Por que precisamos de um Sistema Operacional?
Para gerenciar diversos recursos. Vejamos quais são e depois me respondam o por quê.
Arquitetura de um Computador
Hardware: O que é?
equipamento físico usado para
atividades de entrada, processamento, saída
e armazenamento de um sistema de
computador
Hardware: Quais são (os fundamentais)
CPU, Armazenamento Primário, Armazenamento Secundário, Tecnologias de Entrada, Tecnologias de Saída, Tecnologias de Comunicação
CPU: O que é e quais os componentes que a compõe?
Unidade Central de Processamento
Realiza a computação propriamente dita
É um microprocessador (ex: Pentium)
composto de milhões de transistores
embutidos em um circuito sobre um chip
Manipula dados e controla as tarefas realizadas
pelos outros componentes
Formada por: ULA, UC e Registradores
ULA
Unidade Lógica e Aritmética
UC
Unidade de Controle: Processa instrução e mantêm o rastreio da próxima instrução
Instruções: Mover um dado na memória, Enviar dado à ULA, Enviar comando à ULA, Escrever um dado na memória, Ler um dado da memória, enviar um dado a um dispositivo de Saída, Ler um dado de um dispositivo de entrada, comparar dados
Registradores
Unidades temporárias de armazenamento. Pouco espaço, altíssima velocidade
Ciclo de Instrução
período de tempo no qual um computador lê e processa uma instrução em linguagem de máquina da sua memória
Seqüência de ações que a CPU realiza para executar cada instrução em código de máquina num programa
Ocorre milhões de vezes por segundo
Avanços nos projetos de Microprocessadores
Goordon Moore previu em 1965 que a complexidade dos processadores dobraria a cada dois anos
O avanço vem das mudanças
– Miniaturização
-Projetos de Larga Escala
– Materiais mais eficientes
– Multiplos processadores em um unico chip
– Uso da tecnologia (e do conhecimento) para melhorar a tecnologia (e a produção do conhecimento)
Impactos da Lei de Moore
Em 1988 um PC chip Intel 80386 de 16 MHZ, 1 MB de RAM, disco rígido de 40 MB e SO DOS 3.31 custava U$ 5.200 (sem monitor) (Nos EUA!)
Em 2005 um PC chip Intel Pentium 4 de 3.4 GHZ, 2 GB de RAM, disco rígido de 160 GB, SO Windows XP e monitor tela plana de 19 polegadas custava cerca de U$ 2.000 (Nos EUA!)
Memória do Computador
Tipos de Memória
Armazenamento Básico (ou primário)
Armazenamento Secundário
O que pode afetar
Tipos de programas que o computador pode executar
Trabalho que ele pode realizar
Velocidade
Custo da Máquina
Custo do Processamento (Tempo x Energia x Recursos)
Capacidade da Memória
CPU processa apenas 0s e 1s
Os dados são traduzidos por meio de linguagens de computador para dígitos binários -> bits
Combinações específicas de bits pode representar determinado caractere alfanumérico ou um número
São necessários 8 bits para representar qualquer caractere -> Byte
A capacidade de armazenamento é medida em bytes
Hierarquia da Capacidade em termos quantitativos
Kilobyte – Mil bytes (em informações de disco) -> 1024 bytes (em informações de processamento)
Megabyte – 1 milhão de bytes -> 1024 Kilobytes
Gigabyte – 1 bilhão de bytes -> 1024 Megabytes
Terabyte – 1 trilhão de bytes -> 1024 Gygabytes
Petabyte – 1 Quatrilhão de bytes -> 1024 Terabytes
Exabyte – 1 Quintilhão de bytes -> 1024 Petabytes
Tipos de Informações Armazenadas
Código
Dados
Sistema Operacional
Armazenamento Primário
Armazena temporariamente os dados e as instruções de programas durante o processamento
Dados armazenados (geralmente) estão em Uso
Códigos do SO
Instruções do Programa Corrente
Dados em uso do programa corrente
4 tipos de Armazenamento
Registradores
Parte da CPU
A menor capacidade de armazenamento
Armazenam dados imediatamente antes e imediatamente após o processamento de uma instrução
Temporária e extremamente volátil
Memória de Acesso Aleatório (RAM)
Armazena programas e pequenas quantidades de dados para processamento
Ao iniciar, um programa é trazido do armazenamento secundário para a RAM
Armazena mais informações que os registradores
Está mais distante da CPU que os registradores
Não faz parte da CPU
precisa de um barramento para enviar e receber os dados e um barramento para saber de onde enviar ou para onde receber os dados (Barramento de Dados + Barramento de Endereços)
Mais Lenta
Temporária e volátil
Memória Cache
Tipo de memória de alta velocidade que permite o armazenamento temporário de blocos de dados que são usados frequentemente
Mais Rápida que a Ram
Menos Quantidade de Dados que a Ram
Dados pouco utilizados ficam na RAM
Entre a CPU e a RAM
Memória Somente de Leitura
É o local em que certas instruções críticas são guardadas com segurança
Não é volátil (Permanente)
Instruções podem apenas serem lidas
