A estrutura de computador digital

1. Introdução

Um computador digital é uma maquina criada para resolver problemas para as pessoas, muitos acham que o computador digital é "inteligente" sendo que ele é extremamente "burro", pois só vai executar tarefas dadas a ele através de uma seqüência de instruções a qual denominamos de programa ou sistemas operacionais, juntamente com seus aplicativos que implementam a funcionalidade para a sua utilização de forma que conhecemos atualmente.

            O computador ele é divido em varias partes de hardwares onde temos a placa-mãe que gerencia a comunicação entre outros periféricos de entrada e saída, tanto integrados a ela (On-board) ou não (Off-board), temos o processador que é responsável pelos processamentos dos dados (CPU) e a memória principal onde armazena dados temporários. Mais adiante iremos ver afundo cada item do computador digital e veremos também a sua historia e seus respectivos inventores e determinadas tecnologias que foi fundamental para o desenvolvimento do computador digital.

2. História

A primeira geração dos computadores digitais foi por volta de 1940, onde foi considerado a era da computação moderna, esta corrida de desenvolvimento ocorreu antes e durante a Segunda guerra mundial, com a criação e modernização de certos itens tais como: os circuitos eletrônicos, relés, capacitores e válvulas. Os itens mecânicos dos computadores analógicos foram alterados e o calculo digital substituiu o calculo analógico.

            Assim, os computadores projetados e construídos nesta época foram chamados de computadores de "primeira geração", a primeira geração dos computadores foi construída manualmente e utilizando circuitos de relés e válvulas. Um dos computadores que se destacou nesta época foi o ENIAC, um projeto do Exercito Americano e criado pelos engenheiros J. Presper Eckert e John Mauchy, onde foi feito o primeiro computador a válvulas e o seu desempenho era considerado um marco para a época onde o ENIAC fazia quinhentas multiplicações por segundo. Depois do ENIAC, John von Neumann propôs a idéia de transformar os calculadores em "cérebros eletrônicos" e assim criando uma forma de utilização para modelar a arquitetura do computador em três características que foram:

            1. Codificar as instruções de uma forma possível que fosse armazenado em memória e Von Neumann propôs a utilização do que hoje conhecemos como código binário (1 e 0).

            2. Armazenar instruções na memória e todas as informações e tarefas a serem executada.

            3.  Buscar instruções diretas na memória em vez dos cartões perfurados.

            Os computadores digitais mudaram dramaticamente desde os primeiros criados na década de 1940, quase todos os computadores atuais ainda utilizam a arquitetura de von Neumann.

Tabela 1. Alguns dos marcos no desenvolvimento do computador digital

Ano

Nome

Construído por

Comentários

1834

Maquina analítica

Babbage

Primeira tentativa de construir computador digital.

1943

COLOSSUS

Governo Britânico

Primeiro computador eletrônico

1946

ENIAC

Eckert/Mauchley

A história moderna dos computadores começa aqui

1952

IAS

von Neumann

A maioria das máquinas atuais usa esse projeto

1964

6600

CDC

Primeiro supercomputador científico

1981

IBM-PC

IBM

Deu inicio à era moderna do computador pessoal

1981

Osborne-1

Osborne

Primeiro computador portátil

1993

Newton

Apple

Primeiro computador: palmtop

3.  O que é computadores digitais

O computador digital é um dispositivo elétrico concebido para manipular símbolos, dados, com rapidez e precisão, que recebe dados de entrada e de forma automática, os processa de modo a obter dados de saída com base em um conjunto detalhado de instruções (que também constituem dados de entrada).

            Processar dados significa transformar informações que temos em mãos (informações iniciais ou de entrada) em informações úteis (informações finais ou de saída).

4. Arquitetura do computador digital

Seguindo o modelo de arquitetura criado por John van Neumann, os computadores atuais possuem quatro sessões principais, a unidade lógica aritmética, a unidade de controle, a memória e os dispositivos de entrada e saída. Estas unidades são ligadas através de barramentos específicos conforme o seu dispositivo. A unidade lógica e aritmética, a unidade de controle, os registradores e a parte básica de entrada e saída são conhecidas como processadores (CPU).

4.1 Unidade Central de Processamento (UCP ou CPU)

UCP, ou CPU (Central Processing Unit), como é mais conhecida, é a unidade central de processamento. A CPU é composta de uma unidade de aritmética e lógica (ULA), uma unidade de controle (UC) e uma memória central (principal). As unidades de entrada e saída e as unidades auxiliares são conhecidas como unidades periféricas. Veja na figura abaixo um esquema que representa a arquitetura da CPU.



