segunda-feira, 28 de abril de 2014

Hardware e Software

Hardware


O hardware pode ser definido como um termo geral da língua inglesa que se refere a equipamentos como chaves, fechaduras, dobradiças, trincos, puxadores, fios, correntes, material de canalização, ferramentas, utensílios, talheres e peças de máquinas. No âmbito eletrônico, o termo "hardware" é bastante utilizado, principalmente na área de computação, e se aplica à unidade central de processamento, à memória e aos dispositivos de entrada e saída. O termo "hardware" é usado para fazer referência a detalhes específicos de uma dada máquina, incluindo-se seu projeto lógico pormenorizado bem como a tecnologia de embalagem da máquina.

O termo "hardware" não se refere apenas aos computadores pessoais, mas também aos equipamentos embarcados em produtos que necessitam de processamento computacional, como os dispositivos encontrados em equipamentos hospitalares, automóveis, aparelhos celulares, entre outros.



Uma conexão para comunicação em série é feita através de um cabo ou grupo de cabos utilizados para transferir informações entre a CPU e um dispositivo externo como o mouse e o teclado, um modem, um digitalizador (scanner) e alguns tipos de impressoras. Esse tipo de conexão transfere um bit de dado de cada vez, muitas vezes de forma lenta. A vantagem de transmissão em série é que é mais eficaz a longas distâncias.

Uma conexão para comunicação em paralelo é feita através de um cabo ou grupo de cabos utilizados para transferir informações entre a CPU e um periférico como modem externo, utilizado em conexões discadas de acesso a rede; alguns tipos de impressoras; um disco rígido externo; dentre outros. Essa conexão transfere oito bits de dado de cada vez, ainda assim hoje em dia sendo uma conexão mais lenta que as demais.

Uma conexão para comunicação USB é feita através de um cabo ou um conjunto de cabos que são utilizados para trocar informações entre a CPU e um periférico como webcams, teclado, mouse, câmera digital, pda, mp3 player. Ou que se utilizam da conexão para armazenar dados como por exemplo um pen drive. As conexões USBs se tornaram muito populares devido ao grande número de dispositivos que podiam ser conectadas a ela e a utilização do padrão PnP (Plug and Play). A conexão USB também permite prover a alimentação elétrica do dispositivo conectada a ela.

Software

 

Software, logiciário ou suporte lógico é uma sequência de instruções a serem seguidas e/ou executadas, na manipulação, redirecionamento ou modificação de um dado/informação ou acontecimento. "Software" também é o nome dado ao comportamento exibido por essa sequência de instruções quando executada em um computador ou máquina semelhante além de um produto desenvolvido pela engenharia de software, e inclui não só o programa de computador propriamente dito, mas também manuais e especificações. Para fins contábeis e financeiros, o software é considerado um bem de capital.

Qualquer computador moderno tem uma variedade de programas que fazem diversas tarefas.
Eles podem ser classificados em duas grandes categorias:
  1. Software de sistema que incluiu o firmware (O BIOS dos computadores pessoais, por exemplo), drivers de dispositivos, o sistema operacional e tipicamente uma interface gráfica que, em conjunto, permitem ao usuário interagir com o computador e seus periféricos.
  2. Software aplicativo, que permite ao usuário fazer uma ou mais tarefas específicas. Aplicativos podem ter uma abrangência de uso de larga escala, muitas vezes em âmbito mundial; nestes casos, os programas tendem a ser mais robustos e mais padronizados. Programas escritos para um pequeno mercado têm um nível de padronização menor.
Ainda é possível usar a categoria Software embutido ou software embarcado, indicando software destinado a funcionar dentro de uma máquina que não é um computador de uso geral e normalmente com um destino muito específico.
  • Software aplicativo: é aquele que permite aos usuários executar uma ou mais tarefas específicas, em qualquer campo de atividade que pode ser automatizado especialmente no campo dos negócios. Inclui, entre outros:
    • Aplicações de controle e sistemas de automação industrial.
    • aplicações de informática para o escritório.
    • Software educacional.
    • Software de negócios.
    • Banco de dados.
    • Telecomunicações.
    • video games.
    • Software médico.
    • Software de calculo numérico e simbólico.
Atualmente, temos um novo tipo de software. O software como serviço, que é um tipo de software armazenado num computador que se acessa pela internet, não sendo necessário instalá-lo no computador do usuário. Geralmente esse tipo de software é gratuito e tem as mesmas funcionalidades das versões armazenadas localmente.
Outra classificação possível em 3 tipos é:
  • Software de sistema: Seu objetivo é separar usuário e programador de detalhes do computador específico que está sendo usado. O software do sistema lhe dá ao usuário interfaces de alto nível e ferramentas que permitem a manutenção do sistema. Inclui, entre outros:
    • Sistemas operacionais
    • Drivers
    • ferramentas de diagnóstico
    • ferramentas de Correçao e Optimizaçao
    • Servidores
  • Software de programação: O conjunto de ferramentas que permitem ao programador desenvolver programas de computador usando diferentes alternativas e linguagens de programação, de forma prática. Inclui, entre outros:
    • Editores de texto
    • Compiladores
    • Intérpretes
    • linkers
    • Depuradores
    • Ambientes de Desenvolvimento Integrado : Agrupamento das ferramentas anteriores, geralmente em um ambiente visual, de modo que o programador não precisa digitar vários comandos para a compilação, interpretação, depuração, etc. Geralmente equipados com uma interface de usuário gráfica avançada.

