Este documento fornece uma introdução aos conceitos básicos de informática, abordando tópicos como: 1) Definição de informática e seus principais componentes como software e hardware; 2) Conceitos centrais como dados, informações, processamento de dados e ciclo de processamento; 3) Componentes do sistema central como memória, processador e placas-mãe.

1. 1. INTRODUÇÃO À INFORMÁTICA
Profª Rita Porfírio
INFORMÁTICA

2. • Introdução e conceitos básicos
• Software
• Hardware
SUMÁRIO
2

3. CONCEITOS BÁSICOS 3
❖Informática
Ciência do tratamento racional da informação por via do
uso de máquinas automáticas.
❑ Computador: máquina com
capacidade de receber,
armazenar, tratar e produzir
informações de forma
automática, com grande
rapidez e precisão.
Introdução e conceitos básicos
3

4. ❖ Computador - Dados e Informações
O que é um arquivo de dados?
• Os dados podem ser definidos como uma
representação de fatos, conceitos ou instruções de
maneira formalizada que devem ser adequados para
a comunicação, interpretação, ou de transformação
pelo homem ou máquina eletrônica.
Ex.: letras (A-Z,a-z), dígitos (0 A 9), caracteres
especiais (+,-,/,*,<,>,= etc.).
Introdução e conceitos básicos
4

5. ❖ Computador - Dados e Informações
O que é a informação?
• São organizadas ou dados classificados que tem
alguns valores significativos para o receptor.
• São os dados processados no qual as decisões e ações
são baseadas.
• Para a decisão de ser significativos, os dados
processados devem se qualificar para as seguintes
características:
• Oportuna - As informações devem estar disponíveis
quando necessário.
• Precisão - As informações devem ser precisas.
• Integralidade - informação deve ser completa.
Introdução e conceitos básicos
5

6. ❖ Características do Computador
▪ Alta velocidade de processamento
▪ Alta capacidade de armazenamento
▪ Possibilidade de replicação
▪ Processamento ininterrupto
▪ Programável
Introdução e conceitos básicos
6

7. ❖Ciclo de processamento Dados
▪ Processamento de Dados é a reestruturação ou
reordenação de dados por pessoas ou máquina para
aumentar a sua utilidade e adicionar valores para
determinada finalidade. Processamento de dados
consiste de etapas básicas entrada, processamento e
saída. Esses três passos constituem o ciclo de
processamento dos dados.
Introdução e conceitos básicos
7

8. Introdução e conceitos básicos
❖ Ciclo de processamento Dados
8

9. Introdução e conceitos básicos
9

10. ❖ SOFTWARE
▪ conjunto de programas e procedimentos que
permitem usufruir da capacidade de processamento
fornecida pelo hardware
❖ HARDWARE
▪ conjunto de componentes mecânicos, elétricos e
eletrônicos com os quais são construídos os
computadores e equipamentos periféricos
Introdução e conceitos básicos
10

11. 11
Componentes de um Sistema Computacional
Hardware
Software
Usuário

12. 12
• Introdução e conceitos básicos
• Software
• Hardware

13. 13
Conceito
• “Software” é um conjunto de procedimentos que
envolvem o controle das atividades do computador que
são os aplicativos ou programas que fazem o
computador funcionar.
• Software é a parte lógica do computador e são
compostos por comandos e declarações de dados.
Quando ocorre a interpretação dos dados, ele realiza
as funções das quais foi projetado.
Software

14. 14
Software

15. 15
Software
15

16. 16
Software
Programas Utilitários
⚫ Programas que complementam outros programas,
melhorando seus recursos.
⚫ Suprem as deficiências dos SO, auxiliando nas diversas
tarefas ligadas ao gerenciamento, monitoramento ou
otimização e manutenção do computador ou redes.

17. 17
Software
Software de Desenvolvimento

18. 18
Software
Software de Desenvolvimento: Tradutores

19. 19
Software
Software de Desenvolvimento: Linguagens
• Linguagem de máquina: É baseada em código binário,
em 0s e 1s. É utilizada diretamente pelo computador.
• Linguagem de baixo nível: É uma simplificação da
linguagem de máquina. Permite que os programas
utilizem abreviações simples de instruções de programa
(mnemônicos) Exemplo: Ling. Assembly. Compare A,B
• Linguagem de alto nível: Utiliza combinação de um
conjunto de símbolos de acordo com certas regras de
sintaxe para expressar uma seqüência de operações de
máquina. É uma linguagem que não exige
conhecimento do código de máquina. São mais fáceis
de ler, escrever e manter. Instruções são escritas em
inglês (PRINT, Display)

