Manual de Conceitos de Hardware e Software de Computador

 

 

MANUAL DO CURSO DE LICENCIATURA EM Gestão de Sistemas de Informação

2º Ano Disciplina: Conceitos de hardware e software de computador Código: Total Horas/1o Semestre: Créditos (SNATCA): Número de Temas:

INSTITUTO SUPER

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

Direitos de autor (copyright) Este manual é propriedade do Instituto Superior de Ciências e Educação a Distância (ISCED), e contém reservados todos os direitos. É proibida a duplicação ou reprodução parcial ou total deste manual, sob quaisquer formas ou por quaisquer meios (electrónicos, mecânico, gravação, fotocópia ou outros), sem permissão expressa de entidade editora (Instituto Superior de Ciências e Educação a Distância (ISCED). A não observância do acima estipulado o infractor é passível a aplicação de processos judiciais judiciais em vigor no País.

Instituto Superior de Ciências e Educação a Distância (ISCED) Direcção Académica Rua Dr. Almeida Lacerda, No 212 Ponta - Gêa Beira - Moçambique Telefone: Telefon e: +258 23 323501 Cel: +258 82 3055839 Fax: 23323501 E-mail: [email protected] Website: www.isced.ac.mz Website:  www.isced.ac.mz

i

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

Agradecimentos O Instituto Superior de Ciências e Educação a Distância (ISCED) agradece a colaboração dos seguintes indivíduos e instituições na elaboração deste manual:  Autora

Nelta Niquice Niquice

Direcção Académica do ISCED

Coordenação

Instituto Superior de Ciências e Educação a Distância (ISCED)

Design Financiamento e Logística Revisão

Científica

e

Instituto Africano Africano de Promoção da Educação a Dist Distancia ancia (IAPED) XXXXX

Linguística  Ano de Publicação

2018

Local de Publicação

ISCED – ISCED  – BEIRA  BEIRA

ii

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

Índice Visão geral

1 

Benvindo ao Módulo de Conceitos de Hardware e Software de Computadores Computadores ......... ............ ... 1 Objectivos da Disciolina/Módulo ................................................................................... 1 Quem deveria estudar este módulo? ............................................................................. 1 Como está estruturado este módulo?............................................................................ 2 Ícones de actividade ...................................................................................................... 3 Habilidades de estudo ................................................................................................... 3 Precisa Prec isa de apoio? ............... ................................. .................................. ................................. ................................. ................................. ........................ .......5 Tarefas (avaliação e auto-avaliação) .............................................................................. 6 Avaliação Avali ação .............. ............................... .................................. .................................. ................................. ................................. ................................. ..................... ..... 6 TEMA I: ARQUITETURA DE COMPUTADORES COMPUTADORES

9 

Unidade 1.1. Introdução Introdução a Arquitetura de Comp Computadores. utadores. ................... ......... ................... .................. ................... ................ ...... 9 Unidade 1.2. Estrutura Estrutura da Memória Principal-Células e Endereços Endereços .................. ......... ................... ................... ........... 16 Unidade 1.3. Unida Unidade de Ce Central ntral d dee Proce Processamento ssamento .......... ................... ................... ................... .................. ................... ................. ....... 19 Unidade 1.4. Abordagem sobre Barramentos ....................................................................... 22 Unidade 1.5. Abordagem sobre Uniprocessadores e Multiproce Multiprocessadores ssadores ......... ................... ................... ........... 29 Unidade 1.6. EXRECÍCIOS INTEGRADOS das unidades deste tema......... .................. ................... ................... ............. .... 34 TEMA II: INTRODUÇÃO AOS DISPOSITIVOS PERIFÉRI PERIFÉRICOS COS

36

Unidade 2.1. Introdução aos Dispositivos Periféricos ........................................................... 36 Unidade 2.2. Tipos Tipos de Comunicaç Comunicação ão com os Dispositivos Dispositivos .......... ................... ................... ................... .................. ............... ...... 39 Unidade 2.5. EXRECÍCIOS INTEGRADOS das unidades deste tema ......... .................. ................... ................... ............. .... 58 TEMA III: CIRCUITOS LÓGICOS

61 61  

Unidade de Lógica Digital .............................................................................. 63 61 Unidade 3.1. 3.2. Conceitos Portas Lógicas .................................................................................................. Unidade 3.3. Descrição Algébrica Algébrica de Circuitos Lógicos .......... ................... ................... ................... ................... ................... ........... 65 Unidade 3.4. Implementação de circuitos utilizando Expressões Booleanas ........... .. ................... .............. .... 70 Unidade 3.5. Lógica Temporizada ......................................................................................... 70 Unidade 3.6. EXERCÍCIOS INTEGRADOS das unidades deste tema......... .................. ................... ................... ............. .... 83 TEMA IV: CIRCUITOS LÓGICOS

61 61  

Unidade 4.1. Introdução ao Gerenciamento Gerenciamento de Processos ......... .................. ................... ................... .................. ............... ...... 61 Unidade 4.2. Estrutura do Processo ...................................................................................... 63 Unidade 4.3. Estados do Processo ........................................................................................ 65 Unidade 4.4. Formas de Criação de Processos ...................................................................... 70 Unidade 4.5. EXERCÍCIOS INTEGRADOS das unidades deste tema ......... .................. ................... ................... ............. .... 70

iii

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

TEMA V: GERECIAMENTO GERECIAMENTO DE MEMÓRIA

61 61  

Unidade 5.1. Introdução à Memória ..................................................................................... 61 Unidade 5.2. Funções Básicas ............................................................................................... 63 Unidade 5.3. alocação Particionada ...................................................................................... 65 Uni Unidade dade 5.4. Swapp Swapping ing ................ .................................. .................................. ................................. ................................. ................................. ...................... ..... Unidade 5.5. EXERCÍCIOS INTEGRADOS das unidades deste tema ......... .................. ................... ................... ............. .... 70 70 TEMA VI: SISTEMAS DE ARQUIVOS

61 61  

Unidade 6.1. Introdução, aos Sistemas Sistemas de Arquivos ......... ................... ................... .................. ................... ................... ............... ...... 61 Unidade 6.2. Implementação de Arquivos ............................................................................ 63 Unidade 6.3. Directórios ....................................................................................................... 65 Unidade 6.4. EXERCÍCIOS INTEGRADOS das unidades deste tema ......... .................. ................... ................... ............. .... 70 TEMA VII: ARQITETURA DO MICROPROCE MICROPROCESSADOR SSADOR INTEL

86 86  

Unidade 7.1 Arquitetura do Microprocessador INTEl .......... ................... ................... ................... ................... ................... ........... 86 Unidade 7.2. O Microprocessador INTEL 8080 ......... .................. ................... .................. .................. ................... ................... .............. .... 93 Unidade 7.3. EXERCÍCIOS INTEGRADOS das unidades deste tema......... .................. ................... ................... ........... .. 100 TEMA VIII: INTRODUÇÃO AO SOFTWARE LIVRE

102   102

Unidade 8.1. Introdução ao Software Livre ......................................................................... 102 Unidade 8.2. Principais Software Livres ......... ................... ................... .................. ................... ................... .................. ................... ............ .. 103 Unidade 8.3. 8.3. Principais tipos de LLicenças icenças de Software Livre Livress ........ .................. ................... .................. .................. ......... 108 Unidade 8.5. EXERCÍCIOS INTEGRADOS das unidades deste tema ...................................... 121

iv

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

Visão geral Benvindo à Disciplina/Módulo de Conceito de hardware e software de computador Objectivos do Módulo Ao terminar o estudo deste módulo de Conceito de hardware e software de computador deverá ser capaz de: Descrever as características caracterí sticas funcionais das partes do computador, Compreender a estrutura interna de cada elemento de computador e Conhecer a tendência evolutiva das arquiteturas dos computadores.   Entender a arquitetura de um computador. c omputador.

▪

  Analisar diferente software incluindo comerciais e open Soure.

▪

Objectivos Específicos

  Selecion Selecionar ar um hardware de computador e software adequados

▪

para um determinado contexto;

Quem deveria estudar este módulo Este Módulo foi concebido para estudantes do 2º ano do curso de licenciatura em Gestão de Sistemas de Informação do ISCED. Poderá ocorrer, contudo, que haja leitores que queiram se actualizar e consolidar seus conhecimentos nessa disciplina, esses serão bem-vindos, não sendo necessário para tal se inscrever. Mas poderá adquirir o manual.

1

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

Como está estruturado este módulo Este módulo de Conceito de hardware e software de computador, para estudantes do 2º ano do curso de licenciatura em Gestão de Sistemas de Informação, à semelhança dos restantes do ISCED, está estruturado como se segue: Páginas introdutórias   Um índice completo. índice completo.

▪

▪

  Uma visão geral detalhada  detalhada  dos conteúdos do módulo, resumindo os aspectos-chave que você precisa conhecer para melhor estudar. Recomendamos Recomendamos vivamente que leia esta secção com atenção antes de começar o seu estudo, como componente de habilidades de estudos.

Conteúdo desta Disciplina/módulo Este módulo está estruturado em Temas. Cada tema, por sua vez comporta certo número de unidades temáticas ou simplesmente unidades. Cada unidade temática se caracteriza por conter uma introdução,, objectivos introdução objectivos,, conteúdos conteúdos.. No final de cada  cada  unidade temática ou do próprio tema, são incorporados antes o sumário, exercícios de auto-avaliação, só depois é que aparecem os exercícios de avaliação. Os exercícios de avaliação têm as seguintes características: Puros exercícios teóricos/Práticos, Problemas não resolvidos e actividades práticas, incluído estudo de caso.  caso.   Outros recursos A equipa dos académicos e pedagogos do ISCED, pensando em si, num cantinho, recôndito deste nosso vasto Moçambique e cheio de de dúvidas e limitações no seu processo de aprendizagem, apresenta uma lista de recursos didácticos adicionais ao seu módulo para você explorar. Para tal o ISCED disponibiliza na biblioteca do seu centro de recursos mais material de estudos relacionado com o seu curso como: Livros e/ou módulos, CD, CD-ROOM, DVD. Para além deste material físico ou electrónico disponível na biblioteca, pode ter acesso a Plataforma digital moodle para alargar mais ainda as possibilidadess dos seus estudos. possibilidade

2

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

Auto-avaliação e Tarefas de avaliação Tarefas de auto-avaliação auto-avaliação para  para este módulo encontram-se no final de cada unidade temática e de cada tema. As tarefas dos exercícios de auto-avaliação apresentam duas características: primeiro apresentam exercícios resolvidos com detalhes. Segundo, exercícios exercíci os que mostram apenas respostas. Tarefas de avaliação avaliação devem  devem ser semelhantes às de auto-avaliação mas sem mostrar os passos e devem obedecer o grau crescente de dificuldades do processo de aprendizagem, umas a seguir a outras. Parte das terefas de avaliação será objecto dos trabalhos de campo a serem entregues aos tutores/docentes para efeitos de correcção e subsequentemente nota. Também constará do exame do fim do módulo. Pelo que, caro estudante, fazer todos os exercícios de avaliação é uma grande vantagem.  vantagem.  Comentários e sugestões Use este espaço para dar sugestões valiosas, sobre determinados aspectos, quer de natureza científica, quer de natureza didácticoPedagógica, etc, sobre como deveriam ser ou estar apresentadas. Pode ser que graças as suas observações que, em gozo de confiança, classificamo-las classificamo-las de úteis, o próximo módulo mó dulo venha a ser melhorado.

Ícones de actividade Ao longo deste manual irá encontrar uma série de ícones nas margens das folhas. Estes ícones servem para identifica identificarr diferentes partes do processo de aprendizagem. Podem indicar uma parcela específica de texto, uma nova actividade ou tarefa, uma mudança de actividade, etc. Habilidades de estudo O principal objectivo objectivo   deste campo é o de ensinar aprender a aprender.. Aprender aprende-se. aprender Durante a formação e desenvolvimento de competências, para facilitar a aprendizagem e alcançar melhores resultados, implicará empenho, dedicação e disciplina no estudo. Isto é, os bons resultados apenas se conseguem com estratégias eficientes e eficazes. Por isso é importante saber como, onde e quando estudar. quando estudar. Apresentamos algumas sugestões com as quais esperamos que caro

3

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

estudante possa rentabilizar o tempo dedicado aos estudos, procedendo como se segue: 1º Praticar a leitura. Aprender a Distância exige alto domínio de leitura. 2º Fazer leitura diagonal aos conteúdos (leitura corrida). 3º Voltar a fazer leitura, desta vez para a compreensão e assimilação crítica dos conteúdos (ESTUDAR). 4º Fazer seminário (debate em grupos), para comprovar se a sua aprendizagem confere confere ou não com a dos colegas e com o padrão. 5º Fazer TC (Trabalho de Campo), algumas actividades práticas ou as de estudo de caso se existirem. IMPORTANTE: Em observância ao triângulo modo-espaço-tempo modo-espaço-tempo,, respectivamente como, onde e quando  quando...estudar, ...estudar, como foi referido no início deste item, antes de organizar os seus momentos de estudo reflicta sobre o ambiente de estudo que seria ideal para si: Estudo melhor em casa/biblioteca/café/outro lugar? Estudo melhor à noite/de manhã/de tarde/fins-de-semana/ao longo da semana? Estude melhor com música/num sítio sossegado/num sítio barulhento!? Preciso de intervalo em cada 30 minutos, em cada hora, etc. É impossível estudar numa noite tudo o que devia ter sido estudado durante um determinado período de tempo; Deve estudar cada ponto da matéria em profundidade e passar só ao seguinte quando achar que já domina bem o anterior. Privilegia-se saber bem (com profundidade) o pouco que puder ler e estudar, que saber tudo superficialmente! Mas a melhor opção é  juntar o útil ao agra agradável: dável: Saber com profundidade to todos dos conteúdos conteúdos de cada tema, no módulo. Dica importante: não recomendamos estudar seguidamente por tempo superior a uma hora. Estudar por tempo de uma hora intercalado por 10 (dez) a 15 (quinze) minutos de descanso (chamase descanso à mudança de actividades). Ou seja que durante o intervalo não se continuar a tratar dos mesmos assuntos das actividades obrigatórias.

4

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

Uma longa exposição aos estudos ou ao trabalho intelectual obrigatório pode conduzir ao efeito contrário: baixar o rendimento da aprendizagem. Por que o estudante acumula um elevado volume de trabalho, em termos de estudos, em pouco tempo, criando interferência entre os conhecimentos, perde sequência lógica, por fim ao perceber que estuda tanto mas não aprende, cai em insegurança, depressão e desespero, por se achar injustamente incapaz! Não estude na última da hora; quando se trate de fazer alguma avaliação. Aprenda a ser estudante de facto (aquele que estuda sistematicamente), não estudar apenas para responder a questões de alguma avaliação, mas sim estude para a vida, sobre tudo, estude pensando na sua utilidade como futuro profissional, na área em que está a se formar. Organize na sua agenda um horário onde define a que horas e que matérias deve estudar durante a semana; Face ao tempo livre que resta, deve decidir como o utilizar produtivamente, decidindo quanto tempo será dedicado ao estudo e a outras o utras actividades. É importante identificar as ideias principais de um texto, pois será uma necessidade para o estudo das diversas matérias que compõem o curso: A colocação de notas nas margens pode ajudar a estruturar a matéria de modo que seja mais fácil identificar as partes que está a estudar e Pode escrever conclusões, exemplos, vantagens, definições, datas, nomes, pode também utilizar a margem para colocar comentários seus relacionados com o que está a ler; a melhor altura para sublinhar é imediatamente a seguir à compreensão do texto e não depois de uma primeira leitura; Utilizar o dicionário sempre que surja um conceito cujo significado não conhece ou não lhe é familiar; Precisa de apoio? Caro estudante, temos a certeza que por uma ou por outra razão, o material de estudos impresso, lhe pode suscitar algumas dúvidas como falta de clareza, alguns erros de concordância, prováveis erros ortográficos, falta de clareza, fraca visibilidade, página trocada ou invertidas, etc). Nestes casos, contacte os serviços de atendimento e apoio ao estudante do seu Centro de Recursos (CR), via telefone, sms, E-mail, se tiver tempo, escreva mesmo uma carta participando a preocupação.

5

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

Uma das atribuições dos Gestores dos CR e seus assistentes (Pedagógico e Administrativo), é a de monitorar e garantir a sua aprendizagem com qualidade e sucesso. Dai a relevância da comunicação no Ensino a Distância (EAD), onde o recurso as TIC se torna incontornável: entre estudantes, estudante – estudante – Tutor,  Tutor, estudante  – CR,  – CR, etc. As sessões presenciais são um momento em que você caro estudante, tem a oportunidade de interagir fisicamente com staff do seu CR, com tutores ou com parte da equipa central do ISCED indigitada para acompanhar as suas sessões presenciais. Neste período pode apresentar dúvidas, tratar assuntos de natureza pedagógica e/ou administrativa. O estudo em grupo, que está estimado para ocupar cerca de 30% do tempo de estudos a distância, é muita importância, na medida em que lhe permite situar, em termos do grau de aprendizagem com relação aos outros colegas. Desta maneira ficará a saber se precisa de apoio ou precisa de apoiar aos colegas. Desenvolver hábito de debater assuntos relacionados com os conteúdos programáticos, constantes nos diferentes temas e unidade temática, no módulo. Tarefas (avaliação e auto-avaliação) O estudante deve realizar todas as tarefas (exercícios, actividades e auto−avaliação), contudo nem todas deverão ser entregues, mas é importante que sejam realizadas. As tarefas devem ser entregues duas semanas antes das sessões presenciai presenciaiss seguintes. Para cada tarefa serão estabelecidos prazos de entrega, e o não cumprimento dos prazos de entrega, implica a não classificação do estudante. Tenha sempre presente que a nota dos trabalhos de campo conta e é decisiva para ser admitido ao exame final da disciplina/módulo. Os trabalhos devem ser entregues ao Centro de Recursos (CR) e os mesmos devem ser dirigidos ao tutor/docente. Podem ser utilizadas diferentes fontes e materiais de pesquisa, contudo os mesmos devem ser devidamente referenciados, respeitando os direitos do autor. O plágio1 é uma violação do direito intelectual do(s) autor(es). Uma transcrição transcriç ão à letra de mais de 8 (oito) palavras do testo de um autor, sem o citar é considerado plágio. A honestidade, humildade 1

 Plágio - copiar ou assinar parcial ou totalmente uma obra literária, propriedade intelectual de outras pessoas, sem prévia autorização.

6

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

científica e o respeito pelos direitos autorais devem caracterizar a realização dos trabalhos e seu autor (estudante do ISCED). Avaliação Muitos perguntam: Com é possível avaliar estudantes à distância, estando eles fisicamente separados e muito distantes do docente/tutor! docente/tuto r! Nós dissemos: Sim é muito possível, talvez seja uma avaliação mais fiável e consistente. Você será avaliado durante os estudos à distância que contam com um mínimo de 90% do total de tempo que precisa de estudar os conteúdos do seu módulo. Quando o tempo de contacto presencial conta com um máximo de 10%) do total de tempo do módulo. A avaliação do estudante consta detalhada do regulamentado de avaliação. Os trabalhos de campo por si realizados, durante estudos e aprendizagem campo, pesam 25% e servem para a nota de frequência parano ir aos exames. Os exames são realizados no final da cadeira disciplina ou modulo e decorrem durante as sessões presenciais. Os exames pesam no mínimo 75%, o que adicionado aos 25% da média de frequência, determinam a nota final com a qual o estudante conclui a cadeira. A nota de 10 (dez) valores é a nota mínima de conclusão da cadeira. Nesta cadeira o estudante deverá realizar pelo menos 2 (dois) trabalhos e 1 (um) (exame). Algumas actividades práticas, relatórios e reflexões serão utilizados como ferramentas de avaliação formativa. Durante a realização das avaliações, os estudantes devem ter em consideração a apresentação, a coerência textual, o grau de cientificidade, a forma de conclusão dos assuntos, as recomendações, a identificação das referências bibliográficas utilizadas, o respeito pelos direitos do autor, entre outros. Os objectivos e critérios de avaliação constam do Regulamento de Avaliação.

7

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

TEMA  – 1: ARQUITECTUR ARQUITECTURA A DE COMPUTADORE COMPUTADORES. S. UNIDADE Temática 1.1. 1.1. Introdução a Arquitectura de Computadores. UNIDADE Temática 1.2. Temática 1.2. Estrutura da Memória Principal-Células e Endereços. UNIDADE Temática 1.3. Temática 1.3. Unidade Central de Processamento. UNIDADE Temática 1.4. Temática 1.4. Abordagem sobre Barramentos. UNIDADE Temática 1.5. Temática 1.5. Abordagem sobre Uniprocessadores e Multiprocessadores UNIDADE Temática 1.6. Temática 1.6. EXERCÍCIOS deste tema Ao completar esta unidade, você deverá ser capaz de:   Descrever a Arquitectura de Computadores.

▪

Objectivos específicos

  Mostrar como a memória guarda e recupera a informação no computador.

▪

Bem como mostrar a importância que a Unidade Central de Processamento exerce no computador   Descrever Descrever os  os diversos tipos de comunicação de Barramento de dados, mais

▪

também classificar os sistemas de computação tendo em conta o número de processadores processador es utilizados.

UNIDADE Temática 1.1. Arquictetura dos Computadores

A arquitetura básica de um computador moderno segue ainda de forma geral os conceitos estabelecidos pelo Professor da Universidade de Princeton, John Von Neumann  Neumann  (1903-1957). Von Neumann  Neumann  propôs construir computadores que: 1. Codificassem Cod ificassem instruções que pudessem ser armazenadas na memória e sugeriu que usassem cadeias de uns e zeros (binário) para codificá-los; 2. Armazenassem na memória as instruções e todas as informações que fossem necessárias para a execução da tarefa desejada; 3. Ao processarem o programa, as instruções fossem buscadas diretamente na memória.

9

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

  Memória Principal

Dispositivos de Entrada e Saída

UC

ULA

DMA – deixa a Ucp disponível para outro processamento em paralelo troca de informações (dados ou intruções) -fluxo bidirecional Sinais de controle – fluxo unidirecional (da UCP para os demais dispositivos

 

Figura 1-1: Diagrama Bloco dos Computadores Toda a lógica dos computadores é construída a partir de chaves liga / desliga. Inicialmente foram usadas chaves mecânicas, depois relês eletromecânicos eletromecâ nicos construído por Konrad Zuse em Zuse em 1941 e o MARK MARK   1 de Howard Aiken em Aiken em 1944 (capazes de executar até 5 chaveamentos por segundo). Posteriormente, foram substituídos pelas válvulas no ENIAC em 1946 (capazes de 100.000 chaveamentos por segundo), e finalmente pelos transístores (semicondutores) inventados em Stanford

em

1947.

Os

circuitos

integrados

(ou

CI's)

são

encapsulamentos encapsulame ntos compactos (LSI - La Large rge Scale Integration e VLSI - Very Large Scale Integration) de circuitos constituídos de minúsculos transístores. 1.1.1 Unidade Central de Processamento A Unidade Central de Processamento é a responsável pelo processamento e execução de programas armazenados na MP. Funções: Executar instruções instruções - realizar aquilo que a instrução determina e realizar o controle das operações no computador. a) Unidade Lógica e Aritmética (ULA) - responsável pela realização das operações lógicas (E, OU, etc) e aritmétic aritméticas as (somar, etc). b) Unidade de Controle (UC) - envia sinais de controle para toda a máquina, de forma que todos os circuitos c ircuitos e dispositivos funcionem

10

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

adequada e sincronizadamen si ncronizadamente. te. 1.1.2. Memória Principal (MP) A Memória Principal tem por finalidade armazenar toda a informação que é manipulada pelo computador, programas e dados. Para que um programa possa ser manipulado pela máquina, ele primeiro precisa estar armazenado na memória principal. Os circuitos da Memória Principal não são combinatórios, ele tem capacidade de armazenar bits. Os circuitos usados são do tipo "flip-flop", que serão vistos em sistemas operacionais. Tem por finalidade permitir a comunicação entre o usuário e o computador. Para executar um programa, bastaria UCP e MP; no entanto, sem os dispositivos de E/S não haveria a comunicação entre o usuário e o computador. No processamento automático de dados os programas são armazenados na MP e a UCP é capaz de executar um processamento inteiro sem a intervenção do usuário, mesmo que haja vários desvios no programa. Passos:   Armazenar o programa na MP;

▪

  Indicar à UCP onde o programa está armazenado. Estas

▪

operaçõess são realizadas operaçõe realizadas pelo SISTEMA OPERACIONAL:

11

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

Apl icat ivo A

Apl icat ivo B

Gerenciamento de Processos

Gerenciamento de Memória

Apl icat ivo C

E/S Arquivos

E/S Dispositivos

Drivers de dispositi dispositivos vos

Hardware

 

Figura 1-2: Sistema básico de um  um  Sistema Operaciona Operacionall 1.1.3. Sincronização de Operação do Sistema S istema Imagine um barco a remo em uma competição, em que a plena velocidade e direção somente é atingida porque todos os remadores fazem seus movimentos de forma coordenada, regidos por um "patrão” "patrão ” geralmente o timoneiro que indica o ritmo das remadas. Imagine uma outra analogia: o final do intervalo de um espetáculo é sinalizado por uma campainha, indicando que os espectadores devem dirigir-se aos seus lugares para o próximo ato. Alguns instantes depois, tocará uma outra campainha, indicando que terminou o intervalo e que o espetáculo vai recomeçar, entendendo-se que os espectadores já devem estar todos sentados em seus lugares, prontos para o próximo ato. Nestes dois exemplos, aparece a necessidade de um elemento externo que fica responsável pela coordenação dos tempos entre diferentes componentes de um sistema, que se comportam de acordo com suas respectivas leis próprias e com tempos próprios, permitindo que suas atividades interrelacionadas interrelacionadas sejam SINCRONIZADAS de forma a poder realizar um trabalho em conjunto. As diversas partes de um computador comportam-se aproximadamente desta forma: instruções 12

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

e dados, após sofrerem algum processamento em um determinado componente, devem trafegar para o próximo estágio de processamento (através de condutores, um barramento ou um cabo), de forma a estarem lá a tempo de serem processados. O computador envia a todos t odos os seus componentes um sinal elétrico regular o pulso de "clock” "clock ” que  que  fornece uma referência referência de tempo para todas as atividades e permite o sincronismo das operações internas. O pulso de clock indica que um ciclo (ou um estado) terminou, significando que o processamento deste ciclo está terminado e um outro ciclo se inicia, determinando a alguns circuitos que iniciem a transferência dos dados nele contidos (abrindo a porta lógica para os próximos estágios) e a outros que recebam os dados e executem seu processamento. O clock é um pulso alternado de sinais de tensão alta ("high") e baixa ("low"), gerado pelos circuitos de relógio (composto de um cristal oscilador e circuitos auxiliares). 1.1.4. Tecnologias das memórias As primeiras tecnologias utilizadas em memórias foram as memórias de núcleos magnéticos, hoje apenas uma curiosidade. As memórias modernas são compostas por circuitos semicondutores, com novas tecnologias sendo criadas a cada ano permitindo que grandes quantidadess de células de memória sejam encapsuladas em pequenas quantidade pastilhas. 1.1.5. Hierarquia da memória A MP não é o único dispositivo de armazenamento de um computador. Em função de características como tempo de acesso, capacidade de armazenamento, custo, etc., podemos estabelecer uma hierarquia de dispositivos de armazenamento em computadores.

