Introdução à
Informática
Prof. Roberto Cabral de Mello Borges
Instituto de Informática - UFRGS
2013
Parte 1
1
Introdução à Informática
• Breve Histórico
• Estrutura Interna do Computador
• Unidade Central de
Processamento
• Memórias
• Meios e Dispositivos de Entrada e
Saída
• Microcomputadores
• Organização das Informações no
Computador
• Redes de Computadores
• Software
• Sistemas Operacionais
• Linguagens de Programação
• Aplicativos
2
Histórico
• 1642 - Blaise PASCAL: 1ª máquina de somar
• 1801 - Joseph Marie JACQUARD: 1ª máquina de
tecelagem controlada por cartões de couro perfurados.
• 1812 - Charles BABBAGE: 1ª máquina de calcular de 4
operações.
• 1880 - censo EUA: 7,5 anos
• 1890 - censo EUA: estimativa --> 11 anos
apuração --> 2,5 anos
• 1896 - Hermann HOLLERITH: Tabulating Machine
Company.
• 1911 - Computing-Tabulating Recording Company.
• 1924 - International Business Machines (IBM).
• 1927 - Sperry Rand Corporation.
• 1946 - ENIAC: 1º computador eletrônico à válvula
3
Ábaco - 2600 a.C.
Primeiro dispositivo manual de cálculo representando os
números no sistema decimal
Chinês
Japonês
4
Ábaco Especial
5
Estruturas de Napier - 1550
John Napier idealizou um dispositivo baseado
em bastões com números, capazes de
multiplicar e dividir
6
Régua de Cálculo - 1650
•Criada pelo atrônomo inglês Edmund Gunter,
implementada pelo Reverendo William
Oughtred e aperfeiçoada pelo Prof. de
Geometria Amédée Mannheim, em 1850
(França)
•Possui uma régua deslizante sobre uma base
fixa, com escalas logarítmicas para a
realização de diversas operações
•Utilizada até a década de 70
Oughtred
7
Régua de Cálculo
• Exemplo
• 1,3 x 2 = 2,6
1,3
2,6
8
Máquina
Aritmética
de Pascal 1642
9
Máquina para multiplicar 1623
•
•
•
Idealizada por
Wilhelm
Schickard
Realizava
operações de
multiplicação,
através de
rodas dentadas.
Multiplicação
realizada
através de
somas
sucessivas
10
Máquina arimética de Morland
- 1666
• Samuel Morland
(Inglaterra)
• Máquina mecânica
•
•
operações de soma e
subtração
Em 1672 publicou
“The Description and
Use of Two Arithmetic
Instruments”, que
descrevia a máquina
de Napier
aperfeiçoada.
11
Calculadora Universal de
Leibnitz - 1672
Consiste num aprimoramento da máquina de Pascal
Operações de soma, subtração, divisão e raiz quadrada
12
Calculadora de Hahn - 1779
(Philip Matthäus Hahn)
Máquina de calcular capaz de realizar somas, subtrações,
multiplicações e divisões
13
Tear automático de Jaquard - 1801
Possuia uma entrada de
dados através de
cartões perfurados
que controlavam a
confecção dos tecidos
e dos desenhos
Primeira máquina
mecânica
programada
14
Tear automático de Jaquard - 1801
15
Máquina de Diferenças de
Babbage - 1822
Dispositivo mecânico
baseado em rodas
dentadas para
avaliação de funções e
obtenção de tabelas.
16
Máquina de Diferenças de
Babbage
Museu de
Ciências
(Londres)
17
Máquina Analítica de
Babbage - 1833
•Dispunha de programa,
memória, unidade de
controle e periféricos de
entrada e saída
•Cálculo automático de
tabelas de logaritmos e
funções trigonométricas
•Devido a esse projeto
•Babbage é considerado
•Um dos pais da informática
18
Augusta Ada Byron
(Condessa Ada Lovelace)
1842 : Augusta Ada Byron
(Condessa de Lovelace)
apresenta certos aspectos
da arimética binária
utilizados 100 anos depois
por Von Neumann
 Considerada a primeira
programadora da história
por seus trabalhos na
máquina analítica de
Babbage, o qual conheceu
em 1832.

