Curso de Lógica Digital - Quiz

Tipos de Computadores

• Computadores pessoais (PC): normalmente incluem tela, teclado, rato e processamento de alta intensidade (por exemplo, IA).
• Servidores e supercomputadores.
• Computadores embutidos (embedded).
• Dispositivos móveis (PMD): com bateria autônoma.

Servidores

• Servidores estão crescendo, com clusters de servidores/centros de dados.
• Computação em nuvem, onde SaaS (Software como Serviço) usa softwares como serviço.

Ideias de Arquitetura de Computadores

• Lei de Moore: os circuitos integrados duplicam sua capacidade a cada 18-24 meses, ajudando os arquitetos a prever chips.
• Abstração: várias camadas de abstração entre o programador e o hardware, com foco em programas mais comuns.
• Paralelismo: executar operações independentes em paralelo para otimizar o desempenho.
• Antecipação: antecipar eventos futuros para evitar lentidão.

Hierarquia de Memórias

• Memórias rápidas e caras com baixa capacidade (ex. cache).
• Memórias lentas e baratas com alta capacidade (ex. discos rígidos).
• Memória volátil (perde dados quando desligada) vs. não volátil (guarda dados).
• Tolerância a falhas e redundância nos componentes para confiabilidade.

Camadas de Abstração das Aplicações

• Aplicação Software
• Sistemas de Software (ex: Sistemas Operativos, Compiladores).
• Hardware
• Linguagens de alto nível (C, C++) são traduzidas por compiladores para linguagem de máquina (código de máquina).
• Linguagens de montagem (Assembly) traduzem o código de montagem diretamente para linguagem de máquina.

Computador

• Entrada de dados (input): teclado, rato.
• Saída de dados (output): tela, impressora, alto-falantes.
• Memória: para armazenar os dados.
• Caminho de dados: conduz dados entre as unidades.
• Controlo: unidade de processamento central (CPU), processador.
• Memória cache: acesso rápido à memória, mantendo os dados mais acessados perto do processador.

Acesso

• Acesso aleatório: frequente ao cache (DRAM) e discos rígidos (para guardar dados).
• Acesso em memória volátil: primário
• Acesso em memória não volátil: secundário.

CPU

• Mecanismos de controle e caminho de dados.
• Instruções.

Arquiteturas

• CISC (Complex Instruction Set Computer)
• RISC (Reduced Instruction Set Computer)
• ARM (usado em dispositivos móveis).

Desempenho Computacional

• Medidas de Desempenho: tempo de resposta, largura de banda / taxa de transferência (ou vazão), tempo de execução.
• Desempenho = 1/Tempo de Execução.
• Tempo de CPU: tempo usado no processamento de um programa (tempo do usuário vs. tempo do sistema).
• Ciclo de relógio: tempo mínimo de operação no processador.
• Frequência de relógio: inverso do ciclo de relógio.

Tempo de CPU, CPI e Fatores de Desempenho

• Fórmulas: Tempo de CPU = (Número de ciclos de relógio do programa * Ciclo do relógio) e Tempo de CPU = Número de Instruções *(Ciclos por Instrução *Freqüencia do Relógio)
• Fatores importantes: frequência de relógio do processador, quantidade de instruções do programa, número médio de ciclos de relógio por instrução (CPI).

Fatores Indiretos

• Algoritmo
• Linguagem de Programação
• Compilador
• Arquitetura do Conjunto de Instruções das arquiteturas.

Espec (SPEC)

• Criar benchmarks normalizados para sistemas de computadores modernos.
• SPECRatio: medida normalizada que agrega vários benchmarks.

Lei de Amdahl

• Melhora o desempenho; a partir de uma certa melhoria de desempenho.

Máquinas de Estado

• Modelagem de sistemas com um número finito de estados e transições entre eles.
• Estados representados por símbolos.
• Estados iniciais e finais.
• Transicoes entre os estados.

Formalismos Mais Complexos

• Expressões Regulares: representação de padrões de símbolos.
• Máquina de Pilha (Stack Machines): dispositivo de memória (pilha) para manter resultados temporários durante uma operação.
• Gramáticas Independentes de Contexto: regras gramaticais.
• Máquinas de Turing: igual capacidade de computação ao de computadores atuais, com memória de acesso aleatório.

Níveis de Abstração

• Aplicações: de alto nível usadas pelos usuários.
• Linguagens de Programação.
• Bibliotecas.
• Sistemas Operacionais:
• Arquitetura.
• Circuitos Integrados.
• Componentes.
• Portas Lógicas.
• Transistores.

Domínio Analógico/Formal

• Portas lógicas: operacionalização lógica (AND, OR, NOT) baseado em valores verdadeiro/falso.
• Transistores: elementos eletrônicos básicos de circuitos integrados implementando portas lógicas (dependente de valores de tensão).

Aplicações Distribuídas

• Aplicações Centralizadas vs. Distribuídas
• Modelos cliente-servidor: um servidor poderoso armazenando dados, e clientes que acessam esses dados.
• Modelo peer-to-peer: todos os computadores na rede atuam como clientes e servidores, trocando dados e mensagens entre si.

Sistemas Operacionais (SO)

• Camada de software que comunica com o hardware, e que aplicações usam para comunicação com o computador.

Paralelismos (Multi-)

• Multiprocessador: sistema com mais de 1 processador.
• Paralelismo n nível de processador/tarefa: mais tarefas concorrentes em processadores diferentes.
• Programa de Processamento Paralelo: um só programa em vários processadores.
• Clusters e computadores grandes: uso de vários computadores ligados em rede que funcionam como um único grande sistema.
• Microprocessadores multicore: vários processadores (cores) em um único circuito integrado.
• SMP: Processadores com memória partilhada, um único espaço de endereçamento da memória física.
• Construção de Programas Paralelos: criar partes do programa para execução concorrente.

Multithreading Por Hardware

• Fine-grained multithreading: a mudança de thread ocorre após cada instrucão.
• Coarse-grained multithreading: a mudança de thread ocorre quando há várias esperas significativas.
• Processadores Multicore e Memória Partilhada: organização e conexão entre vários processadores num só sistema.
• UMA: memória unificada para acesso eficiente.

Núcleo (CPU)|Unidades de Processamento Gráfico (GPU)

• Desempenho em processamento paralelo.
• Memória otimizada para largura de banda (em vez de latência de acesso).

Cluster de Computadores e Grande Escala

• Vantagens do paralelismo de grande escala.
• Problemas em computadores de grande escala (custo computacional, escalabilidade).

Modelos de Computação em Nuvem

• Usabilidade de sistemas de computação em nuvem.
• SaaS, PaaS, IaaS (Modelos de serviços em nuvem).

Benchmarks

• Programas de teste para sistemas de hardware.
• Indica o desempenho dos processadores.
• modelos de desempenho.

Introdução à Administração de Sistemas

• Planeamento e desenho de rede.
• cópias de segurança.
• Gerenciamento de utilizadores e contas.
• Instalação e atualizações de software (ex: software chave, principalmente os essenciais).
• Segurança do sistema.
• Uso de comandos (sudo, root).

Comunicação com os Usuários

• Políticas e segurança.
• Recursos de trabalho.

Código de Ética

• Profissionalismo.
• Integridade
• Privacidade.
• Atualização de conhecimento.
• Responsabilidade social.