Apostila Introdução à Computação - FSFA 2020 PDF

Faculdade São Francisco de Assis – FSFA APOSTILA DISCIPLINA Disciplina EAD Introdução à Computação Ev...

Faculdade São Francisco de Assis – FSFA APOSTILA DISCIPLINA Disciplina EAD Introdução à Computação Everaldo Daronco Dezembro de 2020. Faculdade São Francisco de Assis - Credenciamento Portaria 3.558 de 26/11/2003 – D.O.U. 28/11/2003 Av. Sertório, 253 – Navegantes – CEP 91020-001 – Fone/Fax: (51) 3362-1771 - Porto Alegre – RS - www.saofranciscodeassis.edu.br Sumário 1 INTRODUÇÃO........................................................................................................................................ 4 1.1 Formação Em Computação........................................................................................................... 5 1.2 Profissão........................................................................................................................................ 6 2 ÉTICA EM COMPUTAÇÃO...................................................................................................................... 8 3 HISTÓRIA DA COMPUTAÇÃO.............................................................................................................. 10 4 SISTEMAS COMPUTACIONAS.............................................................................................................. 19 4.1 Hardware.................................................................................................................................... 20 4.2 CPU – Unidade Central de Processamento................................................................................. 21 5 MEMÓRIA............................................................................................................................................ 29 6 DISPOSITIVOS DE E/S (I/O).................................................................................................................. 33 6.1 Placa-mãe (motherboard)........................................................................................................... 34 7 SOFTWARE.......................................................................................................................................... 36 8 SISTEMAS DE NUMERAÇÃO................................................................................................................ 40 8.1 Sistemas De Numeração Não Posicional.................................................................................... 40 8.2 Sistemas De Numeração Posicional............................................................................................ 40 8.2.1 Sistema Decimal.................................................................................................................. 40 8.2.2 Sistema Binário................................................................................................................... 41 8.2.3 Sistema Octal...................................................................................................................... 41 8.2.4 Sistema Hexadecimal.......................................................................................................... 41 8.3 CONVERSÃO ENTRE OS SISTEMAS DE NUMERAÇÃO.................................................................. 42 8.4 Conversão da Base 10 para Base X............................................................................................. 43 8.5 Conversão Decimal-Binário (Número Fracionário)..................................................................... 45 8.6 Conversão Binário-Decimal......................................................................................................... 46 8.7 Conversão Decimal-Octal............................................................................................................ 46 8.8 Conversão Octal-Decimal............................................................................................................ 46 8.9 Conversão Decimal-Hexa............................................................................................................ 47 8.10 Conversão Hexa-Decimal............................................................................................................ 47 8.11 Conversão Hexa-Binário.............................................................................................................. 47 8.12 Conversão Binário-Hexa.............................................................................................................. 48 8.13 Conversão Octal-Binário............................................................................................................. 48 8.14 Conversão Octal-Hexa................................................................................................................. 48 8.15 Conversão Hexa-Octal................................................................................................................. 48 9 ARITMÉTICA BINÁRIA.......................................................................................................................... 50 Faculdade São Francisco de Assis - Credenciamento Portaria 3.558 de 26/11/2003 – D.O.U. 28/11/2003 Av. Sertório, 253 – Navegantes – CEP 91020-001 – Fone/Fax: (51) 3362-1771 - Porto Alegre – RS - www.saofranciscodeassis.edu.br  9.1 Adição......................................................................................................................................... 50 9.2 Subtração.................................................................................................................................... 51 9.3 Multiplicação............................................................................................................................... 52 9.4 Divisão......................................................................................................................................... 53 10 ARITMÉTICA HEXADECIMAL................................................................................................................ 56 10.1 Adição Hexadecimal.................................................................................................................... 56 10.2 Subtração Hexadecimal.............................................................................................................. 56 11 REPRESENTAÇÃO DE NÚMEROS NEGATIVOS NA BASE 2 (BINÁRIO) – COMPLEMENTO A 1.............. 58 11.1 Sinal de Amplitude/Magnitude................................................................................................... 58 11.2 Complemento a 1........................................................................................................................ 58 12 REPRESENTAÇÃO DE NÚMEROS NEGATIVOS NA BASE 2 (BINÁRIO) – COMPLEMENTO A 2.............. 61 13 REFERENCIAS....................................................................................................................................... 66 Faculdade São Francisco de Assis - Credenciamento Portaria 3.558 de 26/11/2003 – D.O.U. 28/11/2003 Av. Sertório, 253 – Navegantes – CEP 91020-001 – Fone/Fax: (51) 3362-1771 - Porto Alegre – RS - www.saofranciscodeassis.edu.br 1 INTRODUÇÃO Esta apostila apresenta os conteúdos que serão desenvolvidos durante o semestre letivo e tem como objetivo ser a base de pesquisa da disciplina de introdução à Computação. A disciplina de introdução à computação tem como objetivo prover o conhecimento para o aluno, de forma abrangente, de todos os conceitos básicos relacionados à Ciência da Computação, bem como a área de trabalho e evolução da computação como ciência. Esta disciplina irá abordar assuntos pertinentes da área de computação e outros assuntos periféricos. Como ela é uma disciplina do primeiro semestre, o primeiro tema a ser tratado serão assuntos relacionados a vida acadêmica. Para tanto teremos como orientação o livro do Antônio Joaquim Severino chamado Metodologia do Trabalho Científico (Severino, 2007). O capítulo 2 do referido livro trata Orientações Gerais para o Estudo na Universidade e inicialmente discute o processo de aprendizagem, e conforme Severino (2007, p. 38) enfatiza: “Em primeiro lugar, é preciso que o estudante se conscientize de que doravante o resultado do processo depende fundamentalmente dele mesmo”. Da mesma forma o autor discute que a vida acadêmica vai exigir uma postura de proatividade e de autoatividade didática crítica e rigorosa. E ainda enfatiza que não basta o estudante estar em sala de aula (presença física) e realizar as tarefas de forma mecânica, é preciso dedicação e dispor de material de trabalho específico e adequado para a nova rotina de estudos (Severino, 2007). Uma dica importante para os alunos é manter uma biblioteca pessoal. Não esqueça que esta biblioteca deve ser atualizada e de relevância para a formação. Uma característica peculiar da área da computação é o avanço tecnológico. Assim livros específicos tendem a ficar mais rapidamente desatualizados, portanto, é importante selecionar livros bases de algumas disciplinas. Da mesma forma, a instituição de ensino disponibiliza uma gama de livros em sua biblioteca. Entretanto, alguns livros básicos como: dicionários, históricos da área, livros de física, estatística e de cálculo podem ajudar num primeiro momento. Outros recursos necessários para uma vida acadêmica são os equipamentos eletrônicos e acesso a internet. Muitas vezes temos que complementar assuntos vistos em salas de aula e no curso de computação muitos trabalhos de programação serão exigidos, por este motivo é importante que o aluno tenha esses recursos. Outra questão importante, são os eventos internos e externos a instituição de ensino, como por exemplo: simpósios, congressos, semanas acadêmicas. Uma importante fonte de pesquisa de seminários na área da computação é o site da SBC (www.sbc.org.br). Neste site serão encontrados diversos congressos temáticos da área. É importante que o estudante crie uma rotina de estudos com local adequado para a realização de leituras e pesquisas para elaboração dos trabalhos que serão exigidos durante o curso. Faculdade São Francisco de Assis - Credenciamento Portaria 3.558 de 26/11/2003 – D.O.U. 28/11/2003 Av. Sertório, 253 – Navegantes – CEP 91020-001 – Fone/Fax: (51) 3362-1771 - Porto Alegre – RS - www.saofranciscodeassis.edu.br 1.1 Formação Em Computação Cursos que têm a computação como atividade fim visam a formação de recursos humanos para o desenvolvimento científico e tecnológico da computação. A formação na área pode ser dividida em cursos de Bacharelados (3200h) e cursos de tecnologia (2000 a 2400h). Os cursos de bacharelado, conforme site do MEC1, são os seguintes: 1. Ciência da Computação 2. Engenharia da Computação 3. Sistemas de Informação 4. Licenciatura em Computação 5. Engenharia de