Componentes e Paradigmas Computacionais
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Questions and Answers

Qual dos seguintes tipos de computadores é conhecido por ter bateria autônoma?

  • Computadores pessoais (PC)
  • Supercomputadores
  • Servidores
  • Computadores embebidos (correct)
  • O que a Lei de Moore prevê sobre os circuitos integrados?

  • Diminuem em tamanho a cada ano
  • Aumentam sua velocidade a cada novo modelo
  • Duplicam sua capacidade a cada 18-24 meses (correct)
  • Aumentam o consumo de energia de forma linear
  • Qual dos seguintes conceitos se refere ao processo de realizar operações independentes em paralelo?

  • Hierarquia de memórias
  • Abstração
  • Paralelismo (correct)
  • Confiabilidade
  • Qual é a função principal da camada de abstração nas aplicações computacionais?

    <p>Para esconder complexidades do hardware do programador (D)</p> Signup and view all the answers

    Qual é uma característica importante dos servidores em relação à tolerância a falhas?

    <p>Eles dependem de redundância nos componentes (B)</p> Signup and view all the answers

    Qual é a função de um compilador?

    <p>Traduzir linguagens de alto nível em tarefas executáveis pelo computador (D)</p> Signup and view all the answers

    Qual das seguintes opções representa corretamente a memória volátil?

    <p>SRAM (C)</p> Signup and view all the answers

    O que mede o desempenho computacional de um sistema?

    <p>O tempo de resposta ou de execução (A)</p> Signup and view all the answers

    Qual é a principal diferença entre memória primária e memória secundária?

    <p>Memória primária é volátil, enquanto a secundária é não volátil. (C)</p> Signup and view all the answers

    Qual dos seguintes componentes é responsável pelo controle do caminho de dados em um computador?

    <p>CPU (D)</p> Signup and view all the answers

    Qual é a definição de um Circuito Integrado (chip)?

    <p>Um chip que contém várias unidades elétricas e tem uma funcionalidade específica. (D)</p> Signup and view all the answers

    Como a capacidade de memória de um computador é determinada?

    <p>Pela soma da capacidade dos chips de memória. (C)</p> Signup and view all the answers

    O que são portas lógicas?

    <p>Circuitos que realizam operações lógicas com valores binários. (D)</p> Signup and view all the answers

    Qual é a função dos designers no contexto dos Circuitos Integrados?

    <p>Eles juntam pequenas unidades em uma maior, visando atingir a funcionalidade do circuito. (C)</p> Signup and view all the answers

    Quais componentes estão sempre presentes em um computador?

    <p>CPU, memória e dispositivos de entrada/saída. (C)</p> Signup and view all the answers

    O que representa a funcionalidade do chip em um Circuito Integrado?

    <p>As operações lógicas que ele pode executar. (B)</p> Signup and view all the answers

    O que as várias camadas de abstração em um chip permitem?

    <p>Organizar e otimizar o design do chip para funcionalidades específicas. (D)</p> Signup and view all the answers

    Qual é a principal função dos sistemas operativos?

    <p>Gerir a comunicação entre aplicações e hardware. (C)</p> Signup and view all the answers

    O que caracteriza uma arquitetura de 64 bits?

    <p>Permite ler e escrever 64 bits de informação de cada vez. (B)</p> Signup and view all the answers

    Qual é o papel das bibliotecas na programação?

    <p>Fornecer funções reutilizáveis que facilitam o desenvolvimento. (A)</p> Signup and view all the answers

    O que é um framework no contexto de desenvolvimento de software?

    <p>Uma estrutura abrangente que define um esqueleto para a aplicação. (C)</p> Signup and view all the answers

    Qual das alternativas descreve melhor o núcleo do sistema operativo (Kernel)?

    <p>Escrito em linguagem de baixo nível e controla diretamente o hardware. (B)</p> Signup and view all the answers

    Qual dos seguintes componentes não é um elemento fundamental de um computador?

    <p>Monitor. (A)</p> Signup and view all the answers

    Qual é o elemento mais importante na arquitetura de um computador?

    <p>Conjunto de instruções de máquina. (D)</p> Signup and view all the answers

    Qual é a implementação de controle que os frameworks fornecem?

    <p>Controle de fluxo através de uma estrutura pré-definida. (A)</p> Signup and view all the answers

    Flashcards

    Compilador

    Programa que traduz linguagens de alto nível como C e C++ em linguagem que o computador pode executar.

    Entrada de Dados

    Processo de inserir informações no computador usando dispositivos como teclado e mouse.

    Saída de Dados

    Informações processadas pelo computador que são apresentadas ao usuário por meio de dispositivos como monitores e impressoras.

    Memória Volátil

    Tipo de memória onde os dados são perdidos quando o computador é desligado, como RAM.

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    Desempenho Computacional

    Medidas que avaliam a eficiência de um computador, envolvendo tempo de resposta e largura de banda.

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    Componentes do computador

    Elementos que interagem dentro de um computador, como CPU e memória.