19
George Scheutz
• 1854: George Scheutz contrói um modelo da
Máquina de Diferenças de Babbage que
funciona bem na obtençao de tabelas
20
Máquina milionária de
Steiger - 1893
•Primeira calculadora a obter sucesso comercial
•Utilizada em transações e cálculos científicos
21
George Boole
(Lincoln, England 02/11/1815 - 08/12/1864)
• 1854: George Boole
desenvolve a teoria da
Álgebra de Boole, origem
da Teoria dos Circuitos
Lógicos
22
Máquina de Cartões
Perfurados de Hollerith - 1896
Possui cartões perfurados onde foram armazenados as
informações coletadas no censo e uma máquina para ler
e tabular essas informações
23
Herman Hollerith
Fundador da IBM
Slogans:
• Do It Right
• Think
IBM
comemora
100 anos em
2011
24
Fatos históricos
...continuação...
1887: Leon Bolle contrói uma máquina de
multiplicar diretamente, sem o processo de
somas sucessivas
 1895: Hollerith inclui na sua máquina a
operação de somar para a contabilidade das
Ferrovias Centrais de Nova York
 1896: Hollerith funda a empresa Tabulating
Machines Company, que em 1924 junto com
outras empresas forma a IBM.

25
Fatos históricos ...continuação...




1914: Leonardo Quevedo constrói uma máquina que
simula os movimentos das peças de xadrez
1936: Alan Turing desenvolve a teoria de uma
máquina capaz de reolver qualquer tipo de problema.
Teve início a Teoria Matemática da Computação
algoritmo representa um processo
Surge a Teoria da Computabilidade
–

estudos para encontrar formas de descrição e
representação de processos através de algoritmos
1937: construção do primeiro computador
eletromecânico baseado em relés e engrenagens
–
Calculadora Automática de Seqüência Programada, MARK - I
26
Fatos históricos ...continuação...

1938: Claude Shannon aplica a Teoria da
Álgebra de Boole na representação de
circuitos lógicos
27
MARK -I
Possuia unidades de entrada, memória
principal e unidade aritmética. Utilizava cartões
e fitas perfuradas como entrada
 Primeiro computador eletromecânico
construído a funcionar
 117 metros de comprimento, 2 de altura, 70
toneladas
 Constituído de 700.000 peças móveis, com
fiação de 800.000 metros
 Somava dois números em menos de 1 segundo
e multiplicava em 6 segundos. Trabalhava com
23 dígitos decimais

28
ENIAC (Electronic Numerical
Integrator And Calculator)
•
•
•
•
•
•
•
1946 a 1952: operação
18.000 válvulas
1500 relés
sala de 9 x 30 m
consumia 200 kWh
criado por John Mauchly e Prosper Eckert
em 1952 19.000 válvulas já tinham sido
substituídas
• operava por algumas horas e parava pela
queima de cerca de 100 a 200 válvulas; ficava
até uma semana em manutenção.
29
O Computador ENIAC - 1945
Electronic Numerical Integrator And Calculator
Primeiro computador eletrônico.
Entrou em funcionamento em 1945.
Utilizado pelo exército para cálculo da trajetória de
projéteis através
de tabelas
30
ENIAC - características










1000 vezes mais rápido que o MARK - I
Somava 2 números em 0,0002 s
Multiplicava em 0,003 s
111 metros cúbicos
30 toneladas
17.000 válvulas a vácuo
50.000 comutadores
70.000 resistências
7.500 interruptores
Consumo oscilava entre 100.000 e 200.000 watts
31
Curiosidades sobre o ENIAC
• Mulheres que trabalharam no projeto:
– Marilyn Wescoff
– Ruth Lichterman
– Kay McNutty
– Frances Bilas
– Jean Jeannings
– Betty Snyder
• Foram escolhidas porque os militares
americanos achavam que os homens não
tinham a paciência necessária para
programar o projeto. Porém elas usavam uma
sigla SP no crachá (Subprofessional)
32
Fatos históricos ...continuação...




