COMPUTADORES E INTERFACES
A. Elementos de computadores digitais
- CPU – Central processing unit
- Control Unit
- ALU – Arithmetic and Logical Unit
- Internal Registers
As operações na CPU são controladas e sincronizadas por um
relógio oscilatório interno de quartzo
O ciclo de tempo da CPU, que pode variar de 10 a 104 ns,
combinado com o número de bytes processados por ciclo,
determina a velocidade do computador na CPU
Control
Unit
Read only
memory
Hardwired
software
ALU
Registers
C
P
U
BUS
Random
access
memory
Read/write
Input/output
control
Peripheral
devices
Elementos funcionais básicos em um computador.
- Read only memory (ROM) – contem conjuntos fixos de
instruções como compiladores e programas de
interpretação
- Random Access Memory (RAM) – armazenamento de
programas de uso por curto prazo, entrada de dados,
resultados
- Memórias adicionais externas
História
-
Fita cassete
Disco flexível (5 ¼)
Disquete (3 ½)
Compact Disks
Pen drive
HD externo
Control
Unit
Read only
memory
Hardwired
software
ALU
Registers
C
P
U
BUS
Random
access
memory
Read/write
Input/output
control
Peripheral
devices
Elementos funcionais básicos em um computador.
- Controles de entrada e saída - permitem a comunicação do
computador com o dispositivos periféricos
- BUS – interconecta os componentes do computador
BUS – Subsistema que transfere dados entre componentes de um
computador, dentro do computador, e entre computadores
PCI Express bus card slots (from top to bottom: x4, x16, x1 and x16),
compared to a traditional 32-bit PCI bus card slot (bottom).
Dispositivos
Periféricos
- Teclado
- Mouse
- Impressora
- Monitor
- Câmera
- Scanner
- Etc.
- Os elementos apresentados são comuns em todos os
computadores, porém, as velocidades e capacidades de
memória são determinadas pela configuração particular de
da máquina.
- De acordo com estes parâmetros os computadores são
geralmente
classificados
em
Supercomputadores,
Mainframes, Minicomputadores e Microcomputadores
- Maior
- mais rápido
- mais caro
- Menor
- mais lento
- mais barato
A classificação está constantemente mudando, ou seja, o
que era um supercomputador há algumas décadas,
atualmente equivale a um minicomputador
B. Interfaces e dispositivos periféricos
As capacidades lógica e aritmética e de armazenamento
de um computador são inúteis se ele não estiver
conectado ou interfaceado com alguma coisa
Pode-se classificar as interfaces de um computador de
acordo com o objeto conectado a ele, como segue:
- Computador  computador: comunicação
- Operador  computador:
instrução
- Computador  operador:
informação
- Sensor  Computador:
entrada
- Computador  Atuador:
manipulação
- Conecções computador-computador são importantes
porque diferentes tipos de computadores e dispositivos
digitais têm diferentes custos e capacidades
- A eficiência global é maximizada e o custo é minimizado
usando-se o mínimo de potência computacional para o
máximo de tarefas a cumprir
- Usar computadores de maior capacidade quando for
necessário realizar operações complexas e rápidas e
armazenar grandes quantidades de dados
- A seguir é mostrada uma proposta de hierarquia de níveis
computacionais aplicada à pesquisa e desenvolvimento de
processo fermentativo
Esquema mostrando a separação das funções
computacional hierárquico.
num sistema
No primeiro nível, em que ocorre medidas do processo
fermentativo, registro e armazenamento de dados, emprega-se
um microcomputador
No segundo nível, em que análise mais detalhada de dados
assim como interações com o operador são necessárias, é
preciso um minicomputador
Nestes dois níveis, as funções são conduzidas em tempo real,
ou seja, é desprezível o tempo entre a entrada de informações
ou instruções no computador e a saída de dados ou ações de
controle baseadas nestas informações
No terceiro nível, um mainframe deve ser usado, uma vez que
é necessário resolver equações de modelo complicadas,
estimar parâmetros de modelo e avaliar estratégias de controle
e otimização avançadas
- Para
a
comunicação
computador-operador
são
empregados registradores digitais, CRT (mostrador catoderay tube), plotter, monitores LCD, impressoras, linguagem
digitalizada ou gravada.
- As informações podem ser por meio de texto ou gráficos
- Para a comunicação operador-computador usam-se
teclados, mouse, tela sensível ao toque, reconhecimento
de voz
- Para a entrada de programas ou dados pré-gravados,
empregam-se os dispositivos periféricos de memória já
mencionados
- Os dois tipos de conecção acima permitem um exame
detalhado de aspectos particulares do processo, alerta o
operador para possíveis problemas e possibilita alterações
de controles pré-definidos
- As
interfaces
sensor-computador
dependem
da
quantidade medida e das formas de saída do sensor
disponíveis
- Algumas variáveis tem apenas o estado “ligado” ou
“desligado”, como uma bomba ou compressor ou fechar ou
abrir um válvula
- Outras variáveis tem o sinal do tipo pulso, como o de um
tacômetro ou de um medidor de fluxo de massa
- Muitos sensores monitoram parâmetros que têm valores
contínuos (pH, O.D., temperatura, etc.)
- Neste
caso
são
necessários
os
conversores
Analógico/Digital (A/D). Antes de entrar nestes conversores
o sinal vindo do instrumento tem que ser condicionado
adequadamente (traduzido, amplificado ou atenuado ou
mesmo convertido de corrente para voltagem)
Diagrama esquemático de um sistema de análise de gás
de exaustão com base em um microcomputador.
- As considerações sobre as interfaces computadoratuador são análogas às descritas anteriormente
- Saídas
digitais
controlam
interruptores
(ligado/desligado) e velocidade de motores
elétricos
- Conversores Digital/Analógico (D/A) enviam sinais
analógicos para o atuador, correspondentes aos sinais
digitais de saída do computador
C. Sistemas de Software
Software – conjunto de instruções programadas que
governam a operação de um computador, sua interfaces e
seus dispositivos periféricos
É o componente crítico de um processo de fermentação
computadorizado
Determina quais dados serão mostrados e armazenados,
quais entradas ou intervenções do operador são necessárias
(ou permitidas)
Um bom software é a chave para o sucesso de um sistema,
e seu desenvolvimento é a tarefa principal e significativamente cara na instalação de um processo computadorizado
O sistema operacional do computador controla a execução do
programa, o armazenamento de arquivos, o registro e a
alocação de memória, assim como a coordenação destas
funções
Existem três tipos de programas:
Programas utilitários – iniciam o sistema e criam arquivos
Programas de linguagem – permitem o uso de linguagem de
alto nível (Basic, Fortran, APL, C, etc.)
Programas aplicativos – realizam de tarefas específicas
Um fator importante na seleção do sistema máquina-programa
é a sua habilidade de realizar operações multitarefas.
Com isso, ele pode executar vários programas simultaneamente, “observando”, analizando e controlando várias unidades de
processo ao mesmo tempo