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    Circuito Integrado

    Dispositivo eletrônico que reúne milhões de unidades elétricas com uma funcionalidade específica.

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    Processador

    Um tipo de circuito integrado que executa instruções e processos computacionais.

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    Memória RAM

    Memória volátil do computador, onde dados temporários são armazenados para acesso rápido.

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    Design de chip

    Estrutura hierárquica em camadas que define a funcionalidade de um circuito integrado.

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    Portas Lógicas

    Componentes eletrônicos que realizam operações lógicas usando valores verdadeiros/falsos.

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    Capacidade de memória

    Total de dados que a memória do computador pode armazenar, resultante de vários chips.

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    Bibliotecas

    Conjuntos de códigos reutilizáveis que os programadores usam para facilitar o desenvolvimento.

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    Frameworks

    Estruturas pré-definidas que osprogramadores preenchem com funcionalidades específicas.

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    Sistemas Operativos

    Camada de software que permite que aplicações comuniquem com o hardware do computador.

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    Kernel

    Núcleo do sistema operativo, responsável por gerenciar recursos e interagir com o hardware.

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    Gestão de Memória

    Função do kernel que controla a alocação e utilização da memória RAM.

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    Arquitetura de Computador

    Conjunto de instruções básicas que o hardware executa, definindo seu funcionamento.

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    Arquitetura de 64 bits

    Capacidade do processador de ler e escrever 64 bits de memória de cada vez.

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    Computadores pessoais (PC)

    Dispositivos de uso individual com tela, teclado e rato.

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    Lei de Moore

    Regra que afirma que a capacidade dos circuitos duplicam a cada 18-24 meses.

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    Computação em nuvem

    Modelo que permite acessar recursos de computação via internet.

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    Paralelismo

    Execução simultânea de operações independentes.

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    Camadas de Abstração

    Níveis que escondem detalhes complexos de hardware e software.

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    Study Notes

    Componentes e Paradigmas Computacionais

    • Tipos de computadores:
      • Computadores pessoais (PCs) normalmente incluem ecrã, teclado, rato e cálculo intensivo com IA.
      • Servidores e supercomputadores.
      • Computadores embutidos (embedded).
      • Dispositivos móveis (PMDs) com bateria autónoma.
    • Servidores estão a crescer -> aglomerados de servidores/centros de dados.
    • Computação em nuvem.
    • SaaS - software como serviço.
    • Lei de Moore:
      • Circuitos integrados, componentes básicos de computadores, duplicam a sua capacidade a cada 18-24 meses.
      • Ajuda arquitetos a prever novos chips quando constroem computadores.
    • Abstração:
      • As várias camadas são abstraídas entre si.
      • Ex: Um programador não precisa saber detalhes de hardware para programar.
      • Rapidez de casos comuns -> maior investimento nestes casos.
      • Paralelismo: operações independentes em paralelo.

    Hierarquia de memórias

    • Capacidade vs. Rapidez:
      • Memórias caras são rápidas, memórias baratas são lentas, mas com maior capacidade.
    • Memória volátil: precisa de energia (como RAM).
    • Memória não volátil (ROM, discos rígidos, SSD): mantém dados mesmo sem energia.
    • Tolerância a falhas e redundância nos componentes.

    Camadas de abstração das aplicações

    • Application Software
    • Systems Software (sistemas operativos, compiladores).
    • Hardware.

    Compilador

    • Traduz linguagens de alto nível (C, C++) para linguagem da máquina (código máquina).
    • Assemblador: traduz código de montagem para linguagem da máquina.

    Computador

    • Entrada de dados (input): rato, teclado.
    • Saída de dados (output): ecrã, impressora, altifalante.
    • Memória.
    • Caminho de dados (datapath).
    • Controlo (CPU, processador).
    • Cache: acesso rápido de dados muito acessados pelo processador, SRAM.

    Acesso

    • Acesso aleatório (frequente) é rápido (cache, DRAM).
    • Uso de discos rígidos, SSDs para guardar dados.

    CPU

    • Mecanismos de controlo e caminho de dados.
    • Instruções: fluxo de trabalho.

    Arquiteturas

    • CISC (Complex Instruction Set Computer)
    • RISC (Reduced Instruction Set Computer)
    • PowerPC (Mac novos)
    • ARM (portáteis, tablets, etc.)

    Desempenho computacional

    • Medidas de desempenho: tempo de resposta, largura de banda (throughput).
    • Desempenho = 1/Tempo de execução.
    • Tempo de CPU: instruções usadas pelo utilizador/sistema operativo.
    • Ciclo de relógio: tempo mínimo para uma operação básica no CPU.
    • Frequência de relógio (Hz): ciclos por segundo.

    Tempo de CPU

    • Cálculo do tempo de CPU, incluíndo ciclos de relógio, instruções, e fator de execução.

    Fatores importantes do Desempenho

    • Frequência do relógio do processador, quantidade de instruções executadas, e ciclos de relógio por instrução (CPI).