quarta-feira, 23 de abril de 2014

Periféricos de Entrada, Saída e Entrada e Saída

Periféricos



 
Periféricos são aparelhos ou placas que enviam ou recebem informações do computador.
Em informática, o termo periférico aplica-se a qualquer equipamento acessório que seja conectado à CPU (unidade central de processamento). São exemplos de periféricos as impressoras, o scanner, leitores e ou gravadores de CDs e DVDs, leitores de cartões e disquetes, mouse, teclado, Webcams, dentre outros.

Desde que pela primeira vez se ouviu falar em máquinas de calcular até os dias atuais com nossos supercomputadores que o desenvolvimento e o aperfeiçoamento dos acessórios ligados ao computador vem evoluindo cada vez mais.

Cada periférico tem sua função definida e executa ou envia tarefas ao computador de acordo com essa função. Dentre muitos periféricos existentes podemos citar teclado (envia ao computador informações digitadas pelo operador), mouse (permite o envio de informações por meio do acionamento de botões virtuais) impressora (recebe informação do computador e imprime essas informações no papel), placa de Som (recebe informações elétricas vindas do processador e envia à caixa de som), sistemas sensíveis ao toque, calor, luz, impressoras, modem, óculos de simulação, controladores de jogos (joystick), caixas de som, etc. 



Periféricos de entrada:
  • Webcam: Periférico de entrada que captura imagens estáticas e em movimento. Utilizada para vídeo conferências.
  • Scanner: Periférico de entrada, também conhecido como digitalizador de imagens. Captura imagens impressas (foto, livros, documentos) através da decodificação de reflexos gerados por impulsos luminosos.
    Pode ser de mão ou de mesa. Usado em conjunto com um software de OCR (Optical Character Recognition) reconhecimento óptico de caracteres, pode transformar textos impressos em arquivos editáveis.
  • Teclado: periférico que permite o usuário inserir dados através de diversas teclas, inclusive com combinações.
  • Mouse: periférico que permite o usuário posicionar uma seta (apontador) através da interface gráfica dos aplicativos. O mouse possui 2 botões padrões, o esquerdo e o direito.
    • Botão esquerdo tem a função de selecionar com um clique e executar com 2 cliques.
    • Botão direito tem a função auxiliar e na maioria dos aplicativos aciona um menu contextual de atalhos e comandos.
    • Há diversos tipos de modelos, como touchpad, trackball e óptico.
     
Periféricos de saída:
  • São todos os dispositivos de saída conectados externamente à placa-mãe do computador
    • Monitor
    • Impressora
    • Caixas de som
  • Monitor – Principal periférico de saída, exibe ao usuário as principais informações do sistema.
    Os principais tipos são: LCD, CRT, Plasma, OLED
    Operam comumente em freqüências entre 60HZ e 80HZ