13

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

Tipo

Capacidad Velocidad e

Registad or Memória Cache Memória principal Memória

e

Custo

Muito

Muit

alta

o alto

Alta

Alto

Bytes

Kbytes

Mbytes

Média

Gbytes

Baixa

Médi o

baixo

Localizaçã

Volatilida

o

de

UCP

Volátil

UCP/placa

Volátil

Placa

Volátil

Exerna

Não Volátil

Auxiliar A UCP vê nesta ordem e acessa primeiro a que estiver mais próxima. Subindo na hierarquia, quanto mais próximo da UCP, maior velocidade, maior custo, porém menor capacidade de armazenamento. 1.1.6. Controle de Memória A Memória Principal é a parte do computador onde programas e dados são armazenados para processamento. A informação permanece na memória principal apenas enquanto for necessário para seu emprego pela UCP, sendo então a área de MP ocupada pela informação pode ser liberada para ser posteriormente sobre gravada por outra informação. Quem controla a utilização da memória principal é o Sistema Operacional. 1.1.7. Registradores Registradores são dispositivos de armazenamento temporário, localizados na UCP, extremamente rápidos, com capacidade para apenas um dado (uma palavra). Devido a sua tecnologia de construção e por estar localizado como parte da própria pastilha ("chip") da UCP, é

14

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

muito caro. O conceito de registrador surgiu da necessidade da UCP de armazenar temporariamente dados intermediários durante um processamento.. Por exemplo, quando um dado rresultado processamento esultado de operação precisa ser armazenado armazenado até que o resultado de uma busca da memória esteja disponível para com ele realizar uma nova operação. Máquinas de Sistemas com conjunto de instruções reduzido (Reduced Instruction Set Computers - RISC) são geralmente construídas com um grande conjunto de registadores de forma a trazer os dados para o mais próximo possível da UCP, de forma a que o programa opere sempre sobre dados que estão em registradores. Registradores são VOLÁTEIS, isto é, dependem de estar energizados para manter armazenado seu conteúdo 1.1.8. Memória Cache Com o desenvolvimento da tecnologia de construção da UCP, as velocidades foram ficando muito mais altas que as das memórias, que não tiveram a mesma evolução de velocidade (o aperfeiçoamento das memórias se deu mais no fator capacidade). Desta forma, os tempos de acesso às memórias foram ficando insatisfatórios insatisfatórios e a UCP ao buscar um dado na memória precisa ficar esperando muitos ciclos até que a memória retorne o dado buscado ("wait states"), configurando um gargalo ("bottleneck") ao desempenho do sistema. Por esse motivo, desenvolveram-se outras arquiteturas de memória privilegiando a velocidade de acesso. A arquitetura da memória cache é muito diferente da arquitetura arquitetura da memória principal e o acesso a ela é muitas vezes mais rápido (por exemplo: 5 ns contra 70 ns). No entanto, o custo de fabricação da memória cache é muito maior que o da MP. Desta forma, não é econômico construir um computador somente com tecnologia de memória cache. Criou-se então um artifício, incorporando-se ao computador uma pequena porção de memória

15

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

cache, localizada entre a UCP e a MP, e que q ue funciona como um espelho de parte da MP. Desenvolveram-se ainda algoritmos que fazem com que, a cada momento, a memória cache armazene a porção de código ou dados (por exemplo, uma sub-rotina) que estão sendo usados pelas UCP. Esta transferência (MP Cache) é feita pelo hardware: ela independente do software, que ignora se existe ou não memória cache, portanto ignora essa transferência; transferência; nem o p programador rogramador nem o sistema operacional têm que se preocupar com ela. A memória cache opera em função de um princípio p rincípio estatístico comprovado: em geral, os programas tendem a referenciar várias vezes pequenos trechos de programas, como loops, sub-rotinas, funções e só tem sentido porque programas executados linearmente, sequencialmente, sequencialmente, ssão ão raros. Desta forma, algoritmos (chamados algoritmos de cache) podem controlar qual parte do código ficará copiado na cache, a cada momento. Quando a MP busca um determinado trecho de código e o encontra na cache, dá-se dá-se um "cache hit”, enquanto se o dado não estiver presente na cache será necessário requisitar o mesmo à MP, acarretando atraso no processamento e dá-se um "cache miss" ou "cache fault". O índice de cache hit ou taxa de acerto da cache é geralmente acima de 90%. Memórias cache também são VOLÁTEIS, isto é, dependem de estar energizadas para manter gravado seu conteúdo. 1.1.9. Memórias Auxiliares Memórias auxiliares resolvem problemas de armazenamento de grandes quantidades de informações. A capacidade da MP é limitada pelo seu relativamente alto custo, enquanto as memórias auxiliares têm maior capacidade e menor custo; portanto, o custo por po r bit armazenado é muito menor. Outra vantagem importante é que as memórias auxiliares não são VOLÁTEIS, isto é, não dependem de estar energizadas para manter gravado seu conteúdo. Os principais dispositivos de memória auxiliar são: discos rígidos (ou HD), drives de disquete, 16

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

unidades de fita, CD-ROM, DVD, unidades ótico-magnéticas, etc. OBS.: Cache de disco não é a mesma tecnologia da memória cache. Trata-se do emprego do mesmo conceito da memória cache, para acelerar a transferência transferênc ia de dados entre disco, MP e UCP, usando um programa (um software, por exemplo: SmartDrive) para manter um espelho do conteúdo de parte do disco (a mais provável de ser requisitada a seguir pela UCP gravado em uma parte da Memória Principal. Recentemente, as unidades de disco passaram a incorporar em sua interface chips de memória tipicamente 32 a 64 Kbytes para acelerar a transferência de dados, utilizando um algoritmo de cache.

UNIDADE Temática 1.2. Estrutua da Memória principal – principal – Células  Células e Endereços

A memória precisa ter uma organização que permita ao computador guardar e recuperar informações quando necessário. Não teria nenhum sentido armazenar informações que não fosse possível recuperar depois. Portanto, não basta transferir informações para a memória. É preciso ter como encontrar essa informação mais tarde, quando ela for necessária, e para isso é preciso haver um mecanismo que registre exactamente onde a informação foi armazenada (lembrando a nossa analogia com o computador hipotético, imagine encontrar uma informação guardada ao acaso, se nosso caninho tivesse 1 milhão de compartimentos). Célula   é a unidade de armazenamento do computador. A memória Célula principal é organizada em células. Célula é a menor unidade da memória que pode ser endereçada (não é possível buscar uma "parte" da célula) e tem um tamanho fixo (para cada máquina). As memórias são compostas de um determinado número de células ou posições. Cada

17

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

célula é composta de um determinado determinado número de bits. Todas as células de um dado computador têm o mesmo tamanho, isto é, todas as células daquele computador terão o mesmo número de bits. Cada célula é identificada por um endereço único, pela qual é referenciada pelo sistema e pelos programas. As células são numeradas sequencialmente, uma a uma, de 0 a (N-1), chamado o endereço da célula. Endereço é o localizador da célula, que permite pe rmite identificar univocamente uma célula. Assim, cada célula pode ser identificada pelo seu endereço. Unidade de transferência é a quantidade de bits que é transferida da memória em uma única operação de leitura ou transferida para a memória em uma única operação de escrita. O tamanho da célula poderia ser igual ao da palavra, e também à unidade de transferência, porém por razões técnicas e de custo, são frequentemente diferentes. OBS.: Uma célula não significa o mesmo que uma palavra; uma célula não necessariamente contém uma palavra. Palavra é a unidade de processamento da UCP. Uma palavra deve representar um dado ou uma instrução, que poderia ser processada, armazenada ou transferida em uma única operação. No entanto, em geral não é assim que acontece e os computadores comerciais não seguem um padrão único para a organização da UCP e MP. Computadores comerciais (tais como por exemplo os baseados nos processadores Intel 486) podem ter o tamanho da palavra definido como de 32 bits, porém sua estrutura de memória tem células de 16 bits. A estrutura da memória principal é um problema do projeto de hardware:   Mais endereços com células menores ou;

▪

  Menos endereços com células maiores?

▪

O tamanho mais comum de célula era 8 bits (1 byte); hoje já são comuns células contendo vários bytes. 18

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

Estrutura da MP   s   o   ç   e   r   e    d   n   e      N

0 1 2 3

N-1

. . .  

Figura 1-3: Estrutura da Memória principal Número de bits para representar um endereço expressão geral: MP com endereços endereços de 0 a (N (N-1) -1) N = 2x logo: x = log2 N sendo x = nº de bits para representar um endereço e N o número de endereços. e ndereços. Capacidade da Memória Principal A capacidade da MP em bits é igual ao produto do nº de células pelo total de bits por célula. T=NxM T = capacidade da memória em bits N = nº de endereços (como vimos anteriormente, N=2x sendo x = nº de bits do endereço) M = nº de bits de cada célula Para encontrar a capacidade em bytes, bastaria encontrar a capacidade em bits e depois multiplicar por 8 (cada byte contém 8 bits) ou então converter o tamanho da célula para bytes e depois multiplicar pelo número de células. O último endereço na memória é o endereço N-1 (os endereços começam em zero e vão até N-1). Terminologia   CÉLULA DE MEMÓRIA - (Flip-flop, armazenam um único bit);

▪

19

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

  PALAVRA DE MEMÓRIA - (Um grupo de células, normalmente 4

▪

a 64 bits);   CAPACIDADE - 1K = 1024, 1M = 1.048.576 - (2K x 8 = 2048 x 8 =

▪

16384 bits);   ENDEREÇO - Identifica a posição de uma palavra na memória.

▪

  OPERAÇÃO DE LEITURA - Também chamada de “busca” na

▪

memória.   OPERAÇÃO

▪

DE

ESCRITA

-

Também

chamada

de

“armazenamento”.   “armazenamento”.   TEMPO DE ACESSO - Quantidade de tempo necessária à busca

▪

ou armazenamento.   MEMÓRIA VOLÁTIL - Necessitam de energia elétrica para reter

▪

a informação armazenada.   MEMÓRIA DE ACESSO RANDÔMICO (RAM) - O tempo de acesso

▪

é constante para qualquer endereço da memória.   MEMÓRIA DE ACESSO SEQUENCIAL (SAM) - O tempo de acesso

▪

não é constante, mas depende do endereço. Ex: fitas magnéticas.   EMÓRIA DE LEITURA/ESCRITA (RWM) - Qualquer memória que

▪

possa ser lida ou escrita com igual facilidade.   MEMÓRIA DE LEITURA (ROM) - Uma classe de memórias a

▪

semicondutor projetadas para aplicações onde a taxa de operações de leitura é infinitamente mais alta do que as de escrita. São não-voláteis.   DISPOSITIVOS DE MEMÓRIA ESTÁTICA - Enquanto houver

▪

energia elétrica aplicada, não há necessidade de rescrever a informação.

20

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

  DISPOSITIVOS DE MEMÓRIA DINÂMICA - Necessitam de recarga

▪

(Refresh).   MEMÓRIA PRINCIPAL (INTERNA) - É a mais rápida do sistema.

▪

(Instruções e dados).   MEMÓRIA DE MASSA - É mais lenta que a principal. Grande

▪

capacidadee de armazenamento capacidad

UNIDADE Temática 1.3. Unidade Central de Processamento

A Unidade Central de Processamento - UCP (em inglês, Central Processing Unity - CPU) é a responsável pelo processamento e execução dos programas armazenados na MP. As funções da UCP são: executar as instruções e controlar as operações no computador. A UCP é composta de duas partes: Unidade Aritmética e Lógica e Unidade de Controle. 1.3.1. Unidade Aritmética e Lógica Tem por função a efetiva execução das instruções.

ACC

UAL

REGs

Barramento Interno

Barramento de Control C ontrolee Diagrama Esquemático da UAL

Unidade de Controle

  Figura 1-4: Unidade Aritmética e Lógica  Lógica 

21

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

1.3.2. Unidade de Controle Tem por funções a busca, interpretação e controle de execução das instruções, e o controle dos demais componentes do computador. A seguir é apresentado o diagrama esquemático de uma UCP.

Figura 1-5: Diagrama esquemático de uma Unidade de processamento e Controle (UCP)  (UCP)  1.3.2.1. Registradores Importantes na UCP   Na UC - Contador de Instruções - CI (em inglês: PC - Program

▪

Counter) - armazena o endereço da próxima instrução a ser executada tem sempre o mesmo tamanho do REM.   Na UC - Registrador de Instrução - RI (em inglês: IR - Instruction

▪

Register) - armazena a instrução a ser executada.   Na UAL  – Acumulador  – Acumulador - ACC (em inglês: ACC - Accumulator) -

▪

armazena os dados (de entrada e resultados) para as operações na UAL; o acumulador é um dos principais elementos que

22

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

definem o tamanho da palavra do computador onde o tamanho da palavra é igual ao tamanho do acumulador. 1.3.2.2. Instruções Para que um programa possa ser executado por um computador, ele precisa ser constituído de uma série de instruções de máquina e estar armazenado em células sucessivas na memória principal. A UCP é responsável pela execução execução das instruções que estão na memória. Quem executa um programa é o hardware e o que ele espera encontrar é um programa em linguagem de máquina (uma sequência de instruções de máquina em código binário). A linguagem de máquina é composta de códigos binários, representando instruções, endereços e dados e está totalmente vinculada ao conjunto ("set") de instruções da máquina. Um ser humano usa seu conhecimento e inteligência para traduzir uma tarefa complexa (tal como, por exemplo, a tarefa de buscar uma pasta num arquivo) numa série de passos elementares (identificarr o móvel e gaveta onde está a pasta, andar até o móvel, abrir (identifica a gaveta, encontrar a pasta, retirar a pasta e fechar a gaveta). Para o computador, uma instrução precisa ser detalhada, dividida em pequenas etapas de operações, que são dependentes do conjunto de instruções do computador e individualmente executáveis. executáveis. Fazendo um paralelo com linguagens de alto nível, o programa elaborado pelo programador (o código-fonte, composto de instruções complexas) precisa ser "traduzido" em pequenas operações elementares (primitivas) executáveis pelo hardware. Cada uma das instruções tem um código binário associado, que é o código da operação.

23

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

UNIDADE Temática 1.4. Abordagem sobre Barramentos

Um barramento (Bus), nada mais é do que um caminho comum pelo qual os dados trafegam dentro do computador. Este caminho é usado para comunicações e pode ser estabelecido entre dois ou mais elementos do computador. O tamanho de um barramento é importante pois ele determina quantos dados podem ser transmitidos em uma única vez. Por exemplo, um barramento de 16 bits pode transmitir 16 bits de dado, e um barramento de 32 bits pode transmitir 32 bits de dados a cada vez. Todo barramento tem uma velocidade medida em MHz. Um barramento rápido permite transmitir dados rapidamente, que tornam as aplicações mais rápidas. Um PC tem muitos tipos de barramentos, que incluem: 1.4.1. Barramento do Processador O barramento do processador é o caminho de comunicação entre a CPU e o chipset (chips de suporte adjacentes contidos na placa mãe). Este barramento é usado para transferir dados entre a CPU e o barramento principal do sistema, de modo a conseguir informações para e da CPU á uma velocidade muito rápida, este barramento opera de forma muito mais rápida que qualquer outro tipo de barramento no computador. Neste tipo de barramento não permite o congestionamento de informação. Este barramento consiste em circuitos elétricos elétricos de dados, endereçamento e controle. No processador 80486, o barramento consiste em 32 linhas de endereçamento, 32 linhas de dados e algumas linhas para controle. No Pentium, são 32 linhas de endereçamento, 64 linhas de dados e as linhas de controle. O barramento do processador opera a mesma velocidade que a CPU opera externamente. externamente. Num Pentium 100MHz, o barramento opera a

24

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

66,6MHz, bem como num Pentium 133MHz, 166MHz e 200MHz. No processador Pentium II, o barramento de processador opera a 100MHz e no Pentium III, a 100 ou 133 MHz. O barramento do processador é ligado nos pinos de conexão externos do processador e pode transferir bits de dados a cada um ou dois ciclos. Um 80486 transfere 32 bits de dados por vez, enquanto um Pentium transfere 64 bits.

CPU

External Cache

  Figura 1-6: Funcionamento do Barramento do processador  processador   1.4.2. Barramento de Cache O barramento de Cache usado pelos Pentium Pro e Pentium III, é um barramento dedicado dedicado para acessar o ssistema istema cache. Ele é algumas vezes chamado de barramento backside. Processadore Processadoress convencionais convencionais usam a cache externa na placa mãe e a CPU acessa esta cache usando o barramento padrão de memória. Para obter um melhor desempenho, a maioria dos novos usam um barramento de alta velocidade conectando o processador à cache L2. No caso do Pentium Pro e Pentium III acima de 600MHz, este barramento é interno ao processador e opera na taxa da CPU. No caso dos Pentium II e III até 600MHz, o barramento de cache opera na metade da taxa do processador. Por exemplo, um Pentium II 266 MHz tem um barramento de cache operando a 133 MHz. 1.4.3. Barramento de Memória O barramento da memória é usado para transferir informação entre a

25

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

CPU e a memória principal do sistema (a memória RAM). Estes barramentoss é uma parte do barramento do processador, ou na maioria barramento dos casos é implementado separadamente por um chipset dedicado que é responsável pela transferên t ransferência cia de iinformação nformação entre o barramento do processador e o barramento da memória. Devido aos limites da capacidade das chips de DRAM, a taxa de transferência de informação no barramento da memória é menor que a do barramento do processador. É de salientar que a largura do barramento da memória é a mesma que do barramento do processador. Igualmente, num processador Pentium ou Pentium Pro, que possui um barramento de 64 bit, cada banco de memória que é usado deverá ter 64 bits preenchidos. As placas-mãe atuais possuem um suporte a pentes de memória do tipo DIMM, que são de 64 bits. Assim, somente um pente é necessário para o funcionamento do computador.

CPU

Main System BUS

BUS Controller Chips

RAM

External Cache

Main System BUS

 

Figura 1-7: Funcionamento do Barramento da Memória  Memória  

26

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

1.4.4. Barramento Local de E/S (Entrada/Saída) É usado para conectar periféricos de alto desempenho à memória, chipset e processador. Desde a criação do PC, muitos barramentos de E/S tem sido desenvolvido, pela simples razão de CPUs mais rápidas, maiores demandas de software e maiores requisitos de vídeo. Para cada avanço obtido nos computadores, requer-se um barramento que atenda às exigências do hardware. Mesmo assim, necessita-se que seja padronizado diante do mercado a nível mundial, sem grandes custos aos usuários (esta também é uma das razões em que os barramentos de E/S não puderam evoluir mais do que se esperava). Até foram criados barramento de E/S mais rápidos do que o mercado exige, mas não foram colocados com sucesso no mercado justamente pelos custos gerados na atualização de hardware por parte dos usuários). Por exemplo, placas de vídeo, interface de redes de alta velocidade geralmente usam um barramento deste tipo. Os dois tipos barramentos locais de E/S mais comuns são o VESA Local Bus (VLB) e o Peripheral Component Interconnect Bus (PCI). Pode-se encontrar estes barramentos de E/S na arquitetura dos computadores de hoje: ISA, MCA, EISA, VESA Local Bus, PCI Local Bus. 1.4.5. Barramento PCI (Peripheral Component Interconnect) PCI é a abreviação de Peripheral Component Interconnect, um padrão de barramento local desenvolvido pela Intel Corporation. Embora ele tenha sido desenvolvido pela Intel, o PCI não é ligado a qualquer família de microprocessadores. A maior parte dos PCs modernos incluem um barramento PCI em adição ao barramento de expansão ISA. Mas a tendência é que o barramento ISA seja totalmente substituído pelo PCI. PCI é um barramento de 32 bits que normalmente roda a um máximo de 33 MHz. Nestas condições, ele funciona a 133 MB/s. A vantagem chave do PCI é a existência de um circuito no chipset que controla o

27

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

barramento. O PCI possibilitando maior desempenho, isto é, a fazer mais coisas que o seu antecessor VLB poderia fazer. A especificação 2.1 do barramento PCI estende o barramento para 64 bits e opera com a velocidade de 66MHz. Assim, a velocida v elocidade de pode ser quadruplicada. Atualmente a velocidade é limitada a 33 MHz na maior parte dos PCs. A opera operação ção do barra barramento mento PCI pod podee ser configurada como síncrona ou assíncrona, dependendo do chipset e da placa mãe. Na configuração sincronizada (usado por maior parte dos PCs), o PCI roda na metade da velocidade do barramen barramento to de memória; como este barramento opera usualmente usualmente a 50, 60 ou 66 MHz, o PCI poderia rodar a 25, 30 ou 33 MHz, respectivamente. No modo assíncrono, a velocidade do PCI pode ser setado independente da velocidade do barramento de memória. Isto é controlado por jumpers na placa mãe, ou setado pela BIOS. O barramento PCI opera concorrentemente com o barramento do processador. A CPU pode processar os dados como um cache externo enquanto o barramento PCI está ocupado transferindo informação entre outras partes do sistema. Além de ser mais eficiente, o barramento PCI incorpora o recurso Plug and Play, não necessitando que o usuário configure as placas adaptadoras. O sistema se encarrega disso. Para isso, os computadores devem possuir um BIOS com essa característica. Por exemplo, o Award Plug and Play BIOS possui esse recurso.

28

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

  Processor Cache Bridge Memory

DRAM

Audio

Motion Video

Controller

PCI LOCAL BUS

LAN

SCSI

EXP BUS XFACE

Graphies

Base I/O Functions

ISA/EISA Microchannel

 

Figura 1-8: Estrutura do Barramento PCI Os dados trafegam através do barramento PCI a 33MHz, com toda a banda de dados da CPU, isto é, usando-se uma CPU de 32 bits, a largura é de 32 bits, com uma taxa de transferência de 132MB por segundo no máximo.

Figura 1-9: Slot PCI de 32 bits O slot PCI de 64 bits é constituído de uma divisão a mais, como nos VLB. Com esta banda de dados, a velocidade v elocidade dobrando para um máximo de 264MB/s.

29

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

Figura 1-10: Slot PCi de 64 bits  bits   1.4.6. Barramento PC-Card (PCMCIA) Este barramento é destinado aos computadores portáteis (notebooks e laptops), desenvolvido pela PCMCIA, com um conjunto de mais de 300 fabricantes, onde se estabeleceu os padrões para os cartões adaptadoress e de expansão para notebooks e laptops. adaptadore Um cartão PCMCIA usa de 68 conectores, sendo ainda mais caro que o ISA. Apesar dos padrões, a indústria flexibilizou demais a arquitetura, de forma que alguns cartões podem não ser compatíveis com algum equipamento ou outro. Os cartões também possuem o recurso de ser Plug and Play. 1.4.7. USB A interface externa USB fornece uma comunicação serial de 12 Mbps, apenas sobre uma conexão de 4 fios. Um único porto USB pode ser usado para conectar até 127 periféricos, tal como mouse, modems, teclados, scanners, câmeras. A USB também atende às especificações Plug and Play da Intel, inclusive de poder conectar os dispositivos com a máquina ligada e sem precisar reiniciá-las. Simplesmente se conecta o dispositivo e a USB irá detectar automaticamente e alocar os recursos necessários para o seu funcionamento. O suporte a USB é fornecido com o Windows 95 e mais ainda pelo BIOS. Outra característica importante é que os dispositivos USB conectados têm o fornecimento de energia pelo próprio USB, o que significa que o 30

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

USB verifica quais os requisitos de energia requeridos pelos periféricos e avisar se estes dispositivos excederem os limites. 1.4.8. FIREWIRE (IEEE 1394) O firewire é um barramento serial padrão externamente rápido que suporta taxas de transferências de dados de até 400 MBps. Um único porto 1394 pode ser usado para conectar até 63 dispositivos externos. externos. Além da alta velocidade, o 1394 também suporta dados isócronos, transmitindo dados com uma taxa garantida. Isto é ideal para dispositivos que necessitam altas taxas de transferências em temporeal, tal como dispositivos de vídeo. Embora muito rápido, o 1394 é muito caro. Tal como o USB, o 1394 suporta Plug-and-Play, e também fornece potências aos periféricos. A principal diferença entre entre do 1394 e USB é que o 1394 suporta taxas de transferências altas e é mais caro. Por esta razão, é esperado usado mais frequentemente para dispositivos que necessitam taxas altas, como câmeras de vídeo, e o USB conectará os demais periféricos. Alguns novos PCs usam um “barramento” adicional projetado para comunicação de grafismos grafismos apenas. A palavra “barramento” foi colocada entre aspas pois esta tecnologia não se trata de um barramento, ela é um porto: o Accelerated Graphics Port (AGP). A diferença entre um porto e um barramento é que o barramento é geralmente projetado para vários dispositivos compartilhando um meio de comunicação, enquanto um porto é apenas entre dois dispositivos. Todos os barramentos têm duas partes: um barramento de endereçamento e um barramento de dados. O barramento de dados transfere o dado em si (por exemplo, o valor de memória) e o barramento de endereço transfere a informação de onde o dado se encontra.

31

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

UNIDADE Temática Multiprocessadores

1.5.

Abordagem

sobre

Uniprocessadores

e

Um sistema de computação pode ser organizado de várias maneiras diferentes que, grosso modo, podemos classificar de acordo com o número de processadores utilizados no modo geral. 1.5.1. Sistemas Uniprocessadores  Uniprocessadores  A maioria dos sistemas de computação usavam um único processador. Falar de sistemas uniprocessadores não é nada mais que falar em um sistema de processador único, único, onde existe uma CPU principal capaz de executar um conjunto de instruções de uso geral, incluindo instruções originárias de processos de usuário. Quase todos os sistemas de processador único também têm outros processadores de uso específico. específic o. Eles podem estar na forma de processadores de dispositivos específicos, como controladores de disco, teclado e monitor; ou, nos mainframes, na forma de processadores de uso mais genérico, como os processadores de I/O que movem dados rapidamente entre os componentess do sistema. componente Todos esses processadores de uso específico executam um conjunto limitado de instruções e não executam processos de usuário. Às vezes são geridos pelo sistema operacional, caso em que o sistema operacional lhes envia informações sobre sua próxima tarefa e monitora seu status. Por exemplo, o microprocessador de um controlador de disco recebe uma sequência de solicitações da CPU principal e implementa sua própria fila no disco e o algoritmo de scheduling do disco. Esse esquema libera a CPU principal do overhead do scheduling de disco. Os PCs contêm um microproce microprocessador ssador no teclado para converter os toques de teclas em códigos a serem enviados para a CPU. Em outros sistemas ou circunstâncias, os processadores de uso

32

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

específico são componentes de baixo nível embutidos no hardware. O sistema operacional operacional não pode se comunicar com esses processadores; eles

executam

suas

tarefas

autonomamente.

O

uso

de

microprocessadores de uso específico é comum e não transforma um sistema uniprocessador em um multiprocessador. Quando só existe uma CPU de uso geral, o sistema é uniprocessador. 1.5.1. Sistemas Multiprocessadores  Multiprocessadores  Os sistemas multiprocessadores (também conhecidos como sistemas paralelos ou sistemas multicore) de alguns anos até então começaram a dominar o cenário da computação. Tais sistemas são caracterizados por possuir dois ou mais processadores interligados compartilhando o bus do computador e algumas vezes o relógio, a memória e os dispositivos periféricos. Esta característica traz como principal vantagem a possibilidade de vários programas serem executados ao mesmo tempo. Os sistemas multiprocessadores apareceram pela primeira vez e principalmente em servidores e, desde des de então, migraram para

sistemas

desktop

e

laptop.

Recentemente,

múltiplos

processadores têm aparecido em dispositivos móveis como os smartphones e tablets. Os sistemas multiprocessadores apresentam três principais que descreveremoss a seguir: descreveremo 1.  Aumento de throughput  throughput  Com o aumento do número de processadores, espera-se que mais trabalho seja executado em menos tempo. No entanto, a taxa de aumento de velocidade com N processadores processadores não é N; é menor do que N. Isto significa que, quando vários processadores cooperam em uma tarefa, observa-se algum overhead para manter todas as partes trabalhando corretamente. Esse overhead, mais a concorrência por recursos compartilhados, compartilhados, vai fazer com que o ganho esperado dos

33

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

processadores processador es adicionais diminuía. Do mesmo mo modo, do, N programadores trabalhando em cooperação não produzem N vezes o montante de trabalho que um único programador produziria. 2.  Economia de escala  escala  Sistemas multiprocessadores podem custar menos do que múltiplos sistemas equivalentes de processador único, já que eles podem compartilhar periféricos, periféricos, memória de massa e suprimentos de energia. Quando vários programas trabalham sobre o mesmo conjunto de dados, é mais barato armazenar esses dados em um disco, compartilhando-os com todos os processadores, do que usar muitos computadores com discos locais e muitas cópias dos dados. 3.  Aumento da confiabilidade  confiabilidade  Se as funções puderem ser distribuídas apropriadamente entre vários processadores, processador es, a falha de um processador não interromperá o sistema, tornando-o apenas mais lento. Por exemplo, suponhamos que dez processadores estão em funcionamento e um falhar, significaria que cada um dos nove processadores remanescentes poderá poderá ficar com uma parcela do trabalho do processador que falhou. Assim, em vez do sistema falhar completamente, continuaria a operar mais não na totalidade baixando somente 10% da sua capacidade. O aumento da confiabilidade de um sistema de computação é crucial em muitas aplicações. A capacidade de continuar fornecendo serviço proporcionalmente proporcionalmen te ao nível n ível do hardware remanescente é chamada de degradação limpa. Alguns sistemas vão além da degradação limpa e são chamados de tolerantes a falhas, porque podem sofrer falha em qualquer um dos componentes e continuar a operar. A tolerância a falhas requer um mecanismo para permitir que a falha seja detectada, 34

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

diagnosticada e, se possível, corrigida. Podemos usar como exemplo o sistema HP NonStop (anteriormente chamado de Tandem) que usa a duplicação tanto do hardware como do software para assegurar a operação continuada, apesar das falhas. O sistema consiste em múltiplos pares de CPUs, funcionando em lockstep. Os dois processadores do par executam cada instrução e comparam os resultados. Quando o resultado difere, é porque uma CPU do par está falhando e as duas são interrompidas. O processo que estava sendo executado é, então, transferido para outro par de CPUs e a instrução que falhou é reiniciada. Essa solução é cara, já que envolve hardware especial e considerável duplicação de hardware. Os sistemas multiprocessadores multiprocessadores actualmente em uso são de dois tipos. Alguns sistemas utilizam multiprocessamento assimétrico, assimétrico, no qual a cada processador é designada uma tarefa específica. Um processador mestre controla o sistema; os demais processadores consultam o mestre para instruções ou possuem tarefas predefinida predefinidas. s. Esse esquema define um relacionamento mestre-escravo. O processador mestre organiza e aloca o trabalho para os escravos. Os sistemas mais comuns utilizam multiprocessamento multiprocessamento simétrico (SMP — symmetric multiprocessing) no qual cada processador executa todas as tarefas do sistema operacional. SMP significa que todos os processadores são pares; não existe um relacionamento mestreescravo entre eles. Observe na figura abaixo que cada processador tem seu próprio conjunto de registradores, assim como um cache privado ou local. No entanto, todos os processadores compartilham memória física. Praticamente todos os sistemas operacionais modernos, incluindo o Windows, o Mac OS X e o Linux já suportam o SMP. SMP .