A CPU tem 3 funções básicas:

    * Realizar cálculos de operações aritméticas e comparações lógicas.

    * Manter o funcionamento do conjunto, através da unidade de controle que interpreta e gerencia a execução de cada instrução do programa. Essa unidade coordena não apenas as atividades dos equipamentos periféricos, mas também da própria unidade aritmética e lógica e o acesso à máquina.

    * Administrar na memória central (principal) além do programa submetido, os dados transferidos de um elemento ao outro da máquina, visando o seu processamento. A rapidez de acesso a essa memória bem como a sua capacidade, são características fundamentais de um computador.

            Nos computadores atuais, a CPU é implementada fisicamente no processador, que é um único chip constituído por milhões de transistores. Ele é considerado a parte mais importante de um computador, pois é responsável pelo processamento de todo tipo de dado que é introduzido no computador e pela apresentação das mesmas em seu vídeo.

            Desde a criação, ocorreram diversas modificações nos processadores visando aumentar sua capacidade de processamento, sendo que alguns dos mais atuais são os da Intel i3, i5 e i7 e o AMD Athlon II X2, X6 e Athlon Phenom II. Dentre os modelos citados, existem alguns mais rápidos do que outros. O que determina se um processador é mais rápido que outro é a velocidade de execução de instruções que é usualmente medida pela unidade denominada GigaHertz (GHz).

            O hertz por sua vez, é uma unidade de periodicidade assim designada em honra do físico alemão Heinrich R. Hertz (1857-94). Um hertz corresponde a um ciclo por segundo.

            Um gigahertz representa um bilhão de ciclos por segundo. Nos computadores essa é uma medida de rapidez da unidade central de processamento (CPU). Essa unidade tem um relógio (Clock), que a faz pulsar tantas vezes por segundo como o número de hertz que lhe é característico. Assim, por exemplo, um processador com 3 GHz completa 3 bilhões de ciclos por segundo e, em cada um desses ciclos, envia ordens para as unidades do computador. Determinamos que neste caso as ordens sejam enviadas ao ritmo de 3 bilhões de vezes por segundo.

4.2 Memória principal

Na placa-mãe também ficam encaixados os pentes da memória principal, chamados de pentes ou módulos de memória RAM - (Random Access Memory), a memória de acesso aleatório. É para a memória RAM que são transferidos os programas (ou parte deles) e os dados que estão sendo trabalhados. É principalmente nela que é executada a maioria das operações, portanto é nesta memória que ocorrem as operações da CPU.

            A memória RAM pode ser reescrita quantas vezes quisermos, mas os dados guardados nela são apagados, ou seja, o seu conteúdo é esvaziado quando o computador é desligado. Daí a necessidade de guardar ("salvar") o resultado do processamento no disco rígido (HD) antes de desligá-lo. Assim, a memória RAM é uma memória temporária (volátil).

            A razão da existência e importância da memória RAM está na sua velocidade de leitura dos dados, que é muito grande. Todas as informações que estão contidas nela podem ser acessadas de maneira mais rápida do que as informações que estão em outros dispositivos de memória (memória secundária).

            Os pentes de memória RAM variam em capacidade de armazenamento e em velocidade. Em princípio, quanto mais memória RAM o PC tiver, tanto mais rápido será o seu funcionamento e mais facilmente ele suportará a execução de funções simultâneas.  Os tamanhos típicos de memória RAM atuais são 1, 2, 4, 6, 8 Gb, e assim por diante. Quando se escolhe um PC, esta especificação é quase tão importante quanto à capacidade do processador, pois a simples adição de mais memória pode deixar um computador mais rápido, sem que haja a necessidade de trocá-lo por um modelo mais moderno.

4.3 Memória Cache

É um tipo de memória RAM especial de alta velocidade de acesso, está localizada entre a CPU e a memória RAM, e o seu objetivo é de aumentar a velocidade de transferência de dados e instruções, mantendo os dados que são mais solicitados. Presente nos computadores mais recentes.

