● Fluxo de caracteres ou bloco: a transferência de
dados em fluxo de caracteres é bit a bit; o outro
transfere em blocos
● Acesso sequencial ou aleatório
● Síncrono ou assíncrono: a transferência de dados é
feita com tempos de resposta previsíveis ou não
● Compartilhável ou dedicado: há partilha
concorrente por vários processos ou não
● Velocidade de operação: vai de alguns bytes/s a
Gb/s
● Leitura/escrita, somente leitura ou somente
escrita

58. Interface de E/S
● Dispositivos de bloco
– Ex: discos rígidos, pen drive, CD, DVD,
SD, disquete
– Comandos básicos: read(), write() e seek()
– Modos de acesso:
● Acesso de alto nível através de
interface de sistemas de arquivos
● Acesso de baixo nível através de array
linear de blocos
● Acesso a memory-mapped files colocadas
no topo do block-device drivers. Uma
memory-mapped interface fornece acesso
ao disco através de um array de bytes
em memória principal

59. Interface de E/S
● Dispositivos de caracter (stream character)
– Ex: teclado, mouse, caneta ótica
– Comandos básicos: get(), put()
– No topo da interface, é possível
construir bibliotecas para edição de
linhas
● p.ex: eliminar um caracter do input
stream através do backspace

60. Interface de E/S
● Dispositivos de rede
– Ex: modem, placa de rede
– Tem interface bem diferentes da read-
write-seek dos discos
– Unix e Windows NT/9i/2000 usam interface
de sockets
● Há separação entre o protocolo da
rede e o funcionamento da rede
● Inclui a funcionalidade select para
manipular conjunto de sockets

61. Para refletir...
Qual a influência que
cada dispositivo mais
comumente utilizado tem
na performance do sistema
computacional?
Como seria a configuração
ideal para um PC de
usuário? E para um
servidor de aplicações?

62. Referências
● BROKSHEAR, J. Ciência da Computação: uma visão abrangente. 7.
ed. São Paulo: Artmed Editora, 2003. Cap. 1 e 2
● LAUDON, K.; LAUDON, J. Sistemas de Informação: com Internet.
Tradução de Dalton Conde de Alencar. 4. ed. Rio de Janeiro:
Editora LTC, 1999. Cap. 4
● O'BRIEN, J. Sistemas de Informação e as decisões gerenciais na
era da Internet. Tradução de Célio Knipel Moreira e Cid Knipel
Moreira. 2. ed. São Paulo: Saraiva, 2004. Cap. 3
● SILBERSCHATZ, A.; GALVIN, P.; GAGNE, G. Sistemas operacionais
com Java. Tradução de Daniel Vieira. Revisão técnica de Sérgio
Guedes de Souza. 7. ed. Revista e ampliada. Rio de Janeiro:
Elsevier, 2008. Cap. 13
● TANENBAWN, A. Organização Estruturada de Computadores.
Tradução de Hélio Marques Sobrinho e Luiz Fernando Costa. 3.
ed. Rio de Janeiro: Prentice Hall, 1992. Cap. 1 e 2
● TANENBAWN, A. Sistemas operacionais Modernos. Tradução de Nery
Machado Filho. Rio de Janeiro: Prentice Hall, 1995. Cap. 5

63. Vídeos sugeridos (1)
● História do computador em minutos:
www.youtube.com/watch?v=F3qWg1JBPZg
● Eniac: o primeiro computador eletrônico:
www.youtube.com/watch?v=ZMXXZAQW0-Y
● Dicas para uso de computadores: www.youtube.com/watch?
v=DwrQJpn0IQw
● Viagem dentro do computador: www.youtube.com/watch?
v=0A4CxxJ9h24
● Como funciona um HD:
www.youtube.com/watch?v=9QePnWV7ztE
● Placa-mãe em detalhes: http://www.youtube.com/watch?
v=zqWKDzlIssU

64. Vídeos sugeridos (2)
● Introdução à informática – Aulas
– Dados e informação (Aula 1 – parte 1):
www.youtube.com/watch?v=hF3KPvF7mgM
– Hardware e softwares (Aula 1 – parte 2):
www.youtube.com/watch?v=_Fl9wC0b81A
– Dispositivos de entrada de dados (Aula 1 – parte 3):
www.youtube.com/watch?v=yvkIfMX6kcM
– Dispositivos de saída de dados (Aula 1 – parte 4):
www.youtube.com/watch?v=t5nofQupvt4
– Periféricos (Aula 1 – parte 5):
www.youtube.com/watch?v=jYsP_RGqXyM
– Clock (Aula 1 – parte 6): www.youtube.com/watch?
v=ax6f1lnJgXU
– Taxa de transferência (Aula 1 – parte 7):
www.youtube.com/watch?v=z2k6x8RGMyA