35

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

  CPU 0

CPU 1

CPU2

Registadores

Registadores

Registadores

Cache

Cache

Cache

Memória

 

Figura 1-11: Arquitectur Arquitecturaa Multiprocessamento Simétrico. Simétrico.   A diferença entre multiprocessamento simétrico e assimétrico pode resultar tanto do hardware quanto do software. Um hardware especial pode diferenciar os processadores múltiplos, ou o software pode ser escrito para permitir somente um mestre e múltiplos escravos. Por exemplo, o sistema operacional SunOS Versão 4 da Sun Microsystems fornecia multiprocessamento multiprocessamento assimétrico, enquanto a Versão 5 (Solaris) é simétrica no mesmo hardware. O multiprocessamento adiciona CPUs para aumentar o poder de computação. Se a CPU tem um controlador de memória integrado, o acréscimo de CPUs também pode aumentar o montante de memória endereçável no sistema. De qualquer forma, o multiprocessamento pode fazer com que um sistema altere seu modelo de acesso à memória, do acesso uniforme (Uniforme (Uniforme memory access - UMA) UMA) ao acesso não uniforme (Non-uniform (Non-uniform memory access - NUMA). NUMA). O UMA UMA é  é definido como a situação em que o acesso a qualquer RAM a partir de qualquer CPU leva o mesmo período de tempo. No NUMA NUMA,, algumas partes da memória podem demorar mais para serem acessadas do que outras, gerando perda de desempenho. Uma tendência recente no projeto de CPUs é a inclusão de múltiplos núcleos (cores) de computação em um único chip. Tais sistemas

36

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

multiprocessadores são denominados multicore. Eles podem ser mais eficientes do que vários chips de núcleo único porque a comunicação on-chip (dentro do chip) é mais veloz do que a comunicação betweenchip (entre chips). Além disso, um chip com vários núcleos usa bem menos energia do que vários chips de núcleo único. É importante esclarecer

que,

enquanto

os

sistemas

multicore

são

multiprocessadores, nem todos os sistemas multiprocessadores são multicore. A Figura abaixo, apresenta um projeto dual-core com dois núcleos no mesmo chip. Nesse projeto, cada núcleo tem seu próprio conjunto de registradores, assim como seu próprio cache local. Outros projetos podem usar um cache compartilhado ou uma combinação de caches local e compartilhado. Além das considerações relacionadas com a arquitetura, como a disputa por cache, memória e bus, essas CPUs multicore aparecem para o sistema operacional como N processadores-padrão. É uma característica que pressiona os projetistas de sistemas operacionais e programadores de aplicações a fazer uso desses núcleos de processamento.  Núcleo0  Núcle o0 da CPU

 Núcleo1  Núcle o1 da CPU

Registadores

Registadores

Cache

Cache

Memória

 

Figura 1-12: Projecto dual-core com dois núcleos inseridos no mesmo chip.   chip. Sumário Nesta Unidade Unidade   temática 1 descrevemos a Arquitectura de Computadoress desde da sua evolução até a sua sincronização. Podemos Computadore

37

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

dar conhecer como a importância que a memória desempenha no que concerne a informação guardada bem como recuperada no computador. Mais também houve necessidade de abordar a Unidade Central de Processamento exerce no computador. Para que haja comunicação entre diversos dispositivos conectados ao computador houve a necessidade de se abordar sobre Barramento de dados, mais também classificar os sistemas de computação tendo em conta o número de processadores utilizados.

Exercícios de AUTO-AVALIAÇÃ AUTO-AVALIAÇÃO O Perguntas 1.  A Unidade Central de Processamento é a responsável pelo processamento e execução de programas armazenados na Memória secundária. Marque alternativa correcta. a)  V. b)  F. 2.  Unidade de Controle (UC) - envia sinais de controle para toda a máquina, de forma que todos os circuitos e dispositivos funcionem adequada e sincronizadamente. Marque alternativa correcta. a) V. b) F. 3.  Registradores são dispositivos de armazenamento temporário, localizados na UCP, extremamente rápidos, com capacidade de armazenar dois ou mais dados. Marque alternativa correcta. a) V. b) F. 4.  Os principais dispositivos de memória auxiliar são: discos rígidos (ou HD), drives de disquete, unidades de fita, CD-ROM, DVD, unidades ótico-magnéticas. Marque alternativa correcta. a) V. b) F. Respostas: 1.  b) F. 2.  a) V. 3.  b) F. 4.  a) V. 38

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

Exercícios para AVALIAÇÃO Perguntas 1.  Qual a principal finalidade da Memória principal. 2.  O que são registadores. 3.  Quais as principais vantagens do uso das memórias auxiliares em relação a memória principal. Bibliografia   BACON, J. e HARRIS, T. Operating Systems: Concurrent and Distributed Software Design. Addison Wesley, 2003.   Von John L. Hennessy, David PattersonArquitetu PattersonArquitetura ra de Computadores: Computadore s: Uma abordagem quantitativa   https://pt.wikipedia.org/wiki/Barramento, https://pt.wikipedia.org/wiki/Barramento, acessado 12-10-18   SILBERSCHAT SILBERSCHATZ, Z, A. & GALVIN, P. B. & GAGNE, G. Fu Fundamentos ndamentos de Sistemas Operacionais. Operacionais. 6ª Edição, Ed. LLTC. TC.   DELGADO, José; RIBEIRO, Carlos. Arquitetura de Computadores. Computadore s. 2. ed. rev. atual. Rio de Janeiro: LTC, 2009. 534 p. ISBN 9788521616603.

▪

▪

▪ ▪

▪

39

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

TEMA  – 2: INTRODUÇÃO AOS DISPOSITIVOS PERIFÉRICOS. UNIDADE Temática 2.1. Introdução, aos Dispositivos Periféricos. UNIDADE Temática 2.2. Temática 2.2. Tipos de comunicação com os Dispositivos. UNIDADE Temática 2.3. Temática 2.3. EXERCÍCIOS deste tema. Ao completar esta unidade, você deverá ser capaz de:   Descrever os diversos tipos de dispositivos periféricos.

▪

Objectivos específicos

  Descrever os diversos tipos de dispositivos periféricos.

▪

UNIDADE Temática 2.1. Introdução Introdução,, aos Dispositivos Periféricos

Os dispositivos de entrada e saída (E/S), também conhecidos pela sigla I/O (Input/Output), podem ser denominados também como periféricos. E. Dispositivos periféricos são aqueles que se conectam a um computador para adicionar funcionalidade. Podemos citar como exemplos mais comuns: mouse, teclado, monitor, impressora e scanner. Vamos falar um pouco sobre so bre os diferentes tipos de periféricos e como eles permitem que se faça mais do que o básico com seu computador. Um periférico de computador é um dispositivo que está conectado a um computador, mas que não faz parte da arquitetura básica do mesmo. Os elementos centrais de um computador são a unidade de processamento central, fonte de alimentação, placa mãe e o gabinete do computador que contém esses três componentes. Tecnicamente falando, tudo o mais é considerado um dispositivo periférico. No entanto, esta é uma visão v isão um tanto estreita, uma vez que vários outros elementos são necessários para que um computador realmente funcione, como um disco rígido e memória de acesso aleatório (ou RAM). 40

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

A maioria das pessoas usa o termo periférico mais vagamente para se referir a um dispositivo externo ao gabinete do computador, ou seja, conectar o dispositivo ao computador para expandir a funcionalidade do sistema. Por exemplo, considere uma impressora. Depois que a impressora estiver conectada a um computador, você pode imprimir documentos. Outra maneira de olhar para dispositivos d ispositivos periféricos é que eles são dependentes do sistema de computador. Por exemplo, a maioria das impressoras não pode fazer muito por conta própria, e só se tornam funcionais quando conectado a um sistema de computador.

Figura 2-1: Tipos de Dispositivos Periféricos Existem muitos dispositivos periféricos diferentes, mas eles se s e dividem em três categorias gerais: Dispositivos de entrada, entrada, como um mouse e um teclado, que podem ser usados para inserir dados em um computador ou outro dispositivo computacional. Por exemplo, um teclado permite a entrada de dados, enquanto um scanner e uma webcam permitem a entrada de imagens, de vídeo ou gráficas. Os principais periféricos de entrada de dados são: • Teclado. 41

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

• Mouse.  Mouse.  • Drive de CD/DVD-ROM. CD/DVD-ROM. • Drive de Blu-ray. Blu-ray. • Leitora de cartões. • Leitora de códigos de barra. • Pen drive.  drive.  • Scanner. • Microfone. • Joystick. • Webcam. • Tela sensível ao toque. toque.   • Mesa gráfica. • Caneta ótica.  ótica.  Dispositivos de saída, saída, como um monitor e uma impressora, utilizados para transferir dados para fora do computador sob a forma de texto, imagens, sons ou outros suportes. Como exemplo, podemos citar um monitor, que permite ao usuário visualizar dados, enquanto uma impressora produz cópias impressas de dados. Os principais periféricos de saída de dados são: • Monitor de vídeo. • Projetores digitais. Projetores digitais. • Drive gravador de CD-ROM/DVD-ROM. CD -ROM/DVD-ROM. • Drive gravador de Blu-ray. Blu -ray. • Caixas de som.  som.   • Pen drive.  drive. 

42

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

• Impressora. • Plotter.  Plotter.  Alguns dispositivos pertencem pertencem a mais de uma categoria, podendo fazer tanto o papel de entrada como o de saída de dados: são os chamados híbridos.. Considere uma unidade de CD-ROM; você pode usá-lo para ler híbridos dados ou música (entrada), e você pode usá-lo para gravar dados em um CD (saída). Como principais exemplos, temos os dispositivos de armazenamento em geral, como HDs externos, pendrives, cartões de memória, as impressoras multifuncionais, multifuncionais, que fazem o papel de scanner e impressão e monitores touchscreen, que além de exibir imagem, capturam os movimentos de toque realizador pelo usuário. Os dispositivos periféricos podem ser externos ou internos. Por exemplo, uma impressora é um dispositivo externo que você conecta usando um cabo, enquanto uma unidade de disco óptico é normalmente localizado dentro do gabinete do computador. Os dispositivos periféricos periféricos internos são também referidos como periféricos integrados. Quando a maioria das pessoas se referem a periféricos, eles normalmentee sign normalment significam ificam externos.

Figura 2-2: Tipos de Dispositivos Periféricos Externos ou Internos O monitor é um dispositivo de saída de dados do computador, que tem como função transmitir à usuária informação através da imagem. 43

43

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

UNIDADE Temática 2.2. Tipos de Comunicação com os dispositivos

A CPU não pode comunicar-se diretamente com os periféricos. Esta comunicação é feita com a ajuda de circuitos chamados de interfaces ou portas de E/S, as quais podem implementar a transmissão das palavras de dados segundo duas diferentes políticas: n a comunicação paralela, onde cada dígito (ou bit) da palavra de dados é conduzido por um fio dedicado, o que significa que os cabos utilizados para a comunicação paralela são dotados de uma grande quantidade de fios (ou vias); o exemplo mais clássico de dispositivos que utilizam a comunicação paralela são as impressoras; n a comunicação serial, onde os bits de cada palavra são transmitidos um a um, de forma sequencial, através de uma única via, o que explica o fato dos cabos que implementam este tipo de comunicação serem constituídos por uma pequena quantidade de fios; os exemplos mais conhecidos de dispositivos que fazem uso desta política de comunicação são o mouse e os modems. 2.1.1. Dispositivos de entradas e saídas Conforme vimos, 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). Os tópicos a seguir vão analisar como funcionam os dispositivos de entrada e saída e como se faz a comunicação entre eles e o núcleo do computador. Os dispositivos de entrada e saída tem como funções básicas: 4.  A comunicação do usuário com o computador, 5.  A comunicação do computador com o meio ambiente (dispositivos externos a serem monitorados ou controlados), 6.  Armazenamento Armazenamento(gravação) (gravação) de dados.

44

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

As características que regem a comunicação de cada um dos dispositivos de E/S (entrada e saída) com o núcleo do computador (composto de UCP e memória principal) são muito diferentes entre si. Cada dispositivo de E/S se comunica com o núcleo de forma diversa do outro. Entre outras diferenças, os dispositivos de entrada e saída são muito mais lentos que o computador, característica essa que impõe restriçõess à comunicação, de vez que o computador precisaria esperar restriçõe muito tempo pela resposta do dispositivo. Outra diferença fundamental diz respeito às características características das ligações dos sina sinais is dos dispositivos. Os primeiros computadores, especialmente os de pequeno porte, eram muito lentos e os problemas de diferença de velocidade eram resolvidos sem dificuldade e não representavam problema importante. Dessa forma, a ligação dos dispositivos de E/S era feita através de circuitos simples (as interfaces) que apenas resolviam os aspectos de compatibilização de sinais elétricos elétricos entre os dispositivos de E/S e a UCP. Os aspectos relativos a diferenças de velocidade (especialm ( especialmente ente tempo de acesso e throughput) eram resolvidas por programa (isto é, por software). Entre esses componente componentes, s, trafegam informações relativas a dados, endereços e controle. dados

dados

UCP

Memória Principal

endereços

Interface

endereços

Dispositivo

controle

(Periférico) De E/S

de E/S controle

Subsistema Subsiste ma de

Interface de

Subsistema

Processamento

E/S

de E/S

Figura 2-3: Funcionamento entre Dispositivos de E/S Os dispositivos de ENTRADA são: teclado, mouses, scanners, leitoras óticas, leitoras de cartões magnéticos, câmeras de vídeo, microfones, sensores, transdutores. transdutores. As funções desses dispositivos são coletar

 

45

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

informações e introduzir as informações na máquina, converter informações do homem para a máquina e vice-versa, e recuperar informações dos dispositivos de armazenamento. Os dispositivos de SAÍDA são: impressoras, monitores de vídeo, plotters, atuadores, chaves, etc. As funções desses dispositivos são exibir ou imprimir os resultados do processamento, ou ainda controlar dispositivos externos. A UCP não se comunica diretamente com cada dispositivo de E/S e sim com "interfaces", de forma a compatibilizar as diferentes características. O processo de comunicação ("protocolo") é feito através de transferência de informações de controle, endereços e dados propriamente ditos. Inicialmente, a UCP interroga o dispositivo, enviando o endereço do dispositivo e um sinal dizendo se quer mandar ou receber dados através da interface. O periférico, reconhecend reconhecendo o seu endereço, responde quando está pronto para receber (ou enviar) os dados. A UCP então transfere (ou recebe) os dados através da interface, e o dispositivo d ispositivo responde confirmando que recebeu (ou transferiu) os dados (acknowledge ou ACK) ou que não recebeu os dados, neste caso solicitando retransmissão (not-acknowledge ou NAK). As interfaces de entrada e saída são 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 Por exemplo, exem plo, os computadores de grande porte da IBM chamam de "I/O channel". Na CDC, o nome é Peripheral Processor Unit ou PPU. A compatibilização de velocidades é feita geralmente por programa, usando memórias temporárias na interface chamadas "buffers" que armazenam as informações conforme vão chegando da UCP e as libera l ibera para o dispositivo à medida que este as pode receber.

46

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

Formas de Comunicação 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 ou serial. 2.1.2. Comunicação em Paralelo Na comunicação em paralelo, grupos de bits são transferidos simultaneamente (em geral, byte a byte) através de diversas linhas condutoras dos sinais. Desta forma, como vários bits são transmitidos simultaneamente a cada ciclo, a taxa de transferência de dados ("throughput") é alta. dados

dados

UCP

Memória Principal

endereços

Interface

endereços

de E/S controle

controle

Dispositivo

(Periférico) De E/S

Subsistema Subsiste ma de

Interface de

Subsistema

Processamento

E/S

de E/S

Figura 2- 4: Comunicação paralela entre dispositivos de E/S No entanto, o processo de transferência em paralelo envolve um controle sofisticado e é razoavelmente complexo, o que o torna mais caro. Um dos problemas importantes diz respeito à propagação dos sinais no meio físico, isto é, no cabo de conexão c onexão entre o dispositivo e a interface.. Essa propagação deve se fazer de modo que os sinais (os bits) interface correspondentes corresponde ntes a cada byte cheguem simultaneamente à extremidade oposta do cabo, onde então serão s erão reagrupados em bytes. Como os condutores que compõem o cabo usualmente terão pequenas diferenças físicas, a velocidade de propagação dos sinais digitais nos condutores poderá ser ligeiramente diferente nos diversos fios. Dependendo do comprimento do cabo, pode ocorrer que um determinado fio conduza sinais mais rápido (ou mais lento) que os demais fios e que desta forma um determinado bit x em cada byte se

 

47

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

propague mais rápido e chegue à extremidade do cabo antes que os outros n-1 bits do byte. Este fenômeno é chamado skew, e as consequências consequênc ias são catastróficas: os bits x chegariam fora de ordem (os bytes chegariam embaralhados) e a informação ficaria irrecuperável. Em decorrência desse problema, há limites para o comprimento do cabo que interliga um dispositivo ao computador, quando se usa o modo paralelo. As restrições citadas contribuem para que a utilização da comunicação em paralelo se limite a aplicações que demandem altas taxas de transferência, normalmente associadas a dispositivos mais velozes tais como unidades de disco, ou que demandem altas taxas de transferência, como CD-ROM, DVD, ou mesmo impressoras, e que se situem muito próximo do núcleo do computador. Em geral, o comprimento dos cabos paralelos é limitado a até um máximo de 1,5 metro. 2.1.3. Comunicação Serial Na comunicação serial, os bits são transferidos um a um, através de um único par condutor. Os bytes a serem transmitidos são serializados, isto é, são "desmontados" bit a bit, e são individualmente transmitidos, transmitidos, um a um. Na outra extremidade do condutor, os bits são contados e quando formam 8 bits, são remontados, reconsti reconstituindo tuindo os bytes originais. Nesse modo, o controle é comparativamente muito mais simples que no modo paralelo e é de implementação implementação mais barata. Como todos os bits são

48

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

  Barramento UCP

de Sistema

Memória Principal

Interface

de E/S  buffer 

  s    t    i    B   s   o    d   o    ã   ç   a   z    i    l   a    i   r   e    S

Bits 7,6,5,4,3,2,1,0

  s   o    d   o    ã   ç   a   s   z   t    i    i    l    B   a    i   r   e    S     e    D

Dispositivo

(Periférico) De E/S

Subsistema de

Interface de

Subsistema

Processamento

E/S

de E/S

 

Figura 2- 5: Comunicação serial entre dispositivos dispositivos de E/S Como os bits são transmitidos sequencialmente um a um, sua utilização é normalmente indicada apenas para periféricos mais lentos, como por exemplo teclado, mouse, etc. ou quando o problema da distância for mandatário, como nas comunicações a distâncias médias (tal como em redes locais) ou longas (comunicações via linha telefônica usando modems). Obs.: Comparativamente, a transmissão serial tem recebido aperfeiçoamentos importantes (seja de protocolo, de interface e de meio de transmissão) que vem permitindo o aumento da velocidade de transmissão por um único par de fios, cabo coaxial ou de fibra ótica. Como o aumento da velocidade de transmissão em interfaces paralelas ocasiona mais skew, a tendência tem sido no sentido do aperfeiçoamento das interfaces seriais que hoje permitem taxas de transferência muito altas com relativamente poucas restrições de distância. Em microcomputadores, microcomputadores, a interface USB - Universal Serial Bus permite hoje ligar até 128 dispositivos a taxas muito altas (centenas de kbps). Característica

Paralelo

Serial

Custo

maior 

menor 

Distância

curta

sem limite

Throughput

alto

 baixo

Tabela 2-1: Tabela Comparativa

 

49

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

2.1.4. Transmissão Síncrona e Assíncrona A transmissão de caracteres através de uma linha de comunicação pode ser feita por dois diferentes métodos: transmissão síncrona e assíncrona. Na transmissão síncrona, o intervalo de tempo entre dois caracteres subsequentes é fixo. Nesse método, os dois dispositivos - transmissor e receptor - são sincronizados, pois existe uma relação direta entre tempo e os caracteres transferidos. Quando não há caracteres a serem transferidos, o transmissor continua enviando caracteres especiais de forma que o intervalo de tempo entre caracteres caracteres se mantém constante e o receptor mantém-se sincronizado. No início de uma transmissão síncrona, os relógios dos dispositivos transmissor e receptor são sincronizados através de um string de sincronização e então mantémse sincronizados por longos períodos de tempo (dependendo da estabilidadee dos relógios), podendo transmitir dezenas de milhares de estabilidad bits antes de terem necessidade de re-sincronizar. A

S

S

I

N

C tempo

Transmissão entre caracteres variável

Transmissão Síncrona

esp.

e sp .

S

I

N

C

R

O

N

A

Tempo entre caracteres constante

esp .

esp .

tempo

 

Figura 2- 6 Transmissão assíncrona Transmissão Assíncrona Já na transmissão assíncrona, o intervalo de tempo entre os caracteres não é fixo. Podemos exemplificar com um digitador operando um terminal, não havendo um fluxo homogêneo de caracteres a serem transmitidos. Como o fluxo de caracteres não é homogêneo, não haveria como distinguir a ausência de bits sendo transmitidos de um eventual fluxo de bits zero e o receptor nunca saberia quando virá o próximo caractere, e, portanto, não teria como

50

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

identificar o que seria o primeiro bit do caractere. Para resolver esses problemas de transmissão assíncrona, foi padronizado que na ausência de caracteres a serem transmitidos o transmissor mantém a linha sempre no estado 1 (isto é, transmite ininterruptamente bits 1, o que distingue também de linha interrompida). Quando for transmitir um caractere,, para permitir que o receptor reconheça o início do caractere, caractere o transmissor insere um bit de partida (start bit) antes de cada caractere. Convenciona-se que esse start bit será um bit zero, interrompendo interrompen do assim a seqüência de bits 1 que caracteriza a linha livre (idle). Para maior segurança, ao final de cada caractere o transmissor insere um (ou dois, dependendo do padrão adotado) bits de parada (stop bits), convencionando-se serem bits 1 para distingui-los dos bits de partida. Os bits de informação são transmitidos em intervalos de tempo uniformes entre o start bit e o(s) stop bit(s). Portanto, transmissor e receptor somente estarão sincronizados durante o intervalo de tempo entre os bits de start e stop. A transmissão assíncrona também é conhecida como "start-stop". 1

1

1

1

1

1

1

1

1

0

1

0 0

1

0

0

0

1

1

0 1

0

1

1

0 1

0

1

1

1

1

1

1

  1

tempo 

1° caractere

2° caractere



idle

stop bits

stop bits

idle





start bits

start bits

Figura 2- 7: Transmissão Assíncrona A taxa de eficiência de uma transmissão de dados é medida como a relação de número de bits úteis dividido pelo total de bits transmitidos. No método assíncrono, a eficiência eficiência é menor que a no método síncrono, uma vez que há necessidade de inserir os bits de partida e parada, de forma que a cada caractere são inseridos de 2 a 3 bits que não contém informação.

 

51

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

2.1.5. Transmissão Simplex, Half-Duplex e Full-Duplex 2.1.5.1. Transmissão Simplex Uma comunicação é dita simplex quando permite comunicação apenas em um único sentido, tendo em uma extremidade um dispositivo apenas transmissor (transmitter) e do outro um dispositivo apenas receptor (receiver). (receiver). Não há possibilidade do dispositivo receptor enviar dados ou mesmo sinalizar se os dados foram recebidos corretamente. Transmissões de rádio e televisão são exemplos de transmissão simplex. Transmissão Simplex Transmi ssor

Receptor

  Figura 2- 8: Transmissão simplex 2.1.5.2. Transmissão Half-Duplex Uma comunicação é dita half-duplex (também chamada semi-duplex) quando existem em ambas as extremidades dispositivos que podem transmitir e receber dados, porém não simultaneamente. Durante Durante uma transmissão half-duplex, em determinado instante um dispositivo A será transmissor e o outro B será receptor, em outro instante os papéis podem se inverter. Por exemplo, o dispositivo A poderia transmitir dados que B receberia; em seguida, o sentido da transmissão seria invertido e B transmitiria para a informação se os dados foram corretamente corretamen te recebidos ou se foram detectados erros de transmissão. A operação de troca de sentido de transmissão entre os dispositivos é chamada de turn-around e o tempo necessário para os dispositivos chavearem entre as funções de transmissor e receptor é chamado de turn-around time.

52

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

Transmissão Half-Duplex Transmissor / Receptor

Transmissor / Receptor

 

Figura 2- 9:Transmissão 9:Transmissão half-duplex Transmissão Full-Duplex Uma transmissão é dita full-duplex (também chamada apenas duplex) quando dados podem ser transmitidos e recebidos simultaneamente em ambos os sentidos. Poderíamos entender uma linha full-duplex como funcionalmente equivalente a duas linhas simplex, uma em cada direção. Como as transmissões podem ser simultâneas em ambos os sentidos e não existe perda de tempo com turn-around, uma linha full- duplex pode transmitir mais informações por unidade de tempo (maior throughput) throug hput) que uma linha half-duplex, considerando-se considerando-se a mesma taxa de transmissão de dados. Transmissão Full-Duplex Transmissor / Receptor

Transmissor / Receptor

  Figura 2- 10: Transmissão Full-duplex 2.1.6. Discos Rígidos Os primeiros discos rígidos selados para microcomputadores foram projetados e construídos na fábrica da IBM localizada em Winchester. Alguns autores atribuem a isso o motivo deles terem sido apelidados ape lidados de Winchester drives (unidades de disco Winchester), denominação que perdurou por muito tempo, até que a tecnologia de construção dos discos mudou. Hoje estes discos são conhecidos na literatura apenas por "hard disks" ou HDs (em inglês, traduzindo-se literalmente por "discos rígidos"). Obs.: Há também autores que atribuem o nome a uma analogia com os famosos rifles 30/30 Winchester. A seguir é mostrado o primeiro disco rígido (RAMAC) de 5 Mb distribuídos em 50 pratos com diâmetro de 24", desenvolvido pela IBM em 1956, nos laboratórios de

53

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

Almaden (CA), ao lado de um moderno HD IBM Seascape de 5 Gb com 2.5".

Figura 2- 11: Disco Rígido (RAMAC) A construção em forma de unidade selada, com ar filtrado eliminando as partículas de pó, permitiu que as cabeças de leitura / gravação fossem posicionadas a uma distância ínfima em relação às superfícies magnetizadas do disco, de vez que a possibilidade de impurezas que se interpusessem entre a superfície superfície e a cabeça e p pudessem udessem riscar o disco ou danificar a cabeça foi eliminada. A proximidade entre cabeça e superfície, bem como a grande uniformidade de superfície conseguida, possibilitaram possibilitara m obter uma grande densidade de grav gravação ação dos dados nos discos rígidos selados. A utilização de atuadores eletromecânicos de alta precisão também permitiu reduzir o espaço entre trilhas. Os discos rígidos são pequenos e compactos, tem custo de armazenagem por Mbyte muito baixo e alto desempenho (alta taxa de transferência e pequeno tempo de acesso), oferecendo ainda segurança de armazenagem dos dados. Tudo isso permitiu a construção de discos rápidos e com alta capacidade. Os discos rígidos atuais são construídos com muitas superfícies de gravação, montadas em torno de um eixo comum. Os braços atuadores responsáveis pelo posicionamento das cabeças de leitura / gravação são montados m ontados em uma única estrutura, de

54

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

forma que os braços se movem solidariamente. Cabeça 0

Lado 0   Prato 0 Lado 1

Cabeça 1 Eixo Cabeça 2

Lado 2 Prato 1 Lado 3

Cabeça 3 Motor

  Figura 2-12: Estrutura de discos rígidos actuais. Devido a esta conformação física, podemos verificar que, conforme uma determinada cabeça é posicionada sobre uma trilha, as demais cabeças estarão também posicionadas sobre as trilhas das outras superfícies que ficam localizadas à mesma distância do eixo central e, portanto, todas as trilhas localizadas a uma mesma distância do eixo central do disco poderão ser acessadas simultaneamente por todas as cabeças. Um conjunto de trilhas localizadas a uma mesma distância do eixo central pode ser visto espacialmente como se fora um cilindro, e é assim que são chamados. Dessa forma, num disco de quatro cabeças (quatro faces) o cilindro 10 seria composto de todos os setores localizados na trilha 10 da face 1, na trilha 10 da face 2, na trilha 10 da face 3 e na trilha 10 da face 4. Os dados gravados no mesmo cilindro (na mesma trilha, porém em superfícies diferentes) podem ser acessados (lidos ou gravados) sem que o braço atuador das cabeças de leitura / gravação tenha que ser movido (como vimos na discussão sobre tempo de acesso, esta operação é relativamente lenta!).

Sumário Na Unidade Unidade temática  temática 2. Abordados os dispositivos periféricos que são

55

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

conhecidos pela sigla I/0 (input/output). E. Dispositivos periféricos são aqueles que se conectam a um computador para adicionar funcionalidade. Podemos citar como exemplos mais comuns: mouse, teclado, monitor, impressora impressora e scanner. Vamos falar um pouco sobre os diferentes tipos de periféricos e como eles permitem que se faça mais do que o básico com seu computador.