Software (novo a partir de 2012) Os cursos de curta duração são os Cursos Superiores em Tecnologia2, relacionados com a área de computação, são os seguintes: 1. Agrocomputação 2. Análise e Desenvolvimento de Sistemas 3. Banco de Dados 4. Defesa Cibernética 5. Gestão da Tecnologia da Informação 6. Gestão de Telecomunicações 7. Jogos Digitais 8. Redes de Computadores 9. Redes de Telecomunicações 10. Segurança da Informação 11. Sistemas de Telecomunicações 12. Sistemas Embarcados 13. Sistemas para Internet 14. Telemática 1 Fonte: Diretrizes Curriculares Nacionais para os cursos de graduação em Computação, MEC, 2012. Parecer 136/2012 de 09/03/2012. Disponível em: http://portal.mec.gov.br/index.php?option=com_docman&view=download&alias=11205- pces136-11-pdf&category_slug=julho-2012-pdf&Itemid=30192 2 Fonte: Catálogo Nacional dos Cursos de Tecnologia MEC, 2016. Disponível em: http://portal.mec.gov.br/index.php?option=com_docman&view=download&alias=44501-cncst- 2016-3edc-pdf&category_slug=junho-2016-pdf&Itemid=30192 Faculdade São Francisco de Assis - Credenciamento Portaria 3.558 de 26/11/2003 – D.O.U. 28/11/2003 Av. Sertório, 253 – Navegantes – CEP 91020-001 – Fone/Fax: (51) 3362-1771 - Porto Alegre – RS - www.saofranciscodeassis.edu.br Conforme as diretrizes curriculares nacionais do MEC, a Ciência da Computação tem como objeto de estudo métodos e as técnicas destinadas a modelar, analisar e resolver problemas através da utilização de recursos computacionais. A atividade do Cientista da Computação consiste na concepção, desenvolvimento e/ou aplicação dos métodos e técnicas. Os cursos da área de computação têm como objetivos a (i) Formação de recursos humanos para o desenvolvimento tecnológico da computação (hardware e software) com vistas a atender necessidades da sociedade e (ii) Aplicação das tecnologias da computação no interesse da sociedade e para a formação de professores para o ensino médio e profissional. 1.2 Profissão De acordo com as Diretrizes Curriculares Nacionais* os Benefícios para a Sociedade dos Cursos de Bacharelado em Ciência da Computação, os profissionais formados são responsáveis pelo desenvolvimento científico (teorias, métodos, linguagens, modelos, entre outras) e tecnológico da Computação. Eles constroem ferramentas que são normalmente utilizadas por outros profissionais da área de Computação, responsáveis pela construção de software para usuários finais e projetos de sistemas digitais. Eles são também responsáveis pela infraestrutura de software dos computadores (sistemas operacionais, compiladores, banco de dados, navegadores entre outras) e software para sistemas embarcados, sistemas móveis, sistemas de computação nas nuvens e sistemas de automação, entre outros. Também são responsáveis pelo desenvolvimento de aplicações de propósito geral. Os cientistas da computação aplicam métodos e processos científicos para o desenvolvimento de produtos corretos. Sabem fazer uso da interdisciplinaridade, na medida em que conseguem combinar ciências, dando a elas um tratamento computacional. As principais áreas de atuação dos profissionais são: 1. Empresas do setor de tecnologia, 2. Áreas de TI de empresas de diversos segmentos 3. Telecomunicação e de desenvolvimento de software e hardware. 4. Bancos, empresas de comércio eletrônico e de consultoria tecnológica para o especialista em desenvolvimento de softwares e sistemas. Nos últimos anos o Governo federal tem prioridade para financiamentos para a formação de mestres e doutores em computação, bem como estimular o desenvolvimento da indústria nessa área. Muitas oportunidades também surgem para intercâmbio entre instituições de ensino de outros países. Informa-se no setor de mobilidade acadêmica da faculdade ou fale sobre o assunto com seu coordenador. * Fonte: Diretrizes Curriculares Nacionais para os cursos de graduação em Computação, MEC, 2012. Disponível em: http://portal.mec.gov.br/index.php?option=com_docman&view=download&alias=11205- pces136-11-pdf&category_slug=julho-2012-pdf&Itemid=30192 Faculdade São Francisco de Assis - Credenciamento Portaria 3.558 de 26/11/2003 – D.O.U. 28/11/2003 Av. Sertório, 253 – Navegantes – CEP 91020-001 – Fone/Fax: (51) 3362-1771 - Porto Alegre – RS - www.saofranciscodeassis.edu.br Os egressos podem prestar concursos públicos (uma sugestão de site para buscar os concursos na área: https://www.acheconcursos.com.br/busca-concursos. Os egressos são também candidatos potenciais a seguirem a carreira acadêmica, por meio da pós-graduação. Fórum de Discussão: Analisar as informações e a história sobre a Regulamentação da Profissão de informática. O site a seguir possui diversas informações sobre este tema e após faça o seu juízo de valor. http://homepages.dcc.ufmg.br/~bigonha/Sbc/plsbc.html http://www.sbc.org.br/noticias/10-slideshow-noticias/2068-pelo-livre-exercicio-da-profissao Dica de vídeo: Assista o vídeo sobre os grandes desafios da Computação: https://d.docs.live.net/6638e285a390f7f6/UNIFIN/_IntroduçãoComputação/DesafiosCC_SBC.m p4 Faculdade São Francisco de Assis - Credenciamento Portaria 3.558 de 26/11/2003 – D.O.U. 28/11/2003 Av. Sertório, 253 – Navegantes – CEP 91020-001 – Fone/Fax: (51) 3362-1771 - Porto Alegre – RS - www.saofranciscodeassis.edu.br 2 ÉTICA EM COMPUTAÇÃO A ética pode ser dividida em três diferentes, a saber: (i) Ética aplicada: relacionada com a conduta diária de uma pessoa (ii) Ética Profissional: relacionada com a conduta de pessoa engajada na prática de uma profissão particular (iii) Ética em computação: abrange os dois aspectos Profissional em computação Usuário da computação Um exemplo de Código de Ética para profissionais de Informática (SBC, jun-2013): São deveres dos profissionais de Informática: Art. 1o: Contribuir para o bem-estar social, promovendo, sempre que possível, a inclusão de todos setores da sociedade. Art. 2o: Exercer o trabalho profissional com responsabilidade, dedicação, honestidade e justiça, buscando sempre a melhor solução. Art. 3o: Esforçar-se para adquirir continuamente competência técnica e profissional, mantendo-se sempre atualizado com os avanços da profissão. Art. 4o: Atuar dentro dos limites de sua competência profissional e orientar-se por elevado espírito publico. Art. 5o: Guardar sigilo profissional das informações a que tiver acesso em decorrência das atividades exercidas. Art. 6o: Conduzir as atividades profissionais sem discriminação, seja de raça, sexo, religião, nacionalidade, cor da pele, idade, estado civil ou qualquer outra condição humana. Art. 7o: Respeitar a legislação vigente, o interesse social e os direitos de terceiros. Art. 8o: Honrar compromissos, contratos, termos de responsabilidade, direitos de propriedade, copyrights e patentes. Art. 9o: Pautar sua relação com os colegas de profissão nos princípios de consideração, respeito, apreço, solidariedade e da harmonia da classe. Art. 10: Não praticar atos que possam comprometer a honra, a dignidade, privacidade de qualquer pessoa. Art. 11: Nunca apropriar-se de trabalho intelectual, iniciativas ou soluções encontradas por outras pessoas. Art. 12: Zelar pelo cumprimento deste código. Faculdade São Francisco de Assis - Credenciamento Portaria 3.558 de 26/11/2003 – D.O.U. 28/11/2003 Av. Sertório, 253 – Navegantes – CEP 91020-001 – Fone/Fax: (51) 3362-1771 - Porto Alegre – RS - www.saofranciscodeassis.edu.br Os 10 mandamentos da ética em Computação* 1. Não usar um computador para prejudicar outras pessoas. 2. Não interferir no trabalho computacional de outras pessoas. 3. Não bisbilhotar os arquivos de dados de outras pessoas. 4. Não usar um computador para furtar ou roubar. 5. Não usar um computador para levantar falso testemunho. 6. Não usar nem copiar um software pelo qual você não pagou. 7. Não usar os recursos computacionais de outras pessoas sem autorização. 8. Não se apropriar da produção intelectual de outras pessoas. 9. Refletir sobre as consequências sociais dos programas que você escreve. 10. Usar o computador com consideração e respeito pelo seu semelhante. * 10 mandamentos éticos da computação, propostos pelo Computer Ethics Institute (http://computerethicsinstitute.org/) Para maiores informações veja o código de ética e de conduta profissional da ACM (Association for Computing Machinery em www.acm.org). Grupo de Discussão sobre propriedade Intelectual: Há debates sobre o que pode ser protegido na área de software Código fonte? Código objeto? Algoritmo? Como proteger? Patente? Copyright? Há problemas imensos com pirataria Há investidas com Free Software Há um grande debate sobre a obtenção de patentes sobre algoritmos Limitar a ciência? Só grandes empresas teriam cacife para fazer software? Emita sua opinião, pesquise, argumente com os colegas sobre PIRATARIA de software, toma como base as perguntas abaixo: O que é? O grupo é a favor ou contra? Por quê? Conhecem a legislação a respeito? Qual é a pena para este crime? De que forma pode ser evitada? Existem alternativas? Como o uso de software livre pode contribuir para que esta não seja uma prática usual? Faculdade São Francisco de Assis - Credenciamento Portaria 3.558 de 26/11/2003 – D.O.U. 28/11/2003 Av. Sertório, 253 – Navegantes – CEP 91020-001 – Fone/Fax: (51) 3362-1771 - Porto Alegre – RS - www.saofranciscodeassis.edu.br 3 HISTÓRIA DA COMPUTAÇÃO A seguir será apresentada uma linha do tempo com as principais invenções que levaram a criação dos computadores que atualmente utilizados em nossas casas e nas empresas. Em 1621 Matemático inglês William Oughtred desenvolveu a Régua de Cálculo inspirada nas tabelas de Napier. Pode-se dizer que era o 1º Computador Analógico. Em 1623 Matemático alemão Schickard inventou a 1ª máquina de calcular. Entre 1642 e 1647 Matemático francês Blaise Pascal inventou uma Máquina de calcular capaz de somar e subtrair por meio de engrenagens mecânicas, com funcionamento semelhante ao odômetro de um carro, denominada Pascaline. A máquina utilizava o sistema decimal para os seus cálculos de maneira que quando um disco ultrapassava o valor 9, retornava ao 0 e aumentava uma unidade no disco imediatamente superior. Em 1671 Matemático alemão Gottfried Von Leibnitz adicionou à Pascaline os recursos de multiplicação e divisão baseados na repetição dos processos de soma e subtração anteriormente desenvolvidos naquela máquina. Faculdade São Francisco de Assis - Credenciamento Portaria 3.558 de 26/11/2003 – D.O.U. 28/11/2003 Av. Sertório, 253 – Navegantes – CEP 91020-001 – Fone/Fax: (51) 3362-1771 - Porto Alegre – RS - www.saofranciscodeassis.edu.br Em 1801 Matemático francês Josef Marie Jacquard introduziu o conceito de armazenamento de informações em placas perfuradas utilizadas em máquinas de tear. Em 1820 Francês Charles Thomas de Calmar aperfeiçoou a máquina de Leibnitz e inventou a primeira máquina de calcular com sucesso comercial, denominada