Fundamentos de Programação, Notas de estudo de Informática

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COMPUTAÇÃO I

Prof. Fernando L. B. Ribeiro

TECNOLOGIA QUE PRECEDEU OS COMPUTADORES

DIGITAIS

ÁBACO CHINÊS

• O Ábaco Chinês, criado no século XIV e ainda hoje

utilizado, é um dispositivo manual para ADIÇÃO, SUBTRAÇÃO,MULTIPLICAÇÃO e DIVISÃO.

http://qi-journal.com/culturearticles/abacusindex.html

Calculadoras Mecânicas

• As Calculadoras Mecânicas foram criadas no

final do século XIX, tornando-se obsoletas nos anos 70.

PRIMEIRO COMPUTADOR ELETRÔNICO DIGITAL

Batizado de

ENIAC

(electronic numerical integrator and computer), o

primeiro computador foi construído nos Estados Unidos em 1945(University of Pennsylvania) para cálculos balísticos na segunda guerramundial.

CRONOLOGIA

1945 – ENIAC.

1947/48 – Invenção do transistor.

1951 - UNIVAC, primeiro computador comercial.

1953 - IBM 701 EDPM, primeiro computador IBM.

1954 – FORTRAN (Formula Translator), primeira linguagem deprogramação de alto nível.

1955 – ERMA, primeiro computador desenvolvido para sistemasbancários (Bank of America).

1958 – Invenção do “circuito integrado” (CHIP).

1962 – SPACEWAR, primeiro “game” para computadores.

1964 – Primeira interface gráfica com “janelas”, primeiro mouse.

1969 – ARPANET, a internet original, desenvolvida para finsmilitares.

1970 – Primeiro chip de memória RAM (Intel).

AQUITETURA DE VON NEUMANN

Johann von Neumann (1907-1957), matemático húngaro, estabeleceu em1945 os princípios de operação de um computador eletrônico digital. Estesprincípios ficaram conhecidos como arquitetura de Von Neumann e sãoainda hoje as bases de operação dos computadores mais modernos. AArquitetura de Von Neumann baseia-se em três componentes principais:

Memória

Unidade de Controle

Unidade de Processamento

Na memória são armazenados dados e programas (conjunto de instruções)que realizam determinados cálculos ou tarefas.

A Unidade de Controle é um circuito lógico responsável pelo funcionamentoda máquina, controlando o fluxo de instruções. Este funcionamento realiza-se em ciclos.

A unidade de processamento realiza os cálculos de acordo com asinstruções. Esta unidade conte basicamente registradores e uma UnidadeLógico-Aritmética (ALU), onde são executadas as operações aritméticas.Os registradores são:

Registrador IC (

Instruction Counter

) - contém o endereço na memória com a

próxima instrução a ser executada.

Registrador IR (

Instuction Register

) - contém a próxima instrução a ser

executada.

Registrador MAR (

Memory Address Register

) - contém o endereço da posição

da memória a ser lida ou escrita.

Registrador MBR (

Memory Buffer Register

) - contém o dado a ser lido ou escrito

na memória.

Registradores de propósito geral – usados para armazenar resultadosintermediários.

Arquitetura de Von Neumann

A principal característica da arquitetura de VonNeumann é que o processamento é feito deforma seqüencial (através do incremento doIC), sendo que fluxo de instruções pode terdesvios condicionais ou condicionais. Estaarquitetura persiste até hoje, mesmo noscomputadores mais modernos.

Em cada ciclo do funcionamento da máquina, as

seguintes operações são executadas:

Transferência do conteúdo do IC para o MAR.

Busca da próxima instrução e sua transferênciapara MBR.

Transferência do conteúdo do MBR para o IR(

instruction fetch

).

Decodificação da instrução pelo circuito lógico daunidade de controle.

Execução da operação:

Operação aritmética – neste caso, a ALU opera sobrenúmeros armazenados em dois ou mais registradoresespecíficos para o tipo de operação.

Leitura ou gravação de um dado na memória – se ainstrução for de leitura, o endereço do operando,contido no IR, é transferido para o MAR e o valor lidoé transferido para o MBR e daí para um registradorapropriado para a operação. Se a instrução for degravação na memória (por exemplo, um resultado deuma operação), o dado é transferido de umregistrador para o MBR, com seu endereço namemória em MAR.

Fim do ciclo e retorna para (1).