20. 20
Software
Software de Desenvolvimento: Linguagens

21. 21
Software
Software Aplicativos

22. 22
Software
Software Aplicativos
22

23. CONCEITOS BÁSICOS 23
Firmware
• Firmware é um conjunto de programas que vêm de
fábrica armazenados na Memória ROM.
• Cada um desses programas presentes no chip
possuem uma função específica.
• O Firmware armazena todas as informações sobre
inicialização e rotinas para
possibilitar o correto
funcionamento de seu
equipamento.
45

24. CONCEITOS BÁSICOS 24
Firmware
• Uma segunda definição para Firmware:
• Trata-se de um tipo de software específico que está
associado a um dispositivo de hardware.
• Consiste em um ou mais programas de computador
(instruções operacionais) instalados diretamente em um
componente de hardware (microchip).
• É gravado permanentemente em um circuito de memória
durante o processo de fabricação do componente.
• Exemplos de equipamentos e dispositivos que
possuem um Firmware instalado: Controles remotos,
celulares, roteadores, câmeras digitais, impressoras
e HD de computador.
24

25. CONCEITOS BÁSICOS 25
Firmware
Quais são os componentes de um Firmware?
• BIOS – Firmware
• Conhecida como Sistema Básico de Entrada e Saída, é
responsável por ensinar ao processador do computador
a operar com dispositivos básicos como o HD e a
unidade de DVD.
• SETUP – Firmware (configuração)
• Corresponde a um programa responsável por alterar os
parâmetros armazenado na memória de configuração
(CMOS).
25

26. CONCEITOS BÁSICOS 26
Firmware
Quais são os componentes de um Firmware?
• CMOS – Firmware (memória de configuração)
• As informações manipuladas e alteradas no SETUP são
armazenadas única e exclusivamente na CMOS
(memória de configuração) do computador.
• POST – Firmware (Power On Self Test, Autoteste)
• É o programa responsável pelo autoteste que é
executado toda vez que ligamos o computador.
• Todos os componentes principais do computador são
testados pelo POST, tais como Memória RAM,
processador e teclado.
26

27. Representação das Informações
❑ Toda informação introduzida em um computador é
convertida para a forma binária
❑ A menor unidade de informação armazenável em um
computador é o dígito binário
• Bit (Binary digit) → Possui apenas dois valores: 0 e 1
❑ Um bit pouco representa isoladamente
❑ Assim, as informações manipuladas por um
computador são codificadas em grupos ordenados
de bits, de modo a terem algum significado útil
27

28. ❖ O menor grupo ordenado de bits representando uma
informação útil é o CARACTERE
❖ Caractere é convertido em um conjunto de bits de acordo
com o sistema.
Representação das Informações
28

29. T
abela ASCII
Representação das Informações
29

30.  BYTE
▪ Grupo ordenado de bits que foi definido, para efeito de
manipulação interna, pela primeira vez pela IBM
▪ 1 Byte = 8 bits
▪ Unidade de armazenamento
 Palavra
▪ Unidade de transferência e processamento
▪ Especialmente relacionado ao processamento de dados pela
CPU
▪ Está associada ao tipo de interação entre memória e CPU
▪ O tamanho de uma palavra é uma característica importante da
arquitetura de um computador
Representação das Informações
30

31. ❑ Múltiplos do byte em potência de 2
▪ KB, MB, GB, etc.
Representação das Informações
31

32. ▪ Desempenho depende:
▪ da capacidade e velocidade dos diferentes componentes
▪ da velocidade com que eles se comunicam entre si
▪ Desempenho dos processadores
▪ Medido em termos de sua velocidade de trabalho
▪ Milhões de instruções por segundo – MIPS
▪ Milhões de operações de ponto flutuante por segundo – MFLOPS
(supercomputadores)
▪ Desempenho da memória
▪ Tempo de acesso: tempo para recuperação ou escrita de dados na
memória
Representação das Informações
32

33. • Desempenho global do sistema
• Tempo de resposta:
• Tempo entre requisição de um serviço e a resposta
• Throughput (vazão):
• Quantidade de acões ou transações que podem ser
realizadas por um sistema em uma unidade de tempo
33
Representação das Informações

34. 34
• Introdução e conceitos básicos
• Software
• Hardware

35. 35
Hardware
• História
• Sistema Central
• Periféricos
• Entrada, Saída, Armazenamento e
Comunicação.