Exercícios de AUTO-AVALIAÇÃ AUTO-AVALIAÇÃO O Perguntas 1.Uma comunicação é dita simplex quando permite comunicação apenas __________. A.um sentido. B.Em único dois sentido. C.Em ambos sentido. D.Em nenhum sentido. 2. Na transmissão síncrona, o intervalo de tempo entre dois caracteres subsequentes é _____. A.  Estático B.  . fixo. C.  Dinamico D.  Nenhuma das alternativas 3. Os dispositivos de entrada e saída tem como funções básicas: A.  A comunicação do usuário com o computador, B.  Armazenamento Armazenamento(gravação) (gravação) de da dados. dos. C.  A comunicação do computador com o meio ambiente D.  Todas alternativas estão corretas

56

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

4.  Os principais periféricos de entrada de dados são: A.  Leitora de códigos de barra. B.  Leitora de cartões. C.  Pen drive. D.  Todas as alinhas estão corretas co rretas 5.  Os primeiros discos rígidos selados para microcomputadores foram projetados e construídos na fábrica da IBM localizada em Winchester. A.  Verdade B.  Falso Respostas: 1 A, 2B , 3D ,4D ,5A

Exercícios para AVALIAÇÃ AVALIAÇÃO O Perguntas   1. Quais os objectivos de um sistema Operativo. 2.  Como são construídos os discos rígidos actuais .

3.  Diferencie transmissão Half-duplex da simplex.

Bibliografia   DEITELL, H. M. & DEITEL, P. J. & CHOFFNES, D. R. Sistemas Operacionais. Operaciona is. São Paulo, Ed. Prentice Hall, 2005.   LAUDON, Kenneth e Jane; Sistemas de informações gerenciais. 9°edição.

▪

▪

57

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

TEMA  – 3: CIRCUITOS LÓGICOS. UNIDADE Temática 3.1. Conceitos de Lógica Digital. UNIDADE Temática 3.2. Temática 3.2. Portas Lógicas. UNIDADE Temática 3.3. Temática 3.3. Descrição Algébrica de Circuitos Lógicos. UNIDADE Temática 3.4. Implementação de Circuitos Utilizando Expressões Booleanas. UNIDADE Temática 3.5. Lógica Temporizada. UNIDADE Temática 3.6. Temática 3.6. EXERCÍCIOS deste tema. Ao completar esta unidade, você deverá ser capaz de:   Descrever os Conceitos de Lógica digital.

▪

Objectivos específicos

  Mostrar Mostrar   problemas que servem como ambiente de aplicação de novos

▪

métodos de Comunicação Interprocessos.   Descrever como alocar a CPU vários processos para serem executados.

▪

UNIDADE Temática 3.1. Conceitos de Lógica Digital  Digital 

Todos as complexas operações de um computador digital acabam sendo combinações de simples operações aritméticas e lógicas básicas: somar bits, complementar bits (para fazer subtrações), comparar bits, mover bits. Estas operações são fisicamente realizadas por circuitos eletrônicos, chamados circuitos lógicos (ou gates - "portas" lógicas). Computadores digitais (binários) são construídos com circuitos eletrônicos digitais - as portas lógicas (circuitos lógicos). A álgebra de Boole trabalha com apenas duas grandezas: falso ou verdadeiro. As duas grandezas são representadas por 0 (falso) e 1 (verdadeiro).

58

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

Nota: Nos circuitos lógicos do computador, os sinais binários são representados representad os por n níveis íveis de tensão.

4 Nível Lógico 1 2 Transição 1 Nível Lógico 0 0

  Figura 3-1:

Operadores Lógicos Os conectivos ou OPERADORES LÓGICOS ou FUNÇÕES LÓGICAS são: E (ou AND) Uma sentença é verdadeira SE - e somente se - todos os termos forem verdadeiros. OU (ou OR) Uma sentença resulta verdadeira se QUALQUER UM dos termos for verdadeiro NÃO (ou NOT) Este operador INVERTE um termo. Os operadores lógicos são representados por: 7.  NOT --> (uma barra horizontal sobre o termo a ser invertido ou negado). 8.  E ------> (um ponto, como se fosse f osse uma multiplicação) 9.  OU ----> + (o sinal de soma) Tabela Verdade

59

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

São tabelas que representam todas as possíveis combinações das variáveis de entrada de uma função, e os seus respectivos valores de saída. A seguir, apresentamos as funções básicas, e suas representações em tabelas verdade. AND - Função E Porta AND (E) A B

X=A . B A

B

X

0

0

0

0

1

0

1

0

0

1

1

1

 

OR - Função OU X=A + B

Porta OR (OU)

A B

A

B

X

0

0

0

0

1

1

1

0

1

1

1

1

 

Nota: A menos da estranha expressão 1 + 1 = 1, as demais expressões "parecem" a aritmética comum a que estamos acostumados, onde E substitui "vezes" e OU substitui "mais". NOT - Função NÃO

60

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

A=A

Porta NOT (NÃO) A

A

X

0 1

1 0

A  

Obs.: a inversão em binário funciona como se fizéssemos 1 - A = X. Ou seja, 1 - 0 = 1 e 1 - 1 = 0. Aplicação da Álgebra de Boole aos Computadores Digitais Boole desenvolveu sua álgebra a partir desses conceitos básicos e utilizando apenas os algarismos 0 e 1. Os primeiros computadores fabricados, como o ENIAC, ENI AC, trabalhavam em DECIMAL. No entanto, a utilização de circuitos eletrônicos que operassem com 10 diferentes níveis de tensão (para possibilitar detectar as 10 diferen diferentes tes grandezas representa representadas das no sistema decimal) acarretavam uma grande complexidade ao projeto e construção dos computadores, tendo por conseqüência um custo muito elevado. Surgiu então a idéia de aplicar a álgebra de Boole, simplificando extremamente o projeto e construção dos computadores. Mas como os conceitos da álgebra de chaveamentos (um ramo da álgebra do Boole) são aplicados ao projeto dos computadores digitais? A chave de tudo é um circuito eletrônico chamado CHAVE AUTOMÁTICA. Como funciona uma chave automática? Vamos imaginar um circuito chaveador com as seguintes entradas: - uma fonte de alimentação (fornece energia para o circuito) - um fio de controle (comanda a operação do circuito) - um fio de saída (conduz o resultado). Chave C

Automática S

E

 

61

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

No desenho, a chave permanece aberta enquanto o sinal C no fio de controle for 0 (ou Falso). Enquanto não houver um sinal (sinal 1 ou Verdadeiro)) no fio de controle, que mude a posição da chave, o sinal no Verdadeiro fio de saída S será 0 (ou Falso). Quando for aplicado um sinal (sinal 1 ou Verdadeiro) ao fio de controle, a chave muda de posição, tendo como resultado que o sinal na saída será então 1 (ou Verdadeiro). A posição da chave se manterá enquanto não ocorrer um novo sinal na entrada. A chave automática foi inicialmente implementada com relês eletromecânicos eletromecâ nicos e depois com válvulas eletrônicas. A partir da metade da década de 50, passaram a ser utilizados dispositivos em estado sólido - os TRANSISTORES, inventados em Stanford em 1947. Os modernos Circuitos Integrados - CI's e os microprocessadores são implementados com milhões de transístores "impressos" em minúsculas pastilhas.

Vamos agora analisar o que ocorreria se nós ligássemos em SÉRIE duas chaves automáticas como as acima, e ligássemos uma lâmpada ao circuito. O circuito resultante poderia ser representado assim:

62

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

Circuito AND (E) B

A

  A lâmpada acenderia se - e somente se - as DUAS chaves estivessem na posição LIGADO (ou verdadeiro), o que seria conseguido com as duas entradas A e B em estado 1 (Verdadeiro). Substituindo Substituindo CORRENTE (ou chave ligada) por 1 e AUSÊNCIA DE CORRENTE (ou chave desligada) por 0, como ficaria nossa tabela verdade para LÂMPADA LIGADA = 1 e LÂMPADA DESLIGADA = 0? A

B

L

0

0

0

0

1

0

1

0

0

1

 

1

 

1

 

Dá para reconhecer a nossa já familiar FUNÇÃO E? O circuito acima que implementa a função E é chamado de PORTA E (AND GATE). Vamos agora analisar o que ocorreria se nós ligássemos em PARALELO duas chaves automáticas como as acima, e ligássemos uma lâmpada ao circuito. O circuito resultante poderia ser representado representad o assim:

63

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

Circuito OR (OU) A

B

  A lâmpada acenderia SE QUALQUER UMA DAS-CHAVES estivesse na posição LIGADO (ou verdadeiro), o que seria conseguido com uma das duas entradas A ou B em estado 1 (Verdadeiro). Substituindo CORRENTE (ou chave ligada) por 1 e AUSÊNCIA DE CORRENTE (ou chave desligada) por 0, como ficaria nossa tabela verdade para LÂMPADA LIGADA = 1 e LÂMPADA DESLIGADA = 0? A

B

L

0

0

0

0

1

1

1

0

1

1

 

1

 

1

 

E agora, dá para reconhecer a nossa n ossa já familiar FUNÇÃO OU? O circuito acima, que implementa a função OU, é chamado de PORTA OU (OR GATE). Porta Lógica ou Gate São dispositivos ou circuitos lógicos que operam um ou mais sinais lógicos de entrada para produzir uma (e somente uma) saída, a qual é dependente da função implementada no circuito.

64

  

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

A x1 B x2 C x3

Circuito Lógico

y = f(x1, f(x1, x2, x3, x = f(A, B, C,





xn)

N)

N xn

 

Um computador é constituído de uma infinidade de circuitos lógicos, que executam as seguintes funções básicas: a) realizam operações matemáticas b) controlam o fluxo dos sinais c) armazenam dados Existem dois tipos de circuitos lógicos: a) COMBINACIONAL - a saída é função dos valores de entrada correntes; corrente s; esse circuito não tem capacidade de armazenamento [casos a) e b) acima]. b) SEQUENCIAL - a saída é função dos valores de entrada correntes e dos valores de entrada no instante anterior; é usada para a construção de circuitos de memória (chamados (c hamados "flip-flops").

UNIDADE Temática 3.2. Portas Lógicas. Lógicas.

Porta NOT (NÃO) A porta NOT inverte o sinal de entrada (executa a NEGAÇÃO do sinal de entrada), ou seja, se o sinal de entrada for 0 ela produz uma saída 1, se a entrada for 1 ela produz uma saída 0.

65

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

A=A

Porta NOT (NÃO) A

A

X

0 1

1 0

A  

A porta AND (E) combina dois ou mais sinais de entrada de forma equivalente a um circuito em série, para produzir um único sinal de saída, ou seja, ela produz uma saída 1, se todos os sinais de entrada forem; caso qualquer um dos sinais de entrada for 0, a porta AND produzirá um sinal de saída igual a zero. Porta AND (E) A B

X=A . B A

B

X

0

0

0

0

1

0

1

0

0

1

1

1

 

A porta OR (OU) combina dois ou mais sinais de entrada de forma equivalente a um circuito em paralelo, para produzir um único sinal de saída, ou seja, ela produz uma saída 1, se qualquer um dos sinais de entrada for igual a 1; a porta OR produzirá um sinal de saída igual a zero apenas se todos os sinais de entrada forem 0. X=A + B

Porta OR (OU)

A B

A

B

X

0

0

0

0

1

1

1

0

1

1

1

1

 

66

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

A porta NAND (NÃO E) equivale a uma porta AND seguida por uma porta NOT, isto é, ela produz uma saída que é o inverso da saída produzida pela porta AND.

Porta NAND ( NÃOE) A B

X=A.B A

B

X

0

0

1

0

1

1

1

0

1

1

1

0

 

A porta NOR (NÃO OU) equivale a uma porta OR seguida por uma porta NOT, isto é, ela produz uma saída que é o inverso da saída produzida pela porta OR.

X=A + B

Porta NOR (NÃO OU) A B

A

B

X

0

0

0

0

1

0

1

0

0

1

1

0

 

A porta XOR (OU EXCLUSIVO) compara os bits; ela produz saída 0 quando todos os bits de entrada são iguais e saída 1 quando pelo menos um dos bits de entrada é diferente dos demais.

67

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

Porta XOR ou OU Exclusivo (Exclusivo OR)

X=A

B

+

A

B

X

0

0

0

0

1

1

1

0

1

1

1

0

 

Exemplo de circuitos utilizando portas lógicas: A)  Uma campainha que toca (saída) se o motorista der a partida no motor do carro (entrada) sem estar com o cinto de segurança afivelado (entrada). Se a ignição for ACIONADA (1) e o cinto estiver DESAFIVELADO (1), a campainha é ACIONADA (1). Caso contrário, a campainha não toca;

Tabela de Verdade: Ignição

Cinto

Campainha

0

0

0

0

1

0

1

0

0

1

1

Basta incluir uma porta OR.

 

1

 

68

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

UNIDADE Temática 3.3. Descrição Algébrica de Circuitos Lógicos

É importante observar que qualquer circuito lógico pode ser descrito usando as três operações booleanas estudadas anteriormente. A expressão algébrica algébrica na saída d do o circuito pode ser obtida percorrendo o esquemático de esquerda para a direita. A

A.B x=A.B+C

B C

 

Precedência de operadores. Tal como na álgebra convencional, existe precedência na sequência em que as operações booleanas são realizadas. Na figura anterior, anterior, a expressão correta é x = (A · B) + C. Contudo, na expressão anterior, os parênteses não são necessários visto que a operação AND toma precedência em relação à operação OR. Já no caso da figura a seguir, o uso dos parênteses é necessário. A

A+B x = (A + B) . C

B

C

 

No caso de circuitos com inversores, a expressão pode ser escrita como

apresentado a seguir. A

A

ABC

B C

x = ABC (A+D) A+D

A A+D D

4.2.1. Avaliação das Saídas dos Circuitos Lógicos

 

69

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

  O processo de avaliação das saídas dos circuitos digitais é

▪

conhecido como Análise.   O nível lógico presente na saída de um circuito lógico pode ser

▪

determinado determinad o a partir da expressão na saída do mesmo.   Considerando o circuito da figura anterior, assuma que as

▪

variáveis de entrada têm os seguintes estados lógicos: A = 0, B = 1, C = 1 e D = 1.   Para determinar o estado lógico da saída, basta substituir os

▪

valores das variáveis na expressão de saída do circuito, neste caso: A.B + A +A.D + A.C

x =0

  Em geral, as seguintes regras devem ser aplicadas quando avaliando expressões lógicas: Primeiro realize todas as inversões de termos simples. Resolva, a seguir, todas as operações dentro de parênteses. Resolva as operações AND antes das operações OR. No caso de alguma expressão aparecer complementada (uma barra acima da expressão), resolva a operação indicada pela expressão e, em seguida, inverta o resultado. O processo de avaliação pode ser realizado também utilizando tabelasverdade. Se necessário, realize a construção de tabelas verdade associadas a diferentes pontos (pontos intermediários) do circuito, até se alcançar a saída. Esse procedimento é especialmente útil quando se está testando um circuito. Exemplo: 1 1 1

x=0 0

0

2

1 D=1

 

70

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

A = 0; B = 1; C = 1; A

B

C

v = A’  A’ 

v = A’B  A’B 

w = BC

x=v+w

0

0

0

1

0

0

0

0

0

1

1

0

0

0

0

1

0

1

1

0

1

0

1

1

1

1

1

1

1

0

0

0

0

0

0

1

0

1

0

0

0

0

1

1

0

0

0

0

0

1

1

1

0

0

1

1

UNIDADE Temática 3.4. Implementação de Circuitos Utilizando Expressões Booleanas

Se a expressão booleana é conhecida, o diagrama lógico do circuito pode ser obtido. Suponha que queremos construir o circuito cuja expressão é: y = AC + BĈ +  + ĀBC ĀBC  

71

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

  A

AC C

B

B

BC

y = AC + BC + ABC

C C

A ABC

B

 

C

Exemplo: Desenhe o circuito que implementa a seguinte expressão: x = (A+B) + (̅ + C) A A+B

x = (A (A + B)(B + C)

B B

B+C

C

 

Porta NOR – NOR – NÃO  NÃO OU Combina as operações OR e NOT x=A+B

A

B (a)

A B

Denota Inversão  A + B

x=A+B

 

72

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

(b) OR

NOR

A+B

A 0

B 0

A+B 0

0

1

1

0

1

0

1

0

1

1

1

0

S

1

A

B

Vcc

 

Ex.: Determine a saída de uma porta NOR de três entradas seguida de um inversor. A

 A + B + C

x=A+B+C=A+B+C

B C

 

Porta NAND – NAND – NÃO  NÃO E Combina as operações AND e NOT x = AB

A B (a) A B

Denota Inversão  AB

AB

 

73

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

  (b) AND

NAND

A

B

AB

0

0

0

1

0

1

0

1

1

0

0

1

1

1

1

0

AB S

A Vcc

B

 

Portas Lógicas NAND e NOR Exemplo: Implemente o circuito lógico que tem como expressão:  =̅̅( + )  1 C D

C+D

0

0 1 x = AB(C + D)

1 B A

1

 

Qual o valor da saída x para ABCD = 1110.

UNIDADE Temática 3.5. Lógica Temporizada

Conforme vimos ao analisar a comunicação entre UCP e memória, as instruções, os dados e os endereços "trafegam" no computador através dos barramentos (de dados, de endereços e de controle), sob a forma de bits representados por sinais elétricos: uma tensão positiva alta ("high" - geralmente no entorno de 3 volts) significando "1" e uma tensão baixa ("low" - próxima de zero) significando "0". Mas os dados no computador não ficam estáticos; pelo contrário, a cada ciclo (cada "estado") dos circuitos, os sinais variam, de forma a representar novas instruções, dados e endereços. Ou seja, os sinais ficam estáticos apenas por um curto espaço de tempo, necessário e suficiente para os circuitos

74

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

poderem detectar os sinais presentes no barramento naquele instante e reagir de forma apropriada. Assim, periodicamente, uma nova configuração de bits é colocada nos circuitos, e tudo isso só faz sentido se pudermos de alguma forma organizar e sincronizar essas variações, para que, num dado instante, os diversos circuitos do computador possam "congelar" uma configuração configuração de bits e processá-las. Para isso, é preciso que exista um outro elemento, que fornece uma base de tempo para que os circuitos e os sinais se sincronizem. Este circuito circuito é chamado clock - o relógio interno do computador. Cada um dos estados diferentes que os circuitos assumem, limitados pelo sinal do clock, é chamado um ciclo de operação. D Clock A Unidade de Controle Co ntrole da UCP envia a todos os componentes do computador um sinal elétrico regular - o pulso de "clock" - que fornece uma referência de tempo para todas as atividades e permite o sincronismo das operações internas. O clock é um pulso alternado de sinais de tensão, gerado pelos circuitos de relógio (composto de um cristal oscilador e circuitos auxiliares). its é cor Ciclo de Operação Cada um destes intervalos regulares de tempo é delimitado pelo início da descida do sinal, equivalendo um ciclo à excursão do sinal por um "low" e um "high" do pulso. O tempo do ciclo equivale ao período da oscilação. A física diz que período é o inverso da frequência. Ou seja, P = 1 / f. A frequência f do clock é medida em hertz. Inversamente, a duração de cada ciclo é chamada de período, definido por P=1/f (o período é o inverso da frequência). Por exemplo, se f = 10 hz logo P = 1/10 = 0,1 s.

1 Mhz (1 megahertz) equivale a um milhão m ilhão de ciclos por segundo. Sendo a frequência de um processador medida em megahertz, o período será então medido em nanosegundos, como vemos no exemplo abaixo: f = 10 Mhz = 10 x 106 hz P = 10 / 106 = 100 ns (1 nanosegundo). Sempre

75

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

que se fala sobre máquinas velozes, citamos números em megahertz. Para um melhor entendimento sobre o que ocorre na máquina, em vez de falar sobre a frequência do clock seria mais ilustrativo discutirmos uma outra grandeza: o período (isto é, o tempo de duração de cada ciclo ou simplesmente tempo de ciclo). Quando se diz que um processador é de 200 Mhz, está-se definindo a frequência de operação de seu processador (seu clock), significando que o processador pode alternar seus estados internos 166 milhões de vezes por segundo. Isto acarreta que cada ciclo (equivalente a um estado lógico) de operação dura 1 / 200.000.000 s = 5 x 10-9 s, ou seja, 5 nanosegundos. Como podemos ver pelo exemplo a seguir, o processador com o clock ilustrado em (B) teria um tempo de ciclo cinco vezes menor que o (A) e, portanto, teria (teoricamente) condições de fazer cinco vezes mais operações no mesmo tempo. os s

Quando analisamos os números de clock de um processador ou barramento, pode ficar uma impressão que esses números não fazem sentido: 133 MHz, 166 MHz. Vejamos como ficam seus períodos, e como esses números apresentam um padrão regular: Frequência (MHz)

Período(ns)

25

40

33

30

40

25

76

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

50

20

66

15

100

10

133

7.5

166

6

200

5

266

3.75

Os primeiros computadores computadores tinham um único sinal de clock c lock geral, válido para UCP, memória, barramentos de E/S (entrada / saída), etc. À medida que a tecnologia foi se aperfeiçoando, a frequência de clock de operação dos processadores (e, em menor escala, também a das memórias) aumentou em uma escala muito maior que a dos demais componentes. Desta forma, foi necessário criar diferentes pulsos de clock para acomodar as frequências de operação dos diferentes componentes. A placa-mãe de um PC utiliza uma frequência-mestra (hoje em geral de 66 Mhz, equivalente a um período de 15 ns, estando em prancheta placas para 100 MHz) para seu barramento (ciclo de barramento), a qual é multiplicada ou dividida para ser utilizada pelos demais componentes:   o processador tem essa frequência multiplicada por 2 (133 Mhz)

▪

a 4 (266 MHz),   o barramento PCI usa frequências reduzidas pela metade (33

▪

Mhz), ▪

  as memórias (ciclos da ordem de 60 ns) usam frequências reduzidas a um quarto e

77

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

  as cache secundárias (ciclos entre 10 e 20 ns) usam a própria

▪

frequência da placa mãe. As memórias cache primárias são hoje construídas como parte do processador e usam o mesmo clock do processador. O efeito prático (econômico$$$$) do aumento da frequência de operação é que a precisão de fabricação dos circuitos tem que ser também maior. O tamanho de cada junção de transístor fica f ica menor (hoje são construídos chips com 0,35 microns e uma nova geração com 0,25 microns está em gestação). Uma junção menor requer menor potência para sua operação, menos elétrons para operar uma transição de estados, menor tempo de propagação do sinal, menor potência dissipada. Em consequência da grande precisão exigida, apenas uma pequena parcela consequência dos processadores fabricados (cerca de 5%) consegue operar na máxima frequência para a qual foram projetados, e a maioria é certificada para operar a frequências mais baixas. Isto acarreta que, embora todos os processadores de um tipo sejam fabricados pelos mesmos processos e nas mesmas máquinas, apenas alguns serão certificados para a máxima frequência prevista, o que obriga que o preço dos processadores de clock máximo seja muito mais caro que o dos muitos outros que não obtiveram certificação certificação para aquele elevado clock e serão vendidos com "tags" de 166 ou 133 Mhz, a preços reduzidos. Instruções por Ciclo. Qual a real importância e significado da frequência do processador? Quando se faz uma soma em uma calculadora, basta teclar cada um dos algarismos do 1º número, teclar o sinal de mais, depois teclamos os algarismos do segundo número e teclamos o sinal de igual. É comum pensar que nos computadores as coisas se passam mais ou menos do mesmo jeito. No entanto, a soma propriamente dita é a menor das tarefas que um computador

78

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

executa quando soma dois números. Neste exemplo, o computador precisaria localizar a instrução de soma na memória e movê-la para a UCP. Esta instrução estaria codificada na forma de dígitos binários e teria que ser decodificada para determinar a operação a ser realizada (no caso, ADD), o tamanho dos dados (quantas células eles ocupam), determinar a localização e buscar cada um dos números na memória, e só então, finalmente, fazer a soma. Para o computador, a soma é realmente a parte mais simples e mais rápida ráp ida de toda a operação, já que decodificar a instrução e principalmente principalmente obter os dados tomam a maior parte do tempo. Cada nova geração de processadores tem sido capaz de executar as operações relativas ao processamento de uma instrução em menor número de ciclos do clock. Por exemplo, na família Intel x86: - 386 - mínimo de 6 ciclos por instrução de soma de 2 números - 486 em geral, 2 ciclos por instrução de soma de 2 números - Pentium - 1 ciclo por instrução de soma de 2 números - Pentium Pro - 1 ciclo por instrução de soma de 3 números; na soma de mais números, quando um dos números está em memória de baixa velocidade, o Pentium Pro é capaz de "pular" este número e, enquanto e nquanto busca o número que falta, seguir adiante, buscando e somando os demais números para finalmente incluir o número que faltava na soma. Usando uma analogia com um automóvel, para andar mais rápido geralmente é mais eficaz trocar de marcha do que acelerar. Comparativamente, um processador de 66 Mhz hoje equivaleria a uma pequena pressão no acelerador e um de 300 Mhz ao acelerador pressionado até o fundo (pé na tábua!). Mas, se um 8088 fosse a 1ª marcha, um Pentium II seria equivalente à 5ª marcha e seria certamente muito mais rápido, mesmo que fosse possível "acelerar" o 8088 ao mesmo clock do Pentium. Se compararmos um 486 DX4-100 (100 Mhz) com um Pentium também de 100 Mhz, veremos que o Pentium 100 será substancialmente mais rápido, o que se deve à sua arquitetura e não ao clock. É, portanto, um engano comparar apenas a frequência do clock: o desempenho do

79

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

processador deve ser avaliado por um conjunto de características da arquitetura, do qual a frequência do clock é apenas um deles - e não o mais importante. 3.5.1. Conceitos de Interrupção e Trap Pode-se dizer que interrupções e traps são as forças que movimentam e dirigem os sistemas operacionais, pois um sistema operacional só recebe o controle da execução quando ocorre alguma interrupção ao trap. Uma interrupção é um sinal de hardware que faz com que o processador sinalizado interrompa a execução do programa que vinha executando (guardando (guardando informações para poder continuar, mais tarde, a execução desse programa) e passe a executar uma rotina específica que trata da interrupção. Um trap é uma instrução especial que, quando executada pelo processador, origina as mesmas ações ocasionad ocasionadas as por uma interrupção (salvamento de informações para poder continuar, mais tarde, a execução do programa e desvio para uma rotina específic específicaa que trata do trap). Pode-se dizer que um trap é uma interrupção ocasionada por software. Interrupções podem ser originadas pelos vários dispositivos periféricos (terminais, discos, impressoras, etc.), pelo operador (através das teclas do console de operação) ou pelo relógio do sistema. O relógio (timer) é um dispositivo de hardware que decrementa automaticamente o conteúdo de um registrador ou posição de memória, com uma freqüência constante, e interrompe a UCP quando o valor decrementa decrementado do atinge zero. O sistema operacion operacional al garante que ocorrerá pelo menos uma interrupção (e ele voltará a trabalhar) dentro de um intervalo de tempo t, colocando no relógio um valor que demore t unidades de tempo para ser decrementado até zero. Esta atribuição de valor ao relógio é feita imediatamente antes do sistema operacional operacional entregar a UCP para um programa de usuário. Uma interrupção não afeta a instrução que está sendo executada pela UCP no momento em que ela ocorre: a UCP detecta interrupções apenas

80

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

após o término da execução de uma instrução (e antes do início da execução da instrução seguinte). Os computadores possuem instruções para mascarar (desabilitar, inibir) o sistema de interrupções. Enquanto as interrupções estão mascaradas elas podem ocorrer, mas não são sentidas pelo processador. Neste caso, as interrupções ficam pendentes (enfileiradas) e só serão sentidas quando uma instrução que desmascara as mesmas é executada. Conforme já foi dito, os traps são instruções especiais especiais que, quando executadas, originam ações idênticas às que ocorrem por ocasião de uma interrupção. Pode-se dizer que um trap é uma interrupção prevista, programada no sistema pelo próprio programador. Uma interrupção, por outro lado, é completamente imprevisível, ocorrendo em pontos que não podem ser prédeterminados. determinad os. Os traps têm a finalidade de permitir aos programas dos usuários a passagem do controle da execução para o sistema operacional. operaci onal. Por esse motivo também são denominadas “chamadas do supervisor” ou “chamadas do sistema” (supervisor call ou system s ystem call). Os traps são necessários principalmente nos computadores que possuem instruções protegidas (privilegiadas). Nesses computadores o registrador (palavra) de estado do processador possui um bit para indicar se a UCP está em estado privilegiado (estado de sistema, estado de supervisor, estado mestre) ou não privilegiado (estado de usuário, estado de programa, estado escravo). Sempre que ocorre uma interrupção ou trap, o novo valor carregado no registrador do estado do processador, indica estado privilegiado de execução. No estado de supervisor qualquer instrução pode ser executada e no estado de usuário apenas as instruções não Apostila de Organização de Computadores - Prof. Bruno 80 protegidas podem ser executadas. Exemplos de instruções protegidas são instruções para desabilitar e habilitar interrupções e instruções para realizar operações de E/S. Operaçõess que envolvam o uso de instruções protegidas só podem ser Operaçõe executadas pelo sistema operacional, portanto. Quando um programa

81

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

de usuário necessita executar alguma dessas operações, o mesmo deve executar um trap, passando como argumento o número que identifica a operação que está sendo requerida.