Memória

Unidade de Controle

MAR

MBR

IC IR Registrador A Registrador B Registrador C

ALU

ARQUITETURA GENÉRICA DE UM COMPUTADOR

Os computadores modernos são ainda construídos com base na arquitetura de Von Neumann.No entanto, os componentes eletrônicos são hoje bem menores, e o ciclo da máquina é da ordemde mil vezes mais rápido do que os computadores dos anos 70. Gordon Moore, um dosfundadores da Intel, observou em 1965 que o número de transistores de um circuito integrado(CHIP) dobrava a cada ano, desde que o circuito integrado tinha sido inventado nos anos 50.Anos mais tarde, no início da década de 80, observou-se também que a densidade de dadosdobrava a cada 18 meses, o que ficou conhecido como Lei de Moore.

Os principais componentes de um computador são:

Memória Principal – A memória principal é do tipo RAM (Random access Memory), construída commateriais semicondutores onde os dados são armazenados de forma binária através de circuitos lógicos bi-estáveis, que podem representar os estados LIGADO ou DESLIGADO (ZERO ou UM).

CPU – A CPU é o processador da máquina, e contém uma unidade de controle, uma unidade aritmética,registradores, e memórias auxiliares para armazenar temporariamente os dados lidos/escritos na memóriaRAM (memória cache).

BIOS (Binary I/O System) – Memória do tipo ROM (Read Only Memory) ou PROM (memória ROMalterável) onde são armazenados um c

o

mjunto de instruções que inicializam a máquina e que permitem que

o usuário instale um sistema operacional.

Memória auxiliar - Hard Disk (HD), meio magnético de armazenamento de dados.

Dispositivos de entrada e saída – Os principais dispositivivos de de entrada e saída são o teclado, o mouse,e o monitor de vídeo.

SISTEMAS DE REPRESENTAÇÃO DE NÚMEROS

Representa-se um número inteiro N, na base

β

, pela expressão

ou equivalentemente,Os números reais são compostos por uma parte inteira e uma parte

fracionária:

a

i

b

j

• dígitos da base

β

0 0 1 1 1 1

......

β + β + + β + β =

−

−

a

a

a

a

N

n

n

n

n

(

)

β

−

=

0

1

1

,

,

...

,

,

a

a

a

a

N

n

n

(

)

F

F

I

R

R

R

R

k

k

F

b

b

b

R

−

−

−

2

2

1

1

Sistema Decimal

No sistema decimal,

β

= 10 e

a

i

e

b

j

assumem os valores inteiros

correspondentes aos 10 dígitos:

a

i

b

j

Exemplos: (347)

10

= 3 x 10

2

• 4 x 10

1

• 7 x 10

0

10

= 2 x 10

• 5 x 10

10

= 1 x 10

0

• 8 x 10

• 2 x 10

+3 x 10

10

0

1

2

×

×

10

0

1

2

2

) 4 ( 2 0 2 0 2 1 )

100

(

= × + × + × =

10

0

1

2

3

2

) 8 ( 2 0 2 0 2 0 2 1 )

1000

(

= × + × + × + × =

10

0 1 2 3 4 2

= × + × + × + × + × = •

Observação

: Assim como a multiplicação por 10 no sistema decimal, a

multiplicação por 2 no sistema binário corresponde à “adição” de um zero àdireita do número.

10

1

0

2

)

5

. 0 ( 2 1 2 0 ) 1

.

0

(

=

×

×

=

−

10

2

1

0

2

= × + × + × =

−

−

10

3

2

1

0

2

)

125

.

0

( 2 1 2 0 2 0 2 0 )

001

.

0

(

= × + × + × + × =

−

−

−

10

2

1

0

2

)

75

.

1

( 2 1 2 1 2 1 )

11

.

1

(

= × + × + × =

−

−

10

1

0

1

2

= × + × + × =

−

„ „

Sistema HexadecimalSistema

Hexadecimal

No

sistema

hexadecimal,

No

sistema

hexadecimal,

ββ

ai ai

e e

bj bj

os

valores

inteiros

os

valores

inteiros

correspondentes aos 16 d correspondentes aos 16 dí

ígitos:

gitos:

ai ai

bj bj

= (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F)

(0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F)

Como no sistema hexadecimal são necess Como no sistema hexadecimal são necessá

ários 16 algarismos para

rios 16 algarismos para

representar um n representar um nú

úmero nessa base e a base decimal s

mero nessa base e a base decimal só

ó possui dez,

possui dez,

torna torna-

-se necess

se necessá

ário recorrer

rio recorrer à

às letras A, B, C, D, E, F, o que não

s letras A, B, C, D, E, F, o que não é

é

obrigat obrigató

ório, pode

rio, pode-

-se utilizar outros s

se utilizar outros sí

ímbolos.

mbolos.

Exemplos Exemplos:

10

0

1

2

16

)

300

(

16

C

16

2

16

1

)

C

12

(

= × + × + × =

10

0

1

16

)

191

(

16

F

16

B

)

BF

(

=

×

×

=