1942: John Atanasoff e Clifford Berry , do projeto
ENIAC construíram uma máquina eletrônica que
operava em código binário, seguindo as idéias de
Babbage. Foi o primeiro computador digital
1944: John von Neumann desenvolve a idéia de um
programa interno descrevendo o fundamento teórico
para a construção de um computador eletrônico,
denominado Modelo de von Neumann
existência simultânea de dados e instruções no
computador e a possibilidade de programação.
1952: construído o computador de von Neumann,
como uma modificação do ENIAC. Foi chamado
EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic
Computer
33
Computador UNIVAC I - 1951
•Segue o modelo de von Neumann
•Utiliza fitas magnéticas
Em 1952 são
construídos
os computadores
MANIAC - I,
MANIAC - II e
UNIVAC - II.
34
Classificação dos computadores
quanto à geração
Geração
1ª
2ª
Ano
Elemento
Ativo
Sistema
Operacional
Recursos de
Programação
1945
Válvula
Todo Manual
Poucos
Quase Todo
Transistor
Manual
Médios
1959
1965
Circuito
Integrado
4ª
1972
Circuito
Integrado
Monolítico
5ª
1985
3ª
Semi Manual
Bons
Bastante
Ótimos
Automatizado
Quase Todo
Quase
Circuitos
VLSI, ULSI Automatizado Inesgotáveis
35
“Se o automóvel tivesse se
desenvolvido como o fizeram os
computadores nos últimos 40
anos, hoje um Rolls-Royce custaria
US$ 2,00, faria um milhão de Km
por litro de gasolina, produziria
energia suficiente para movimentar
o Queen Elizabeth e dez deles
caberiam numa cabeça de alfinete”
Prof. Edward Eteinmüller (Universidade de Stanford)
36
Mainframe de 1970
• Burroughs B-5000/6000 - Memória de 6Mb
37
IBM/1130 - UFRGS
(1968 - 1979)
• 32 Kb de memória
38
B-6700 da UFRGS (1971-1987)
39
Estrutura Interna do Computador
40
Estrutura Interna do Computador
Entrada
Processa
mento
Saída
41
Processamento
Entrada
UCP
Unidade de
Controle
Memória
Unidade
Lógica
Unidade
Aritmética
Saída
42
Unidade Central de
Processamento (U.C.P.)
• Unidade de Controle
• Unidade Lógica
• Unidade Aritmética
• Memória (Principal)
43
E
S
Programas
Unidade Aritmética
44
Processamento
Entrada
UCP
Unidade de
Controle
Memória
Unidade
Lógica
Unidade
Aritmética
Saída
45
46
47
UCP Programa
48
Unidade
Aritmética
49
Armazenamento
(Memória)
50
Memórias:
• Núcleos Magnéticos
Anel de Ferro Magnetizável
Bit
Fios de Cobre
51
Memória de Núcleos Magnéticos
52
Memórias Integradas
53
Memórias Integradas
• RAM (Random Access Memory)
– É a memória de trabalho do usuário.
– É nesta memória que se pode armazenar dados e programas.
– É volátil, ou seja, quando se desliga o computador seu
conteúdo é perdido (apagado).
– Capacidades: de 512 Mbytes a 16 Gbytes
• ROM (Read Only Memory)
– É a memória onde o fabricante grava partes do sistema
operacional.
– Nela o usuário não pode gravar nada, somente ler.
– Não é volátil, ou seja, mesmo desligando o computador, seu
conteúdo não é perdido.
– Capacidades: 256 Kbytes a 16 Mbytes
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Tipos de ROM
• ROM (Read Only Memory)
– é gravada uma única vez, na fábrica, durante o processo de
fabricação.
• PROM (Programmable ROM)
– só pode ser gravada uma vez, porém fora da fábrica, usando um
gravador de PROM.
• EPROM (Erasable PROM)
– similar a PROM, porém seu conteúdo pode ser apagado, através
da emissão de luz ultravioleta na “janela” superior, sendo feita a
regravação tal como na PROM.
• EEPROM (Electrically EPROM) e
• EAROM (Electrically Alterable ROM)
– similares à EPROM, porém o processo de apagamento se faz
através da aplicação de uma tensão em um dos pinos. O
apagamento é instantâneo
55
EPROM
EPROM
56
Tipos de Memórias Atuais nos Micros
• Registradores
• Expandida (Expansão qualquer)
• Estendida (Extensão aos 640K do DOSPC)
• Flash
• Cache
–Nível 1 (interno UCP)
–Nível 2 (externo à UCP)