Sumário Na unidade temática 3 abordamos sobre os circuitos Lógicos são dispositivos que operam um ou mais sinais lógicos de entrada para produzir uma e somente uma saída, dependente da função implementada

no circuito. no  circuito.  

São

geralmente

usadas

em

circuitos  eletrônicos, circuitos eletrônicos, por  por causa das ssituações ituações que os sinais deste tipo de circuito podem apresentar: presença de sinal, ou "1"; e ausência de sinal, ou "0". As situações "Verdade" e "Falso". O comportamento das portas lógicas é conhecido pela  pela  tabela verdade que apresenta os estados lógicos das entradas e das saídas.  saídas.  

Exercícios de AUTO-AVALIAÇÃ AUTO-AVALIAÇÃO O Perguntas. 1.  Defina tabela da verdade? 2.  Diferencie Interrupção Interrupção de trap? Respostas: 1.  Rever página 54 á60 2.  Rever página 55 á 60

Exercícios para AVALIAÇÃO Perguntas 1.  Defina Logica Digital? 2.  Como funciona uma chave automática? 3.  Defina portas Logicas?

Bibliografia   Idoeta, I.V. & Capuano, F.G.; F. G.; Elementos de Eletrônica Digital, 12ª. edição, Érica, 1987.

▪

82

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

  E. Mendelson; Álgebra booleana e circuitos de chaveamento, McGraw-Hill,1977.

▪

83

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

TEMA  – 4: GERECIAMEN GERECIAMENTO TO DE PROCESSOS. UNIDADE Temática 4.1. Introdução ao Gerenciamento de Processos. Pr ocessos. UNIDADE Temática 4.2. Temática 4.2. Estrutura do Processo. UNIDADE Temática do Criação Processo. UNIDADE Temática 4.3. Temática 4.3. 4.4. Estados Formas de de Processos. UNIDADE Temática 4.5. Temática 4.5. EXERCÍCIOS deste tema Ao completar esta unidade, você deverá ser capaz de:   Descrever os Conceitos de Lógica digital.

▪

Objectivos específicos

  Apresentar a estrutura do processo, bem como os seus estados.

▪

  Descrever Descrever as  as formas de criação de processos.

▪

UNIDADE Temática 4.1. Introdução ao Gerenciamento de Processos  Processos  

O sistema operacional tem a função exclusiva de controlar a execução dos diversos programas e o uso concorrente do processador e demais recursos. Para que se torne possível é necessário sempre que esteja associado a um processo. O conceito de processo é a base para a implementação implementa ção de um sistema multiprogramável. A gerência de processos é uma das principais funções de um sistema operacional,

possibilitando

aos

programas

alocar

recursos,

compartilhar dados, trocar informações e sincronizar suas execuções. Nos sistemas multiprogramáveis os processos são executados concorrentemente, compartilhando o uso do processador, memória principal e dispositivos de E/S, dentre outros recursos. Nós sistemas com múltiplos processadores não só existe a concorrência de processos pelo uso do processador como também a possibilidade de execução simultânea de processos nos diferentes processadore processadores. s. Abordaremos os principais conceitos relacionados a processos, como sua estrutura, estados de execução execução e tipos de processos.

84

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

UNIDADE Temática 4.2. Estrutur Estruturaa do Processo Processo  

O processador é projectado para executar instruções a partir do ciclo de busca e execução. Neste ciclo, o processador busca instrução a ser executada na memória principal, armazena-a no registador de instruções para finalmente, decodificar decodificar seus bits e realizar a execução. O registador PC tem a função de armazenar sempre o endereço da próxima instrução a ser executada, e as alterações do seu conteúdo determinam o sequenciamento de execução das instruções armazenadas na memória principal. Na visão da camada de hardware, o processador executa instruções sem distinguir qual programa encontra-se em processo. É de responsabilidade do sistema operacional implementar a concorrência entre programas gerenciado gerenciado a alternância da execução de instruções na UCP de maneira controlada e segura. Neste sentido, o conceito de processo torna-se essencial para que os sistemas multiprogramáveis implementem a concorrência de diversos programas e atendam a múltiplos usuários simultaneamente. Um processo pode ser entendido inicialmente como um programa em execução, só que seu conceito é mais abrangente. Para que a concorrência entre os programas ocorra sem problemas, é necessário que todas as informações do programa interrompido sejam guardadas par que, quando este voltar a ser executado, não lhe falte nenhuma informação necessária à continuação do processamento. Estas informações são fundamentais para que o sistema operacional possa gerenciar a execução concorrente de programas, e é a base de qualquer ambiente multiprogramável. multiprogramável. O conceito de processo p rocesso pode ser definido como sendo o conjunto necessário de informações para que o sistema operacional implemente a concorrência de programas.

85

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

A figura 4-1 ilustra a concorrência de três programas (PROG_1, PROG_2, PROG_3) associados aos processos X, Y e Z. no intervalo de tempo de ∆t1, o processador executa instruções do PROG_1. No instante de tempo t4, o sistema operacional decide interromper temporariamente a execução do PROG_1 e salva o conteúdo dos registadores do processador, armazenando-os no Processo X,. a seguir, o PROG_2 é iniciado e executado ao longo do intervalo ∆t 2. No instante t7, o sistema operacional decide interromper o PROG_2 e salva o conteúdo dos registadores no Processo Y. neste momento o PROG_3 é iniciado, executa no intervalo de tempo de ∆t3 até que o sistema operacional decide interrompe-lo, salvar seus registradores no processo Z e retomar a execução de PROG_1. Para isso, no intervalo t 12  o conteúdo dos registradores registrador es do processo X é carregado no processador, fazendo com que PROG_1 continue sua execução como se não tivesse sido interrompido. A troca de um processo por outro no processador, comandada pelo sistema operacional, é denominada mundança

de

contexto.. É dessa maneira que o sistema operacional implementa e contexto gerência um ambiente multiprogramável.

86

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

   1  .    1  .   r    t   s   n    I

PROG_1

PROG_2

PROG_3

Instr. 1.1 Instr. 1.2 Instr. 1.3 Instr. 1.4

Instr. 2.1 Instr. 2.2 Instr. 2.3 Instr. 2.4

Instr. 3.1 Instr. 3.2 Instr. 3.3 Instr. 3.4

Instr. 1.5 . . .

Instr. 2.5 . . .

Instr. 3.5 . . .

Informações de registradores

Informações de registradores

Informações de registradores

Processo X

Processo Y

Processo Process oZ

   2  .    1  .   r    t   s   n    I

   3  .    1  .   r    t   s   n    I

   4  .    1  .   r    t   s   n    I

   O    S  .   r    t   s   n    I

   1  .    2  .   r    t   s   n    I

   2  .    2  .   r    t   s   n    I

t4 t5

t0 t1

   O    S  .   r    t   s   n    I

   1  .    3  .   r    t   s   n    I

   2  .    3  .   r    t   s   n    I

   3  .    3  .   r    t   s   n    I

t7 t8 t2

   4  .    3  .   r    t   s   n    I

   O   5  .    S    1  .  .   r   r    t    t   s   s   n   n    I    I

 .

 .

.

t12 t13

t 

t3

Figura 4-1: Concorrência de programas e processos Um processo também pode ser definido como o ambiente onde um programa é executado. Este ambiente, além das informações sobre a execução, possui também a quantidade de recursos do sistema que cada programa pode utilizar, como o espaço de endereçamento da memória principal, tempo de processador e área em disco. O resultado da execução de um mesmo programa pode variar, dependendo do processo em que é executado ou seja, em função dos recursos que são disponibilizados para o programa. A falta de recursos pode impedir a execução com sucesso de um programa. Caso um programa, ora exemplo, necessita utilizar uma área em disco superior ao seu limite, o sistema operacional irá interromper sua execução por falta de recursos disponíveis. Um processo é formado por três partes, conhecidas como contexto de hardware, contexto de software e espaço de endereçamento, que  juntos mantêm todas as informaçõ informações es necessárias à execução de um programa.

87

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

A figura 4-2 ilustra de maneira abstrata os componentes do processo.

Programa Espaço de Endereçamento

  Figura 4-2: Estrutura do Processo 4.2.1. Contexto de hardware O contexto de hardware de processo armazena o conteúdo dos registradores gerais da UCP, além dos registradores de uso específico, como program counter (PC), stack pointer (SP) e registradores de status. Quando um processo esta em execução, o seu contexto de hardware está armazenado nos registradores do processador. No momento em que o processo perde a utilização da UCP, o sistema salva as informações no contexto de hardware do processo. O contexto de hardware é fundamental para a implementação dos sistemas multiprogramáveis, onde os processos se alternam na utilização da UCP, podendo ser interrompidos e, posteriormente, restaurados. O sistema operacional gerência a mudança de contexto, base para a implementação da concorrência, que consiste em salvar o conteúdo dos registradores do processo que esta deixando a UCP e carrega-lo com os valores referentes ao do novo processo que será executado. Essa operação se resume em substituir o contexto de hardware de um processo pelo de outro.

88

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

Sistema Operacional

Processo B

Processo A Executando

Salva registradores do Processo A

Carrega registradores registradores do Processo B Executando

Salva registradores do Processo B

Carrega registradores registradores do Processo A Executando

  Figura 4-3: Mudança de Contexto 4.2.1. Contexto de Software No contexto de software de um possesso são especificados limites e características dos recursos que podem ser alocados pelo processo, como o número máximo de arquivos abertos simultaneamente, prioridade de execução e tamanho do buffer para operações de E/S. Muitas destas características são determinadas no momento da criação do processo, enquanto outras podem ser alteradas durante a sua existência. A maior parte das informações do contexto de software do processo provém de um arquivo do sistema operacional, conhecido como arquivo de usuários. Neste arquivo são especificados os limites dos recursos que cada processo pode alocar, sendo gerenciado pelo administrador do sistema. Outras informações presentes no contexto

89

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

de software são geradas dinamicamente ao longo da execução do processo. O contexto de software é composto por três grupos de informações sobre processo: identificação, quotas e privilégios.   Identificação

▪

Cada processo criado pelo sistema recebe uma identificação única (PIDprocess identification) identification) representada por um número. Através do PID, o sistema operacional e outros processos podem fazer referência a qualquer processo existente, consultando seu contexto ou alterando uma de suas características. Alguns sistemas, além do PID, identificam o processo através de um nome. O processo também possui a identificação do usuário ou processo que o criou (owner). Cada usuário possui uma identificação única no sistema (UID-user identification), atribuída ao processo no momento de sua criação. A UID permite implementar um modelo de segurança, onde apenas os objectos (processos, arquivos, áreas de memoria etc.) que possuem a mesma UID do usuário (processo) podem ser acessados.   Quotas

▪

As quotas são limites de cada recurso do sistema que um processo pode alocar. Cada uma quota seja insuficiente, o processo poderá ser executado lentamente, interrompido durante seu processamento ou mesmo não ser executado. Alguns exemplos de quotas presentes na maioria dos sistemas operacionais são:   Número máximo de arquivos abertos simultaneamente;

▪

  Tamanho máximo de memória principal e secundária que o

▪

processo pode alocar; E /S pendentes;   Número máximo de operações de E/S

▪

  Tamanho máximo do buffer para operações de E/S;a

▪

90

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

  Número máximo de processos, subprocessos e threads que

▪

podem ser criados.   Privilégios

▪

Os privilégios ou direitos definem as ações que um processo pode fazer em relação a ele mesmo, aos demais processos e ao sistema operacional. Privilégios que afetam os próprios processos permitem que suas características possam ser alteradas, como prioridade de execução, limites alocados na memória principal e secundária, etc. Já os privilégios que afetam os demais processos permitem, além da alteração de suas próprias características, características, alterar as de outros processos. Privilégios que afetam o sistema são os mais amplos e poderosos, pois estão relacionados à operação e à gerência do ambiente, como a desativação do sistema, alteração de regras de segurança, criação de outros processos privilégios, modificação de parâmetros de configuração do sistema, entre outros. A maioria dos sistemas operacionais disponibiliza uma conta acesso com todos estes privilégios disponíveis, com o propósito de o administrador gerenciar o sistema operacional. No sistema UNIX existe a conta “root”, no MS Windows a conta “administrador” e  e no Open VMS existe a conta “system” com este mesmo perfil. 4.2.2. Espaço de Endereçamento O espaço de endereçamento é a área de memória pertencente ao processo onde instruções e dados do programa p rograma são armazenados para execução. Cada processo possui seu próprio espaço de endereçamento, que deve ser devidamente protegido do acesso dos demais processos.

91

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

  Nome Registrador gerais

PID Owner (UID) Prioridadee de Prioridad execução

Registrador Registrad or PC PC

Data/hora de criação Registrador Registrad or SP

Tempo de processador

Registrador de status

Quotas Privilégios

Programa Espaço de Endereçamento

Endereços de memória principal alocaddos

 

Figura 4-4: Caracterí Características sticas da estrutura de um processo 4.2.3. Bloco de Controle do Processo O processo é implementado pelo sistema operacional através de uma estrutura de dados chamados Blocos de Controle de Processo (Process Control Block-PCB). Block-PCB). A partir do PCB, o sistema operacional mantém todas as informações sobre o contexto de hardware, contexto de software e espaço de endereçamento de cada processo, a figura abaixo ilustra. Os PCBs de todos os processos ativos residem na memória principal em uma área exclusiva do sistema operacional. O tamanho desta área, geralmente, é limitado por um parâmetro do sistema operacional que permite especificar o número máximo de processos que podem ser suportados simultaneamente pelo sistema.

92

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

  Ponteiros

Estado do processo Nome do processo

Prioridade do processo

Registradores

Limites de memória

Lista de ar a rquivos a abert bertos os . . . .

 

Figura 4-5: Bloco de Controle do Processo (PCB)

UNIDADE Temática 4.3. Estados do Processo  Processo 

Em um sistema multiprogramável, um processo não deve alocar exclusivamente a UCP, de forma que exista um compartilhamento no uso doo processador. Os processos passam por diferentes estados ao longo do seu processamento, em função de eventos gerados pelo sistema operacional operacional ou pelo próprio processo. Um processo ativo pode encontrar-se em três estados diferentes:   Execução (running)  (running) 

▪

Um processo esta no estado de execução quando está sendo processado pela UCP. Em sistemas com apenas uma UCP, somente um processo pode estar sendo executado em um dado instante de tempo. Os processos se alternam na utilização do processador seguindo uma política estabelecida pelo sistema operacional.

93

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

Em sistemas com múltiplos processadores, existe a possibilidade de mais de um processo ser executado ao mesmo tempo. Neste tipo de sistema, também é possível um mesmo processo ser executado simultaneamente simultaneam ente em mais de uma UCP (processamento paralel paralelo). o).   Pronto (ready)  (ready) 

▪

Um processo no estado de pronto quando aguarda apenas para ser executado. O sistema operacional é responsável por determinar a ordem e os critérios pelos quais os processos em estado de pronto devem fazer uso do processador. Este mecanismo é conhecido como escalonamento. Em geral existem vários processos no sistema no estado de pronto organizados em listas encadeadas. Os processos devem estar ordenados pela sua importância, permitindo que processos mais prioritárioss sejam selecionados primeiramente para execução. prioritário   Espera (wait)  (wait) 

▪

Um processo no estado de espera aguarda por algum evento externo ou pro algum recurso para prosseguir seu processamento. Como exemplo, podemos citar o término de uma operação de E/S ou espera de uma determinada data e/ou hora para continuar sua execução. Em alguns sistemas operacionais, o estado de espera pode ser chamado de bloqueado (blocked). O sistema organiza os vários processos no estado de espera também em listas encadeadas. Em geral, os processos são separados em listas de espera associadas a cada tipo de evento. Nesse caso, quando um evento acontece, todos os processos da lista l ista associada ao evento são transferidos para o estado de pronto.

94

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

  Lista de processos em estado de pronto

PCB#5

PCB#1

PCB#9

PCB#2

Lista de processos em estado de espera

PCB#4

 

Figura 4-6: Lista de PCBs nos estados de pronto e espera 4.3.1. Mudanças de Estados do Processo Um processo muda de estado durante seu processamento em função de eventos originados por ele próprio (eventos voluntários) ou pelo sistema operacional (eventos involuntários). Basicamente, existem quatro mudanças de estado que podem ocorrer a um processo:   Pronto para Execução  Execução 

▪

Após a criação de um processo, o sistema o coloca em uma lista de processos no estado de pronto, onde aguarda por uma oportunidade para ser executado. Cada sistema operacional tem seus próprios critérios e algoritmos para a escolha da ordem em que os processos serão executados. Estado de execução

(d)

(b) (a)

(c) Estado de Espera

Estado de Pronto

 

95

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

Figura 4-7: Mudanças de estado do processo   Execução para Espera  Espera 

▪

Um processo em execução passa para o estado de espera por eventos gerados pelo próprio processo, como uma operação de E/S, ou por eventos externos. Um evento externo é gerado, por exemplo, quando o sistema operacional suspende por um período de tempo a execução de um processo.   Espera para Pronto  Pronto 

▪

Um processo no estado espera passa para o estado de pronto quando a operação solicitada é atendida ou o recurso esperado é concedido. Um processo no estado de espera sempre terá de passar pelo estado de pronto antes de poder ser novamente selecionado para execução. Não existe a mudança do estado de espera para o estado de execução diretamente. diretamente. A figura acima mostra.   Execução para Pronto  Pronto 

▪

Um processo em execução passa o estado de pronto por eventos gerados pelo sistema, como o término da fatia de tempo que o processo possui para sua execução, a figura acima mostra. Neste caso, o processo volta para afila de pronto, onde aguarda por uma nova oportunidade para continuar o seu processamento. Um processo em estado de pronto ou de espera pode p ode não se encontrar na memória principal. Esta condição ocorre quando não existe espaço suficiente para todos os processos na memória principal e parte do contexto do processo é levado para memória secundária. A técnica conhecida como swapping na condição citada, retira processos da memória principal (swap out0  e os traz de volta (swap in) seguindo critérios de cada sistema operacional. Neste caso, os processos em estados de espera e pronto podem estar residentes ou não residentes (outswapped) na memória principal.

(outswapped) na memória principal. 96

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

  Estado de execução

Estado de Espera

Estado de Pronto

Residente Não-Residente

Estado de Espera

Estado de Pronto

 

Figura 4-8: Mudanças de estado do processo (2) 4.3.2 Criação e Eliminação de Processos Processos são retirados e eliminados por motivos diversos. A criação de um processo ocorre a partir do momento em que o sistema operacional adiciona um novo PCB à sua estrutura e aloca um espaço de endereçamento na memória para uso. A partir da criação do PCB, o sistema operacional já reconhece a existência do processo, podendo gerenciá-lo e associar programas ao seu contexto para serem executados. No caso da eliminação de um processo, todos os recursos associados ao processo são desalocados e o PCB eliminado pelo sistema operacional. Além dos três estados apresentados anteriormente para o processo, a maioria dos sistemas operacionais estabelece para os momentos de criação e eliminação de um processo dois estados adicionais. adicionais. A figura 49 ilustra as mudanças de estado do processo considerando estes dois novos estados.

97

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

  Estado de execução

Estado de Término

Estado de Pronto

Estado de Criação

 

Figura 4-9: Mudanças de estado do processo (3)   Criação (New)  (New) 

▪

Um processo é dito no estado de criação quando o sistema operacional já criou um novo PCB, porém ainda não pode coloca-lo na lista de processos do estado de pronto. Alguns sistemas operacionais limitam o número de processos ativos em função dos recursos disponíveis ou de desempenho. Esta limitação pode ocasionar que processos criados permaneçam no estado de criação até que possam passar para ativos. Abaixo serão descritas diferentes diferent es maneiras de ccriação riação de processos.   Terminado (Exit)  (Exit) 

▪

Um processo no estado de terminado não poderá ter mais nenhum programa executado executado no sseu eu contexto, porém o sistema operacional ainda mantém suas informações de controle presentes em memória. Um processo neste estado não é considerado mais ativo, mas como o PCB ainda existe, o sistema operacional pode recuperar informaçõess sobre a contabilização de uso de recursos do processo, informaçõe como o tempo total do processador. Após as informações serem extraídas, o processo pode deixar de existir. O término de processo pode ocorrer por razões como: c omo:   Término normal de execução;

▪

98

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

  Eliminação por um outro processo;

▪

  Eliminação forçada por ausência de recursos disponíveis no

▪

sistema. 4.3.3. Processos C CPU-bound PU-bound e I/O-bound Processos podem ser classificados como CPU-bound ou I/O-bound de acordo com a utilização do processador e dos dispositivos de E/S. Um processo é definido como CPU-bound (ligado à UCP) quando passa a maior parte de tempo no estado de execução, utlizando o processador, ou pronto (figura5.10a). esse tipo de processo realiza poucas operações de leitura e gravação, e é encontrado em aplicações cietificas que efetuam muitos cálculos. Um processo é classificado como I/O-bound (ligado à E/S) quando passa a maior parte do tempo no estado de espera, pois realiza um elevado número de operações de E/S (figura5-10b). este tipo de processo é encontrado em aplicações comercais, que se baseiam em leitura, processamento e gravação. Os processos interativos também são bons exemplos de processos I/O-bound, pela forma de comunicação entre o usuário e o sistema, normalmente lenta, devido à utilização de terminais.

E/S

E/S UCP UCP

tempo (a) CPU - Bound

tempo (b) I/O - bound

Figura 4-10: Processos CPU-bound x I/O-bound 4.3.4. Processos Foreground e Background Um processo possui sempre pelo menos dois canais de comunicação associados à sua estrutura, pelos quais são utilizadas todas as entras e

 

99

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

saídas de dados ao longo do seu processamento. Os canais de entrada (input) e saída (output) de dados podem estar associados a terminais, arquivos, impressoras e até mesmo a outros processos. Um processo foreground é aquele que permite a comunicação direta do usuário como processo durante o seu processamento. Neste caso, tanto o canal de entrada quanto o de saída estão associados a um terminal com teclado, mouse e monitor, permitindo, assim, a interação com o usuário (Figura 4-11a). O processo interativo tem como base processos foreground. Um processo background é aquele onde não existe a comunicação com o usuário durante o seu processamento (Figura 4.11b). neste caso, os canais de E/S não estão associados a nenhum dispositivo de E/S interativo, mas em geral a arquivos de E/S. o processamento do tipo batch é realizado através de processos background. (a) Processo Foreground

entrada

saida

Terminal

Terminal

(b) Processo Ba ckgroun ckground d entrada

Arquivo de entrada

saida

Arquivo de saida

 

Figura 4-11: Processos Foreground e Background É possível associar o canal de saída de um processo ao canal de entrada de um outro processo. Neste caso, dizemos que um pipe ligando os dois processos. Se um processo A gera uma listagem e o processo B tem como função ordena-la, basta associar o canal de saída do processo A ao canal de entrada do processo B (Figura 4-12).

100

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

Saída do Processo Proces so A Saída do Processo B Entrada do Processo B Processo A

Processo B

  Figura 4-12: Pipe

UNIDADE Temática 4.4. Formas de Criação de Processos  Processos 

Um processo pode ser criado de diversas maneiras. A seguir, são apresentadas as três principais formas de criação de processos:   Logon Interativo  Interativo 

▪

No Logon Interativo  Interativo  o usuário, por intermedio de um terminal, fornece ao sistema um nome de identificaçã i dentificação o (username ou logon) e uma senha (passowrd). O sistema operacional autêntica estas informações verificando se estão corretamente cadastradas no arquivo de usuários. Em caso positivo, um processo foreground é criado, possibilitando ao usuário interagir com o sistema utilizando uma linguagem de comandos.   Via Linguagem de Comandos  Comandos 

▪

Um usuário pode, a partir do seu processo, criar novos processos por intermédio de comandos da linguagem de comandos. O principal objetivo para que um usuário crie diversos processos é a possibilidade de execução de programas concorrentemente. Por exemplo, no sistema OpenVMS OpenVMS o  o comando spawn permite executar uma outra tarefa de forma concorrente. Esta é uma maneira de criar um processo a partir de outro processo já existente. O processo

101

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

criado pode ser foreground ou background dependendo do comando de criação utilizado.   Via Rotina do Sistema Operacional  Operacional 

▪

Um processo pode ser criado a partir de qualquer programa executável com o uso de rotinas do sistema operacional. A criação deste processo possibilita a execução de outros programas concorrentemente ao programa chamador. A rotina de criação de processos depende do sistema operacional e possui diversos parâmetros, como nome do processo a ser criado, nome do programa executável que será executado dentro do contexto do processo, prioridade de execução, estado do processo, se o processo é do tipo foreground ou background etc. 4.4.1. Processos Independentes, Subprocessos e Threads Processos independentes, subprocessos e threads são maneiras  maneiras   diferentes de implementar a concorr6encia dentro de uma aplicação. Neste caso, busca-se subdividir o código em partes para trabalharem de forma cooperativa. Considere um banco de dados com produtos de uma grande loja, onde vendedores fazem frequentes consultas. Neste caso, a concorrência na aplicação proporciona um tempo de espera menor entre consultas, melhorando o desempenho da aplicação e beneficiando beneficiand o os usuários. O uso de processos independentes é a maneira mais simples de implementar a concorrência em sistemas multiprogramaveis. Neste caso não existe vínculo do processo criado com o seu criador. A criação de um processo independente exige a alocação de um PCB, possuindo contextos de hardware, contextos de software e espaços de endereçamento endereçame nto p próprios. róprios. Subprocessos são processos criados dentro de uma estrutura hierarquia. Neste modo, o processo criador é denominado processo-

102

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

pai, enquanto o novo processo é chamado de subprocesso ou processofilho. O subprocesso, pro sua vez, pode criar outras estruturas de subprocessos. Uma característica desta implementação é a dependência existente entre o processo criador e o subproce subprocesso. sso. Caso um processo-pai deixe de existir os subprocessos subordinados são automaticamente eliminados. De modo semelhante aos processos independentes, subprocessos possuem sue próprio PCB. A figura 4-13 ilustra cinco processos em uma estrutura hierárquica, hierárquica, cada qual com o seu próprio contexto de hardware, contexto de software e espaço de endereçamento. Processo Process oA

Processo Process oB

Processo D

Processo C

Processo E

  Figura 4-13: Estrutura de processos e subprocessos Além da dependência hierarquia entre processos e subprocessos, uma outra característica neste tipo de implementação é que subprocessos podem compartilhar quotas com o processo-pai. Neste caso, quando um subprocesso é criado o processo-pai cede parte de suas quotas ao processo-filho. O uso de processos independente independentess e subprocessos no desenvolvimento de aplicações concorrentes demanda consumo de diversos recursos do sistema. Sempre que um novo processo é criado, o sistema deve alocar recursos (contexto de hardware, contexto de software e espaço de

endereçamento), consumindo tempo 103

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

de UCP. No momento do termino dos processos, o sistema operacional operacional também dispensa tempo para deslocar recursos previamente p reviamente alocados. Outro problema é a comunicação e a sincronização entre processos consideradas pouco eficientes, visto que cada processo possui seu próprio espaço de endereçamento. O conceito de thread foi introduzido na tentativa de reduzir o tempo gasto em criação, eliminação e troca de contexto de processos nas aplicações concorrentes, bem como economizar recursos do sistema como um todo. Em um ambiente multitread, um único processo pode suportar múltiplos treads, cada qual associado a uma parte do código da aplicação (Figura 5-14). neste caso não é necessário haver diversos processos

para

a

implementação

da

concorrência.

Threads

compartilham o processador da mesma maneira que um processo, ou seja, enquanto um thread espera por uma operação de E/S outro thread pode ser executado. Cada thread possui seu próprio contexto de hardwrae, porém compartilha o mesmo contexto de software e espaço de endereçamento

com

os

demais

threads

do

processo.

O

compartilhamento do espaço de endereçamento permite que a comunicação de threads dentro de um mesmo processo seja realizada de forma simples e rápida.

104

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

Contexto de

Contexto de

Contexto de

Hardware

Hardware

Hardware

Thread 2

Thread 3

  e    d   e   r   o    t   a   x   w   e   t    t    f   n   o   o   S    C

Thread 1

Espaço Espaç o de Endereçamento

  Figura 4-14: Processo Multithread

Sumário Na Unidade Unidade temática  temática 4 percebemos que o gerenciamento de processos é uma das principais funções de um sistema operacional. É devido à gerência de processos que os sistemas operacionais podem alocar recursos, compartilhar dados, trocar informações bem como sincronizar suas execuções. Percebemos também que o processo é formado por três partes essenciais que juntos mantêm todas informações necessárias à execução de um programa. Mais também percebemos que devido aos sistemas multiprogramáveis que implementam a concorrência de diversos programas e atendam a múltiplos usuários simultaneamente o processo tornou-se muito essencial. Exercícios de AUTO-AVALIAÇÃ AUTO-AVALIAÇÃO O Perguntas 1.  A função do contexto de Software é. 2.  O espaço de endereçamento de um processo Respostas: 1.  Rever página 85 á 91. 2.  Rever página 85 á 91.