4.4 Dispositivo de E/S (entrada e saída)

Os dispositivos de entrada é o canal que permite a passagem de dados iniciais do usuário para o computador. Eles são responsáveis pela entrada de dados existentes e encaminhamentos à CPU. Como dispositivos de entrada podemos citar o teclado, leitores de caracteres magnéticos, mouse, scanner, caneta ótica, leitora de código de barra, leitor de disquetes (drive) etc. Já os dispositivos de saídas são responsáveis pela saída dos dados existentes recebidos da CPU. Como dispositivos de saída podemos citar o monitor de vídeo e impressora e o gravador de DVD (drive).

4.5 Memória Secundária (Auxiliar)

Ela é responsável pelo armazenamento definitivo de programas e dados. Os dados nelas gravadas ficam armazenados mesmo quando o micro está desligado, mas seu acesso é mais lento que o acesso à memória principal. Entre os dispositivos mais comuns utilizados para armazenar estes dados, podemos citar o Disco Rígido ou winchester (HD) e entre outros dispositivos(CD-ROM; DVD-ROM).

            O disco rígido (Hard disk ou HD) também fica no gabinete e é o local onde se encontra a maior parte da memória secundária, onde o são armazenados os programas e os dados que estão sendo usados, modificados ou processados. Uma característica desse tipo de disco é que os dados gravados podem ser recuperados para a memória RAM, modificados e novamente gravados inúmeras vezes.

5. Conclusões

A historia do computador pode ser considerado um marco para o desenvolvimento de muitas tecnologias utilizadas, pois na maioria dos equipamentos atuais tem um computador digital a qual executam certas tarefas que antigamente era feita manualmente ou não tinha como fazer por limitações da nossa memória. O que o computador digital tem de especial é justamente a memória, onde a sua capacidade de armazenar dados e transformá-los em informações úteis para o nosso dia-a-dia é uma tecnologia formidável.

            O computador digital só teve o seu avanço devido à criação da arquitetura que conhecemos atualmente, a qual é divida em quatro partes:

    * A unidade lógica e aritmética.
    * A unidade de controle.
    * A unidade de memória.
    * Dispositivos de entrada e saída.

Esta arquitetura foi desenvolvida por John von Neumann e o primeiro computador a utilizar foi o IAS em 1952. O computador digital é o que é devido a esta arquitetura a qual muitos dos computadores digitais atuais utilizam.

Referências

Tanenbaum, Andrew S. (2007) "Organização estruturada de computadores – 5º edição", Prentice Hall Brasil.

CMOS Setup

O Setup dos PCs é feito de forma automática, normalmente não é preciso fazer alterações. Quase sempre, quem monta micros usa a configuração automática (Load BIOS Defaults, o similar). Entretanto para resolver problemas de hardware através do Setup, é preciso ter um bom conhecimento dos seus itens.

Para que serve exatamente o CMOS Setup? Antes de mais nada, este pro­grama deveria se chamar BIOS Setup, já que serve para definir opções de funcionamento do BIOS da placa de CPU. O principal objetivo do BIOS é realizar o controle do hardware. É responsável pelo acesso ao disco rígido, ao drive de disquetes, à impressora, e até mesmo aos chips VLSI e à memória. A placa de vídeo não é controlada por este BIOS, já que ela possui o seu próprio, chamado BIOS VGA. Fica armazenado em uma memória ROM localizada na placa SVGA que ocupa normalmente 32 kB.

O BIOS da placa de CPU também é responsável pelo processo de “auto-teste” realizado quando o PC é ligado, ou quando pressionamos o botão Reset. Trata-se de um conjunto de testes que visam verificar se os principais componentes do PC estão funcionando corretamente. É comum chamar esses testes de POST (Power on Self Test, ou seja, teste automático que é feito quando o PC é ligado). Também é responsável por dar início ao processo de boot, ou seja, a carga do sistema operacional na memória.

Podemos ainda citar uma miscelânea de atividades que o BIOS realiza, como a proteção do PC contra ataque de alguns tipos de vírus, o gerenciamento de senhas, e ainda o gerenciamento do uso de energia, muito importante com PCs operados por bateria. Podemos então sintetizar as funções do BIOS na seguinte lista:

• Controle do hardware
• POST
• Dar início ao processo de boot
• Segurança contra vírus
• Proteção através de senhas
• Gerenciamento do uso de energia

Formação de banco de memória

Bancos de Memória

Um processador x86 pode trabalhar com qualquer quantidade de memória, a partir de um mínimo de 64 KB. Porém, é preciso que exista um barramento de dados suficiente. Uma quantidade qualquer de memória, que atenda às exigências do processador quanto à largura de barramento é chamada de banco de memória.