36. 36
Hardware - História
36

37. 37
Bits, transistores e núcleos: maior
supercomputador da América Latina
• Em operação desde março de 2019, o
supercomputador conta com mais de 12 mil
processadores, divididos em cerca de 48 mil
núcleos de 3.60 giga-hertz.
• Esta na lista dos 500 supercomputadores
mais poderosos do mundo na 142ª posição
em capacidade de processamento.
• Cada núcleo do Fênix consegue executar
mais de três bilhões de ações por segundo.
No tempo de uma piscada de olho, que leva
em torno de 250 milésimos de segundo, são
750 milhões de ações!
• Instalado no Rio de Janeiro (RJ), o Fênix se
une a outros três supercomputadores que
utilizam algoritmos matemáticos de alta
complexidade para criar uma representação
virtual das bacias sedimentares e dos
reservatórios de óleo e gás natural.

38. 38
Hardware - História

39. 39
Hardware - História

40. 40
❖ Computador Eletrônico Digital
■ É um sistema composto por:
■ Memória – Principal e Secundária
■ Unidade Central de Processamento (CPU – Central
Processing Unit) ou Processador
■ Barramentos (vias de interligação)
■ Unidades de Entrada/Saída (I/O – Input/Output Unit)
Sistema Central

41. 41
❖ Placa Mãe
❖ Grande circuito impresso.
❖ Contém centenas de
componentes, sendo os
quatro mais importantes:
microprocessador ou
UCP, a Memória Principal
(MP), os encaixes para as
controladoras dos
dispositivos de entrada e
saída (ou "slots") e o
barramento.
Sistema Central

42. 42
❖ Placa Mãe
Sistema Central

43. 43
■ É um dos componentes de um sistema de
computação.
■ Função: Armazenar dados e programas (conjunto
de instruções), permitindo o processamento
automático dos dados.
■ Para serem executados pela CPU, os programas
devem estar armazenados na Memória.
■ Unidade básica é o Bit
■ Diferentes maneiras de se organizar a memória
■Hoje em dia o padrão é o byte
■Cada byte representa um endereço de memória
Sistema Central - Memória

44. 44
Sistema Central - Memória

45. 45
▪ Conceitualmente a memória é um
componente muito simples Depósito
Sistema Central - Memória

46. 46
❖ Para ter acesso a uma informação armazenada na
memória, deve ser especificado o endereço da célula
correspondente
❖ Cada célula é identificada por um endereço
❖ Os endereços não são fisicamente gravados na
memória, somente as informações são armazenadas em
cada célula
▪ Os endereços são enviados pelo processador para
a memória pelo BE – barramento de endereços
Sistema Central - Memória

47. 47
▪ Vários tipos de memória integrados Hierarquia
de memória.
▪ Memória principal (RAM – Random Access
Memory e ROM – Read Only Memory).
▪ Registradores: dispositivos de armazenamento
no interior dos processadores.
▪ Memória cache.
▪ Memória secundária: HDs, CDs, DVDs, etc.
(dispositivos de armazenamento).
Sistema Central - Memória

48. 48
❖ Tipos de Memória
■ Memória Principal (MP)
■ Limitada (armazena somente alguns programas e dados).
■ É a memória de trabalho, nela são carregados todos os
programas e dados usados pela CPU no momento.
■ Geralmente o seu conteúdo será perdido uma vez que o
computador seja desligado.
■ Ex.: RAM (Random Access Memory)
■ Memória Secundária (MS)
■ Grande capacidade de armazenamento
■ Mais lentas do que a MP
■ Geralmente não-voláteis, permitindo guardar os dados
permanentemente.
■ Ex.: Discos rígidos (HD - Hard Disk), CDs, DVDs, disquetes,
Pen drives, etc.
Sistema Central - Memória

49. Tipos e Nomenclatura da MP
❖ Tipos de RAM (Random Access Memory) – R/W
▪ Podem ser agrupadas em duas grandes vertentes:
▪ SRAM (Static RAM)
▪ Mais rápida e de custo mais elevado
▪ Usado na construção de memória cache
▪ DRAM (Dynamic RAM)
▪ Usado na construção da MP, memória mais
compacta
▪ Mais barata, mas leva mais tempo para acessar
dados
▪ Maior densidade de bits, podendo em um mesmo
espaço armazenar um maior número de bits 49