Arithometer. Em 30 anos, foram vendidas por volta de 1500 unidades. Entre 1823 e 1834 Inglês Charles Babbage, com subsídios e Auxílio do governo, desenvolveu a Máquina diferencial. Faculdade São Francisco de Assis - Credenciamento Portaria 3.558 de 26/11/2003 – D.O.U. 28/11/2003 Av. Sertório, 253 – Navegantes – CEP 91020-001 – Fone/Fax: (51) 3362-1771 - Porto Alegre – RS - www.saofranciscodeassis.edu.br Entre 1834 e 1871 Charles Babbage trabalhou em um ambicioso projeto, chamado de Máquina analítica, que nunca ficou pronta. A tecnologia da época tornou o projeto caro e trabalhoso demais. Em 1854 Baseado nos projetos de Babbage, George Boole desenvolveu a álgebra booleana. Paradigma matemático, com ênfase na notação binária em vez da tradicional notação decimal e estabeleceu os princípios binários utilizados atualmente nos computadores. Para muitos autores ele seria o PAI DO COMPUTADOR. Em 1880 Matemático especializado em estatística Hermann Hollerith modificou o sistema de Jacquard para desenvolver um método de contagem automática dos dados levantados pelo Census Bureau, nos Estados Unidos. Processo de cartões perfurados reduziu em um terço o tempo necessário para contagem do censo americano. Os dados do censo (que ocorre a cada 10 anos) de 1880 dos EUA levou quase 8 anos para ser processado e temia-se que os dados do censo de 1890 não estivessem processados em 1900. O sucesso da máquina motivou Hollerith a comercializá-la. Em 1896 Hermann Hollerith fundou a Tabulating Machine Company (TMC) Em 1911 associou-se a outras companhias. Em 1914, Thomas Watson assume a direção da TMC Em 1924 a TMC passa a chamar-se IBM (International Business Machine Corporation). Faculdade São Francisco de Assis - Credenciamento Portaria 3.558 de 26/11/2003 – D.O.U. 28/11/2003 Av. Sertório, 253 – Navegantes – CEP 91020-001 – Fone/Fax: (51) 3362-1771 - Porto Alegre – RS - www.saofranciscodeassis.edu.br Em 1890 Bancário e contador William S. Burroughs iniciou a produção de uma calculadora mecânica que imprimia as parcelas e os resultados. Vendida inicialmente pela American Arithometer Company, que mudou de nome, vindo a chamar-se Burroughs Company. Em 1986, uniu-se com a Univac e transformou-se na Unisys. Em 1935 Alemão Konrad Zuse desenvolveu a primeira calculadora eletrônica. Em 1936 Matemático inglês Alan Mathison Turing desenvolveu a teoria da máquina universal, capaz de resolver qualquer cálculo arbitrário desde que carregada com um programa pertinente. A máquina ficou conhecida como Máquina de Turing. Filme: O Jogo da Imitação (2014) Em 1941 Konrad Zuze construiu o Z3, que foi o primeiro computador eletromecânico. Esta máquina marcou o que chamamos de Geração Zero dos computadores e possuía 2600 relés com Memória: 64 números de 22 bits. Em 1944 “O sonho de Babbage torna-se realidade”, pois Howard Aiken construiu um computador eletromecânico, com medidas: 16,6m X 2,6m; Peso: 5t e várias toneladas de gelo para refrigeração. Utilizava relés e outros dispositivos eletromecânicos e a máquina chamava-se MARK I. Em 1946 O primeiro computador totalmente eletrônico chamava-se ENIAC - Eletronic Numerical Integrator Analyser and Computer e foi desenvolvido por John Mauchly e Pesper Eckert na Universidade da Pensilvania. Algumas características: Tamanho: 170m2; Faculdade São Francisco de Assis - Credenciamento Portaria 3.558 de 26/11/2003 – D.O.U. 28/11/2003 Av. Sertório, 253 – Navegantes – CEP 91020-001 – Fone/Fax: (51) 3362-1771 - Porto Alegre – RS - www.saofranciscodeassis.edu.br  Peso: 30 toneladas; 18000 válvulas; 10000 capacitores; milhares de resistores e relés; Consumia 150Kw. 6000 comutadores manuais 1500 relés O ENIAC tinha fazia 5000 adições ou subtrações por segundo, por meio de 20 registradores com capacidade para armazenar um número decimal de 10 dígitos, cada um. A Programação feita por fios, alterando a estrutura da própria máquina, tendo um custo do equipamento em torno de $500.000,00 da época. Ele marcou o início da geração de computadores construídos com válvulas e era muito mais rápido que o sistema eletromecânico utilizado na geração zero. ENIAC inaugurou a Primeira Geração de Computadores, que tinham como características: máquinas com armazenamento interno de dados e instruções; sistema operacional manual Técnicos cuidam de todo o funcionamento básico da máquina e poucos recursos de programação utilização de linguagem de máquina armazenamento em cartões perfurados início do armazenamento em tambores magnéticos. Em 1947 Foi desenvolvido o EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer) por Mauchly e Eckert. Este computador permitia armazenar na memória qualquer programa e sua memória foi construída com lâmpadas de mercúrio, que geravam impulso elétrico e então poderia ser feita uma leitura sob forma de 0 ou 1. Faculdade São Francisco de Assis - Credenciamento Portaria 3.558 de 26/11/2003 – D.O.U. 28/11/2003 Av. Sertório, 253 – Navegantes – CEP 91020-001 – Fone/Fax: (51) 3362-1771 - Porto Alegre – RS - www.saofranciscodeassis.edu.br Entre 1945 e 1950 John Von Neumann, Burks e Goldstine desenvolveram: Lógica dos circuitos Conceitos de programação Operações com números binários Conceito de que tanto instruções como os dados podiam ser armazenados e manipulados internamente. Estes conceitos estão presentes em todos os computadores construídos desde aquela época. 1948 - Universidade de Cambridge -EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Calculator) foi a primeira máquina baseada na proposta de Von Neumann, e logo após outras máquinas como: IAS, BINAC, Manchester MARK 1. Em 1953 O primeiro computador usado na guerra da Coréia foi um IBM 701 e considerado 1º computador de grande porte da IBM. Faculdade São Francisco de Assis - Credenciamento Portaria 3.558 de 26/11/2003 – D.O.U. 28/11/2003 Av. Sertório, 253 – Navegantes – CEP 91020-001 – Fone/Fax: (51) 3362-1771 - Porto Alegre – RS - www.saofranciscodeassis.edu.br Em 1955 Criado o IBM 704 considerado a maravilha da época: só entrava em pane a cada 8 dias, APENAS! Ainda utilizava válvulas e para ele foi criada a primeira linguagem de programação: o FORTRAN. Em 1959 Foi criado o IBM 7090 que utilizava a tecnologia de transistores e foram vendidos centenas a um preço médio de $3,000,000. Em 1961 Foi lançado a Família IBM/360 que utilizava circuito integrado – chip. O objetivo era padronizar equipamento da empresa em sistema modulares mais poderosos e mais baratos. Estes equipamentos aceitavam uma grande variedade de periféricos e foram vendidas milhares de unidades no mundo todo dando à IBM a hegemonia absoluta no ramo. Faculdade São Francisco de Assis - Credenciamento Portaria 3.558 de 26/11/2003 – D.O.U. 28/11/2003 Av. Sertório, 253 – Navegantes – CEP 91020-001 – Fone/Fax: (51) 3362-1771 - Porto Alegre – RS - www.saofranciscodeassis.edu.br Resumo das gerações de computadores e suas características  1ª Geração (1951-1958)  Circuitos eletrônicos a válvulas  Operações internas em milissegundos (10-3 seg)  Ex.: ENIAC  2ª Geração (1959-1963)  Circuitos eletrônicos transistorizados  Operações internas em microssegundos (10-6 seg)  Ex: IBM7090  3ª Geração (1964-1979)  Circuitos integrados (SSI e MSI)  SSI -integração em pequena escala - menos de 10 elementos por chip  MSI - integração em média escala - 10 a 100 elementos por chip  Operações internas em nanossegundos (10-9 seg)  Ex: IBM360  4ª Geração (1980-presente)  Tecnologia de firmware  Chips (LSI - Large Scale Integration, VLSI - Very Large Scale Integration, ULSI - Ultra Large Scale Integration)  Operações internas em picossegundos (10-12 seg)  Ex: PCs  5ª Geração (atualmente)  computação ubíqua (softwares embarcados) Podemos fazer uma classificação como base o tamanho e a velocidade de processamento dos computadores, a saber: 1) Mainframe: Processa grandes volumes de informações (comercial) 2) Supercomputador: Velocidade em processamento (aplicações científicas e militares) 3) Workstation: Processamento gráfico e matemático (engenheiros, projetistas...) 4) computador pessoal (PC): Revolução (casa) Em virtude dos contínuos avanços da tecnologia da computação, essas definições mudam constantemente. Faculdade São Francisco de Assis - Credenciamento Portaria 3.558 de 26/11/2003 – D.O.U. 28/11/2003 Av. Sertório, 253 – Navegantes – CEP 91020-001 – Fone/Fax: (51) 3362-1771 - Porto Alegre – RS - www.saofranciscodeassis.edu.br Fórum de Discussão: Escolha um dos personagens da lista abaixo e faça o Trabalho de pesquisa que deve conter as seguintes informações: 1) Abordar a história e biografia do personagem 2) Principal contribuição para a computação: explorar e explicar a teoria e a invenção, com as características principais, dando exemplos, mostrando seu funcionamento, etc. 3) Algumas personalidades sugeridas: 1) George Boole 2) Von Neumann 3) Alan Turing 4) Charles Babbage 5) Blaise Pascal 6) Ada Byron (Lovelace) 7) Mais atuais (Richard Stallman (GNU), Andrew S. Tanenbaum (SO), Niklaus Wirth (Pascal), Tim Berners-Lee (Web), John Backus (Fortran), Edgar F. Codd (BDR), Ken Thompson (UNIX), Linus Torvalds (Linux) Faculdade São Francisco de Assis - Credenciamento Portaria 3.558 de 26/11/2003 – D.O.U. 28/11/2003 Av. Sertório, 253 – Navegantes – CEP 91020-001 – Fone/Fax: (51) 3362-1771 - Porto Alegre – RS - www.saofranciscodeassis.edu.br 4 SISTEMAS COMPUTACIONAS Um computador pode ser dito como uma máquina constituída por uma série de componentes e circuitos eletrônicos, capaz de receber, armazenar processar e transmitir informações. Outras definições também surgem como: Máquina programável, capaz de realizar uma grande variedade de tarefas, seguindo uma sequência de comandos, de acordo com o que for especificado. Já um Sistema Computacional é a integração de componentes atuando como uma entidade, com o propósito de processar dados, i.e., realizar algum tipo de operação aritmética/lógica envolvendo os dados, de modo a produzir diferentes níveis de informações. Alguns benefícios dos sistemas computacionais: (i) Produtividade: Funcionários usam seus computadores para executar suas tarefas mais rápido e melhor. Muitos processos podem ser controlados mais eficientemente por meio dos computadores; (ii) Tomada de decisões: Ajuda os tomadores de decisões a identificar fatores financeiros, geográficos e logísticos e (iii) Redução de custos: Ajuda a reduzir os custos de mão-de-obra, energia e papelada. A figura abaixo apresenta um esquema com os componentes de um sistema computacional. Este sistema é formado por três componentes, a saber: (i) Peopleware: Componente humano de um sistema de computação, i.e., indivíduos que utilizam o computador como ferramenta; (ii) Hardware: Componente físico de um sistema de computação, i.e. todos os equipamentos utilizados pelo usuário nas ações de entrada, processamento, armazenamento e saída de dados e (iii) Software: Componente lógico de um sistema de computação, i.e., séries de instruções que fazem o computador funcionar (programas de computador). Faculdade São Francisco de Assis - Credenciamento Portaria 3.558 de 26/11/2003 – D.O.U. 28/11/2003 Av. Sertório, 253 – Navegantes – CEP 91020-001 – Fone/Fax: (51) 3362-1771 - Porto Alegre – RS - www.saofranciscodeassis.edu.br 4.1 Hardware Esta seção tem como objetivo apresentar os principais componentes de um computador e suas características e evolução. Relembrando que na década de 45 John Von Neuman idealizou uma arquitetura de computador e introduziu o conceito de programa armazenada em que dados e instruções são logicamente iguais, portanto podem ser armazenados num mesmo local e que unidades que processam informação são separadas das unidades que armazenam informações e poderá existir uma execução sequencial de instruções. O modelo de Neuman divide o computador em 4 subsistemas, a saber: 1. Entrada e Saída: Move dados de e do Mundo externo para o computador 2. Memória: armazena tanto dados como instruções 3. ULA: efetua as operações aritméticas e lógicas sobre os dados 4. UC: Regente para garantir que todos os outros componentes atuem em sincronia O fluxo de dados dar-se-á por meio dos barramentos (setas). Veja a ilustração abaixo. Nesta figura nota-se a presença de algumas operações fundamentais de um computador, como entrada (input), processamento (processing), saída (output) e armazenamento (storage). Faculdade São Francisco de Assis - Credenciamento Portaria 3.558 de 26/11/2003 – D.O.U. 28/11/2003 Av. Sertório, 253 – Navegantes – CEP 91020-001 – Fone/Fax: (51) 3362-1771 - Porto Alegre – RS - www.saofranciscodeassis.edu.br A partir da arquitetura de Von Neuman, surgem a arquitetura atual de um computador. Veja figura abaixo. Vamos estudar estes componentes de forma mais detalhada. 4.2 CPU – Unidade Central de Processamento A CPU possui as seguintes funções: (i) Processamento: local onde são realizadas as operações aritméticas e lógicas, movimentação de dados, desvios e operações de entrada ou saída; (ii) Controle: realiza a operação de Busca, interpretação e controle da execução das instruções e controla as ações dos demais componentes do sistema de computação (memória, entrada/saída). Os principais componentes de uma CPU são: unidade de controle, unidade aritmética e lógica, registradores e sistemas de comunicação ou barramentos. Os Barramentos são redes de linhas de comunicação que conecta os elementos internos do processador e que também conduz até os conectores externos que ligam o processador com os demais elementos do sistema computacional. 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. Em alguns computadores (em uma abordagem que visa a redução de custos), os dados podem ser transportados usando mais de um ciclo do barramento. Existe alguns tipos e barramento como: Barramento de endereços – unidirecional; Barramento de dados – bidirecional e Barramento de controle – bidirecional. Veja a figura abaixo em que são apresentados os barramentos internos de sistema e os barramentos de expansão de um computador. Faculdade São Francisco de Assis - Credenciamento Portaria 3.558 de 26/11/2003 – D.O.U. 28/11/2003 Av. Sertório, 253 – Navegantes – CEP 91020-001 – Fone/Fax: (51) 3362-1771 - Porto Alegre – RS - www.saofranciscodeassis.edu.br Alguns exemplos de barramentos e padrões existentes: USB (Universal Serial Bus) que te o objetivo de realizar conexão de periféricos. A ULA (Unidade Lógica e Aritmética) realiza as operações aritméticas básicas com dois números (+, -, *, /), as operações lógicas (E, OU, NÃO) e opera com a PALAVRA (unidade de dados associada ao projeto de um computador: 16, 32, 64 bits). A ULA possui registradores internos para armazenar e realizar as suas operações. A UC (Unidade de Controle) é considerada a força organizadora do computador e é encarregada do clico busca-execução. Ela possui dois tipos de registradores: (i) Instrução: contém a instrução que está sendo executada e (ii) Contador de Programa: contém o endereço da próxima instrução a ser executada. O processo do ciclo busca-execução se dá por meio de 4 atividades: (i) Buscar a próxima instrução. (ii) Decodificar a instrução, (iii) Obter dados, se necessário e (iv) Executar a instrução. A atividade buscar a próxima instrução tem a seguinte lógica: 1. O Registrador PC (program counter) contém a próxima instrução a ser executada 2. UC vai até o endereço de memória especificado em PC e faz uma cópia do conteúdo e o coloca no registrador de Instrução (IR) 3. Após, em outro clico, o PC deve ser atualizado novamente para conter a próxima instrução a. Como as instruções são armazenadas de forma contínua na memória, basta adicionar 1 no endereço da instrução corrente para se obter a próxima instrução. 4. Caso seja necessárias informações adicionais da memória, a ALU envia um endereço ao barramento de memória e a resposta é a informação contida no endereço. 5. Após execução da instrução os dados são salvos nos registradores ou na memória. Atividade decodificar a Instrução tem a seguinte lógica: 1. é o processo de descobrir que instrução será executada pela UC a. Pode ser instruções para ler um dado de um dispositivo de entrada, ou enviar um dado para um dispositivo de saída ou executar alguma operação nos dados Faculdade São Francisco de Assis - Credenciamento Portaria 3.558 de 26/11/2003 – D.O.U. 28/11/2003 Av. Sertório, 253 – Navegantes – CEP 91020-001 – Fone/Fax: (51) 3362-1771 - Porto Alegre – RS - www.saofranciscodeassis.edu.br  2. A instrução é decodificada em sinais de controle, isto é, é gerada uma lógica de circuitos para a execução. Veja o significado de Problema de compatibilidade. Atividade de Obter dados se necessário tem a seguinte lógica: 1. Passa para obter dados adicionais para a execução da instrução 2. P.e.: somar o conteúdo de uma localização de memória ao conteúdo de um registrador 3. Assim a UC deverá obter o conteúdo da posição de memória requerida A atividade de Executar a Instrução tem a seguinte lógica: 1. Uma vez com a Instrução decodificada e os dados prontos, resta executar a instrução 2. Envolve enviar sinais a ALU 3. P.e. no caso de somar um valor a um registrador, o operando é enviado a ALU e somado ao conteúdo do registrador. 4. Após a execução ser concluída o clico inicia novamente. 5. Se a instrução foi adicionar um valor ao registrador, a próxima instrução deverá ser de armazenar o resultado em uma posição da memória A figura abaixo apresenta o ciclo de busca-execução em suas diferentes atividades e os locais em que cada uma das atividades são executadas dentro da CPU. UC ALU (2) Decodificar a instrução (3) Obter Dados Regis- CICLO DE BUSCA tradores CICLO DE EXECUÇÃO (1) Buscar a Instrução (4) Executar a Instrução Memória Principal Faculdade São Francisco de Assis - Credenciamento Portaria 3.558 de 26/11/2003 – D.O.U. 28/11/2003 Av. Sertório, 253 – Navegantes – CEP 91020-001 – Fone/Fax: (51) 3362-1771 - Porto Alegre – RS - www.saofranciscodeassis.edu.br O Clock (Relógio) é um dispositivo gerador de pulsos cuja duração é chamada de ciclo. A frequência ou número de ciclos por segundo (Hz) é usada também para definir a velocidade do processador. O relógio nada mais é do que um oscilador externo ao microprocessador, que gera pulsos a intervalos regulares de tempo. A cada pulso, uma ou mais micro operações são realizadas. Veja uma ilustração abaixo. O Número de Bits de uma CPU está relacionado com a capacidade de manipulação do processador: Capacidade interna - computador diz-se de n bits em função da capacidade dos seus registradores. Ex.: família Intel x86, varia entre 8 e 32 bits. Capacidade externa - quantidade de informação recebida pela CPU do exterior. Uma CPU pode ter mais de um tipo de implementações, a saber: (i) CISC - Complex Instruction Set Computer é um conjunto de instruções maior e mais complexo, implicando num processador mais complexo, com ciclo de processamento mais lento; por exemplo: PC, Macintosh; (ii) RISC - Reduced Instruction Set Computador é um conjunto de instruções menor e mais simples, implicando num processador mais simples, com ciclo de processamento rápido, por exemplo: Power PC, Alpha, Sparc; (iii) e atualmente processadores híbridos, que são essencialmente CISC e possuem internamente núcleos RISC. Curiosidade: Durante a década de 70, Gordon Moore, na época o presidente da Intel lançou uma profecia, que dizia que a partir dali o poder de processamento dos processadores dobraria a cada 18 meses. Esta "profecia" tornou-se tão verdadeira que acabou virando a famosa lei de Moore. Faculdade São Francisco de Assis - Credenciamento Portaria 3.558 de 26/11/2003 – D.O.U. 28/11/2003 Av. Sertório, 253 – Navegantes – CEP 91020-001 – Fone/Fax: (51) 3362-1771 - Porto Alegre – RS - www.saofranciscodeassis.edu.br Evolução dos chips de computadores. A figura abaixo mostra a evolução dos chips das duas principais industrias de chips existentes no mundo: Intel e AMD. A seguir serão apresentadas as características de alguns dos principiais chips da Intel. Microprocessador 4004 (1971) Intel 4 bits Bus: 4 bits Clock: 108 Khz Transistores: 2250 Memória: 640 Bytes Primeiro microprocessador em um chip Microprocessador 8008 (1972) Intel 8 bits Bus: 8 bits Clock: 108 Khz Transistores: 2500 Memória: 16 Kbytes Primeiro microprocessador 8 bits Faculdade São Francisco de Assis - Credenciamento Portaria 3.558 de 26/11/2003 – D.O.U. 28/11/2003 Av. Sertório, 253 – Navegantes – CEP 91020-001 – Fone/Fax: (51) 3362-1771 - Porto Alegre – RS - www.saofranciscodeassis.edu.br  Microprocessador 8080 (1974) Intel 8 bits Bus: 8 bits Clock: 2 Mhz Transistores: 5000 Memória: 64 Kbytes Primeira CPU de propósito geral em um chip Microprocessador 8088 (1979) Intel 16 bits Bus: 8 bits Clock: 4,77-8 Mhz Transistores: 29.000 Memória: 1 Mbytes Utilizado no 1º IBM PC em 1981 Microprocessador 80286 (1982) Intel 16 bits Bus: 16 bits Clock: 8-12 Mhz Transistores: 134.000 Memória: 16 Mbytes IBM PC AT Microprocessador 80386 (1985) Intel 32 bits Bus: 32 bits Clock: 16-33 Mhz Transistores: 275.000 Memória: 4 Gbytes Primeira CPU 32 bits Multitarefa Faculdade São Francisco de Assis - Credenciamento Portaria 3.558 de 26/11/2003 – D.O.U. 28/11/2003 Av. Sertório, 253 – Navegantes – CEP 91020-001 – Fone/Fax: (51) 3362-1771 - Porto Alegre – RS - www.saofranciscodeassis.edu.br  Microprocessador 80486 (1989) Intel 32 bits Bus: 32 bits Clock: 25-100 Mhz Transistores: 1.180.000 Memória: 4 Gbytes Possuia 8 K de memória cache Microprocessador Pentium (1993) Intel 32 bits Bus: 64 bits Clock: 60-233 Mhz Transistores: 3.100.000 Memória: 4 Gbytes 2 pipelines (canais de execução) Microprocessador Pentium II (1997) Intel 32 bits Bus: 64 bits Clock: 233-400 Mhz Transistores: 7.500.000 Memória: 64 Gbytes 2 níveis de cache