105

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

Exercícios para AVALIAÇÃO Perguntas   1. 2.  Defina Porqueooconceito conceitode deprocesso. processo é tão importante no projecto de sistemas multipro multiprogramaveis? gramaveis? 3.  Mecione as partes que compõem um processo. 4.  O que é o contexto de hardware de um processo e como é feita a implementação da troca de contexto? 5.  Defina os cincos espaços possíveis de um processo. 6.  De exemplos de aplicações CPU-bound e I/O-bound.

Bibliografia  

▪

 

▪

 

▪

 

▪

 

▪

 

▪

Francis Machado, Luiz2007 Paulo sistemasBerenger Operacion Operacionais”, ais”, 4ª ed., 2007    Maia, “Arquitetura de OLIVEIRA, R. S. e CARISSIMI, A. S. e TOSCANI, S. S. istemas Operacionais. Operaciona is. 3ª ed, volume 11, Ed. Bookman, 2008. SILBERSCHATZ, SILBERSCHAT Z, A. & GALVIN, P. B. & GAGNE, G. Fu Fundamentos ndamentos de Sistemas Operacionais. Operacionais. 6ª Edição, Ed. LTC. SILBERSCHATZ, SILBERSCHAT Z, A. & GALVIN, P. B. & GAGNE, G. Sistemas Operacionais Operaciona is com Java. 7ª Edição, Rio de Janeiro, Ed. Elsevier,2008. TANENBAUM, TANENBA UM, A. S. & WOODHUL WOODHULL, L, A. S. Sistemas Operacionais: Projeto e Implementação. 3ª Edição, Porto Alegre, Ed. Bookman, 2008 Abraham, S.&Peter B. G., & Greg, G. Operating system

concepts ninth edition, 2013   TANENBAUM, TANENBAUM, A. & Herbert, B., Modern Operating Systems, Fourth Edition, 2015

▪

106

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

TEMA  – 5: GERÊNCIAMENTO DE MEMÓRIA. UNIDADE Temática 5.1. Introdução à Memória. UNIDADE Temática 5.2. Temática 5.2. Funções Básicas. UNIDADE Temática 5.3. Temática 5.3. Alocação Particionada. UNIDADE Temática 5.4. Temática 5.4. Swapping. UNIDADE Temática 5.5. Temática 5.5. EXERCÍCIOS deste tema Ao completar esta unidade, você deverá ser capaz de:   Introduzir o Gerenciamento de Memória.

▪

Objectivos específicos

  Descrever como o processador executa instruções localizadas na memória.

▪

  Descrever à implementação da técnica Swapping.

▪

UNIDADE Temática 5.1. Introdução à Memória

A memória principal sempre foi vista como um recurso escasso e caro. Uma das maiores preocupações dos projetistas foi desenvolver sistemas operacionais operacionais que não ocupassem muito espaço de memória ee,, ao

mesmo

tempo,

otimizassem

a

utilização

dos

recursos

computacionais. Mesmo actualmente, com a redução de custo e consequente aumento da capacidade a memória principal, seu gerenciamento é um dos factores mais importantes no projecto de sistemas operacionais. Enquanto nos sistemas monoprogramáveis a gerência da memoria não é muito complexa, nos sistemas multiprogramáveis essa gerência se torna critica, devido à necessidade de se maximizar o número de usuários e aplicações utilizando eficientemente o espaço da memória principal.

107

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

UNIDADE Temática 5.2. Funções Básicas  Básicas 

Em geral, programas são armazenados em memórias secundárias, como disco ou fita, por ser um meio não-volátil, abundante e de baixo custo. Como o processador executa instruções localizadas na memória principal, o sistema operacional deve sempre transferir programas da memória secundária para a memória principal antes de serem executadas. Como o tempo de acesso a memória secundária é muito superior ao tempo de acesso à memória principal, o sistema operacional deve buscar reduzir o número de operações de E/S à memória secundária, caso contrário, sérios problemas no desempenho do sistema podem ser ocasionados. A gerência de memória deve tentar manter na memória principal o maior número de processos residentes, permitindo maximizar o compartilhamento do processador e demais recursos computacionais. Mesmo na ausência de espaço livre, o sistema deve permitir que novos processos sejam aceitos e executados. Isso é possível através da transferência transferênc ia temporária de processos residentes na memória principal para a memória secundária, liberando espaço para os novos processos, este mecanismo é conhecido como swapping swapping.. Outra preocupação na gerência de memória é permitir a execução de programas que sejam maiores que a memória física disponível, implementado implementa do através de técnicas como overlay overlay e  e memória virtual. virtual. Em um ambiente de multiprogramação, o sistema operacional deve proteger as áreas de memória ocupadas por cada processo, além da área onde reside o próprio sistema. Caso um programa tente realizar algum acesso indevido à memória, o sistema de alguma forma deve impedi-lo. Apesar de gerência de memoria garantir a proteção de áreas

108

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

d memória, mecanismos de compartilhamento devem ser oferecidos para que diferentes processos possam trocar dados de forma protegida. 5.2.1. Alocação Contígua Simples A alocação contigua simples foi implementada nos primeiros sistemas operacionais, porém ainda esta presente em alguns sistemas monoprogramáveis. Nesse tipo de organização, a memória principal é subdividida em duas áreas: uma para o sistema operacional e oura para o programa do usuário (Figura 5-1). Dessa forma, o programador deve desenvolver suas aplicações, preocupado, apenas, em não ultrapassar o espaço de memória principal disponível, ou seja, a diferença entre o tamanho total da memória principal e a área ocupada pelo sistema operacional. Memória Principal Sistema Operacional

Área para programa

Figura 5-1: Alocação contígua simples No esquema acima o usuário tem controle sobre toda memória principal, podendo ter acesso a qualquer posição de memória, inclusive a área do sistema operacional. Para proteger o sistema desse tipo de acesso, que pode ser intenciona intencionall ou não, alguns sistemas implementam proteção através de um registrador que delimita as áreas do sistema operacional e do usuário (Figura 5-2). Dessa forma, sempre que um programa faz transferência a um endereço na memória, o sistema

verifica se o endereço esta dentro dos 109

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

limites permitidos. Caso não esteja, o programa é cancelado e uma mensagem de erro é gerada, indicando que houve uma violação no acesso à memória principal. Memória Principal Registrador Sistema Operacional

Área para programa

  Figura 5-2: Proteção na alocação contígua simples

Apesar da fácil implementação e do código reduzido, a alocação contigua simples não permite a utilização eficiente dos recursos computacionais, pois apenas um usuário pode dispor desses recursos. Em relação à memória principal, caso o programa do usuário não a preencha totalmente, existira um espaço de memória livre sem utilização (Figura 5-3). Memória Principal Sistema Operacional Programa do usuário Área livre

Figura 5-3: Subutilização da memória principal

110

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

5.2.2. Técnica de Overlay Na alocação contigua simples, todos os programas estão limitados ao tamanho da área de memória principal disponível para o usuário. Uma solução encontrada para o problema é dividir o programa em módulos, de forma que seja possível a execução independente de cada módulo, utilizando uma mesma área de memória. Essa técnica é chamada de overlay. Considere um programa que tenha três módulos: um principal, um de cadastramento e outro de impressão, sendo os módulos de cadastramento e de impressão independentes. A independência do código significa que quando um módulo estiver na memória para execução, o outro não precisa necessariamente estar presente. O módulo principal é comum aos dois módulos, logo, deve permanecer na memória durante todo o tempo da execução do programa. p rograma. Como podemos verificar na Figura 5-2, a memória é insuficiente para armazenar todo o programa, que totaliza 94kb. A técnica de overlay utiliza uma área de memória comum, onde os módulos de cadastramento e de impressão poderão compartilhar compartilhar a mesma área de memória (área overlay). Sempre que um dos dois módulos for referenciado pelo módulo principal, o módulo será carregado da memória secundária para a área de overlay. No caso de uma referência a um módulo que já esteja na área de overlay, a carga não é realizada, caso contrário, o novo módulo ira sobrepor-se ao que já estiver na memória principal. É função do programador definir as áreas de overlay, através de comandos específicos da linguagem de programação utilizada. O tamanho de uma área de overlay é estabelecido a partir do tamanho do maior módulo. Por exemplo, se o módulo m ódulo de cadastramento tem 4kb e o módulo de impressão 2kb, a área de overlay deverá ter o tamanho do

maior módulo, ou seja, 4kb. 111

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

A técnica de overlay tem a vantagem de permitir ao programador expandir os limites da memória principal. A utilização dessa técnica exige muito cuidado, pois pode trazer implicações tanto na sua manutenção quanto no desempenho das aplicações, devido à possibilidade de transferência excessiva dos módulos entre a memoria principal e a secundaria. Memória Principal Sistema Operacional

2 kb

Cadastramento Módulo principal 4 kb

Área de Overlay

Impressão 2 kb

Área livre

Área não utilizada

2 kb

 

Figura 5-4: Técnica de Overlay

UNIDADE Temática 5.3. Alocação Particionada  Particionada 

Os sistemas operacionais operacionais evoluíram no sentido de proporcionar melhor aproveitamento

dos

recursos

disponíveis.

Nos

sistemas

monoprogramáveis, monoprogramávei s, o p programador rogramador permanece grande parte do tempo ocioso e a memória principal é subutilizada. Os sistemas multiprogramáveiss já são muito mais eficientes no uso do processador, multiprogramávei necessitando, assim, que diversos programas estejam na memória principal ao mesmo tempo novas formas de gerência da memória sejam implementadas.

112

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

5.3.1 Alocação Particionada Estática Nos primeiros sistemas multiprogramáveis, a memória era dividida em pedaços de tamanho fixo, chamado partições. O tamanho das partições, estabelecido estabelecid o na fase de inicialização do sistema, era definido em função do tamanho dos programas que executariam o ambiente (Figura 5-5). Sempre que fosse necessária a alteração do tamanho de uma partição, o sistema deveria ser desativado e reinicializado com uma nova configuração. Esse tipo de gerência de memória é conhecido como alocação particionada estática ou fixa. Memória Principal Pri ncipal Tabela de partições Partição

Tamanho

1

2 kb

2

5kb

2

8 kb

Sistema Operacional Partição 1

2 kb

Partição 2

5 kb

Partição 3

8 kb

Programa a serem executados E

D

C

B

A

3 kb

6 kb

1 kb

4 kb

2 kb

 

Figura 5-5: Alocação Particionada Estática Inicialmente, Inicialment e, os programas só podiam ser carregados e executados em apenas uma partição especifica, mesmo se outras estivessem disponíveis. Essa limitação se devia aos compiladores e montadores, que geravam apenas código absoluto. No código absoluto, todas as referências a endereços no programa são posições físicas na memória principal, ou seja, o programa só poderia ser carregado a partir do endereço de memória especificado no seu próprio código. Se, por exemplo, os programas A e B estivessem sendo executados, e a terceira partição estivesse livre, os programas C e E não poderiam ser processados (Figura 5-6). A esse tipo de gerência g erência de memória chamouse de alocação particionada estática absoluta.

113

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

  Memória Principal Sistema Operacional C

A

1 kb

2 kb

E

B

3 kb

4 kb

D

Partição 1

2 kb

Partição 2

5 kb

Partição 3

8 kb

6 kb

  Figura 5-6: Alocação Particionada Estática Absoluta No código relocável, todas as referências a endereços no programa são relativas ao início do código e não a endereços físicos de memória. Desta forma, os programas puderam ser executads a partir de qualquer partição. Quando o programa é carregado, o loader calcula todos os endereços a partir da posição inicial onde o programa foi alocado. Caso os programas A e B terminassem, o programa E poderia ser executado em qualquer uma das duas partições (Figura 5-7). Esse tipo de gerência é denominado alocação particionada estática relocável. Memória Principal Sistema Operacional

D

E

Programa C

2 kb

Programa A

5 kb

Programa B

8 kb

3 kb

  Figura 5-7: Alocação Particionada Estática Relocável Para manter o controle sobre quais partições estão alocadas, a gerência de memória mantém uma tabela com o endereço inicial de cada partição, seu tamanho, e se esta em uso (Figura 5-8). Sempre que um

programa é carregado para a memória, o sistema percorre a tabela, na 114

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

tentativa de localizar uma partição livre, onde o programa possa ser carregado. Memória Principal Partição 1 2 2

Tamanho 2 kb 5kb 8 kb

Livre Não Sim Não

Sistema Operacional 1

Programa C

2

Área livre

3

Programa B

  Figura 5-8: Técnica de alocação de partições Nesse esquema de alocação de memória, a proteção baseia-se em dois registradores, que indicam os limites inferior e superior da partição onde o programa esta sendo executado (Figura 5-9). Caso o programa tente acessar uma posição de memória fora dos limites li mites definidos pelos registradores, ele é interrompido e uma mensagem de violação de acesso é gerada pelo sistema operacional. Memória Principal Endereço inicial Sistema Operacional

Endereço final

  Figura 5-9: Proteção na alocação particionada Tanto nos sistemas de alocação absoluta quanto nos de alocação relocável, os programas, normalmente, não preenchem totalmente as

partições onde são carregados. Por exemplo, os programas C, A e E não 115

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

ocupam integralmente o espaço das partições onde estão alocados, deixando 1kb, 3kb e 5kb de áreas livres, l ivres, respectivamente respectivamente (Figura 5-10). Este tipo de problema, decorre da alocação fixa das partições é conhecido como fragmentação interna. O sistema operacional que implementou esse tipo de gerência memória é o OS/MFT (Multiprogramming (Multiprogramm ing with a Fixed of Tasks) da IBM. Memória Principal Sistema Operacional Programa C 1 kb

Programa A D

B

6 kb

4 kb

3 kb

Programa E

5 kb

  Figura 5-10: Fragmentação Interna 5.3.2. Alocação Particionada Dinâmica Na alocação particionada dinâmica ou variável, foi eliminado o conceito de partições de tamanho fixo. Nesse esquema, cada programa utilizaria o espaço necessário, tornando essa área sua partição (Figura 5-11). Como os programas utilizam apenas o espaço de que necessitam, no esquema de alocação particionada dinâmica o problema da fragmentação interna não ocorre.

116

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

  Memória Principal

Memória Principal

Sistema Operacional

Sistema Operacional

Programa B

Programa C A

E

C

B

2 kb

3 kb

1 kb

4 kb

15 kb

4 kb

1 kb

Programa E

3 kb

Programa A

2 kb

5 kb

  Figura 5-11: Alocação particionada dinâmica Um tipo diferente de fragmentação começara a ocorrer, quando os programas forem terminando e deixando espaços cada vez menores na memória, não permitindo o ingresso de novos programas. No caso da Figura 5-12, mesmo existindo 12kb livres de memória principal, o programa D, que necessita de 6kb de espaço, não poderá ser carregado para execução, pois este espaço não está disposto contiguamente. Esse tipo de problema é chamado fragmentação externa. Memória Principal Sistema Operacional

4 kb

Programa C 3 kb

D 6 kb

Programa A

5 kb

  Figura 5-12: Fragmentação externa Existem duas soluções para o problema de fragmentação externa da memória principal. Na primeira solução, conforme os programas terminam, apenas os espaços livres adjacentes são reunidos,

117

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

produzindo áreas livres de tamanho maior. Na Figura 5-13, caso o programa C termine, uma área de 8kb será criada. Memória Principal

Memória Principal

Sistema Operacional

Sistema Operacional

4 kb 8 kb

Programa C 3 kb

Programa A

Programa A

5 kb

5 kb

  Figura 5-13: Solução para a fragmentação externa (a) A segunda solução envolve a relocação de todas as partições ocupadas, eliminando todos os espaços entre elas e criando uma única área livre contigua (Figura 5-14). Para que esse processo seja possível, é necessário que o sistema tenha a capacidade de mover os diversos programas na memória principal, ou seja, realizar relocação dinâmica. Esse mecanismo de compactação, também conhecido como alocação particionada dinâmica com relocação, reduz em muito o problema da fragmentação, porem porem a complexidade do seu algoritmo e o consumo de recursos do sistema, como processador e área em disco, podem tornalo inviável. Um exemplo de sistema operacional que implementou esse tipo de gerência de memoria é o OS/MVT (Multiprogramming with a Variable Number of Tasks) da IBM.

118

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

  Memória Principal

Memória Principal

Sistema Operacional

Sistema Operacional Programa C 4 kb

Programa A

Programa C Relocação 3 kb

Programa A

5 kb

  Figura 5-14: Solução para fragmentação externa (b) 5.3.3. Estratégias de Alocação de Partição Os sistemas operacio operacionais nais implementam, basicamente, três estratégias para determinar em qual área livre um programa será carregado para execução. Essas estratégias tentam evitar ou diminuir o problema da fragmentação externa. A melhor estratégia a ser adotada por um sistema depende de uma serie de factores, sendo o mais importante o tamanho dos programas processados no ambiente. Independentemente Independentemente do algoritmo utilizado, o sistema possui uma lista de áreas livres com endereço e tamanho de cada área (Figura 5-15). Memória Principal Sistema Operacional Área livre 1

Partição 1 2 2

Tamanho 4kb 5kb 3kb

4 kb

Programa C Área livre 2

5 kb

Programa A Área livre 3

3 kb

 

Figura 5-15: Lista de área livres 119

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

  Best-fit

▪

Na estratégia best-fit a melhor partição é escolhida, ou seja, aquela em que o programa deixa o menor espaço sem utilização (Figura 5-16a). Nesse algoritmo, a lista de áreas livres esta ordenada por tamanho, diminuindo o tempo de busca por uma área desocupada. Uma grande desvantagem desse método é consequência do próprio algoritmo. Como é alocado a partição que deixa a menor área livre, a tendência é que cada vez mais a memória fique com pequenas áreas não-con não-contíguas, tíguas, aumentando o problema da fragmentação. f ragmentação.   Worst-fit

▪

Na estratégia worst-fit, a pior partição é escolhida, ou seja, aquela em que o programa deixa o maior espaço sem utilização (Figura 5-16b). Apesar de utilizar as maiores partições, atécnica de worst-fit deixa espaços livres maiores que permitem a um maior número de programas p rogramas utilizar a memória, diminuindo o problema da fragmentação.   First-fit

▪

Na estratégia first-fit, a primeira partição livre de tamanho suficiente para carregar o programa é escolhido (Figura 5-16c). nesse algoritmo, a lista de áreas livres esta ordenada crescentemente por endereços. Como o método tenta primeiro utilizar as áreas livres de endereços mais baixos, existe uma grande chance de se obter uma grande partição livre nos endereços de memória mais altos. Das três estratégias apresentadas, a first-fit é mais rápida, consumindo menos recursos do sistema.

120

   

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

  Sistema Operacional

Programa C

Programa A Programa F Área livre

2 kb

Memória Principal Sistema Operacional

Sistema Operacional

Programa C

Programa C

4 kb

F 1 kb

Programa F

(b) Worst-fit

5 kb

Área livre

Programa A

4 kb

Programa A

3 kb

Sistema Operacional Programa F Área livre

3 kb

Programa C

Programa A

  Figura 5-16: Estratégias Estratégias  para a escolha da partição

UNIDADE Temática 5.4. Swapping Swapping  

Mesmo com o aumento da eficiência da multiprogramação e, particularmente, da gerência de memória, muitas vezes um programa

não podia ser executado por falta de uma partição livre disponível. A 121

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

técnica de swapping foi introduzida para contornar o problema da insuficiência de memória principal. O swapping é uma técnica aplicada a gerência de memória para programas que esperam por memoria livre para serem executados. Nesta situação, o sistema escolhe um processo residente, que é transferido da memória principal para a memória secundária (swap out), geralmente disco. Posteriormente, o processo é carregado de volta da memória secundária para a memória principal (swap in) e pode continuar a sua execução como se nada tivesse e ocorrido (Figura 9-17). 9 -17). O algoritmo de escolha do processo a ser s er retirado da memória principal deve priorizar aquele com menos chances de ser executado, para evitar o swapping desnecessário de um processo que será executado logo em seguida. Os processos retirados da memória estão geralmente no estado de espera, mas existe a possibilidade de um processo no estado de pronto também ser selecionado. No primeiro caso, o processo é dito no estado de espera outswapped e no segundo caso no estado de pronto outswapped. Para que a técnica de swapping seja implementada, é essencial que o sistema ofereça um loader que implementa a relocação dinâmica de programas. Um loader relocável que não ofereça esta facilidade permite que um programa seja colocado em qualquer posição de memória, porém a relocação é apenas realizada no momento do carregamento. No caso do swapping, um programa pode sair e voltar diversas vezes para a memória, sendo necessário que a relocação seja realizada pelo loader a cada carregamento. A relocação dinâmica é realizada através de um registrador especial denominado registrador de relocação. No momento em que o programa é carregado na memória, o registrador recebe o endereço inicial da posição de memória que o programa irá ocupar. Toda vez que

ocorrer uma referência a algum endereço, o endereço contido na 122

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

instrução será somado ao conteúdo do registrador, gerando, assim, o endereço físico (Figura 5-18). Dessa forma, um programa pode ser carregado em qualquer posição de memória. O conceito de swapping permite maior compartilhamento da memória principal e, consequentemente, maior utilização dos recursos do sistema computacional. Seu maior problema é o elevado custo das operações de E/S (swap in/out). em situações críticas, quando há pouca memória disponível, o sistema pode ficar quase que dedicado à execução de swapping, deixando de realizar outras tarefas e impedindo-a execução dos processos residentes. Os primeiros sistemas operacionais que implementaram esta técnica surgiram na década de 1960, como o CTSS do MIT e OS/360 da IBM. Com a evolução dos sistemas operacionais, novos esquemas de gerência de memória passaram a incorporar a técnica de swapping como a gerência de memória virtual. Memória Principal Sistema Operacional Programa A Programa B

H

Programa E Programa G B

Memória Principal Sistema Operacional Programa A Programa H

Programa E B

Swap in

Área livre

Arquivo de Swap

Arquivo de Swap

 

123

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

Figura 5-17: Swapping Instrução

Registrador de Relocação

Código de

Ende reç o inici al da par tição

Ende reç o

operação

+ Endereço de memória

 

Figura 5-18: Relocação dinâmica

Sumário Na Unidade Unidade   temática 5 fizemos uma breve introdução sobre Gerenciamento de Memória. Descrevemos as funções básicas de memória bem como o armazenamento em memórias secundárias. Vimos que nas funções básicas devido a limitações na alocação contígua simples houve necessidade de abordar-se a técnica de Overlay para solucionar o problema. problema. A evolução dos si sistemas stemas oper operacionais acionais fez com que houvesse a necessidade de se abordar a alocação particionada. Estendemos a nossa abordagem falando sobre a técnica Swapping.

Exercícios de AUTO-AVALIAÇÃ AUTO-AVALIAÇÃO O Perguntas 1.  No código realocável, todas as referências a endereços no programa são relativas ao início do código e não a endereços físicos de memória 2.  O swapping é uma técnica aplicada a gerência de memória para programas que esperam por memória livre para serem executados. Respostas: 1.  V 2.  V

124

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

Exercícios para AVALIAÇÃO Perguntas 1. as funções básicas de gerência de memória. 2.   Mencione Qual a diferença entre fragmentação interna e fragmentação externa da memória principal. 3.  Qual a limitação da alocação particionada estática absoluta em relação à alocação estática relocável? 4.  O que é Swapping e para pa ra que é utilizada essa técnica? 5.  Porque é importante o uso de um loader com relocação dinâmica para que a técnica de swapping possa ser implementada? Bibliografia   OLIVEIRA, R. S. e CARISSIMI, A. S. e TOSCANI, S. S. istemas Operacionais. Operaciona is. 3ª ed, volume 11, Ed. Bookman, 2008.   SILBERSCHAT SILBERSCHATZ, Z, A. & GALVIN, P. B. & GAGNE, G. Fu Fundamentos ndamentos de Sistemas Operacionais. Operacionais. 6ª Edição, Ed. LLTC. TC.   Francis Berenger Machado, Luiz Paulo Maia, “Arquitetura “Ar quitetura de sistemas Operacio Operacionais”, nais”, 4ª ed., 2007 2007     SILBERSCHAT SILBERSCHATZ, Z, A. & GALVIN, P. B. & GAGNE, G. Sistemas Operacionais Operaciona is com Java. 7ª Edição, Rio de Janeiro, Ed. Elsevier,2008.   TANENBA TANENBAUM, UM, A. S. & WOODHUL WOODHULL, L, A. S. Sistemas Operacionais: Projeto e Implementação. Implementação. 3ª EEdição, dição, Porto Alegre, Ed. Bookman, 2008   Abraham, S.&Peter B. G., & Greg, G. Operating system

▪

▪

▪

▪

▪

▪

concepts ninth edition, 2013   TANENBAUM, TANENBAUM, A. & Herbert, B., Modern Operating Systems, Fourth Edition, 2015

▪

125

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

TEMA  – 6: SISTEMAS DE ARQUIVOS. UNIDADE Temática 6.1. 6.1. Introdução aos Sistemas de Arquivos. UNIDADE Temática 6.2. Temática 6.2. Implementação de Arquivos. UNIDADE Temática 6.3. Temática 6.3. Directórios UNIDADE Temática 6.4. Temática 6.4. EXERCÍCIOS deste tema Ao completar esta unidade, você deverá ser capaz de:   Explicar a função dos Sistemas de Arquivos.

▪

Objectivos específicos

  Mostrar os vários métodos utilizados para implementar arquivos.

▪

  Descrever métodos usados na organização de Sistemas de Directórios.

▪

UNIDADE Temática 6.1. Introdução Introdução,, aos Sistemas de Arquivos

Todas as aplicações de computadores precisam armazenar e recuper recuperar ar informações. Enquanto um processo está sendo executado, ele pode armazenar uma quantidade limitada de informações dentro do seu próprio espaço de endereçamento. No entanto, a capacidade de armazenamento está restrita ao tamanho do espaço do endereçamento virtual. Para algumas aplicações esse tamanho é adequado, mas, para outras, como reservas de passagens aéreas, bancos ou sistemas corporativos, ele é pequeno demais. Manter informações dentro do espaço de endereçamento de um processo constitui um problema visto que, quando o processo é concluído, as informações são perdidas. Para muitas aplicações (por exemplo, bancos de dados), as informações precisam ser retidas por semanas, meses, ou mesmo para sempre. Perdê-las quando o processo que as está utilizando é concluído é algo inaceitável. Além disso, elas não devem desaparecer quando uma falha no computador mata um processo.