Periféricos de entrada e saída:
  • São dispositivos capazes de fornecer dados ao sistema e ao usuário no mesmo hardware. Principais exemplos:
    • Monitor TouchScreen
    • Joystick (controles de jogos) com funções de vibração e force feedback
    • Modem
    • Pendrive
  • Modem – Hardware que pode ser instalado no interior do gabinete ou externamente (logo, torna-se um periférico). Seu nome vem de Modulador e Demodulador de sinais, ou seja, transforma tipos de sinais para o tráfego de dados. Um modem ADSL (de internet de alta velocidade) é capaz de demodular o sinal analógico do telefone e modular o sinal digital do computador, para troca de dados através do cabo do telefone. Principais exemplos:
    • Fax-modem
    • ADSL modem
    • Cable modem
    • WiFi modem

 

Microprocessador e Seus Componentes

Microprocessador 

 


O microprocessador, popularmente chamado de processador, é um circuito integrado que realiza as funções de cálculo e tomada de decisão de um computador. Todos os computadores e equipamentos eletrônicos baseiam-se nele para executar suas funções, podemos dizer que o processador é o cérebro do computador por realizar todas estas funções, é tornar o computador inteligente.
Um microprocessador incorpora as funções de uma unidade central de computador (CPU) em um único circuito integrado, ou no máximo alguns circuitos integrados. É um dispositivo multifuncional programável que aceita dados digitais como entrada, processa de acordo com as instruções armazenadas em sua memória, e fornece resultados como saída. Microprocessadores operam com números e símbolos representados no sistema binário.


O microprocessador moderno é um circuito integrado formado por uma camada chamada de mesa epitaxial de silício, trabalhada de modo a formar um cristal de extrema pureza, laminada até uma espessura mínima com grande precisão, depois cuidadosamente mascarada por um processo fotográfico e dopada pela exposição a altas temperaturas em fornos que contêm misturas gasosas de impurezas. Este processo é repetido tantas vezes quanto necessário à formação da microarquitetura do componente.
Responsável pela execução das instruções num sistema, o microprocessador, escolhido entre os disponíveis no mercado, determina, em certa medida a capacidade de processamento do computador e também o conjunto primário de instruções que ele compreende. O sistema operativo é construído sobre este conjunto.

Componentes

O próprio microprocessador subdivide-se em várias unidades, trabalhando em altas frequências. A ULA(Unidade Lógica Aritmética), unidade responsável pelos cálculos aritméticos e lógicos e os registradores são parte integrante do microprocessador na família x86, por exemplo.
Embora seja a essência do computador, o microprocessador diferente do microcontrolador, está longe de ser um computador completo. Para que possa interagir com o utilizador precisa de: memória, dispositivos de entrada/saída, um clock, controladores e conversores de sinais, entre outros. Cada um desses circuitos de apoio interage de modo peculiar com os programas e, dessa forma, ajuda a moldar o funcionamento do computador.

Unidade lógica e aritmética

 

A unidade lógica e aritmética (ULA) ou em inglês Arithmetic Logic Unit (ALU) é um circuito digital que realiza operações lógicas e aritméticas. A ULA é uma peça fundamental da unidade central de processamento (CPU), e até dos mais simples microprocessadores. É na verdade, uma "grande calculadora eletrônica" do tipo desenvolvido durante a II Guerra Mundial, e sua tecnologia já estava disponível quando os primeiros computadores modernos foram construídos.

O matemático John von Neumann propôs o conceito de ULA em 1945, quando escreveu um relatório sobre os fundamentos para um novo computador chamado EDVAC. Pesquisas sobre ULAs ainda são uma parte importante da ciência da computação.

A tecnologia utilizada foi inicialmente relés, herança da telefonia, e posteriormente válvulas, herança da radiofonia. Com o aparecimento dos transistores, e depois dos circuitos integrados, os circuitos da unidade aritmética e lógica passaram a ser implementados com a tecnologia de semicondutores.
A ULA executa as principais operações lógicas e aritméticas do computador. Ela soma, subtrai, divide, determina se um número é positivo ou negativo ou se é zero. Além de executar funções aritméticas, uma ULA deve ser capaz de determinar se uma quantidade é menor ou maior que outra e quando quantidades são iguais. A ULA pode executar funções lógicas com letras e com números.