Microprocessador Pentium III (1999) Intel 32 bits Bus: 64 bits Clock: 450 M – 1.33 Ghz Transistores: 24.000.000 Memória: 64 Gbytes Faculdade São Francisco de Assis - Credenciamento Portaria 3.558 de 26/11/2003 – D.O.U. 28/11/2003 Av. Sertório, 253 – Navegantes – CEP 91020-001 – Fone/Fax: (51) 3362-1771 - Porto Alegre – RS - www.saofranciscodeassis.edu.br  Microprocessador Pentium 4 (2000) Intel 32 bits Bus: 64 bits Clock: 1.30 – 2.20 Ghz Transistores: 42.000.000 Core 2 Quad (2007) Intel 582.000.000 transistores (253.043 vezes mais) Tecnologia de 65nm (6.500 vezes menor) 2,66 GHz de frequência de operação (24.630 vezes mais) Core i7 (2008) Intel 64 bits 731.000.000 transistores Tecnologia de 45 a 32nm 3,5 GHz de frequência de operação Faculdade São Francisco de Assis - Credenciamento Portaria 3.558 de 26/11/2003 – D.O.U. 28/11/2003 Av. Sertório, 253 – Navegantes – CEP 91020-001 – Fone/Fax: (51) 3362-1771 - Porto Alegre – RS - www.saofranciscodeassis.edu.br 5 MEMÓRIA A memória é o componente de um sistema de computação cuja função é armazenar informações que são (ou serão) manipuladas por esse sistema, para que elas (as informações) possam ser prontamente recuperadas, (quando necessário). Conceitualmente a memória é um “depósito” onde são guardados elementos (informações) para serem usadas quando desejado (recuperação). As operações em uma memória é guardar um elemento (ou um grupo) e recuperação de um elemento. A memória de um computador quando energizada, conterá sinais elétricos, mesmo que não seja uma informação útil. O elemento a ser manipulado pela memória é o bit, ou seja, a memória armazena a informação na forma de uma sequência de bits. Unidade de informação a ser armazenada, recuperada ou transferida chama-se célula. Lembre-se: Grupo de n bits (n = 8) ⇒ 1 Byte Um Endereço é o código de identificação da localização das células (informações) e as operações podem ser: (i) ESCRITA: transferência de informações de outro componente do sistema de computação para a memória (CPU memória) e (ii) LEITURA : transferência de bits da memória para a CPU ou disco. Em um sistema de computação não é possível construir e utilizar apenas um tipo de memória. Para certas atividades, por exemplo, é fundamental que a transferência de informações seja a mais rápida possível. Por este motivo temos uma hierarquia de memória, conforme a velocidade de acesso e sua capacidade de armazenamento. Veja a figura abaixo. Faculdade São Francisco de Assis - Credenciamento Portaria 3.558 de 26/11/2003 – D.O.U. 28/11/2003 Av. Sertório, 253 – Navegantes – CEP 91020-001 – Fone/Fax: (51) 3362-1771 - Porto Alegre – RS - www.saofranciscodeassis.edu.br Os Registradores são elementos superiores da pirâmide de memória, por possuírem a maior velocidade de transferência dentro do sistema (menor tempo de acesso), menor capacidade de armazenamento e maior custo. São memórias rápidas usadas em execução de instruções dentro do processador (objetivo: minimizar os acessos às memórias externas ao processador). Parâmetros: Menor tempo de acesso, baixa capacidade (Ex.: 32 bits, 64 bits), dispositivos voláteis, memória de semicondutores, armazenamento temporário. A memória cache tem como objetivo evitar o problema de gargalo de congestionamento na comunicação CPU/MP. Assim ele serve como um dispositivo intermediário entre a CPU e memória principal com a função de acelerar a velocidade de transferência das informações entre CPU e MP, aumentando o desempenho dos sistemas. Usada para armazenamento de instruções e dados mais frequentemente acessados do programa em execução. Ela é fabricada com tecnologia semelhante à da CPU (possui tempos de acesso compatíveis, resultando numa considerável redução da espera da CPU para receber dados e instruções da cache, ao contrário do que acontece em sistemas sem cache). Atualmente há diversos tipos de memória cache, utilizados em sistemas de computação modernos: Cache para a Memória Principal (RAM cache), Cache para Disco. Podem ser inseridas em dois (ou três) níveis: Cache L1 (Level 1) - nível 1), Cache L2 e Cache L3. Cache L1 (primária) - interna ao processador. Cache L2 (externa ou secundária) - instalada, em geral, na placa-mãe do computador e atualmente localizada no interior da pastilha do processador, separada deste (cache backside). Assim, quanto mais próxima do processador, melhor será o desempenho do mesmo. Cache L3 - existente em poucos processadores, localizada externamente ao processador. A Memória Principal – MP é a memória básica de um sistema de computação desde seus primórdios. É o dispositivo no qual o programa (e seus dados) que vai ser executado é armazenado para que a CPU vá "buscando" instrução por instrução. Uma das principais características definidas no projeto de arquitetura do sistema de Von Neumann, o qual se constitui na primeira geração dos computadores, consistia no fato de ser uma máquina "de programa armazenado". O fato de as instruções, uma após a outra, poderem ser imediatamente acessadas pela CPU é que garante o automatismo do sistema e aumenta a velocidade de execução dos programas. Alguns tipos de memórias, pode ser: RAM = Memória de Acesso randômico – Randon Access Memory, Volátil ROM = Memória somente de Leitura – Ready-only Memorycom conteúdo permanente e não pode ser alterada por uma operação armazenada. Processo de escrita é chamado de Burning, é Não Volátil e possui as instruções para a inicialização do computador. Faculdade São Francisco de Assis - Credenciamento Portaria 3.558 de 26/11/2003 – D.O.U. 28/11/2003 Av. Sertório, 253 – Navegantes – CEP 91020-001 – Fone/Fax: (51) 3362-1771 - Porto Alegre – RS - www.saofranciscodeassis.edu.br Pesquise: BIOS (Basic Input/Output System) e UEFI (Unified Extensible Firmware Interface) Vamos analisar como se calcula a capacidade de uma memória. Os endereços de memória são formados por um conjunto de células (posições), cada uma guarda uma informação. Uma Célula – menor unidade endereçável (tamanho padrão usual – 8 bits – 1 byte). Bytes são agrupados em palavras (palavra de 32 bits tem 4 bytes/palavra). Memória de n células – 0 a n – 1 endereços Célula de k bits – pode armazenar 2 k combinações de bits. A capacidade da MP em bits é igual ao produto do nº de células pelo total de bits por célula. T=NxM Onde, T= Capacidade da memória em bits N = 2n, n=nro de linhas do barramento de endereços M=nro de bits de cada célula A maioria das instruções de uma máquina opera sobre palavras. Uma máquina de 32 bits deverá ter registradores e instruções para tratar palavras de 32 bits. Exemplo: Uma memória principal RAM (MP) tem um espaço máximo de endereçamento de 2K. Cada célula pode armazenar 16 bits. a) Qual o valor total de bits que pode ser armazenado nesta memória? b) Qual o tamanho de cada endereço? Resposta: a) O valor total de bits que pode ser armazenado nesta memória (T) T=NxM T = 2K x 16 T = 32 Kbits (= 4 KB) ➔ (32/8) b) Tamanho de cada endereço (n) N = 2n 2 K = 2n ➔ k=1024 ➔ 210 211 = 2n n = 11 bits ➔ 2048 ➔ endereçamento de 0 → 2047 A Memória Secundária também denominada memória auxiliar ou memória de massa. Tem o objetivo de garantir um armazenamento mais permanente à toda a estrutura de dados e programas do usuário - deve possuir maior capacidade que a memória principal. Pode ser constituída por diferentes tipos de dispositivos, alguns diretamente ligados ao sistema para Faculdade São Francisco de Assis - Credenciamento Portaria 3.558 de 26/11/2003 – D.O.U. 28/11/2003 Av. Sertório, 253 – Navegantes – CEP 91020-001 – Fone/Fax: (51) 3362-1771 - Porto Alegre – RS - www.saofranciscodeassis.edu.br acesso imediato (Ex.: discos rígidos), e outros que podem ser conectados quando desejado (Ex.: CD, DVD, flashdisck). Um exemplo é o HD (harddisk) – Discos Magnéticos que tem como características, veja a figura abaixo que apresenta a organização lógica de um HD: Rotação constante (RPM) ➔ 5400 – 15000 Vários discos cilíndricos de material magnético Organização lógica em trilhas e setores Trilha (pistas) são círculos concêntricos em volta da superfície do disco Uma trilha é dividida em setores As trilhas de cada disco formam os cilindros Cada setor armazena um bloco de informações com uma sequência continua de bits Normalmente o nro de trilhas e setores varia entre 512 e 1024 bytes O processo de formatação faz o mapeamento do disco Não parte física do disco Faculdade São Francisco de Assis - Credenciamento Portaria 3.558 de 26/11/2003 – D.O.U. 28/11/2003 Av. Sertório, 253 – Navegantes – CEP 91020-001 – Fone/Fax: (51) 3362-1771 - Porto Alegre – RS - www.saofranciscodeassis.edu.br 6 DISPOSITIVOS DE E/S (I/O) O usuário se comunica com o núcleo do computador (composto por UCP e memória principal) através de dispositivos de entrada e saída (dispositivos de E/S ou I/O devices, também denominados periféricos). Tem como funções básicas: a comunicação do usuário com o computador; a comunicação do computador com o meio ambiente (dispositivos externos a serem monitorados ou controlados); armazenamento (gravação) de dados. Permitem a comunicação homem-máquina Os dispositivos de ENTRADA têm como funções: coletar informações e introduzir as informações na máquina, converter informações do homem para a máquina e recuperar informações dos dispositivos de armazenamento. Ex.: teclado, mouse, scanner, leitoras óticas, leitoras de cartões magnéticos, câmeras de vídeo, microfones, sensores, transdutores etc. Os dispositivos de SAÍDA têm como funções: exibir ou imprimir os resultados do processamento, ou ainda controlar dispositivos externos. Ex.: impressoras, monitores de vídeo, plotters, atuadores, chaves etc. As interfaces de E/S tem como função compatibilizar as diferentes características de um periférico e da UCP/MP, permitindo um fluxo correto de dados em uma velocidade adequada a ambos os elementos que estão sendo interconectados. Conhecidas por diversos nomes, dependendo do fabricante: Interface de E/S = Adaptador de Periférico, Controladora de E/S, Processador de Periférico, Canal de E/S. A compatibilização de velocidades é feita geralmente por programa, usando memórias ("buffers“) que armazenam as informações conforme vão chegando da UCP e as libera para o dispositivo à medida que este as pode receber. De uma forma geral, a comunicação entre o núcleo do computador e os dispositivos de E/S poderia ser classificada em dois grupos: comunicação paralela e comunicação serial. Na Comunicação Paralela os Grupos de bits são transferidos simultaneamente (em geral, byte a byte) através de diversas linhas condutoras dos sinais. A taxa de transferência de dados ("throughput") é alta. Adequada para dispositivos mais rápidos ou próximos do núcleo do computador: unidades de disco, CD-ROM, DVD, impressora, scanner (veja a figura abaixo). Faculdade São Francisco de Assis - Credenciamento Portaria 3.558 de 26/11/2003 – D.O.U. 28/11/2003 Av. Sertório, 253 – Navegantes – CEP 91020-001 – Fone/Fax: (51) 3362-1771 - Porto Alegre – RS - www.saofranciscodeassis.edu.br Na Comunicação Serial os bits são transferidos um a um, através de um único par condutor. Os bytes a serem transmitidos são serializados ("desmontados" bit a bit) e individualmente transmitidos. Na outra extremidade, os bits são contados e quando formam 8 bits, são remontados, reconstituindo os bytes originais. O controle mais simples e implementação mais barata e adequada para dispositivos mais lentos: mouse, teclado ou para transmissão à longa distância: modem (veja figura abaixo). 