126

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

Mais também é necessário que múltiplos processos acessem (partes de) uma informação ao mesmo tempo. Se temos um diretório telefônico on-line armazenado dentro do espaço de um único processo, apenas aquele processo pode acessá-lo. Segundo Tanenbaum a maneira para solucionar esse problema é tornar a informação em si independente de qualquer processo. Tanenbaum aponta três requisitos essenciais para o armazenamento de informações por longo prazo que devesse ter em conta: 1.  Deve ser possível armazenar uma quantidade muito grande de informações. 2.  As informações devem sobreviver ao término do processo que as está utilizando. 3.  Múltiplos processos têm de ser capazes de acessá-las ao mesmo tempo. A solução encontrada usualmente para o armazenamento de informações é utilizar mídias externas e distintas da memória principal (volátil) em unidades chamadas arquivos, de modo que essas informações devem ser armazenadas de forma persistente, ou seja, não pode ser afetada pela criação e término de um processo. Assim, um arquivo só irá ser destruído quando seu proprietário o remover explicitamente. Discos magnéticos foram usados por anos para esse armazenamento de longo prazo. Em anos recentes, unidades de estado sólido tornaram-se cada vez mais populares, à medida que elas não têm partes móveis que possam quebrar. Elas também oferecem um rápido acesso aleatório. Fitas e discos ópticos também foram amplamente usados, mas são dispositivos com um desempenho muito pior e costumam ser usados como backups. Arquivos são unidades lógicas de informação i nformação criadas por processos ou

por outras palavras são recipientes de dados, identificados por um 127

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

nome e por uma série de atributos, mantidos e geridos pelo sistema operativo. Enquanto que, Directórios são arquivos do sistema para manter a estrutura do sistema de arquivos ou são conjuntos de referências a arquivos. Os directórios permitem agrupar arquivos, facilitando manuseamento manuseamento e localização. Do ponto de vista do usuário, o aspecto mais importante do Sistema de Arquivos Ar quivos é como aparece para ele, ou seja, como o Sistema de Arquivos é implementado e quais estruturas são utilizadas não é a questão primordial. O usuário está mais interessado no que o arquivo é constituído, nomeados e protegidos. Nesta unidade temática veremos os arquivos do ponto de vista do usuário, abordando suas principais propriedades. Apresentaremos as características gerais de Sistema de Arquivos, é de salientar que cada Sistema de Arquivo específico contém características próprias. 6.1.1. Nomeação de Arquivos Segundo Tanenbaum, o arquivo é um mecanismo de abstração, no qual oferece meios de armazenar informações no disco e lê-las posteriormente. A característica mais importante de qualquer mecanismo de abstração é o modo como os objectos são geridos e nomeados, isto é, a nomeação de arquivos. Um processo ao criar um arquivo, atribui um nome a ele e quando o processo termina, este arquivo continua existindo, possibilitando que outros processos possam ter acesso a ele simplesmente buscando por seu nome. As regras de nomeação de arquivos variam de sistema para sistema, porém, como característica caracterí stica comum, todos os Sistemas Operativos Operativos actuais permitem cadeias de caracteres de um até oito letras como nomes válidos de arquivos. Alguns Sistemas de Arquivos permite a utilização de caracteres especiais, outros não; alguns Sistemas de Arquivos permitem nomes com tamanhos até 255 caracteres; algun algunss Sistemas de Arquivos fazem

distinção entre letras maiúsculas e minúsculas (case sensitive), como 128

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

exemplo o Sistema de Arquivo do Unix, enquanto que outros não diferenciam, como exemplo o Sistema de Arquivo do MS-DOS e do Windows. O Windows 95 e o Windows 98 usavam o mesmo sistema de arquivos do MS-DOS, chamado FAT-16, e, portanto, herdaram muitas de suas propriedades, como a maneira de se formarem os nomes dos arquivos. O Windows 98 introduziu algumas extensões ao FAT-16, levando ao FAT-32, mas esses dois são bastante parecidos. Além disso, o Windows NT, Windows 2000, Windows XP, Windows Vista, Windows 7 e Windows 8 ainda dão suporte a ambos os sistemas de arquivos FAT, que estão realmente obsoletos agora. No entanto, esses sistemas operacionais novos também têm um sistema de arquivos nativo muito mais avançado (NTFS - native file system) que tem propriedades diferentess (como nomes de arquivos em U diferente Unicode). nicode). Na realidade, há um segundo sistema de arquivos para o Windows 8, conhecido como ReFS (ou Resilient File System - sistema de arquivos resiliente), mas ele é voltado para a versão de servidor do Windows 8. A maioria dos Sistemas Operativos (na verdade, o Sistema de Arquivo do SO) suporta nomes de arquivos de duas partes, separados por um ponto. A parte que segue o ponto é chamada de extensão do arquivo e indica o tipo do arquivo. Essa extensão, em alguns Sistemas Operativos, é utilizada para atribuir qual programa deve abrir aquele arquivo em específico. A tabela abaixo apresenta algumas extensões comuns de arquivos. Extensão

Significado

.bak

Cópia de segurança

.c

Código-fonte de programa em C

.gif

Imagem no formato Graphical Interchange Format

129

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

.hlp

Arquivo de ajuda

.html

Documento em HTML

.jpg

Imagem codific codificada ada segundo padròes JPEG

.mp3

Música codificada no formato MPEG (camada 3)

.mpg

Filme codificado no padrão MPEG

.o

Arquivo objecto (gerado por compilador, ainda não ligado)

.pdf

Arquivo no formato PDF (Portable Document File)

.ps

Arquivo PostScript

.tex

Entrada para o programa de formatação TEX

.txt

Arquivo de texto

.zip

Arquivo compactado

6.1.2. Estruturas de Arquivos Os arquivos podem ser estruturados de várias maneiras. Segundo Tanenbaum, os arquivos podem ser s er estruturados basicamente através de três maneiras, ilustradas na Figura 6.1. 1 Byte

1 Registro

Info 1

Info 1

Info 2

Info 1

Info 3

Info 2

Info 1

Info 2

Info 2

Info 3

Info 3

Info 1

Info 2

Info 3

Info 3

(c)

(a)

(b)

Figura 6.1: Estruturas de Arquivos  Arquivos   (a)  Sequência de bytes não-estruturada: nessa não-estruturada: nessa estrutura o SO não

 

sabe o que o arquivo contém e tudo que ele enxerga é uma 130

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

sequência de bytes. Tal estratégia apresenta uma máxima flexibilidade,, uma vez que os programas dos usuários podem pôr flexibilidade qualquer coisa que queiram em seus arquivos e chamá-los do nome que lhes convier. (b)  Sequência de registro de comprimento fixo: Um fixo:  Um arquivo é uma sequência de registros de tamanho fixo, cada um com alguma estrutura interna. A ideia central é que a operação de leitura retorna um registro e a operação de escrita sobrepõe ou anexa um registro. (c)  Árvore de Registros: um Registros: um arquivo é constituído de uma árvore de registros (não necessariamente do mesmo tamanho), cada um contendo um campo-chave em uma posição fixa no registro, na qual a árvore é ordenada pelo campo-chave para que se busque mais rapidamente por uma chave específica. Além disso, novos registros podem ser adicionados ao arquivo, decidindo o sistema operativo onde colocá-los. Este tipo de arquivo é amplamente aplicado em computadores de grande porte usados ainda para alguns processamentos de dados comerciais. 6.1.3. Tipos de Arquivos Muitos sistemas operativos aceitam vários tipos de arquivos. Os principais tipos de arquivos são:   Arquivos comuns:  comuns:  arquivos que contêm informações do

▪

usuário.   Diretórios: Diretórios:   arquivos do sistema que mantêm a estrutura do

▪

sistema de arquivos.   Arquivos especiais de caracteres:  caracteres:  arquivos relacionados à

▪

entrada e saída e usados para modelar dispositivos de E/S.   Arquivos especiais de blocos:  blocos:   arquivos usados para modelar

▪

discos. 131

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

Os arquivos comuns (informações do usuário), em geral, são arquivos ASCII ou arquivos binários. Os arquivos ASCII são constituídos c onstituídos de linhas de texto, possuindo como grande vantagem o facto de que eles podem p odem ser mostrados e impressos como são e poder ser editados com qualquer editor de textos. Além disso, facilita a conexão entre a saída de um programa e a entrada de um outro. Já os arquivos binários, em geral, possuem alguma estrutura interna, conhecida pelos programas que os usam. Todo Sistema Operativo deve reconhecer reconhecer pelo menos um tipo de arquivo: seu próprio arquivo executável. 6.1.4. Acesso aos Arquivos O acesso a arquivos pode ser realizado, basicamente, através de duas maneiras.   Acesso sequencial: nesse sequencial: nesse tipo de acesso os arquivos são lidos

▪

em ordem sequencialmente, partindo do início, mas nunca saltando e lendo fora de ordem. Esse tipo de acesso é muito utilizado, como exemplo, leitura de mídias do tipo fita magnética, além de leitura sequencial de programas fontes, realizada por vários compiladores.   Acesso Aleatório: em Aleatório: em alguns tipos de mídias é possível pos sível ler bytes

▪

ou registros de um arquivo fora da ordem. Esses arquivos são chamados de arquivos de acesso aleatório. Segundo Tanenbaum, em alguns Sistemas Operativos antigos, os arquivos eram classificados por acesso sequencial ou por acesso aleatório no momento em que estavam sendo criados. Entretanto, os Sistemas Operativos modernos não fazem distinção, ou seja, todos os seus arquivos são, automaticamente, de acesso aleatório. 6.1.5. Atributos de Arquivos A maioria dos Sistemas Operativos associa várias informações extras a

um determinado arquivo. Essas informaçõ informações es geralmente são chamadas

132

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

de atributos de um arquivo. Os tipos de atributos variam de sistema para sistema e nenhum sistema dispõe de todos os tipos de atributos possíveis. Podemos enumerar uma série de atributos, como: pessoas que podem acessar, senhas, criador, proprietário, comprimento do arquivo, tempo de criação, tempo do último acesso, tempo da última atualização, tamanho máximo, dentre outros. 6.1.6. Operações com Arquivos A finalidade dos arquivos é armazenar informação e permitir que ela seja recuperada posteriormente. Assim, os Sistemas de Arquivos oferecem diferentes operações para armazenar e recuperar informações. Dentre as várias operações possíveis sobre arquivos, podemos destacar:   Criar: Criar: operação  operação utilizada para criar o arquivo.

▪

  Apagar: Apagar:   operação utilizada para excluir um determinado

▪

arquivo, liberando espaço de memória.   Abrir: Abrir: operação  operação utilizada para abrir um arquivo e permitir escrita

▪

ou leitura de informações. i nformações.   Fechar: Fechar: operação  operação utilizada para fechar um arquivo e manter sua

▪

consistência.   Ler: Ler: operação  operação disponibilizada para ler informações do arquivo,

▪

para poderem ser utilizadas.   Escrever: Escrever: operação  operação para incluir alguma informação no arquivo.

▪

133

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

UNIDADE Temática 6.2. Implementação de Arquivos. Arquivos.

Vários métodos são utilizados para implementar arquivos dentre eles se destacam: 6.2.1. Alocação Contígua  Contígua  Trata-se do exemplo mais simples de implementar, no qual é utilizado um bloco de dados contíguo (sequencial) no disco para armazenar um arquivo. Por exemplo, considerando um disco com blocos de 1k, um arquivo com 20k ocuparia 20 blocos b locos consecutivos. Este tipo de alocação traz como principal vantagem a simplicidade de implementação e o facto de ter um bom desempenho no acesso a um arquivo, pois um arquivo inteiro pode ser lido com apenas uma operação. Porém, a alocação contígua possui grandes desvantagens. A primeira está no facto de que este tipo de alocação só é praticável caso seja conhecido o tamanho do arquivo no momento de sua criação. Outra desvantagem é que este tipo de alocação gera uma fragmentação no disco.

Disco Bloco 0 Físico 1

1 Bloco

2

Bloco 0

3

Bloco 1

4

Bloco 2

5

Bloco 3

6

Bloco 4

Arquivo

7

8

 

Figura 6.2: Arquivos por Alocação Contígua  Contígua 

134

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

6.2.2. Alocação por Lista Encadeada  Encadeada  Outro método para armazenar um arquivo é utilizando listas encadeadas de blocos de disco. Cada bloco conterá, dessa forma, o seu dado armazenado e um ponteiro para o bloco seguinte. A principal vantagem de se utilizar a alocação por lista l ista encadeada está no facto de evitar o grande desperdício em disco comum na alocação contígua. Além disso, para acessar todo o arquivo é suficiente armazenar apenas o endereço de disco do primeiro bloco. Porém, a principal desvantagem da utilização desse método é que o acesso aleatório é extremamente lento. Além disso, considerando que cada bloco terá que guardar o endereço do bloco seguinte, existe um gasto de memória adiciona. Arquivo 0 Blo co 0 6

Blo co 1

Blo co 2

Blo co 3

Bloco 4

4

8

15

2

Bloco Físico

  Figura 6.3: Arquivos por Alocação por Lista Encadeada

6.2.3. Alocação por Lista Encadeada usando Índice  Índice   Uma maneira de tentar driblar as duas desvantagens de se utilizar alocação por lista encadeada seria utilizar a palavra ponteiro de cada bloco de disco de um arquivo e colocar em uma tabela ou em um índice na memória. Dessa forma, o bloco inteiro no disco estará disponível para armazenamento de dados (não é necessário armazenar mais o ponteiro para o próximo bloco). Além disso, o acesso aleatório é muito mais fácil, pois a cadeia de blocos está toda em memória, não sendo necessário qualquer referência referência ao disco. A FFigura igura 6.4 ilustra a tabela utilizada neste método de alocação para armazenar a sequência dos blocos do d o arquivo

representado representad o pela lista encadeada da Figura 6.3.

135

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

  Bloco 0 Físico 1 2

0

3 4

8

5 6

4

O A rqui rquivo vo começa aqui

7 8

15

9 10 11 12 13 14 15

2

16

  Figura 6.4: Arquivos por Alocação por Lista Encadeada Utilizando Índice

UNIDADE Temática 6.3. Directórios

Os sistemas de arquivos têm, em geral, diretórios ou pastas para controlar os arquivos, que, em muitos sistemas, também são considerados arquivos. 6.3.1. Organização de Sistemas de Directórios  Directórios  A maneira mais simples de se projectar um Sistema de Arquivos é ter um diretório contendo todos os arquivos geralmente chamado de diretório-raiz.

Esse sistema era muito comum, em parte, pa rte, nos primeiros computadores

136

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

pessoais, pois havia somente um usuário. Porém, em um sistema com vários usuários o problema de haver somente um diretório é que diferentess usuários podem usar acidentalmente os mesmos nomes para diferente seus arquivos. Em consequência disso, esse esquema não é mais empregado em sistemas multiusuário geralmente empregado em sistemas embarcados (embedded Systems).

Directório-Raiz

A

B

c

D

  Figura 6.5: Sistemas de arquivos com um nível Com a finalidade de evitar conflitos causados por diferentes usuários escolhendo o mesmo nome para seus arquivos, a solução é oferecer um diretório privado para cada usuário. Dessa forma, os nomes escolhidos por um usuário não interfeririam nos nomes escolhidos por outro usuário, podendo ocorrer de arquivos com o mesmo nome em dois ou mais diretórios sem causar nenhum problema. Este esquema está ilustrado na Figura 6.6.

137

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

  Directório-Raiz

Directórios de usuário

Arquivos

A

B

c

D

E

  Figura 6.6: Sistemas de arquivos com dois níveis Os conflitos de nomes entre os usuários são eliminados na hierarquia em dois níveis, mas tal hierarquia não é satisfatória para os usuários com um número muito grande de arquivos ou que desejam agrupar seus arquivos de maneira lógica. Dessa forma, podemos utilizar uma hierarquia geral, ou seja, uma árvore de diretórios, d iretórios, no qual cada usuário pode ter tantos diretórios quanto necessários para agrupar os seus arquivos de uma maneira natural. Assim, essa capacidade de os usuários criarem um número arbitrário de subdiretórios constitui uma poderosa ferramenta de estruturação para subdiretórios organizar seus trabalhos. Por esse motivo, quase todos os modernos sistemas de arquivos são organizados dessa forma.

138

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

  Directório-Raiz

Directórios de usuário

Arquivos

A

c

D

Sub-directórios de usuário

c

D

E

  Figura 6.7: Sistemas de arquivos hierárquico 6.3.2. Nomes de Caminhos  Caminhos   Quando organizamos um Sistema de arquivos baseado em uma árvore de diretórios, torna-se necessário necessário uma forma de especificar o nome dos arquivos, e para isso, geralmente são usados dois métodos: nome de caminho absoluto e nome de caminho relativo. Um nome de caminho absoluto é formado pelo caminho entre o diretório-raiz e o arquivo específico. Os nomes de caminhos absolutos sempre iniciam no diretório-raiz e são únicos. Em Sistemas de Arquivos do Windows os componentes do caminho são separados por \. Já em Sistemas de Arquivos do Unix são separados separados por /. Já o nome de caminho relativo é utilizado em conjunto com o conceito de diretório de trabalho (também chamado diretório actual). Assim, Ass im, um usuário pode designar um diretório de trabalho específico e quaisquer

nomes de caminhos que não comecem a partir do diretório-raiz são interpretados em relação ao diretório do trabalho. Como exemplo, 139

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

imagine que o diretório de trabalho de um usuário UNIX seja /home/usuário,, então o arquivo, cujo nome de caminho absoluto seja /home/usuário /home/usuário/arquivo.txt   pode, simplesmente, ser interpretado /home/usuário/arquivo.txt como arquivo.txt. Cada processo possui seu próprio directório de trabalho. Dessa forma, quando um processo altera seu directório de trabalho e depois sai, nenhum outro processo é afectado e nenhum vestígio da mudança é deixado no sistema de arquivos. Por outro lado, procedimentos de bibliotecas raramente alteram o directório de trabalho e, quando precisam fazê-lo, eles sempre voltam para onde estavam, se não o resto do programa poderá não funcionar. A maioria dos Sistemas Operativos que suportam um sistema de diretório hierárquico tem duas entradas especiais em cada diretório: ponto (.) e o ponto-ponto (..). O ponto refere-se ao diretório actual, enquanto que o ponto-ponto se refere ao diretório pai (diretório anterior). Como exemplo, se um usuário tiver trabalhando no directório /home/usuário,   caso utilize o ponto-ponto, ele estará subindo na /home/usuário, árvore de diretórios, ou seja, referenciando o diretório /home /home.. Se ele utilizar

o

ponto,

estará

referenciando

o

próprio

diretório

(/home/usuário /home/usuário). ). 6.3.3. Operações com Directórios  Directórios  Como os arquivos, existem diversas chamadas ao sistema para gerir diretórios, que, também, variam de sistema para sistema. As operações mais importantes são:   Criar: Criar:   utilizado para criar um determinado diretório.

▪

Inicialmente é criado um diretório vazio, contendo apenas o ponto e o ponto-ponto.   Apagar: Apagar:   operação utilizada para apagar um determinado

▪

diretório. Normalmente, Normalmente, só é possível excluir um d diretório iretório vazio.

140

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

  Abrir diretório:  diretório:  a partir desta operação é possível abrir um

▪

diretório. Antes de ler um diretório é preciso, inicialmente, abrilo.   Fechar diretório: operação diretório: operação utilizada para fechar um diretório.

▪

  Ler: esta chamada é utilizada para ler o conteúdo de um

▪

diretório.   Renomear: Renomear:   fornece a possibilidade de alterar o nome do

▪

diretório. 6.3.4. Implementação de Directórios  Directórios  O Sistema Operativo utiliza o nome de caminho fornecido pelo usuário para poder localizar a entrada de diretório. A entrada de diretório contém informações necessárias necessárias para a localização dos blocos de disco. Essas informações podem ser o endereço do arquivo inteiro ou o número do primeiro bloco, por exemplo. Assim, a principal função do sistema de directório é mapear o nome ASCII do arquivo para as informações necessárias necessárias para localizar os dados em disco (Tanenbaum).

Sumário Nesta Unidade Unidade temática  temática 6 fizemos uma breve b reve introdução sobre Sistema de Arquivos. Abordamos os arquivos do ponto de vista do usuário, falamos sobre as regras de nomeação de arquivos, como os arquivos são estruturados, vimos que os Sistemas Operacionais suportam vários tipos de arquivos e como podem ser acessados, bem como os seus atributos e as operações com arquivos. Vimos as vantagens e desvantagens de cada um dos métodos. Estendemos a nossa abordagem falando sobre Directórios, abordando sobre a organização de Sistemas de Directórios onde vimos que a forma mais simples de se projectar um Sistema de Arquivos é ter um directório contendo todos

os arquivos geralmente chamados de Directório-raiz.

141

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

Exercícios de AUTO-AVALIAÇÃ AUTO-AVALIAÇÃO O Perguntas 1.  Defina Arquivos. 2.  Segundo Tanenbaum como são estruturados os arquivos. Respostas: 1.  a) V. 2.  b) F. 3.  b) F. Exercícios para AVALIAÇÃO Pergunta 1.  Aonde é aplicado a estrutura de Árvore de Registo. 2.  Qual a vantagem que os arquivos ACSII apresentam. 3.  A leitura de mídias do tipo fita magnética, que tipo de acesso aos arquivos é. 4.  Mencione as vantagens e desvantagens de cada um dos métodos utilizados na implementação de arquivos. 5.  Qual a finalidade de uso de Sistemas de Arquivos com dois níveis. 6.  Como podemos eliminar os conflitos de nomes entre os usuários. 7.  Porquê a hierarquia em dois níveis não é satisfatória para os usuários. Bibliografia   BACON, J. e HARRIS, T. Operating Systems: Concurrent and Distributed Software Design. Addison Wesley, 2003.   DEITELL, H. H. M. & DEITEL, P. J. & CHOFFNES, D. R. Sistemas Operacionais. Operaciona is. São Paulo, Ed. Prentice Hall, 2005.   OLIVEIRA, R. S. e CARISSIMI, A. S. e TOSCANI, S. S. istemas Operacionais. Operaciona is. 3ª ed, volume 11, Ed. Bookman, 2008.   SILBERSCHAT SILBERSCHATZ, Z, A. & GALVIN, P. B. & GAGNE, G. Fu Fundamentos ndamentos de Sistemas Operacionais. Operacionais. 6ª Edição, Ed. LTC.   SILBERSCHAT SILBERSCHATZ, Z, A. & GALVIN, P. B. & GAGNE, G. Sistemas Operacionais Operaciona is com Java. 7ª Edição, Rio de Janeiro, Ed. Elsevier,2008. TANENBAUM, UM, A. S. & WOODHUL WOODHULL, L, A. S. Sistemas Operacionais:   TANENBA Projeto e Implementação. 3ª Edição, Porto Alegre, Ed.

▪

▪

▪

▪

▪

▪

Bookman, 2008

142

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

  Abraham, S.&Peter B. G., & Greg, G. Operating system concepts ninth edition, 2013   TANENBA TANENBAUM, UM, A. & Herbert, B., Modern Operating Systems, Fourth Edition, 2015   Jandl, Peter, Jr. Notas sobre Sistemas Operacionais, 2004

▪

▪

▪

143

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

TEMA  – 7: ARQUITETURA DO MICROPROC MICROPROCESSADORES ESSADORES INTEL. UNIDADE Temática 7.1. Arquitetura do Microprocessador INTEL. UNIDADE Temática 7.2. Temática 7.2. O Microprocessador INTEL 8080. UNIDADE Temática 7.3. Temática 7.3. EXERCÍCIOS deste tema Ao completar esta unidade, você deverá ser capaz de:   Explicar a Arquitetura do Microprocessador INTEL

▪

Objectivos específicos

  Mostrar a evolução dos Microprocessadores até então.

▪

  Descrever a Arquitetura do Microprocessador INTEL 8080.

▪

UNIDADE Temática 7.1. Arquictetura de Microprocessadores INTEL

O microprocessador, popularmente chamado de processador, é um circuito integrado integrado que realiza as funções de cálculo e toma a decisão de um computador. Todos os computadores e equipamentos eletrônicos baseiam-se no microprocessador para executar suas funções, podemos dizer que o processador é o cérebro do computador por realizar todas estas funções, tornando o computador inteligente. 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 representados no sistema binário. A Intel foi a primeira empresa a dedicar-se no fabrico de microprocessadores, onde também se destacam AMD (Advanced Micro Devices), fundada em 1969, a AMD, em seu começo, chegou a

produzir chips sobe encomenda para a própria Intel, desenvolvendo

144

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

posteriormente seus próprios produtos. O processador PowerPC foi criado através da união das empresas Apple, IBM IBM e  e Motorola no início dos anos 90. O objetivo o bjetivo era criar um processador RISC para ser utilizado nos computadores da Apple (Macintosh). A Texas Instruments  Instruments  (ou simplesmente TI, desde 1930) é uma empresa americana que atua na área de semicondutores, especialmente no mercado de processadores de sinais digitais, conversores analógico-digital e digital-analógico, microcontroladores. Em 1987, produz o primeiro microprocessador a 32 bits que incorpora inteligência artificial e um ano depois faz a demonstração do primeiro transistor quântico. A Motorola Motorola foi  foi fundada em 1928 por Paul Wault Galvin e está sediada Schaumburg, Illinois, subúrbio de Chicago. A empresa foi responsável pela fabricação dos processadores utilizados nos primeiros computadores Macintosh, o modelo Motorola 68000. De tecnologia CISC CISC –  – 32  32 bits, foi desenvolvido no início dos anos 80. Também foi utilizado em diversos videogames, entre as décadas de 80 e 90, tais como o Sega Mega Drive, Sega MegaCD e o Neo-Geo Então seria impossível falar de microprocessadores sem mencionar a empresa Intel. Foi fundada em 1968 por Gordon Moore, Robert Noyce e Andy Grove com a intenção i ntenção de atuar no setor de eletrônica integrada. O nome Intel vem do termo em inglês integrated eletronic (eletrônica integrada). Seus primeiros produtos foram dispositivos de memória semicondutora. A empresa ficou conhecida por inventar uma nova tecnologia, com o desenvolvimento do primeiro microprocessador comercial, o 4004 em 1971. Apesar do sucesso e popularidade do produto, a Intel ainda era uma empresa pequena na época. A projeção mundial veio no final da década de 70, com os processadores pro cessadores da família 8080, que equipavam os computadores pessoais IBM e seus “clones”. Com o sucesso, a empresa passa a focar o mercado de

microprocessadores, tornando-se o maior fabricante mundial. A figura

145

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

abaixo, mostra o primeiro dispositivo da Intel de memória semicondutora de 64bits.

Figura 7-1: Intel 3101 7.1.1. A Lei de Moore Em 1965, Gordon Moore, um dos fundadores da Intel, observou que o número de transístores que podiam ser impressos em uma única pastilha (chip), dobrava a cada ano e previu que esse crescimento continuaria no futuro. Essa observação ficou conhecida como Lei de Moore. Moore baseou sua previsão no rápido desenvolvimento da indústria desde a criação do circuito integrado. Vale ressaltar, entretanto, que Moore não se referia a Intel como catalisadora deste estrondoso crescimento. Na época, a Intel ainda era uma empresa de pequenas proporções, e não havia como prever com certeza se a mesma continuaria a evoluir no mesmo ritmo. 7.1.1.1. Consequências da Lei de Moore:   O custo de uma pastilha permaneceu praticamente praticamente o mesmo ao

▪

longo do período de rápido crescimento c rescimento da sua densidade;   Aumento da velocidade de operação dos processadores, pois

▪

devido a proximidade dos componentes, há redução do caminho elétrico;

146

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

  O computador ficou bem menor, tornando-se mais compacto e

▪

passível de ser utilizado em diversos ambientes; ▪

resfriamento ento   Redução do consumo elétrico e da necessidade de resfriam elétrico;

  Com um número maior de circuitos em cada pastilha, o número

▪

de conexões entre pastilhas é muito menor. 7.1.1.2 Desenvolvimento e Evolução dos Microprocessadores INTEL O 4004 foi o primeiro microprocessad microprocessador or produzido pela Intel e também é considerado o primeiro processador a ser lançado comercialmen c omercialmente te no mundo. Era capaz de somar dois números de 4 bits e efetuava multiplicaçõess através de somas repetidas. O processador possuía clock multiplicaçõe de 108 KHz e 4 bits e foi desenvolvido por Ted Hoff, engenheiro da empresa. Na época, Hoff e sua equipe acreditavam que estavam criando algo que poderia transformar o mercado para sempre. E estavam certos. O 4004 marcou o início de uma evolução contínua na capacidadee e no poder de processamento dos microcomputador capacidad microcomputadores. es.

Figura 7-2: Intel 4004 A tabela abaixo mostra a características do modelo Intel 4004 Data Frequência Número de Transistores Largura do Barramento Memória endereçável

1971 108 KHz 2300 4 bits 640 bytes

Em 1972 a Intel lança o seu novo processador, o Intel 8008 TM, que

possuía um CPU de 8 bits b its implementada sobre as tecnologias TTL MSI e

147

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

com aproximadamente 3.500 transístores, por ser o dobro do Intel 4004.

Figura 7-3: Intel 8008 A tabela abaixo mostra a características do modelo Intel 8008 Data Frequência

1972 108 KHz

Número de Transistores Largura do Barramento Memória endereçável

3500 8 bits 16 KB

O 8086 foi esquecido para o primeiro PC, mas ainda foi usado mais tarde em alguns computadores. Era um verdadeiro processador de 16 bits e comunicava com as placas por uma ligação de dados de 16 vias. Lançado pela Intel em 1978, o 8086 8 086 tinha um desempenho dez vezes melhor que seu antecessor o 8080. Seus registradores tinham a largura de 16 bits, o barramento de dados passou de 8 para 16 bits e o barramento de endereços se tornou maior com 20 bits de largura, permitindo assim que fosse controlado mais de 1 milhão de bytes de memória. A memória passou a ser tratada de maneira diferente pois esse processador tratava a mesma como se fosse dividida em até 16 segmentos contendo 64 kilobytes cada, e não permitia que nenhuma estrutura de dados ultrapassasse a barreira entre os segmentos.

Figura 7-4: Intel 8086

148

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

A tabela abaixo mostra a características do modelo Intel 8086. Data Frequência Número de Transistores Largura do Barramento Memória endereçável

1978 4,77 MHz, 8 MHz, 10 MHz 29000 16 bits 1 MB

Mas em 1979 a venda à nova n ova divisão de computadores pessoais da IBM fez do 8088 o cérebro do novíssimo êxito da IBM - o IBM PC. O sucesso do 8088 introduziu a Intel nas listas da Fortune 500, e companhia ainda foi nomeada como "Triunfos Empresariais dos Anos Setenta". Era um processador de 16 bits, mas comunicava com as placas apenas por uma ligação de 8 bits. Trabalhava a uma estonteante velocidade de 4 MHz e tinha a fantástica capacidade de memória de 1MB de RAM. O 8088 surgiu da necessidade em se criar um processador com características parecidas com as do 8086 mas que tivesse um custo menor. Dessa forma, a Intel colocou no mercado um chip que só se diferenciava do 8086 pelo fato de ter um barramento de dados de 8 bits. Em virtude de sua concepção menos avançada e do baixo custo de produção o 8088 foi escolhido pela IBM, para o projeto de seu computador pessoal, pois, além de possuir o projeto interno de 16 bits também pertencia pertencia à mesma linhagem do 8080.

Figura 7-5: Intel 8088 Este foi o microprocessado microprocessadorr utilizado nos primeiros computadores IBM-PC, as características características do modelo Intel 8086 é apresentada na Tabela abixo. Data

1979

Frequência Número de Transistores Largura do Barramento

4,77 MHz e 8 MHz 29000 16 bits

149

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

Memória endereçável

1MB

O Intel 80286 (conhecido como 286 e também chamado de i286), foi o primeiro processador que executava todo o software escrito para o seu predecessor, lançado em 1982 pela Intel e passou a ser utilizado primeiramente pela IBM no PC AT em 1984. Basicamente, como novidades ele trazia o uso do barramento de 16 bits, possibilidade de acesso a até 16 MB de memória e unidade de gerenciamento de memória integrada (permitia multitarefa em quantidade limitada). O 286 foi o primeiro processador "real". Foi também com ele que se introduziu o conceito de protection mode. Isto é a habilidade de ter multitarefas multitaref as e, ter diferentes programas a correr em separado, mas ao mesmo tempo. Esta nova habilidade não foi aproveitada aprov eitada pelo DOS, mas felizmente modernos Sistemas Operativos como o Win 9x e Unix tiram bastante partido desta qualidade. Este chip foi usado pela IBM no seu PC AT. Trabalhava a cerca de 6MHz, e modelos posteriores conseguiram trabalhar a 20MHz. Estes processadores são hoje usados apenas como pisa-papeis, mas muita gente também os usa.