• Virtual (Paginação e Segmentação)
57
Registradores
• Registrador é uma área de memória onde são
colocados os dados, para que as Unidades
Aritmética e Lógica possam fazer suas
operações e comparações.
Memória Expandida
• É toda área de memória que é adicionada à
memória original do computador.
Memória Estendida
• É toda memória que ultrapassa os 640 KB
originais concebidos para o DOS.
58
Memória Flash
• É um tipo de memória similar a uma ROM em
que se pode regravar os dados, até cerca de
1000 vezes. É usada para armazenar dados
em “cartões de memória”.
Memória Cache
• É uma memória de acesso privilegiado e rapidíssimo,
onde são colocados os dados mais frequentemente
acessados. Tem características similares aos
Registradores.
• Há 2 níveis de Cache:
– Cache L1 (Level 1): fica dentro do próprio processador
(tamanho pequeno)
– Cache L2 (level 2): fica na placa mãe (tamanho maior)
59
Memória Flash
60
Memória Flash
61
62
Memória Virtual
• É uma área de disco rígido que é usada como
se fosse uma memória RAM. A vantagem é
que não é necessário adicionar chips de
memória para aumentar a capacidade. A
desvantagem é que o tempo de acesso é bem
mais lento.
• Na memória virtual geralmente se armazena
programas grandes, ficando nela o programa
dividido em partes, sendo cada parte levada
à memória RAM, quando necessário executar
aquela parte.
63
Particionamento de Programas
na Memória Virtual
• Dois métodos podem ser usados pelo Sistema
Operacional:
– Segmentação
– Paginação
• Segmentação: O programa é dividido em partes
funcionais, chamadas “Segmentos”, sendo o tamanho
destas partes variável, de acordo com o conteúdo a ser
armazenado;
• Paginação: O programa é dividido em partes de
igual tamanho, chamadas de “Páginas”, mesmo que
determinada parte funcional tenha que ocupar várias
páginas, ou que numa página caibam várias partes
funcionais.
64
Memórias (continuação)
• RAM
• DRAM (Dynamic RAM)
–EDO
–SDRAM
–RDRAM
•
•
•
•
•
SRAM (Static RAM) - Cache
VRAM (Video RAM)
WRAM
SIMM
DIMM
65
Memória RAM
• Pode ser de dois tipos:
– DRAM (Dynamic RAM)
– SRAM (Static RAM)
• DRAM: Memória que não fica energizada
todo o tempo, economizando energia. Há um
capacitor que mantém a carga por certo
período, após o que deve ser recarregado
(“refresh”). Tem maior capacidade e menor
custo.
• SRAM - Memória mais rápida que a DRAM, e
mais cara.
66
DRAM - EDO (Extended Data Output)
• Memória tipo DRAM, mais rápida, que recebe um
bloco de memória por vez em sua cache interna,
enquanto o processador processa este bloco, recebe
outro bloco; DRAM normal recebe um byte por vez.
SDRAM (Synchronous DRAM)
• SDRAM- Transfere dados a cada ciclo da máquina.
• DDR-SDRAM (Double Data Rate): É uma SDRAM que
transfere dados 2 vezes por ciclo.
RDRAM (Rambus DRAM)
• Transfere dados a taxa de 1,6 GBps, enquanto as
DRAM comuns transferem a 800 MBps.
67
VRAM (Video RAM)
• Memória específica para armazenar o conteúdo do
que é mostrado no vídeo. Dela depende a resolução
(nº PIXELS) e o nº de cores que pode ser exibido.
WRAM (Window RAM)
• Similar a VRAM, porém dispõe de um “buffer” da
próxima imagem que será mostrada. Isto diminui o
efeito de “flicker” na tela. É uma criação da Samsumg.
68
Módulos SIMM e DIMM
• SIMM (Single In-Line
Memory Module)
–Módulo de memória em
que os chips estão
dispostos numa placa
com um fileira única.
30, 72 e 100 pinos
• DIMM (Dual In-Line
Memory Module)
–Módulo de memória em
que os chips estão
dispostos em fileira
dupla.
72, 144, 168 e 184 pinos
69
UCP
Registradores
Cache
Nível 1
Nível 2
RAM Física
Memória
Virtual
Dispositivos de Armazenamento
ROM /
BIOS
Armazenamento
Drives
Internet/
Removíveis Redes
Winchester
Dispositivos de Entrada
Scanner
Teclado
Mídias
Mouse
Removíveis
Dispositivos Camera
Microf.
Remotos
Outros
Video
70