6.1 Placa-mãe (motherboard) Placa interna que faz a conexão de componentes. Possui slots de expansão onde são encaixadas placas de controle de dispositivos, tipo placa de vídeo, de som, modem etc. Podem ser: Placas- mãe "onboard" - placas-mãe que possuem um ou mais dispositivos de expansão integrados e Placa-mãe "offboard" - com nenhum item integrado, ou no máximo, com placa de som ou rede onboard. Veja as figuras abaixo e identifique os componentes. Faculdade São Francisco de Assis - Credenciamento Portaria 3.558 de 26/11/2003 – D.O.U. 28/11/2003 Av. Sertório, 253 – Navegantes – CEP 91020-001 – Fone/Fax: (51) 3362-1771 - Porto Alegre – RS - www.saofranciscodeassis.edu.br Para maiores informações e como fonte de pesquisa e estudo, segue abaixo alguns links de vídeos sobre o tema estudado: https://youtu.be/5gpcdV4VL3Y https://www.youtube.com/watch?v=gGsE2h_ZeWg&feature=bf_next&list=PLD1E00E75352574 93 https://www.youtube.com/watch?v=Ugaxym42s04&feature=bf_prev&list=PLD1E00E75352574 93 http://www.youtube.com/watch?v=aCOyq4YzBtY&feature=BFa&list=PLD1E00E7535257493 http://www.youtube.com/watch?v=w6HMm-cBxp0&feature=relmfu http://www.youtube.com/watch?v=csVIdyhtnOw&feature=bf_next&list=PLD1E00E753525749 3 http://www.youtube.com/watch?v=wUkPb12M3U4&feature=bf_prev&list=PLD1E00E7535257 493 http://www.youtube.com/watch?v=SkxQGtFUF0g&feature=bf_prev&list=PLD1E00E753525749 3 https://www.tecmundo.com.br/asus/108518-produzida-placa-mae-asus-brasil.htm Faculdade São Francisco de Assis - Credenciamento Portaria 3.558 de 26/11/2003 – D.O.U. 28/11/2003 Av. Sertório, 253 – Navegantes – CEP 91020-001 – Fone/Fax: (51) 3362-1771 - Porto Alegre – RS - www.saofranciscodeassis.edu.br 7 SOFTWARE Um software é todo e qualquer programa que esteja sendo processado por um computador executando tarefas e/ou instruções das quais resulte um resultado. O Resultado pode ir para uma memória, ser impresso, ou ser mostrado na tela. Um programa de computador é uma coleção de instruções que descrevem uma tarefa a ser realizada por um computador. O Software dá flexibilidade ao projeto e permite a comunicação entre o usuário e o Hardware, veja a figura abaixo. hardware software usuário O software também evoluiu e com a chegada do computador pessoal, a necessidade por software aumentou assustadoramente. A necessidade de produzir software sem necessitar de grandes equipes forçou a evolução nas linguagens de programação. Veja abaixo a evolução dos softwares nas décadas. Primeiros Anos (50-60): O desenvolvimento do software era feito, virtualmente, sem administração até que os prazos começassem a se esgotar e os custos a subir abruptamente. Nesta época dos softwares tinham orientação batch (em lote) para a maioria dos sistemas. Na maior parte, entretanto, o hardware dedicava-se à execução de um único programa que, por sua vez, dedicava-se a uma única aplicação específica. Software, por outro lado, era projetado sob medida para cada aplicação e tinha uma distribuição relativamente limitada. Ambiente de software personalizado o projeto era processo implícito realizado no cérebro de alguém e a documentação muitas vezes não existia. Segunda Era (60-80): Nesta é surgiu a multiprogramação e os sistemas multiusuários que introduziram novos conceitos de interação homem-máquina, técnicas interativas e avanços da armazenagem on-line levaram Faculdade São Francisco de Assis - Credenciamento Portaria 3.558 de 26/11/2003 – D.O.U. 28/11/2003 Av. Sertório, 253 – Navegantes – CEP 91020-001 – Fone/Fax: (51) 3362-1771 - Porto Alegre – RS - www.saofranciscodeassis.edu.br à primeira geração de sistemas de gerenciamento de banco de dados. Também surgem as “software houses” que são empresas de desenvolvimento de software. Os softwares eram desenvolvidos para ampla distribuição num mercado interdisciplinar e os programas eram desenvolvidos, principalmente, para mainframes e minicomputadores. Terceira Era (80-90): As redes globais, as comunicações digitais de largura de banda ("bandwidth") elevada e a crescente demanda de acesso "instantâneo" a dados exigem muito dos desenvolvedores de software. Esta época foi caracterizada pelo advento e o generalizado uso de microprocessadores, computadores pessoais e poderosas estações de trabalho "workstations". Nesta época também surgem os principais softwares aplicativos de escritórios, como: planilhas eletrônicas, editores de textos, editores gráficos, entre outros. Quarta Era (90-??): As tecnologias orientadas a objetos, orientadas a documentos, estão ocupando o lugar das abordagens mais convencionais para o desenvolvimento de software em muitas áreas de aplicação. As técnicas de "quarta geração" para o desenvolvimento de software já estão mudando a maneira segundo a qual alguns segmentos da comunidade de software constroem programas de computador. Os sistemas especialistas e o software de inteligência artificial finalmente saíram do laboratório para a aplicação prática em problemas de amplo espectro do mundo real. Podemos classificar os softwares quanto a sua finalidade como: (i) Básico ou (ii) Aplicativo. Da mesma forma, podemos classificar os softwares quanto a distribuição como: (i) Software livre ou (ii) Software proprietário. O Software básico é uma coleção de programas escritos para dar apoio a outros programas. A área do software básico é caracterizada por: forte interação com o hardware de computador; intenso uso por múltiplos usuários; operações concorrentes que exigem escalonamento "schedule"; compartilhamento de recursos e sofisticada administração do processo; estruturas de dados complexas e múltiplas interfaces externas. Os softwares básicos são essenciais para todo computador e temos como exemplos: Sistema Operacional (SO) Interface gráfica Linguagens de programação Utilitários O Sistema Operacional (SO) é uma das camadas de software mais importantes dos sistemas computacionais. Suas principais funções são: Gerenciamento de memória: Controla o acesso a memória para leitura e escrita Gerenciamento do processador: Controla o escalonamento de tempo dos processos no processador, sendo que o SO não pode deixar nenhum processo “morrer de fome” Faculdade São Francisco de Assis - Credenciamento Portaria 3.558 de 26/11/2003 – D.O.U. 28/11/2003 Av. Sertório, 253 – Navegantes – CEP 91020-001 – Fone/Fax: (51) 3362-1771 - Porto Alegre – RS - www.saofranciscodeassis.edu.br  (starvation) e deve garantir um tempo de processamento a todos os processos concorrentes Gerenciamento de arquivos: Controla a leitura e escrita de arquivos Gerenciamento de dispositivos de E/S (entrada e saída) Quando o computador é ligado ele automaticamente executa um conjunto de softwares de inicialização (BIOS). Em seguida, o sistema operacional é carregado. O Sistema Operacional (SO) viabiliza a interação do usuário com a máquina e deve fornecer a interface gráfica para facilitar tal interação. O SO executa diversas tarefas de gerenciamento que são transparentes ao usuário, como por exemplo, a gerência do paralelismo das operações ou “simulação” do paralelismo para o usuário. Em suma, o SO torna o HW operacional. Os SOs se comunicam com o hardware em linguagem de máquina, e diferentes famílias de processadores costumam utilizar SOs diferentes. Para PCs, os SOs mais comuns são: MS-DOS, Windows XP, Vista, Seven, 8, 10, Linux, Unix. Para máquinas da Apple MaC OS. Para smartphone e tablets Android e iOS. Interface Gráfica é um conjunto de softwares que transforma os comandos de um outro software (SO, por exemplo) em símbolos gráficos (ícones) e informações textuais. Todo SO atual para PCs utiliza uma interface gráfica. Elementos típicos em interfaces são Janelas, Ícones (símbolos gráficos), Menus, Caixas de diálogos, Check box, etc... Os SO podem ser Multitarefa e Multithreading. Multitarefa Cooperativa o SO espera o término da execução de uma tarefa para enviar uma nova. Cabe a cada processo liberar voluntariamente a utilização do processador para que outro processo possa rodar. Ex. Windows 9x (16bits). Multitarefa Preemptiva o SO envia uma nova tarefa assim que o tempo de execução da anterior acaba. O SO controla. Ex. Windows NT e Windows 9x (32bits). Multithreading significa que existe uma multitarefa dentro da aplicação. Um software pode executar mais de uma tarefa simultaneamente. A execução de multithreads pode ser virtual em sistemas com apenas uma CPU, ou real, em sistemas de múltiplas CPUs ou multi core. A seguir é apresentada a evolução dos SW (SO): 1980 – MS-DOS da Microsoft para PC e compatíveis 1982 – Planilha eletrônica Lotus 1984 – MAC OS 1983 – MS Word, processador de textos da Microsoft 1984 – Macintosh OS, com interface gráfica 1985 – Windows como ambiente operacional 1990 – Unix firma-se como ambiente multiusuário 1992 – Windows 3.1 e 3.11 1993 – Windows NT para ambiente de rede 1995 – Windows 95 Faculdade São Francisco de Assis - Credenciamento Portaria 3.558 de 26/11/2003 – D.O.U. 28/11/2003 Av. Sertório, 253 – Navegantes – CEP 91020-001 – Fone/Fax: (51) 3362-1771 - Porto Alegre – RS - www.saofranciscodeassis.edu.br  1998 – Windows 98 2001 – Windows XP, MAC OS X 2007 – Windows Vista 2008 – Android OS 2009 – Windows 7 2012 – Windows 8 2015 – Windows 10 Outra categoria de software são os softwares utilitários que são programas de solução de problemas, que em geral, são comuns a maioria dos usuários: Compactadores, Formatadores, Backup, Degrafmentadores, Antivirus, entre outros. Softwares aplicativos são aqueles softwares desenvolvidos para resolver problemas específicos, que não necessariamente sejam comuns a maior parte dos usuários, por exemplo: Editores de texto, players, planilhas de cálculos, desenho, entre outros. Grupo de Discussão: Buscar mais elementos de discussão para os tipos de classificação dos softwares e buscar mais elementos de discussão para as gerações de LP, com características e exemplos das LP de cada geração, bem como pesquisar as principais LP existentes (mais populares e utilizadas). Faculdade São Francisco de Assis - Credenciamento Portaria 3.558 de 26/11/2003 – D.O.U. 28/11/2003 Av. Sertório, 253 – Navegantes – CEP 91020-001 – Fone/Fax: (51) 3362-1771 - Porto Alegre – RS - www.saofranciscodeassis.edu.br 8 SISTEMAS DE NUMERAÇÃO O número é um conceito abstrato que representa a ideia de quantidade. Sistema de numeração é um conjunto de símbolos utilizados para a representação de quantidades, bem como as regras que definem a forma de representação. Os sistemas de numeração podem ser classificados em: Não posicionais e posicionais. 