Unidade de controle

 

Unidade de Controle (UC), responsável por gerar todos os sinais que controlam as operações no exterior do CPU, e ainda por dar todas as instruções para o correto funcionamento interno do CPU; a apoiá-la/o terá a colaboração de uma outra estrutura/ator (o decodificador de instruções).
A unidade de controle executa três ações básicas intrínsecas e pré-programadas pelo próprio fabricante do processador, são elas: busca (fetch), decodificação e execução.
Assim sendo, todo processador, ao iniciar sua operação, realiza uma operação cíclica, tendo como base essas três ações. Dependendo do tipo de microprocessador, a unidade de controle pode se ser fixa ou programável. A unidade fixa é aquela unidade que já vem com todo o conjunto de instrução programado em uma PLA que é construída pelo fabricante,dentro da UC.

Registradores

Os registradores são pequenas memórias velozes que armazenam comandos ou valores que são utilizados no controle e processamento de cada instrução. Os registradores mais importantes são:
  • Contador de Programa (PC) – Sinaliza para a próxima instrução a ser executada;
  • Registrador de Instrução (IR) – Registra a execução da instrução;

Unidade de Gerenciamento de Memória

 
 

Unidade de Gerenciamento de Memória ou MMU é um dispositivo de hardware que traduz endereços virtuais em endereços físicos. Na MMU, o valor no registro de relocação é adicionado a todo o endereço lógico gerado por um processo do utilizador na altura de ser enviado para a memória.
O programa do utilizador manipula endereços lógicos; ele nunca vê endereços físicos reais.
Normalmente o sistema atual de MMU divide o espaço de endereçamento virtual (endereços utilizados pelo processador) em páginas, cujo o tamanho é de 2n, tipicamente poucos kilobytes.

A MMU normalmente traduz número de páginas virtuais para número de páginas físicas utilizando uma cache associada chamada Translation Lookaside Buffer (TLB). Quando o TLB falha uma tradução, um mecanismos mais lento envolvendo um hardware específico de dados estruturados ou um software auxiliar é usado.

Unidade de ponto flutuante

Nos processadores atuais são implementadas unidades de cálculo de números reais. Tais unidades são mais complexas que ULAs e trabalham com operandos maiores, com tamanhos típicos variando entre 64 e 128 bits.

A História dos Computadores

O primeiro computador do mundo foi o ENIAC, sigla que significa Electronic Numerical Integrator and Computer (em português: computador e integrador numérico electrónico), um trabalho conjunto do Professor John Mauchly, conjuntamente com o professor J. Presper Eckert.

Em 1943 decorria II Guerra Mundial e os professores Mauchly e o Eckert propuseram ao exército norte-americano a construçao deste primeiro computador, tendo como objectivo o auxilio nos cálculos de precisao necessários para a balística.

Foi anunciada a sua conclusao em 14 de Fevereiro de 1946 e foi patenteado em 26 de Junho de 1947 com o registo n.o 3 120 606.


O ENIAC era uma grande máquina para efectuar cálculos e baseava a sua estrutura nos avanços científicos já anteriormente desenvolvidos, como as sofisticadas máquinas de cálculos matemáticos de Charles Babage, as calculadoras mecânicas de Blaise Pascal, Leibniz e Charles Xavier Thomas, nas relés electromagnéticas, nas válvulas e nas máquinas perfuradoras de cartoes. Uma válvula é, de forma simples, um tubo metálico de meia polegada, selado em vácuo dentro de um tubo de vidro, onde uma corrente de electroes pode passar entre os eléctrodos. Os tubos de vácuo foram fundamentais para o desenvolvimento da rádio, televisao e gravaçao de sons. Eram também peças grandes e muito frágeis que tinham uma grande perda de energia por calor.

  
 O ENIAC foi construído com 17 468 tubos de vácuo,
 70 000 resistencias, 10 000 condensadores,
1 500 relés e 6 000 interruptores.

O ENIAC pesava 30 toneladas, consumia 200 000 watts de potencia e ocupava várias salas. Quando em operaçao produzia tanto calor que necessitava de um sistema de ar forçado para arrefecimento. Era tao grande que tinha de ser disposto em U com tres painéis sobre rodas, para que os operadores se pudessem mover a volta dele.

Quando em operação, os complexos cálculos de balística passaram a realizar–se nuns alucinantes 30 segundos, quando com as calculadoras manuais que até aí se usavam demorava 12 horas até se obter o mesmo resultado.
O centro de processamento tinha uma estrutura muito simular a dos processadores mais básicos que actualmente utilizamos nas nossas calculadoras de bolso. Tinha 20 registos de dez dígitos cada, onde se podiam efectuar somas, subtracçoes, multiplicaçoes, divisoes e raízes quadradas.