No Pentium, cada banco de memória deve ser capaz de permitir o acesso de 64 bits de dados por vez, enquanto nos processadores 386 e 486 é necessário um barramento de 32 bits. Caso o módulo de memória possua um barramento de dados mais estreito que o necessário, é preciso combinar dois ou mais módulos para formar cada banco.

Como os módulos SIMM de 30 vias possuem um barramento de apenas 8 bits, são necessários 4 módulos para formar um banco de memória em um micro 386 ou 486. Se estes módulos antigos chegassem a ser utilizados em micros Pentium, seriam necessários 8 módulos para formar cada banco.

Os módulos SIMM de 72 vias já possuem um barramento de 32 bits, sendo um único módulo suficiente para completar um banco de memória em um 486, e 2 módulos necessários para completar os 64 bits exigidos pelo Pentium.

Finalmente, os módulos DIMM possuem um barramento de 64 bits, sendo necessário apenas um módulo para formar um banco em micros equipados com processadores Pentium ou superiores.

Dentro de um banco, todos os módulos são acessados ao mesmo tempo, como se fossem um só. Por isso, é necessário que todos os módulos sejam capazes de responder aos chamados do controlador de memória sincronizadamente, como uma orquestra. A mínima falta de sincronia entre os módulos irá causar instabilidade no sistema, que poderá levar a travamentos. Por isso, é altamente recomendável que sejam utilizados sempre módulos idênticos dentro de um mesmo banco (mesma marca, mesma capacidade, mesmo tempo de acesso, etc.), de preferência comprados juntos.

Geralmente temos numa placa mãe, dois ou três bancos de memória, que são numerados a partir de 0 (banco 0, banco 1, banco 2, etc.). Não existe problema em usar módulos de memória diferentes em bancos diferentes. Você pode até mesmo misturar módulos de diferentes velocidades, de 70 e 60 nanos, por exemplo, desde que configure os tempos de espera no Setup para a velocidade do módulo mais lento.
Uma curiosidade é que algumas placas mãe para Pentium, podem trabalhar com apenas um módulo de 72 vias. Neste caso, a placa engana o processador, fazendo dois acessos de 32 bits consecutivos, e entregando os dados de uma só vez para o processador. Apesar de funcionar, este esquema reduz bastante a velocidade do micro, pois a velocidade de acesso à memória fica reduzida à metade.

Rom-Bios

BIOS, em computação Basic Input/Output System (Sistema Básico de Entrada/Saída). O termo é incorretamente conhecido como Basic Integrated Operating System (Sistema Operacional Básico Integrado) ou Built In Operating System (Sistema Operacional Interno). O BIOS é um programa de computador pré-gravado em memória permanente (firmware) executado por um computador quando ligado. Ele é responsável pelo suporte básico de acesso ao hardware, bem como por iniciar a carga do sistema operacional.

Memória cache

O que é memória cache?

Memória Cache é uma pequena quantidade de memória estática de alto desempenho, tendo por finalidade aumentar o desempenho do processador realizando uma busca antecipada na memória RAM.A taxa de acerto típica pode variar entre 80% e 99%, localizada entre a memória principal eo processador central

Banco de Dados

Conceitos Básicos

Segundo Korth, um banco de dados “é uma coleção de dados inter-relacionados, representando informações sobre um domínio específico”, ou seja, sempre que for possível agrupar informações que se relacionam e tratam de um mesmo assunto, posso dizer que tenho um banco de dados.

Podemos exemplificar situações clássicas como uma lista telefônica, um catálogo de CDs ou um sistema de controle de RH de uma empresa.

Já um sistema de gerenciamento de banco de dados (SGBD) é um software que possui recursos capazes de manipular as informações do banco de dados e interagir com o usuário. Exemplos de SGBDs são: Oracle, SQL Server, DB2, PostgreSQL, MySQL, o próprio Access ou Paradox, entre outros.

Por último, temos que conceituar um sistema de banco de dados como o conjunto de quatro componentes básicos: dados, hardware, software e usuários. Date conceituou que “sistema de bancos de dados pode ser considerado como uma sala de arquivos eletrônica”

O que é e qual a função de um desfragmentador

Desfragmentação de disco é o processo de consolidação de arquivos fragmentados no disco rígido do computador.