8.1 Sistemas De Numeração Não Posicional Em um sistema de numeração não posicional o valor de cada símbolo é determinado de acordo com a sua posição no número. Exemplo: Sistema de algarismos romanos Símbolos: I, V, X, L, C, D, M Regras: Cada símbolo colocado à direita de um maior é adicionado a ale. Cada símbolo colocado à esquerda de um maior tem o seu valor subtraído do maior. 8.2 Sistemas De Numeração Posicional Em um sistema de numeração posicional o valor de cada símbolo é determinado fundamentalmente pela BASE, que indica a quantidade de símbolos e o valor de cada símbolo. Do ponto de vista numérico, o homem lida com um sistema posicional: Sistema Decimal. 8.2.1 Sistema Decimal Base: 10 (quantidade de símbolos) Elementos: 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9. Embora o sistema decimal possua somente dez símbolos, qualquer número acima disso pode ser expresso usando o sistema de peso por posicionamento, conforme o exemplo a seguir: 3x103 + 5x102 + 4x101 + 6x100 3000 + 500 + 40 +6 = 3546 Faculdade São Francisco de Assis - Credenciamento Portaria 3.558 de 26/11/2003 – D.O.U. 28/11/2003 Av. Sertório, 253 – Navegantes – CEP 91020-001 – Fone/Fax: (51) 3362-1771 - Porto Alegre – RS - www.saofranciscodeassis.edu.br OBS: Dependendo do posicionamento, o digito terá um peso definido. Quanto mais próximo da extrema esquerda do número estiver o dígito, maior será a potência de dez atribuída a ela, ou seja, mais significativo será o digito. 8.2.2 Sistema Binário Base: 2 (quantidade de símbolos) Elementos: 0 e 1 Sistema de numeração mais utilizado em processamento de dados digitais. Utiliza 2 símbolos (0 e 1), sendo assim, mais fácil de ser representado por circuitos eletrônicos. Representa o bit (menor partícula de informação dentro dos computadores). Esses dois símbolos são opostos e mutualmente exclusivos. Os dígitos binários chamam-se BITS (Binary Digit). Assim como no sistema decimal, dependendo do posicionamento, o algarismo ou bit terá um peso. O da extrema esquerda será o bit mais significativo e o da extrema direta será o bit menos significativo. Um conjunto de 8 bits dá-se o nome de BYTE. 8.2.3 Sistema Octal Base: 8 (quantidade de símbolos) Elementos: 0, 1,2,3,4,5,6,7 O sistema Octal foi criado com o propósito de minimizar a representação de um número binário e facilitar a manipulação humana. Utilizado em informática como uma alternativa mais compacta ao binário na programação em linguagem de máquina. O sistema Octal (base 8) é formado por oito símbolos ou dígitos, para representação de qualquer número em octal, necessitando de três dígitos binários. Portanto, os números representados em Octal possuem um terço do comprimento de um número binário e fornecem a mesma informação. 8.2.4 Sistema Hexadecimal Base: 16 Elementos: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F. O sistema hexadecimal (base 16) foi criado com o mesmo propósito do sistema Octal, minimizar a representação de um número binário. Faculdade São Francisco de Assis - Credenciamento Portaria 3.558 de 26/11/2003 – D.O.U. 28/11/2003 Av. Sertório, 253 – Navegantes – CEP 91020-001 – Fone/Fax: (51) 3362-1771 - Porto Alegre – RS - www.saofranciscodeassis.edu.br Hoje o sistema hexadecimal é mais utilizado como alternativa ao binário. Se considerarmos quatro dígitos binários, ou seja, quatro bits, o maior número que se pode expressar com esses dígitos é 1111, assim, em decimal o número é 15. Como não existem símbolos dentro do sistema arábico, que possam representar os números decimais entre 10 e 15, sem repetir os símbolos anteriores, foram usados e convencionados os símbolos literais: A, B, C, D, E. 8.3 CONVERSÃO ENTRE OS SISTEMAS DE NUMERAÇÃO Teorema Fundamental da Numeração Relaciona uma quantidade expressa em um sistema de numeração qualquer com a mesma quantidade no sistema decimal. N(base10) = dn-1 x Bn-1 +... + d1 x B1 + d0 x B0 + d-1 x B-1 + d-2 x B-2 +... Onde: d é o dígito n é a posição B é a base EXEMPLOS: 128(base 10) = 1x102 + 2x101 + 8x100 54347(base 10) = 5x104 + 4x103 + 3x102 + 4x101 + 7x100 100(base2) = 1x22 + 0x21 + 0x20 = 4 101(base2) = 1x22 + 0x21 + 1x20 = 5 110,11(base2) = 1x22 + 1x21 + 0x20 + 1x2-1 + 1x2-2 = 4+2+0+0+0,5+0,25=6,75 24(base8) = 2x81 + 4x80 = 20 16(base8) =1x81 + 6x80 = 14 1A,23(base16) = 1x161 + 10x160 + 2x16-1 + 3x16-2 = 16+10+0,125+0,012=26,137 Faculdade São Francisco de Assis - Credenciamento Portaria 3.558 de 26/11/2003 – D.O.U. 28/11/2003 Av. Sertório, 253 – Navegantes – CEP 91020-001 – Fone/Fax: (51) 3362-1771 - Porto Alegre – RS - www.saofranciscodeassis.edu.br 8.4 Conversão da Base 10 para Base X O procedimento de conversão se dá por meio de divisões sucessivas pela base desejada, conforme mostra a figura abaixo. O momento de PARADA é quando o quociente é menor que o valor da base. Exemplo de uma conversão de 320 para a base 2. 320 2 0 160 2 0 80 2 0 40 2 0 20 2 0 10 2 0 5 2 1 2 2 0 1 320 = 101000000 Faculdade São Francisco de Assis - Credenciamento Portaria 3.558 de 26/11/2003 – D.O.U. 28/11/2003 Av. Sertório, 253 – Navegantes – CEP 91020-001 – Fone/Fax: (51) 3362-1771 - Porto Alegre – RS - www.saofranciscodeassis.edu.br Exemplo de uma conversão de 320 para a base 8. 320 8 0 40 8 0 5 320 = 500 Exemplo de uma conversão de 320 para a base 16. 320 16 0 20 16 4 1 320 = 140 A seguir é mostrada a tabela de conversão de números (base 10, 2, 8 e 16) Decimal Binário Octal Hexadecimal 0 0 0 0 1 1 1 1 2 10 2 2 3 11 3 3 4 100 4 4 5 101 5 5 6 110 6 6 7 111 7 7 8 1000 10 8 9 1001 11 9 10 1010 12 A 11 1011 13 B 12 1100 14 C 13 1101 15 D 14 1110 16 E 15 1111 17 F Faculdade São Francisco de Assis - Credenciamento Portaria 3.558 de 26/11/2003 – D.O.U. 28/11/2003 Av. Sertório, 253 – Navegantes – CEP 91020-001 – Fone/Fax: (51) 3362-1771 - Porto Alegre – RS - www.saofranciscodeassis.edu.br 8.5 Conversão Decimal-Binário (Número Fracionário) PARTE INTEGRAL: Dividir sucessivamente por 2 o número decimal e os quocientes que vão sendo obtidos, até que o quociente seja menor que 2. O resultado é a sequência de baixo para cima de todos os restos obtidos. Como visto anteriormente. Exemplo: 16610 = ?2 166 2 0 83 2 1 41 2 1 20 2 0 10 2 0 5 2 1 2 2 0 1 166 = 10100110 PARTE FRACIONÁRIA: Aplica-se multiplicações sucessivas na parte fracionária no nro PARADA: até que a multiplicação seja ZERO ou o nro de dígitos seja suficiente Exemplo: 166,25 Parte Inteira: 166 ➔ 101001102 Parte Fracionária: 0,25 ➔ ?? Passo 1: 0,25 x 2 = 0,5 Extrair parte inteira = 0 Passo 2: 0,50 x 2 = 1,0 Extrair parte inteira = 1 Ao extrair 1 ➔ RESULTADO = ZERO, condição de parada Parte Fracionária: 0,25 ➔ 0 1 Resultado Final ➔ 10100110.012 Faculdade São Francisco de Assis - Credenciamento Portaria 3.558 de 26/11/2003 – D.O.U. 28/11/2003 Av. Sertório, 253 – Navegantes – CEP 91020-001 – Fone/Fax: (51) 3362-1771 - Porto Alegre – RS - www.saofranciscodeassis.edu.br 8.6 Conversão Binário-Decimal Aplica-se o Teorema Fundamental da Numeração 101011(base 2) = 1x25 + 0x24 + 1x23 + 0x22 + 1x21 + 1x20 = 43(base10) 8.7 Conversão Decimal-Octal Para converter um número da base 10 para a Base 8 realiza-se divisões sucessivas por oito (parte inteira) e multiplicações sucessivas por oito (parte fracionária). Exemplo: 451(base10) = ??(base8) 451 8 3 56 8 0 7 451 = 703 Resultado: 703(base8) 451,4➔ ? Passo 1: 0,4 x 8 = 3,2 ➔ 3 Passo 2: 0,2 x 8 = 1,6 ➔ 1 Passo 3: 0,6 x 8 = 4,8 ➔ 4 Passo 4: 0,8 x 8 = 6,4 ➔ 6 Passo 5: 0,4 x 8 = 3,2 ➔ 3 início da repetição.. 3146 3146 3146... Resultado: 703.3146(base8) 8.8 Conversão Octal-Decimal Para converter um número da Base 8 para a Base 10 aplica-se o Teorema Fundamental da Numeração. 7648 = ?10 7x82 + 6x81 + 4x80 = 50010 Faculdade São Francisco de Assis - Credenciamento Portaria 3.558 de 26/11/2003 – D.O.U. 28/11/2003 Av. Sertório, 253 – Navegantes – CEP 91020-001 – Fone/Fax: (51) 3362-1771 - Porto Alegre – RS - www.saofranciscodeassis.edu.br 8.9 Conversão Decimal-Hexa Para converter um número da Base 10 para a Base 16 temos que realizar divisões sucessivas por dezesseis (parte inteira) e multiplicações sucessivas por dezesseis (parte fracionária). 1000(base10) = ?(base16) Resultado: 3E6 8.10 Conversão Hexa-Decimal Para converter um número da Base 16 para a Base 10 aplica-se o Teorema Fundamental da Numeração, veja exemplo abaixo: 3E616 = ?10 3x162 + 14x161 + 6x160 = 100010 8.11 Conversão Hexa-Binário Para converter um número da Base 16 para a Base 2 é necessário pegar cada dígito e convertê- lo em seu correspondente em binário. Dica: Usar a tabela, veja exemplo abaixo. Note que para cada dígito hexa teremos quatro dígitos binários. Faculdade São Francisco de Assis - Credenciamento Portaria 3.558 de 26/11/2003 – D.O.U. 28/11/2003 Av. Sertório, 253 – Navegantes – CEP 91020-001 – Fone/Fax: (51) 3362-1771 - Porto Alegre – RS - www.saofranciscodeassis.edu.br 8.12 Conversão Binário-Hexa Uma técnica simples é agrupar de quatro em quatro bits da direita para a esquerda (parte inteira deve ser separada de parte fracionária) e após fazer a conversão dos quatro dígitos para decimal. Note que estamos convertendo para Hexa, portanto, lembre-se que se a conversão resultar em números acima de 9, devem ser trocados pelas letras correspondentes (A, B, C, D, E ou F). Exemplo: 1001011002 = ?10 8.13 Conversão Octal-Binário Realize a conversão de cada dígito octal em seu correspondente em binário. Veja exemplo abaixo. Dica: Usar a tabela. Note que para cada dígito octal teremos três dígitos binários. 