50. Tipos e Nomenclatura da MP
❖ Tipos de ROM – Read Only Memory
• ROM
• Programa é gravado e não há possibilidade de recuperação
de qualquer erro eventual no programa
• PROM – Programmable ROM
• A gravação de bits é posterior a fase de fabricação das
pastilhas
• EPROM – Erasable PROM
• EEPROM – Electronically EPROM
• Podem ser apagadas através de um processo especial e
serem reutilizadas
50

51. 51
❖ Registradores
• São internos ao processador
• Pequena capacidade de armazenamento, mas de alta
velocidade.
• Guardam instruções e dados que estão sendo
manipulados em cada operação executada pelo
processador.
• Local onde os dados ficam armazenados enquanto são
processadosou enquanto sujeitos a operações lógicas.
• Tempo deAcesso
• Por serem construídos com a mesma tecnologia do
processador tem o menor tempo de acesso do sistema
• Tempo de acesso = um ciclo de memória (1 a 2 ns)
• Capacidade
• São fabricados para armazenar um dado, uma instrução
ou um único endereço.
Tipos e Nomenclatura da MP

52. 52
❖ Registradores
❖ Formado por:
▪ Registradores de uso geral: acessíveis
ao usuário no nível convencional de
máquina
▪ Registradores de uso específico: acessíveis
diretamente apenaspela UC durante a
execução de um programa.
❖ O número de registradores e seus tamanhos
variam entre arquiteturas de computadores
Tipos e Nomenclatura da MP

53. 53
❖ Tipos de Memória
• Cache
• Criada para acelerar a velocidade de transferência
das informações entre MP e processador
• Podem ser internas ou externas ao processador
• cache L1 (nível 1) na pastilha
• cache L2 (L2 interna)
• Encapsulada no mesmo chip (“on chip”)
• cache L3 (ou L2 externa)
• Chip separado instalado na placa-mãe
• Memória mais rápida que a MP
• Mais espaço de armazenamento que registradores
• Menos espaço que a MP
• Valores típicos: cache L1 (32 a 256KB) e cache L2
(4MB)
• Voláteis e alto custo
Tipos e Nomenclatura da MP

54. 54
Tipos e Nomenclatura da MP

55. Sistema Central - CPU
55
■ Unidade Central de Processamento – Processador
■ Executar os programas armazenados na MP, buscando
cada instrução, interpretando-a e em seguida a
executando.
■ Gera sinais de controle para os demais componentes do
computador, além de reconhecer e responder sinais
externos (interrupções)
■ A CPU é responsável pela supervisão e controle de todo
o funcionamento da máquina e pela realização das
operações lógicas e aritméticas sobre os dados
■ Clock (ou Relógio) é a referência de tempo necessária a
CPU.
■ Circuito eletrônico oscilador que gera uma
forma de onda quadrada, essencial para o
seqüenciamento das operações eletrônicas
realizadas pela CPU.
■ Está relacionado com a freqüência (taxa) de
operação do processador.

56. Sistema Central - CPU
56

57. Sistema Central - CPU
57
■ Unidade Central de Processamento – Processador
■ Unidade de Controle (UC): busca instruções na MP e
determina o tipo de cada instrução.
■ Unidade Lógica e Aritmética (ULA): realiza um
conjunto de operações necessárias à execução das
instruções.
■ Conjunto (Banco) de Registradores: pequena
memória de alta velocidade, usada para armazenar
resultados temporários e certas informações de
controle.

58. Processamento: como funciona?
Sistema Central - CPU
58

59. Interconexão entre os componentes
 As informações são representadas por sinais elétricos
que indicam 0 e 1, que são os dois valores conhecidos
pelo computador
 É necessária uma fiação apropriada para conduzir os
sinais elétricos entre os componentes
 Esse conjunto de fios é chamado BARRAMENTO
59

60. Barramentos
➢ Vias de comunicação pela quais o processador se
comunica com o seu exterior (memórias, periféricos, etc.).
➢ Um conjunto de sinais elétricos transmitidos através das
trilhas ou vias da placa mãe com o mesmo propósito.
➢ Como um dado é composto por bits (geralmente um ou
mais bytes) o barramento deverá ter tantas linhas
condutoras quanto forem os bits a serem transportados
de cada vez.
➢ As informações que são transportadas viajam por um
canal de trilha,.
➢ Hoje temos barramento de 32 e 64 bits, os de 64 bits
possuí muito mais trilhas na placa mãe e são mais
velozes. 60