A fgragmentação ocorre ao longo do tempo à medida que você salva, altera ou exclui arquivos. As alterações que você salva para um arquivo são, com freqüência, armazenadas em um local no disco rígido diferente do arquivo original. Outras alterações são salvas em mais outros lugares. Com o tempo, tanto o arquivo quanto o disco em si se tornam fragmentados, e o computador fica mais lento por ter que procurar em muitos locais diferentes para abrir um arquivo.

O desfragmentador de Disco é uma ferramenta que reorganiza os dados no disco rígido e reune arquivos fragmentados para que o computador trabalhe de forma mais eficiente. Nesta versão do Windows, o Desfragmentador de Disco é executado por agendamento para que você não tenha que se lembrar de executá-lo, embora ainda seja possível executá-lo manualmente ou alterar o agendamento usado.

A importância dos AntiVírus

Os antivírus são programas de computador concebidos para prevenir, detectar e eliminar vírus e ameaças virtuais. É fundamental que além de escolher e selecionar um antivírus adequado, devemos estar sempre com o programa e as proteções atualizados. Hackers estão sempre ativos, criando novos vírus para prejudicar os milhares de usuários de internet. Estima-se que a cada mês surjam em torno de mil novos vírus, os quais estão presentes em instalações, e-mails, navegação web, downloads, links entre outros serviços.

De acordo com pesquisa realizada pela Symantec Brasil, 30% das pequenas e médias empresas brasileiras não têm antivírus. Das 70% restantes, uma grande parcela utiliza versões gratuitas de antivírus.

Esses números expõem a visão “distorcida” que as empresas Brasileiras têm sobre o uso desta importante ferramenta. Os principais motivos listados pelas empresas para a não adoção de antivírus ou a implantação de soluções gratuitas são:

• A empresa não possui registros de infecção;
• O uso de solução gratuita é a melhor solução;
• Não vê benefícios;
• Este é um custo desnecessário;
• Este produto não é para aplicação em nossa empresa.

Podemos listar algumas questões que são contrapontos para estas “verdades”:

• Como a empresa pode afirmar que não existem registros de infecção, se não possui ferramentas eficientes para efetuar esta medição?
• Antivírus gratuitos não são permitidos para aplicação em ambiente corporativo, sendo classificados como “pirataria”, e sujeitos às penalidades da legislação;
• Antivírus gratuitos não são recomendados para o ambiente corporativo, pois, possuem um baixo índice de detecção de ameaças e não possuem suporte;
• Em todos os testes feitos por organizações especializadas em segurança, os antivírus gratuitos entregam uma proteção muito menor aos seus usuários;

Alguns itens que podem ser evitados com a implantação de uma solução corporativa de antivírus são:

• Perda de produtividade;
• Lentidão na execução das atividades;
• Custos com suporte de T.I para desinfecção e reconfiguração do ambiente;
• Perda de competitividade;
• Perda ou roubo de informações;

Redes Locais

Conceitos Básicos

O que é uma rede local?

Uma Rede local, chamada também rede local de empresa (RLE) (ou em inglês LAN, local area network), é uma rede que permite interligar os computadores de uma empresa ou organização. Graças a este conceito, datado de 1970, os empregados de uma empresa têm à sua disposição um sistema que permite :

• trocar informações
• comunicar
• ter acesso a serviços diversos

Uma rede local liga geralmente computadores (ou recursos como impressoras) através de um suporte de transmissão telegráfico (pares entrançados ou cabos coaxiais na maior parte das vezes), num raio de uma centena de metros. Para além disso, consideramos que a rede faz parte de outra categoria de rede chamada MAN (metropolitan area network), na qual os apoios de transmissão são adaptados a distâncias maiores…

Os constituintes materiais de uma rede local

Uma rede local é constituída por computadores ligados por um conjunto de elementos materiais e de software. Os elementos materiais que permitem interligar os computadores são os seguintes :

• A placa de rede (às vezes chamada acoplador): trata-se de uma placa ligada à placa-mãe do computador
• O transceiver (chamado também adaptador): permite assegurar a transformação dos sinais que circulam no apoio físico, em sinais lógicos manipuláveis pela placa de rede,quer na emissão quer na recepção
• A tomada : trata-se do elemento que permite realizar a junção mecânica entre a placa de rede e o suporte físico
• O suporte físico de interconexão : é o suporte (geralmente telegráfico, isto é, sob a forma de cabo) que permite ligar os computadores entre eles. Os principais suportes físicos utilizados nas redes locais são os seguintes :
  • O cabo coaxial
  • O par entrançado
  • A fibra óptica