8.14 Conversão Octal-Hexa Dois Passos, a saber: 1) Converter Octal para Binário 2) Converter Binário para Hexa 8.15 Conversão Hexa-Octal Dois Passos, a saber: 1) Converter Hexa para Binário 2) Converter Binário para Octal Faculdade São Francisco de Assis - Credenciamento Portaria 3.558 de 26/11/2003 – D.O.U. 28/11/2003 Av. Sertório, 253 – Navegantes – CEP 91020-001 – Fone/Fax: (51) 3362-1771 - Porto Alegre – RS - www.saofranciscodeassis.edu.br EXERCÍCIOS: Realizar as conversões de base a seguir: a. 10112 → ?10 b. 11011.012 → ?10 c. 110010112 → ?16 d. 011001012 → ?8 e. 72718 → ?10 f. 4A3B16 → ?10 g. 25,410 → ?2 h. 156,1610 → ?16 i. 714,510 → ?8 j. FF16 → ?8 Faculdade São Francisco de Assis - Credenciamento Portaria 3.558 de 26/11/2003 – D.O.U. 28/11/2003 Av. Sertório, 253 – Navegantes – CEP 91020-001 – Fone/Fax: (51) 3362-1771 - Porto Alegre – RS - www.saofranciscodeassis.edu.br 9 ARITMÉTICA BINÁRIA Um sistema numérico pode ser usado para realizar duas operações básicas: adição e subtração. Mas pelo uso de adição e subtração, você pode então realizar multiplicações, divisões, e qualquer outra operação numérica. Nesta sessão, a aritmética binária. (Adição, subtração, multiplicação e divisão) será examinada, usando a aritmética decimal como guia. 9.1 Adição Veja a explicação do resultado da adição de dois números no exemplo abaixo. Somando a primeira coluna, números decimais 9 e 3, resulta a soma com o dígito 2 com um transporte de 1. O transporte é então somado à próxima coluna. Adicionado à segunda coluna, os números decimais 1 e 6, e o transporte da primeira coluna, resulta a soma 8, sem transporte. Este processo continua até que todas a colunas (incluindo os transportes) tenham sido somadas. A soma representa o valor numérico das parcelas. Agora verifica que a soma de dois números binários resulta nas mesmas regras da adição de números decimais. Entretanto, agora temos que considerar outras regras, a saber: Aplicando as regras, veja o exemplo abaixo. O procedimento é simples, basta aplicar as regras definidas. Faculdade São Francisco de Assis - Credenciamento Portaria 3.558 de 26/11/2003 – D.O.U. 28/11/2003 Av. Sertório, 253 – Navegantes – CEP 91020-001 – Fone/Fax: (51) 3362-1771 - Porto Alegre – RS - www.saofranciscodeassis.edu.br Exercícios: a) 111011 + 101011 + 11111 + 1 b) 111001100 + 1.1111 c) 00011001.1 + 0.0001 d) 0011001.01 + 111.111 e) 101010000 + 1010110 f) 10001 + 1101 9.2 Subtração A subtração binária é realizada exatamente como subtração decimal. Veja um exemplo de uma subtração decimal abaixo. Veja abaixo as regras da subtração binária. Assim, podemos realizar qualquer subtração binária aplicando as regras acima, veja a explicação do exemplo mostrado abaixo. 1. Na primeira coluna, 1 de 1 resulta 0 (regra 2). Então, 0 de 1 na segunda coluna resulta 1 (regra 3). 2. Na terceira coluna, 1 de 0 necessita de um empréstimo da quarta coluna. Assim, 1 de 102 resulta 1 (regra 4). Faculdade São Francisco de Assis - Credenciamento Portaria 3.558 de 26/11/2003 – D.O.U. 28/11/2003 Av. Sertório, 253 – Navegantes – CEP 91020-001 – Fone/Fax: (51) 3362-1771 - Porto Alegre – RS - www.saofranciscodeassis.edu.br  3. O minuendo na quarta coluna é agora 0, devido ao empréstimo prévio. Portanto, um empréstimo é necessário da quinta coluna, de maneira que 1 de 10 2 na quarta coluna resulta 1 (regra 4). 4. Devido ao empréstimo anterior, o minuendo na quinta coluna é agora 0 e o subtraendo é 0 (não existe), de modo que 0 de 0 resulta 0 (regra 1). 5. O 0 na quinta coluna não é mostrado na diferença pois, não é um bit significativo. Assim a diferença entre 110112 e 11012 é 11102. Quando um empréstimo ("borrow") é necessário, 1 é obtido do próximo bit de ordem superior que possui 1. Aquele bit então, torna-se 0 e a todos os bits pulados (bits de valor 0) damos o valor 1. Isto é equivalente a remover 1 de 10002. (8-1=7). Veja mais um exemplo abaixo. Exercícios: a) 10001 – 1101 b) 101111 – 101 c) 1100110011 – 10101010 d) 11001 – 1101 e) 101010000 – 1010110 f) 1011000 – 1011 9.3 Multiplicação Multiplicação é um método rápido de somar um número a si mesmo tantas vezes quantas forem especificadas pelo multiplicador. Veja a multiplicação de dois números decimais abaixo. Faculdade São Francisco de Assis - Credenciamento Portaria 3.558 de 26/11/2003 – D.O.U. 28/11/2003 Av. Sertório, 253 – Navegantes – CEP 91020-001 – Fone/Fax: (51) 3362-1771 - Porto Alegre – RS - www.saofranciscodeassis.edu.br A multiplicação binária segue os mesmos princípios gerais da multiplicação decimal. Entretanto, com apenas dois possíveis bits multiplicadores (1 ou 0), multiplicação binária é um processo muito mais simples. Vejas as regras abaixo. Veja o exemplo abaixo: 10012 x 11002 = 11011002 1001 x 1100 0000 0000 1001 1001 1101100 9.4 Divisão Divisão é o inverso da multiplicação. Portanto, é um procedimento para se saber quantas vezes um número pode ser subtraído de outro. O processo com qual você provavelmente está familiarizado é chamado "divisão longa". Se você está para dividir 181 por 45, você obteria o quociente 4 1/45. Veja como a divisão longa foi realizada. A divisão binária é um processo mais simples que a Base dez. Primeiro, vamos dividir 1000112 por 1012. Usando divisão longa, você examina o dividendo começando com o MSB (bit mais significativo) e determina o número de bits requerido para exceder o valor do divisor. Se você puder subtrair o divisor do resto coloque 1 no quociente e subtraia, senão, transporte o próximo bit mais significativo do dividendo para o resto e ponha 0 no quociente. Faculdade São Francisco de Assis - Credenciamento Portaria 3.558 de 26/11/2003 – D.O.U. 28/11/2003 Av. Sertório, 253 – Navegantes – CEP 91020-001 – Fone/Fax: (51) 3362-1771 - Porto Alegre – RS - www.saofranciscodeassis.edu.br Se o divisor puder ser subtraído do novo resto então coloque um 1 no quociente e subtraia o divisor do resto. Continue o processo até que todos os bits do dividendo tenham sido considerados. Então expresse qualquer resto como uma fração do divisor. Vejamos passo a passo: 35 ÷ 5 = 7 (100011 ÷ 101 = 111) Passo 1: Passo 2: Passo 3: Passo 4: Passo 5: Passo 6: Passo 7: Faculdade São Francisco de Assis - Credenciamento Portaria 3.558 de 26/11/2003 – D.O.U. 28/11/2003 Av. Sertório, 253 – Navegantes – CEP 91020-001 – Fone/Fax: (51) 3362-1771 - Porto Alegre – RS - www.saofranciscodeassis.edu.br Exercícios: a) 10011 X 1000 = b) 10110 X 1101 = c) 1111001 X 100010 = d) 1101100 X 101111 = e) 110000 ÷ 1000 = f) 10001100 ÷ 1010 = g) 1010001 ÷ 1001 = h) 100000 ÷ 10 = Faculdade São Francisco de Assis - Credenciamento Portaria 3.558 de 26/11/2003 – D.O.U. 28/11/2003 Av. Sertório, 253 – Navegantes – CEP 91020-001 – Fone/Fax: (51) 3362-1771 - Porto Alegre – RS - www.saofranciscodeassis.edu.br 10 ARITMÉTICA HEXADECIMAL 10.1 Adição Hexadecimal O processo de adição na base Hexa é igual à adição decimal, veja abaixo: Decimal ➔ 9 + 2 = 11 Hexadecimal ➔ 9 + 2 = B. Se o resultado da soma de 2 algarismos hexadecimais é maior que 15, subtrai-se 16 deste valor, coloca-se o resto como resultado e faz-se um “vai um” para a próxima soma. Exemplo: 4B2C + F234 4B2C C + 4 = 12 + 4 = 16 ➔ 16 – 16 = 0 e “vai um” +F234 1+2+3=6 -------- B+2=D 13D60 4 + F = 4 + 15 = 19 ➔ 19 – 16 = 3 e “vai um” Exercícios: a) 9999 + 6666 = b) ABD + 1245 = c) ABCDE + 3456 = d) 1A2B3C + 9684564 = 10.2 Subtração Hexadecimal O processo de subtração Hexa é igual ao decimal, porém levando em conta que agora a base do sistema é 16. Quando o minuendo é menor que o subtraendo, pede-se 1 emprestado ao número vizinho à esquerda, porém, agora, esse 1 faz aumentar de 16 aquele que pediu emprestado. Veja o exemplo abaixo: 5A8 - 1FB ------ 3AD 1) Como o número 8 é menor que B, pedimos emprestado 1 ao vizinho, que passa a valer 9. 2) Este 1 emprestado (que vale 16) somado a 8 dá 24. 3) Subtrai-se o subtraendo B = 11 de 24, obtendo-se 13, ou seja, D. 4) Como 9 é menor que F, pedimos 1 ao vizinho, que passa a valer 4. Faculdade São Francisco de Assis - Credenciamento Portaria 3.558 de 26/11/2003 – D.O.U. 28/11/2003 Av. Sertório, 253 – Navegantes – CEP 91020-001 – Fone/Fax: (51) 3362-1771 - Porto Alegre – RS - www.saofranciscodeassis.edu.br  5) Soma-se 16 ao 9, dando 25, menos F obtém-se A. 6) E, finalmente, 4 menos 1 = 3. Exercícios: a) 5985 – ABC = b) 122345 – 87FF = c) FEFE – AAAF = d) 72992 – AB45 = Grupo de Discussão: Pesquisar as operações de Adição, Subtração, Multiplicação e Divisão na Base 8 Faculdade São Francisco de Assis - Credenciamento Portaria 3.558 de 26/11/2003 – D.O.U. 28/11/2003 Av. Sertório, 253 – Navegantes – CEP 91020-001 – Fone/Fax: (51) 3362-1771 - Porto Alegre – RS - www.saofranciscodeassis.edu.br 11 REPRESENTAÇÃO DE NÚMEROS NEGATIVOS NA BASE 2 (BINÁRIO) – COMPLEMENTO A 1 Diversas operações podem resultar números negativos. Existem diversas formas de representar números negativos, a saber: (i) Sinal de amplitude/magnitude (S+M); (ii) Complemento a 1 e (iii) Complemento a 2. Entretanto, apenas uma é utilizada (C2). 11.1 Sinal de Amplitude/Magnitude Para representar um número negativo usando o Sinal e Amplitude/Magnitude adiciona-se um BIT ao número, chamado BIT de sinal (BIT mais representativo). Vejamos a Convenção: 0: BIT DE SINAL para número positivo 1: BIT DE SINAL para número negativo Exemplo: Neste tipo de técnica existem alguns problemas, a saber: 1) Zero (positivo e negativo) 2) Mais lógico, entretanto complexidade na arquitetura dos circuitos eletrônicos, consequentemente mais lento 3) Foi abandonado antes mesmo de ser implementado 11.2 Complemento a 1 Complemento Aritmético: É definido como sendo o que falta a um número para atingir o seu módulo. Módulo de um número de um dígito é a quantidade de números diferentes que podemos distinguir. Exemplo: Complemento a 10 de 66 é: 100 (números diferentes em 2 dígitos=Bnd ➔ 102) - 66 ------- 34 Faculdade São Francisco de Assis - Credenciamento Portaria 3.558 de 26/11/2003 – D.O.U. 28/11/2003 Av. Sertório, 253 – Navegantes – CEP 91020-001 – Fone/Fax: (51) 3362-1771 - Porto Alegre – RS - www.saofranciscodeassis.edu.br OBS: Tente somar um número pelo complemento de outro número. Por exemplo: some 66 pelo complemento de 50, qual o resultado em dois dígitos? Vejamos como funciona o Complemento a 10. Fórmula geral: Negativo (I) = 10k – I, onde k é o número de dígitos: -(3) = 102 – 3 = 97 (k=2, ou dois dígitos) -(3) = 103 – 3 = 997 (k=3, ou três dígitos) Vejamos como funciona na base 2, binária: A BARBADA: No sistema binário, composto por dois símbolos, isto é, os BITS 0 e 1, um é complemento do outro. Portanto o complemento a 1 (C1) de um número binário é formado pela troca de todos os 0s por 1s e de todos os 1s por 0s. Exemplo1: Achar o Complemento a 1 do número 410 410 = 01002 ➔ 10112 Dica: sempre considerar um bit adicional para complementos, pois 4 = 100, então deve ser representado por 0100 (bit de sinal) O C1 era mais popular no início dos primeiros computadores. Os números são representados pelo mesmo modo que o Sinal e Magnitude, ou seja, MSB (Most Significant Digit) em qualquer número é considerado um bit de sinal. Um bit de sinal 0 representa positivo. Usando números de 8 bits, valores positivos eram representados como segue: -410 = 1 11110112 -1710 = 1 11011102 -12810 = 1 00000002 Faculdade São Francisco de Assis - Credenciamento Portaria 3.558 de 26/11/2003 – D.O.U. 28/11/2003 Av. Sertório, 253 – Navegantes – CEP 91020-001 – Fone/Fax: (51) 3362-1771 - Porto Alegre – RS - www.saofranciscodeassis.edu.br Resumindo: complemento de 1 é dividir a cadeia (intervalo) de números ou meio, sendo que a primeira parte = números positivos e a segunda parte representa os números negativos Exemplo de número Binários de 4 bits (-7,..., -1, -0, +0, +1,...., +7). Veja a tabela abaixo. Positivos Decimal Compl. de 1 Negativo 0000 +0 1111 -0 (15) 0001 +1 1110 -1 (14) 0010 +2 1101 -2 (13) 0011 +3 1100 -3 (12) 0100 +4 1011 -4 (11) 0101 +5