O ENIAC era programado através de milhares de interruptores, podendo cada um dele assumir o valor 1 ou 0 consoante o interruptor estava ligado ou desligado.
Para o programar era necessário uma grande quantidade de pessoas que percorriam as longas filas de interruptores dando ao ENIAC as instruçoes necessárias para computar, ou seja, calcular.
Existia uma equipa de 80 mulheres na Universidade da Pensilvânia cuja funçao era calcular manualmente as equaçoes diferenciais necessárias para os cálculos de balística. O exército chamava a funçao destas pessoas: computadores.

Curiosamente, o termo deixou de estar associado as pessoas que operavam a máquina para dar nome a máquina propriamente dita, uma vez que de facto a máquina passou a realizar as contas que antes eram realizadas por essas pessoas.
O ENIAC torna-se obsoleto e economicamente inviável de manter após 10 anos de operaçao, tendo sido desmontado. Hoje encontram-se peças do ENIAC por muitos museus do mundo, incluindo o Smithsonian em Washington D.C. e no local preciso onde foi construído, na Moore School for Electrical Engineering da Universidade da Pensilvânia.

O ENIAC serviu de inspiraçao para muitos outros computadores que se seguiram como:

 EDVAC (Electronic Discrete Variable Computer);


 ORDVAC (Ordnance Variable Automatic Computer; 


SEAC (Standards Automatic Computer);


 UNIVAC (este último também construído por Eckert e Mauchly para o processamento dos dados dos censos da populaçao americana.)

Em 1955, um computador já só pesava 3 toneladas e consumia 50 kwatts de potencia, tendo um custo de $200 000. Uma máquina destas podia realizar 50 multiplicaçoes por segundo. Assim, os primeiros computadores eram também eles máquinas que só estavam ao alcance de grandes empresas ou instituiçoes que tinham necessidades de cálculo muito exigentes e que possuíam as condiçoes econômicas para tao grande investimento.

 
Com o rápido desenvolvimento dos transístores entre 1952 e 1960, os tubos de vácuo tornaram-se obsoletos e foi este avanço tecnológico que permitiu a criaçao de máquinas muito mais rápidas, mais pequenas e mais baratas.
 
Com o tempo, os transístores passaram a ser a base da electrónica, seguindo-se a VLSI (Very Large Scale Integration), ou seja, a construçao de circuitos cada vez mais pequenos por forma a que possam ser mais leves e dispender menos energia, por terem menos superfície para a dissipaçao de energia por calor. Esta miniaturizaçao permitiu que se tivesse a mesma capacidade de cálculo de um ENIAC na palma de uma mao. A diminuiçao do tamanho fez também diminuir a quantidade de energia necessária e o custo caiu com a produçao em série dos novos processadores.

 
Em 1977 uma calculadora manual pesava menos de meio quilo e consumia meio watt e podia realizar 250 multiplicaçoes por segundo, custando $300.
Hoje uma calculadora pesa poucos gramas podendo ser incorporada em réguas ou agendas, funciona até a energia solar e custa menos de $5.
Um Pentium a 150Mhz é capaz de realizar 300 milhoes de somas por segundo, enquanto o ENIAC apenas conseguia realizar 5 000. A memória do ENIAC apenas permitia guardar 200 bits, enquanto qualquer computador tem pelo menos 128 Mbytes, ou seja, 1 073 741 824 bits.
Nos meados da década de 70 os computadores começaram a ter preços cada vez mais acessíveis. Em 1981 a IBM lançou no mercado o PC (Personal Computer) (imagem abaixo).


O PC distinguia-se das máquinas existentes até entao por estar dirigido a utilizadores individuais que poderiam passar a ter na sua secretária uma máquina para uso exclusivo, quando até aí esse conceito nao existia... Os computadores eram mainframe, centralizados, e os utilizadores tinham apenas um monitor e um teclado sendo todo o processamento realizado no servidor.
O PC tinha ainda outra característica que o tornou revolucionário que era o facto de ter uma arquitectura aberta, ou seja, qualquer fabricante poderia criar peças adaptáveis aquela máquina dando-lhe uma funcionalidade mais especializada, o que até aí era sempre privilégio reservado para o fabricante do computador. Assim, o PC passou a ser o standard de fato na indústria.