(Instruções para iniciar o computador: BIOS)
Armazenamento Secundário
Armazena os dados e programas para uso futuro
Projetado para armazenar grandes quantidades de dados por longos períodos
Não é volátil
Demorada (leva muito tempo para se recuperar os dados)
Mais barata que o de armazenamento primário
Tendencias de melhoria de velocidade, aumento de capacidade e redução de custos com o tempo
Tipos:
Meios Magnéticos
Fitas Magnéticas
DAT, K7
Meio mais Barato
Lento (pois é sequencial)
Discos Rígidos
Armazenamento em um disco dividido em trilhas e setores que fornecem acesso a vários fragmentos de dados (Bidimensional)
Acesso mais rápido que a fita
É o mais usado atualmente
Baixo custo, alta velocidade e grande capacidade de armazenamento
Lêem e escrevem em pilhas de discos magnéticos giratórios
Trilhas Concêntricas
Trilhas divididas em setores
Discos Flexíveis
Semelhante aos discos rígidos
Capacidade limitada
Mais lentos
apenas 1 disco
Dispositivo Óptico
CD/DVD/Blue Ray
Feixe concentrado de luz sendo refletido e incidindo sobre um transceptor (ou não)
Mais lentos que os Discos Rígidos (principalmente para escrita)
Podem ser usados para o armazenamento de grande capacidade de dados
Memórias Flash
Memória de rápido acesso, cujos chips são semelhantes àqueles utilizados em memórias RAM
A principal diferença é que a memória flash conserva seu estado mesmo sem alimentação de energia, permitindo o armazenamento permanente de informações
Limitada em tamanho e mais lento que os HDs
Utilizada em larga escala por
Cartões de máquinas fotográficas digitais
P Pen drives
celulares
etc.
Memórias de Estado Sólido
Melhoria das Memórias Flash
Aumento na Capacidade de Armazenamento
Aumento na rapidez de comunicação
Modelo Empresarial de Armazenamento
É um sistema externo e independente com inteligência que inclui dois ou mais dispositivos de armazenamento
Oferecem:
– Grandes quantidade de armazenamento
Transferências de alto desempenho
Alto grau de disponibilidade
Proteção contra perda (de dados)
Ferramentas de gerenciamento sofisticadas
1956: 450 quilogramas, peso de dois refrigeradores, alugada por U$ 3.200/mês e capacidade de 5 megabytes
2005: microdrive IBM/Hitachi 1 polegada quadrada, custava U$300 e armazenava 6 gigabytes
Hierarquia de Computação
O modo tradicional de comparar classes de computadores é por poder de processamento
Os limites entre essas categorias têm se tornado indistintos
Supercomputadores
Indica os mecanismos de computação mais rápidos disponíveis em qualquer momento específico
Usado para tarefas computacionalmente exigentes e dados extremamente grandes
Uso aplicações militares, científicas e meteorológicas
Mainframes
Visto às vezes como um tipo de servidor
São populares em grandes empresas para aplicações de intenso acesso a dados ou intensa quantidade de requisições de processamentos (transações) acessados por milhares de usuários
Ex de aplicações: reserva de vôo e folha de pagamento corporativo ou aplicações de sistemas financeiros
São menos poderosos e menos dispendiosos que os supercomputadores
Medianos
São um tipo de servidor
Relativamente pequenos, baratos e compactos
Flexibilidade para organizações que não desejam aplicar recursos de TI em mainframes (menos escaláveis)
Ex: comércio eletrônico e provedores de páginas web (Amazon Web Service, Microsoft Azure…)
Estações de Trabalho
Executam aplicações científicas, de engenharia e financeiras computacionalmente intensas
(podem ter) Gráficos de alta resolução e cálculos de alta velocidade
Geralmente são dedicados
Ex: Antigas estações Irix (Silicon Graphics)
Micro Computadores (Computadores Pessoais)
São a categoria menor e mais barata de computadores de aplicação geral
Desktop, Notebook, Laptop
Dispositivos móveis (celulares, PDA’s, Tablets)
Tecnologias de Entrada e Saída
Recebe dados e os converte em um formato que o computador pode entender ou converte dados do computador para que possamos entender
Dispositivos de Entrada
Teclado, Joystick, Mouse, Touchscreen
Kinect, Wiimote (sensores de orientação/deslocamento)
Entrada de Dados pode ser Automatizada
Aumenta a Eficiência e Reduz Erros
Ex: Leitor de Código de Barras ou de RFID
Dispositivos de Saída
Monitores ou impressoras
Atualmente com tecnologia multimídia:
Integração de sons, textos e imagens
Mistura habilidades dos computadores com elementos de entretenimento como TV, Aparelho Estereofônico, Rádio, Jogos, etc.
Tecnologias Emergentes
Computação em Grade
Utilizar diversos computadores para resolver partes de um problema maior
Ex: SETI
Computação Quântica
Utilização dos conhecimentos da física quântica sobre estado dos elétrons para a representação de bits