    Fatores indiretos do Desempenho

    • Algoritmo
    • Linguagem de programação
    • Compilador
    • Arquitectura do conjunto de instruções.

    Barreira de energia

    • Frequência de relógio e custo energético dos processadores.
    • Alternativas que minimizem a energia, como temperaturas baixas.

    Uniprocessadores / Multiprocessadores

    • Distribuição de tarefas entre os vários processadores.
    • Minimização das comunicações entre processadores.

    Benchmarks

    • Programas que medem o desempenho de diferentes computadores.
    • Ex: SPEC (System Performance Evaluation Cooperative)

    EspecRatio

    • Medição da execução normalizada de 12 benchmarks diferentes.

    Lei de Amdahl

    • Aumento de desempenho limitado pelo uso da melhoria.

    Máquinas de estado finito

    • Modelos que representam um sistema com um número limitado de estados.
    • Transições entre os estados definidas por regras e transições.

    Formalismos mais complexos

    • Expressões regulares: padrões de símbolos.
    • Máquinas de pilha: memória para resultados temporários.
    • Gramáticas independentes de contexto: regras que determinam padrões de símbolos.
    • Máquinas de Turing: memórias de acesso aleatório.

    Abstração e comunicação entre camadas

    • Níveis de abstração, camadas, aplicações, linguagens de programação, bibliotecas, sistemas operativos, arquiteturas, circuitos integrados, portas lógicas, transistores, etc.
    • Domínios do software e digital
    • Domínio analógico: abstraindo o funcionamento electrónico do computador

    Bibliotecas e Frameworks

    • Pré-fabricação de código com funcionalidades pré-definidas para aplicações.
    • Os programadores não precisam criar tudo.

    Sistemas operativos

    • Camada com ferramentas para comunicação de aplicações com o computador, como gerir a memória.
    • Kernel (núcleo): controla a comunicação e o hardware.

    Arquitetura

    • É a abstracção do funcionamento do computador.
    • Instruções, Processadores, Memória, etc..

    Circuito Integrado (Chip)

    • Agrega milhões/biliões de unidades elétricas para funções específicas: processador, memória.

    Componentes integradas

    • CPU, memória, periféricos, etc.
    • Organização dentro do computador.
    • Interligação através de sistemas.

    Portas lógicas

    • Circuitos eletrônicos que executam operações lógicas (AND, OR, NOT).
    • Transformam as tensões eléctricas em símbolos 1 e 0 que são usados nos computadores, ou verdadeiro e falso.

    Multithreading por Hardware

    • Thread: unidade leve de processo que pode executar tarefas simultaneamente
    • Compartilham espaço de memória em processadores para maior eficiência.

    Processadores Multicore e memória partilhada

    • A divisão de processadores multicore num único espaço com memória partilhada otimiza o desempenho do processo.
    • Unified Memory Address (UMA) com latência de acesso a memória constante para qualquer processador.

    NUMA (Non-Unified Memory Access)

    • Espaço de endereçamento de memória diferente para vários processadores.

    Unidade de processamento gráfico (GPU)

    • Aceleradores para processamento rápido de tarefas.
    • Usam Multithreading
    • Utilizam memórias otimizadas para largura de banda.

    Clusters e computadores de larga escala

    • Interligação de vários computadores para maior capacidade.
    • Paralelismo e otimização distribuída.
    • Partilha de recursos para cálculos e comunicações (custo-eficiente).

    Modelos de computação em nuvem

    • Utilizam o paralelismo de vários computadores.
    • Serviços (SaaS, PaaS, IaaS).

    Benchmarks

    • Programas que medem o desempenho de diferentes computadores.

    Administração de sistemas

    • Tarefas um administrador de sistemas pode executar (planear e desenhar redes/sistemas de backup, criação e apagamento de contas, gestão de problemas, atualização e instalação de software, segurança do sistema, e comunicação com os utilizadores).

    • Método super-utilizador (sudo).

    • Meio mais apropriado para efetuar tarefas num sistema operativo.

    • Formas de comunicação com utilizadores (gráficos ou linha de comando), uso de ferramentas para tarefas administrativas (consulta de informação, histórico, ou tempo real, ou scripts).

    • Códigos de ética profissional

    Modelos de aplicações distribuídas

    • Aplicativos centrais ou distribuídos em múltiplos nós.

    • Modelo Cliente-Servidor: um servidor central armazena e processa os dados; os clientes pedem dados e funcionalidades ao servidor.

    • Modelo Ponto-a-Ponto (P2P): os computadores atuam como clientes e servidores.

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    Description

    Teste seus conhecimentos sobre os diferentes tipos de computadores e suas funções, incluindo PCs, servidores e dispositivos móveis. Explore conceitos como computação em nuvem, Lei de Moore e abstração no desenvolvimento de software. Além disso, entenda a hierarquia de memórias e como capacidade e rapidez afetam o desempenho computacional.

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