61. Barramentos
➢ Barramentos são semelhantes a uma avenida
➢ Veículos = Sinais Elétricos
➢ Pistas = Fios
➢ A largura do barramento é propriedade relativa a
quantidade de fios
➢ 10 fios paralelos → passam 10 sinais elétricos →
largura 10 bits
➢ O barramento possui conjuntos de fios separados por
funcionalidades
61

62. Barramentos
❖ Barramento de dados (BD)
❖ Barramento de endereços (BE)
❖ Barramento de controle (BC)
62

63. Barramentos - Funções
❖ Barramento de Dados
• Interliga o Registrador de Dados da Memória (RDM) à MP, para
transferência de informações entre o processador e a MP
• Bidirecional (escrita/leitura)
❖ Barramento de Endereços
• Interliga o Registrador de Endereços da Memória (REM) à MP para
transferência de bits que representam um determinado endereço
• Unidirecional (somente o processador aciona a MP)
❖ Barramento de Controle
• Conjunto de fios condutores que interliga o processador e a MP
• Bidirecional (Processador envia sinais de controle como READ ou
WRITE e a MP envia sinais como WAIT)
63

64. Barramentos
64

65. Barramentos
65

66. Barramentos - Tipos
❖ Internos ao processador:
transferência de dados entre UAL
e registradores;
66

67. Barramentos - Tipos
❖ Externos ao processador: transferência
de dados entre CPU, memória e
dispositivos de E/S.
67

68. Barramentos - Tipos
❖ Computadores modernos têm 2 tipos de barramentos:
• proprietário: liga processador à memória;
• de E/S: liga processador a dispositivos de E/S;
68

69. 69
Placa Mãe – Diagrama esquemático

70. 70
Questão
■ De acordo com o que foi discutido no texto, na sua
opinião, quais os fatores que afetam a velocidade de
processamento de um computador?

71. 71
Questão
■ De acordo com o que foi discutido no texto, na sua
opinião, quais os fatores que afetam a velocidade de
processamento de um computador?
■ Resposta
• Tamanho da memória RAM e cache
• Largura do barramento
• Arquitetura interna do processador
- Tamanho e a quantidade de registradores
- Busca de paralelismo no nível das instruções!

72. Hardware
72
72

73. Hardware
73
Dispositivos de Entrada de Dados
• teclado,
• mouse,
• microfone,
• câmera digital,
• webcam,
• scanner,
• joystick,
• caneta óptica,
• mesa digitalizadora,
• leitor de código de barras,
• luvas para realidade virtual
(e/ou mousegloves),
• sensores de movimento,
• touchpad,

74. Hardware
Dispositivos de Saída de Dados
• monitor,
• alto-falantes,
• impressora,
• placa de vídeo,
• placa de som,
• plotter,
• fax,
• óculos para
realidade virtual,
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75. Hardware
Dispositivos de Entrada/Saída de Dados
• Drive de leitura/escrita de
CD e DVD;
• Modem;
• Touchscreen (tela sensível
ao toque);
• Placa de Rede
75

76. Hardware
76

77. Etapas Funcionais em um Computador
Hardware
Armazenamento de Dados
• Os dispositivos de armazenamento de
dados funcionam tanto como entrada (leitura)
quanto como saída (gravação) de dados.
✓ HD (disco rígido ou Hard
Disk)
✓ Cds/DVDs
✓ Pen drive
✓ Cartões de memória
✓ Fita magnética
77

78. Exercícios
78
❖ Procure outros tipos de
barramentos existentes e
informe:
• Exemplos;
• Vantagens;
• Desvantagens;
• Exemplos de onde
são utilizados;
❖ Alguns protocolos para
uso de barramentos:
• I2C;
• USB 1.0, 2.0 e 3.0
• Amba APB, AHB,
AXI1-4, ASB, ATB,
CHI e ACE;
• CAN;
• LIN;
• PCIExpress e
outros;
Data Entrega: 02/03
Horário: 23h55
E-mail: ritaporfiriocunha@gmail.com

79. Referências
79
79
■ Andrew S. Tanenbaum, Organização Estruturada de Computadores, 59
edição, Prentice-Hall do Brasil, 2007.
■ John L. Hennessy and David A. Patterson, Arquitetura de Computadores:
Uma Abordagem Quantitativa. 39 edição. Editora Campus, 2003.
■ Lúcia Helena M. Pacheco, Visão Geral de Organização Estruturada de
Computadores e Linguagem de Montagem. Universidade Federal de
Santa Catarina. Centro Tecnológico, Departamento de Informática e de
Estatística.