Figura 7-6: Intel 80286 As características do modelo Intel 80286 é apresentada na Tabela abixo. Data Frequência Número de Transistores Largura do Barramento

1982 6, 8, 10, 12.5, e 16 MHz 134000 16 bits

Memória endereçável

16 MB

150

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

Na década de 80, surgiu o primeiro PC (Personal Computer), lançado pela IBM, sem disco rígido, com 2 unidades de disquetes e apenas 64 KB de memória o que era suficiente para rodar a maioria m aioria dos programas da época.   Bit (b) - é menor informação que um computador pode

▪

processar. Corresponde Corresponde a um pulso elétrico. Se existe, tem valor 1 e, se não existe, tem valor 0. Isto forma o código binário (0- 1). Por ser muito pequeno, não é utilizado para medir memória. No entanto, é a unidade de medida da capacidade de processamento dos computadores.  

▪

Byte (B) - conjunto de 8 bits; representa um caractere.   Kilobyte (KB) - conjunto de 1024 Bytes.

▪

  Megabyte (MB) - conjunto de 1024 KB ou 1 048 576 Bytes.

▪

  Gigabyte (GB) - conjunto de 1024 MB ou 1 048 576 KB ou 1 073

▪

741 824 Bytes. A partir daqui, surge a segunda geração de processadores sendo o processador 286 o seu único exemplar. Este processador tomou de assalto os processadores da primeira geração, trazendo diferenças significativas. significati vas. Um marco no desenvolvimento dos processador processadores. es. O Intel 80386 (386 ou i386) trouxe como principal diferencial de seu antecessor a capacidade de executar multitarefa preemptiva (mais conhecida como multitarefa de antecipação), que em poucas palavras seria atender a diversos processos ao mesmo tempo por prioridade. Além disto, ele utilizava o barramento de 32 bits e memória em modo protegido.

151

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

Figura 7-7: Intel 80386DX As características características do modelo Intel 80386 é apresentada na Tabela abixo. Data Frequência Número de Transistore Transistoress Largura do Barramento Memória endereçável

1985 16,20,25 e 33 MHZ 275000 32 bits 4 GB

O Intel i486 (486 ou 80486), o sucessor do 80386, foi nomeado sem o prefixo “80” por motivos de direitos de patente. Este processador, em termos de arquitetura, representou um grande avanço se comparado com o 386.

Ele já contava com cache de dados, instruçõe instruçõess no chip,

uma unidade de barramento melhorada (embora ainda com 32 bits) e executava instruções por ciclo de clock.

Figura 7-8: Intel 80486DX As características características do modelo Intel 80486DX é apresentada na Tabela abixo. Data

1989

Frequência Número de Transistores Largura do Barramento

25, 33 e 50 MHZ 1.200.000 32 bits

152

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

Memória endereçável

4 GB

Este chip foi puxado até aos 120 MHz. Ainda hoje é usado em grande escala. O primeiro membro desta família do 486 foi o 486SX. Era muito eficiente em gastos de energia e tinha um grande desempenho para a altura. O seu desenho eficiente levou a inovações ao nível da cobertura. O 486SX vinha num invólucro "176 lead Thin Quad Flat Pack(TQFP)" e tinha a espessura de um quarto. Embora estivesse dividido entre SX e DX ambos eram processadores de 32 bits, mas o SX não tinha coprocessador.. Mesmo assim o SX conseguia ser cerca de duas vezes mais processador rápido que o 386.

Figura 7-9: Intel 486SX As características do modelo Intel 80486SX é apresentada na Tabela abixo. Data Frequência Número de Transistores Largura do Barramento Memória endereçável

1991 16, 20, 25 e 33 MHz 1.185.0000 32 bits 4 GB

Com o tempo surgiram 80486DX-50 ou 80486DX2; que se estabeleceu pelo aumento da frequência de operação em que o processador é capaz de trabalhar, ou seja, 50 MHz processador resultante da multiplicação do clock, que trabalha internamente com o dobro da frequência de

operação da placa-mãe, ou seja, ele multiplica a frequência de operação da placa-mãe por 2. Acarretando problemas com as suscetíveis 153

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

interferências interfer ências eletromagnéticas. Logo depois, a Intel lançou o 486DX24 86DX266. Campeão de velocidade de sua época, este microprocessador foi o mais vendido durante 1994. 80486DX4 é um processador que trabalha com multiplicação do clock por 3. Assim, um 80486DX4-75 trabalha, externamente, com 25 MHz e, internamente, internamen te, com 75 MHz; o 8 80486DX4-100 0486DX4-100 trabalha, externamente, com 33 MHz e internamente, com 99 MHz. Sendo este mais rápido que os concorrentes por possuir 16 KB de memória interna. “A Intel lançou também uma série paralela, a “SL”, que permite o gerenciamento avançado de consumo elétrico alimentado por 5v, exceto o 486DX4 que é alimentado por 3V.” 3 V.”   Lançado em 1993, o Pentium (conhecido em alguns meios também como i586) foi o quinto representante da Intel dos processadores de arquitetura x86. Sucessor do 486 e o primeiro a não adotar apenas números em seu nome. Com relação ao seu predecessor, as principais alterações foram o barramento de 64 bits (porém os registradores permaneciam permaneci am de 32 bits), duplicando a quantidade de informações para as operações de leitura de memória. Além disto, ele possuía em sua arquitetura dois canais de execução de dados (conhecidos como “pipelines”) de forma que ele podia executar mais do que uma instrução por ciclo de clock. As linhas posteriores possuíam suporte a instruções MMX (utilizadas em aplicações multimídia).

Figura 7-10: Intel Pentium 154

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

A característica do modelo Intel Pentium é apresentada na Tabela abixo. Data Frequência Número de Transistores Largura do Barramento Memória endereçável

1993 60 a 200 MHz 3.100.000 64 bits 64 GB

Figura 7-11: Intel Pentium MMX As características do modelo Intel Pentium MMX é apresentada na Tabela abixo. Data Frequência Número de Transistores Largura do Barramento Memória endereçável

1997 166 a 300 MHz 4.500.000 64 bits 64 GB

Figura 7-12: Intel Pentium Pro A característica do modelo Intel Pentium Pro é apresentada na Tabela abixo.

Data Frequência Número de Transistores

1995 150 a 200 MHz 5.500.000

155

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

Largura do Barramento Memória endereçável

64 bits 64 GB

O Pentium II foi lançado no mercado a partir de 1997 e suas primeiras versões utilizavam um formato chamado de encapsulamento SEPP (Singled Edge Processor Package). A aparência dele era muito semelhante à de um cartucho de videogame, sendo composto de um circuito como processador e o cache L2 integrado com uma capa plástica protegendo esta placa. O Socket deste processador era chamado de Slot 1. Em geral, o Pentium II comportava 32KB (16 KB para dados e 16 KB para instruções) de cache L1, 512 KB de cache L2. Ele foi produzido em duas arquiteturas, Klamath com tecnologia de fabricação de 0.35 mícron e Deschutes (frequências a partir de 333 Mhz) com a tecnologia de fabricação de 0.25 mícron.

Figura 7-13: Pentium II A característica característica do modelo IIntel ntel Pentium II é apresentada na Tabela abixo. Data Frequência Número de Transistores Largura do Barramento Memória endereçável

1997 200 a 300 MHz 7.500.000 64 bits 64 GB

156

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

Figura 7-14: Intel Celeron A característica do modelo Intel Celeron é apresentada na Tabela abixo. Data Frequência Número de Transistores

1998 266 a 500 MHz 7.500.000

Largura Barramento Memóriadoendereçável

64 64 bits GB

O Pentium III foi um dos processadores processadores que teve um grande número de variações. As primeiras, com arquitetura chamada de Katmai, trabalhavam com um freqüência de 450, 500, 550 e 600 MHz, cache L1 de 32 KB, cache L2 de 512 KB K B (funcionando à metade da frequênci frequênciaa do processador), FSB de 100 MHz, tecnologia de fabricação de 0,25 mícrons e socket como slot 1. Houve uma variação para algumas versões do Katmai que utilizavam o barramento de 133 MHz ao invés de 100 MHz.

Figura 7-15: Intel Pentium III A característica do modelo Intel Pentium III é apresentada na Tabela

abixo.

157

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

Data Frequência Número de Transistores

1998 - 2001 450 a 1400 MHz 9.500.000 a 28.100.000

Largura Barramento Memóriadoendereçável

64 64 bits GB

O Pentium 4 foi lançado em novembro de 2000, representando a sétima geração dos processadores Intel. Foi produzido com três versões de núcleo: Willamette, Northwood e Prescott. Sua arquitetura foi muito alterada com relação aos seus antecessorese foi chamada de Netburst.

Figura 7-18: Intel Pentium 4 A característica do modelo Intel Pentium 4 é apresentada na Tabela abixo. Data Frequência Número de Transistores Largura do Barramento Memória endereçável

2000 – 2000  – 2006  2006 1.4 GHZ a 3.8 GHZ 42.000.000 a 169.000.000 64 bits 64 GB

O Pentium D (Dual Core) nada mais é do que uma versão de dois núcleos do Pentium 4 (em outras palavras, ele é um dual core com arquitetura Netburst).

158

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

Figura 7-19: Intel Pentium D A característica do modelo Intel Pentium D é apresentada na Tabela abixo. Data

2005 – 2006 2005 –  2006

Frequência Número de Transistores Largura do Barramento Memória endereçável

2.66 GHz a 3.6 GHz 230.000.000 a 376.000.000 64 bits - 

Esta geração de processadores da Intel (Core 2 Duo) foi lançada para substituir completamente a Netburst, que até então vinha sendo utilizada. As principais características dos processadores desta família são 64 KB de cache L1 (em dois blocos, 32 KB para dados + 32 KB para instruções) por núcleo, socket 775 (exceção: Core 2 Extreme no modelo QX9775 que utiliza o 771), cache de memória L2 a partir de 2MB compartilhado e tecnologia de virtualização. Os computadores que adotam processadores com tecnologia Core 2 são mais rápidos, eficientes e consomem uma menor quantidade de energia do que seus antecessores. Além disto, toda a parte de multitarefa e processamento foi aperfeiçoada para garantir maior satisfação mesmo para os usuários mais exigentes. Lançados a partir de 2006, esta linha é composta por um processador de dois núcleos. As principais características características do Core 2 Duo são desempenho até três vezes mais rápido devido ao sistema de processamento multi-core, que por

sua vez combina dois núcleos de processadores independentes em uma

159

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

unidade física, execução de mais instruções por ciclo de clock, maior aproveitamento aproveitamen to de energia.

Figura 7-20: Intel Core 2 Duo Este processador adota a arquitetura de construção da família Core. Em outras palavras, esta é uma versão com menor custo do Core 2 Duo que opera com frequências mais baixas e possui uma quantidad quantidadee menor de cache L2. As três primeiras versões lançadas deste processador possuíam um FSB de 800 MHz visando manter compatibilidade com placas mãe mais antigas. A ideia central deste produto foi muito semelhante àquela adotada pelo Celeron  –  –   diminuir um pouco da “potência” do processador para se obter custos mais baixos.  baixos.  

Figura 7-21: Pentium Dual Core

Esta linha de processadores, conta com modelos com tecnologia de 2 e 4 núcleos e era voltada principalmente aos amantes de jogos de

160

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

computador.

Figura 7-22: Intel Core Extreme Os processadores da linha Core 2 Quad, são formados por 2 núcleos de processadores Core 2 Duo. Destinado a computadores que rodam aplicativos que necessitam de um alto grau de processamento como programas de modelagem gráfica em 3D.

Figura 7-23: Intel Core 2 Quad Modelo de entrada da nova linha de processadores com microarquitetura denominada pela Intel de Nehalem e voltada para computadores de baixo custo.

161

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

Figura 7-24: Intel Core i3 Características Característi cas principais:   Microarquitetura Nehalem ou Sandy Bridge, dependendo do

▪

modelo;   64 KB de cache L1 (32 KB de dados + 32 KB de instruções) por

▪

núcleo;   256 KB de cache L2 por núcleo;

▪

  Tecnologia de dois núcleos;

▪

  Controlador de memória integrado suportando memórias DDR3

▪

no modo de dois ou três canais; ▪

  Controlador PCI Express 2.0 integrado;

  Processador de vídeo integrado DirectX 10 (modelos baseados

▪

na microarquitetura Nehalem) ou DirectX 10.1 (modelos baseados na microarquitetura Sandy Bridge);   Tecnologia Turbo Boost;

▪

  Tecnologia de Virtualização;

▪

  Instruções AVX (Advanced Vector Extensions ou Extensões de

▪

Vetor Avançados) apenas nos modelos baseados na

microarquitetura microarquitetu ra Sandy Bridge;   Tecnologia Execute Disable;

▪

162

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

  Tecnologia Enhanced SpeedStep;

▪

  Processo de fabricação de 32 nm;

▪

O Core i5é o processador de modelo intermediário entre a linha de baixo custo (i3) e os modelos mais ma is poderosos(i7).

Figura 7-25: Intel Core i7 Principais Características:   Microarquitetura Nehalem ou Sandy Bridge, dependendo do

▪

modelo;   64 KB de cache L1 (32 KB de dados + 32 KB de instruções) por

▪

núcleo; ▪

  256 KB de cache L2 por núcleo;

  Tecnologia de dois ou quatro núcleos;

▪

  Controlador de memória integrado suportando memórias DDR3

▪

no modo de dois ou três canais;   Controlador PCI Express 2.0 integrado;

▪

  Processador de vídeo integrado DirectX 10 (modelos baseados

▪

na microarquitetura Nehalem) ou DirectX 10.1 (modelos baseados na microarquitetura Sandy Bridge);

  Tecnologia Turbo Boost;

▪

  Tecnologia de Virtualização;

▪

163

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

  Instruções AVX (Advanced Vector Extensions ou Extensões de

▪

Vetor Avançados) apenas nos modelos baseados na microarquitetura Sandy Bridge; microarquitetura   Tecnologia Execute Disable;

▪

  Tecnologia Enhanced SpeedStep;

▪

  Processo de fabricação fabricação de 45 nm ou 3 32 2 nm.

▪

A última palavra em tecnologia de processamento é o Core i7. É linha de processadores voltada ao público entusiasta e profissional.

Figura 7-26: Intel Core i7 Principais características:   Microarquitetura Nehalem ou Sandy Bridge, dependendo do

▪

modelo;   64 KB de cache L1 (32 KB de dados + 32 KB de instruções) por

▪

núcleo;   256 KB de cache L2 por núcleo;

▪

  Tecnologia de dois, quatro, seis ou oito núcleos;

▪

  Controlador de memória integrado suportando memórias DDR3

▪

no modo de dois ou três; ▪

Controlador PCI Express 2.0 integrado;

    Processador de vídeo integrado DirectX 10 (modelos baseados

▪

na microarquitetura Nehalem) ou 164

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

DirectX 10.1 (modelos baseados na microarquitetura Sandy Bridge); ▪

  Tecnologia Turbo Boost;

  Tecnologia de Virtualização;

▪

  Instruções AVX (Advanced Vector Extensions ou Extensões de

▪

Vetor Avançados) apenas nos modelos baseados na microarquitetura microarquitetu ra Sandy Bridge;   Tecnologia Execute Disable;

▪

  Tecnologia Enhanced SpeedStep;

▪

▪

fabricação de 45 nm ou 3 32 2 nm;   Processo de fabricação

UNIDADE Temática 7.2. O Microprocessador INTEL 8080

O microprocessador Intel 8080 foi o primeiro microprocessador largamente usado e se tornou bastante popular na primeira geração de microcomputadores microcomputa dores lançado em abril de 1974, ccomo omo uma evolução do 8008, em parte graças ao sistema operacional CP/M-80. O 8080 é um microprocessador empacotado empacotado em um único m micro-chip icro-chip LSI (Large Scale Integration) com 40 pinos DIP (dual inline packaging), tem um ciclo de máquina de 72 micro-segundos e possui um conjunto de 72 instruções. Ele possui um barramento de dados bidirecional de 8 bits e um barramento de endereços (unidirecional) de 16 bits, permitindo endereçar 64k bytes. Pode endereçar até 256 portas de entrada e 256 de saída compatível TTL (Transistor-to-Transisto (Transistor-to-Transistorr Logic). Para ficar em 40 pinos, alguns sinais de controle foram multiplexados com a via de dados (isto é, os mesmos pinos usados para receber e

enviar dados para memória e dispositivos d ispositivos de entrada e saída são usados para fornecer alguns sinais de controle). Além disso, o esquema de 165

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

interrupções interrupçõ es requer que o dispositivo coloque uma instrução na via de dados. O 8228 simplifica tudo isto, funcionando como um controlador da via de dados e gerando sinais de controle decodificados.

Figura 7-27: Processador INTEL 8080 A tabela abaixo mostra a características do modelo Intel 8080. Data Frequência Número de Transistores Largura do Barramento Memória endereçável

1974 2 MHz 6000 8 bits 64 KB

7.2.1. A Arquitetura do 8080 A unidade lógica aritmética (ALU), os registradores e as vias de dados interna e externa são de 8 bits. Se bem que algumas instruções permitem manipular pares de registradores como um registrador de 16 bits (útil para endereçar a memória, já que o 8080 tem 16 linhas de endereço permitindo até 64Kbytes de memória).

166

   

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

  D0-D7 biderectional Data Bus Data Bus Buffer/Latch

8 Bit Internal Data Bus

Temp. Register

Accumulator

Instruction Register Flag Flip Flops

Multiplexer

Instruction Decoder and Machine Cycle Encoding

Accumulator Latch

ALU

W Temp Reg

Z Temp Reg

B Reg

C Reg

D Reg

E Reg

H Reg

L Reg

   t   c   e    l   e    S   r   e    t   s    i   g   e    R

Stack Pointer Program Counter

Decimal Adjust

Incrementer/Decrementer Address Latch

Timing and Control WRITE

#WR

Data Bus Control

DBIN

Interrupt Control

Hold Control

Wait Control

Sync

INT INTE Hold Hold Wait Ready Sy nc

Address Buffer

Clocks

P h1 Ph2

Reset

Ack

A0-A15 Address Bus

Figura 7-28: Arquitetura básica de Microprocessador INTEL INTEL 8080 Esta arquitetura apresenta alguns pontos interessantes que descreveremoss a seguir: descreveremo   O acumulador é sempre um dos operandos da ALU. ALU .

▪

  Existem seis registradores registradores de 8 bits: B, C, D D,, E, H e L. Como dito,

▪

algumas instruções instruções trabalham com eles em pares BC, DE e HL.   O par HL é tipicamente usado para endereçar a memória (H =

▪

high e L = low).   O program counter (PC) é o ponteiro para a próxima instrução a

▪

executar.   O stack pointer (SP) aponta para para o último byte salvo na pilha.

▪

  A pilha pode ficar em qualquer endereço da memória e não tem

▪

tamanho fixo.

 

  Empilhar (PUSH) decrementa o SP e desempilhar (POP)

▪

incrementa incremen ta o SP. Ou seja, a pilha cresce do endereço mais alto

167

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

para o endereço mais baixo. Quando efectuamos efectuamos um reset, o 8080 começa a executar pelo endereço 0. 7.2.2. Unidade Aritmética e Lógica  – ALU A ALU é responsável pela execução das operações aritméticas, lógicas e de deslocamento de bits. É alimentada a limentada por um Registrador temporário - TMP, pelo Acumulador - ACC e pelo Carry Flag. O resultado da operação na UAL pode ir para o Acumulador ou, dependendo da instrução, para o barramento interno e daí para um dos registradores ou para a memória. Os resultados das operações na UAL também alimentam os Flags. A ALU contém 3 registradores de 8 bits: ACC  ACC  TMP   TMP FLAGS   FLAGS 7.2.3. Indicadores de Condição Flags (Condition Flags ou simplesmente Flags) O registrador FLAG é setado pela CPU de forma a registrar deter determinadas minadas condições relativas ao resultado de uma operação. Os flags são lidos pela CPU, para utilização pelas instruções de desvio condicional. Os flags também podem ser testados pelo usuário, usando algumas instruções especiais, mas não podem ser alterados diretamente pelo usuário. São 5 os flags, sobrando 3 bits não utilizados. A palavra de flag tem o seguinte formato: S  Z  0  AC  AC  0  P  1  CY CY   D7   D6  D7 D6  D5  D5  D4 D4   D3  D3  D2  D2  D1  D1  D0 D0  

Obs.: Dizemos que um bit esta Sentado quando seu valor é 1, e Resetado quando seu valor é 0.

168

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

Z (zero flag ou indicador de zero) zero)  - é sentado como 1, se todos os bits do ACC como resultado de uma operação são 0. Caso qualquer um dos bits seja 1, será resetado (como 0). Serve, portanto, para testar se o resultado de uma operação é 0. Este flag pode ser testado pelo programador. S (sign flag ou indicador de sinal) sinal)  - é sentado pelo sinal do resultado de uma operação no acumulador. O bit 7 do acumulador pode ser interpretado como o sinal do resultado. Algumas instruções sentam o flag de sinal igual ao bit 7 do acumulador. Portanto, caso o resultado de uma operação seja negativo (bit 7 = 1), este flag é sentado como 1. Caso o resultado seja positivo (bit 7 = 0), o bit é resetado (como 0). Este flag pode ser testado pelo programador. P (parity flag ou indicador de paridade)  paridade)   - representa a paridade do resultado no acumulador. As instruções que afetam o flag de paridade sentam este flag para 1 quando a paridade é par (even) e resetam (como 0) quando a paridade é ímpar (odd). Este flag pode ser testado pelo programador. C (carry flag ou indicador de "vai um") - é usado para indicar quando uma soma no acumulador causa "vai um" (carry out) ao dígito de mais alta ordem. Também pode ser empregado como "pede emprestado" ("borrow") em operações de subtração. Este flag também pode ser afetado pelas operações lógicas (AND, OR, XOR etc.). Operações de rotação de bits tratam o carry flag como um 9 bit do ACC. Quando há carry out para o 9 bit, o flag C é sentado (1); quando não há carry out para o 9 bit, o flag C é resetado (0). Este flag também pode ser testado pelo programador. AC (auxiliary carry ou indicador de "vai um" auxiliar) auxiliar)  - indica um carry

out no 3 bit do ACC. É utilizado exclusivamente pela instrução DAA (decimal adjust accumulator). accumulator). O AC e a instrução D DAA AA permitem tratar o valor do acumulador como dois algarismos codificados em BCD 169

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

(quatro bits). A instrução DAA converte valores hexadecimais em decimais. Este flag NÃO pode ser testado pelo programador, sendo reservado exclusivamente exclusivamente para uso pela instrução DAA. 7.2.4. Conjunto de Registradores do 8080 Além dos registradores internos da ULA, o 8080 dispõe de 6 registradores de 16 bits: o Program Counter (equivalente ao Contador de Instruções), o Stack Pointer (Ponteiro da Pilha), 6 registrador registradores es de 8 bits arranjados em pares (que podem ser utilizados isolados, armazenando 1 byte, ou aos pares, quando então podem armazenar 2 bytes) e finalmente um par de registradores temporários de 8 bits (também podem ser utilizados aos pares, de forma a armazenarem dados de 16 bits). STACK POINTER (SP)  (SP)  PROGRAM COUNTER (PC)   (PC) W  Z  B  C  D  E  H  L  7.2.5. Registradores não disponíveis para o usuário O stack pointer  pointer  (ponteiro de pilha) guarda o endereço do próximo endereço vago na pilha (topo da pilha). O 8080 usa a pilha para manipular sub-rotinas, guardando nela os endereços de retorno. Pilha é uma área da memória principal, endereçada pelo Stack Pointer. Um programa deve inicializar o ponteiro da pilha com o endereço base da pilha. Um programa pode inicializar a pilha para qualquer parte vaga da memória (geralmente é usado o endereço mais alto disponível na

MP). O ponteiro da pilha p ilha é incrementado quando dados são colocados na pilha (instrução PUSH) e decrementado quando dados são

170

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

removidos da pilha (instrução POP). A pilha cresce decrementando o ponteiro da pilha. O Program Counter  Counter  mantém o endereço da instrução corrente e é incrementado automaticamente pela UC após a decodificação da instrução (quando estão passa a apontar para o endereço da próxima instrução). Registradores Temporários W e Z, Z , São utilizados pela UCP e não ficam disponíveis para o programador. 7.2.6. Registradores Gerais disponíveis para o programador O 8080 dispõe de um conjunto de 6 registradores gerais, disponíveis para o usuário: B, C, D, D , E, H e L. Esses registradores pode podem m ser utilizados isoladamente ou em pares (B/C, D/E e H/L), quando for necessário armazenar 16 bits. Para o armazenamento de endereços (sempre em 16 bits) é geralmente usado o par de registrador registradores es H/L, que neste caso (armazenando um endereço de memória) será referido como registrador M. 7.2.7. Registradores gerais ou Referências simbólicas REFERÊNCIAS SIMBÓLICAS B

REGISTRADORES REFERENCIADOS BeC

D

DeE

H

HeL

M PSW

HeL ACC e FLAGS

OBS. C contém o byte menos significativo E contém o byte menos significativo L contém o byte menos significativo

A referência simbólica M se refere aos registradores H e L quando

contém uma posição de memória. PSW significa Program Status Word e engloba o Acumulador e os Indicadores de Condição (flags).

171

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

Sumário Nesta Unidade Unidade   temática 7 podemos descrever a Arquitetura dos Microprocessadores INTEL, mostrando o processo evolutivo dos microprocessadores microprocessador es utilizados nos computadores, desde da sua criação e fabricação até aos dias de hoje. Abordou-se sobre a Lei de Moore. Mais também abordarmos a arquitetura do microprocessador INTEL 8080, por ter sido o cérebro do primeiro computador pessoal. Foi através do sucesso do 8080 que a INTEL entrou na lista da Fortune 500, tendo sido nomeada como “Triunfos Empresariais dos anos Setenta”.  Setenta”.  

Exercícios de AUTO-AVALIA AUTO-AVALIAÇÃO ÇÃO Perguntas 1.  O microprocessador, popularmente chamado chamado de processador, é um circuito integrado que realiza as funções de cálculo e toma a decisão de um computador. Marque alternativa correcta. a)  V. b)  F. 2.  Processador não é o cérebro do computador por realizar todas estas funções, tornando o computador inteligente. Marque alternativa correcta. a)  V. b)  F. 3.  O primeiro microprocessador comercial, o 4004 foi desenvolvido no ano de 1968. Marque alternativa corre correcta. cta. a) V. b) F. 4.  a Respostas: 1.  a) V. 2.  b) F. 3.  b) F.

Exercícios para AVALIAÇÃO Pergunta

172

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

1.  Porque a INTEL ficou muito conhecida? 2.  Fale das consequências que a Lei de Moore apresenta. Bibliografia   https://de.wikipedia.org/wiki/Intel_8080, https://de.wikipedia.org/wiki/Intel_8080, acessado 16-10-18.   TANENBA TANENBAUM, UM, Andrew S. Organização Estruturada de Computadores – Computadores  – 5ª  5ª Ed. São Paulo: Prentice Hall, 2006.   Santos, João Eduardo, “Evolução e Comparação das Famílias de Processadoress Intel e AMD”. Processadore   RHYMME, John - Arquitetura e Organização de Computadores.   YU, Albert. Criando o Futuro Digital: INTEL – INTEL – Os  Os Segredos de sua Constante Inovação. São Paulo: Futura, 1999.   IBM. Disponível em http://www.ibm.com/br/pt/. Acesso em 12/10/2018.   INTEL. Disponível em http://www.intel.com.br. Acesso em 01/09/2018.   AMD. http://www.amd.com/br/pages/amdh http://www.amd.com/br/pages/amdhomepage.aspx. omepage.aspx. Acesso em 01/09/201.

▪ ▪

▪

▪

▪

▪

▪

▪

173

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

TEMA  – 8: INTRODUÇÃO AO SOFTWARE LIVRE. UNIDADE Temática 8.1. 8.1. Introdução ao Software Livre. UNIDADE Temática 8.2. Temática 8.2. Principais Software Livres. UNIDADE Temática 8.3. Tipos de Licenças Livres. UNIDADE Temática 8.5. Temática 8.5. EXERCÍCIOS deste tema. Ao completar esta unidade, você deverá ser capaz de:   Definir o conceito de Software Livre.

▪

Objectivos específicos

  Descrever breve historial sobre Software Livre.

▪

  Apresentar Apresentar   os Principais Softwares Livres bem como os Principais tipos de

▪

Licenças de Software Livres.

UNIDADE Temática 8.1. Introdução Introdução,, ao Software Livre

No fim dos anos 50, segundo Pacitti Pacitti   a metodologia defendida pelos adeptos do software livre na forma de um modelo de software colaborativo ou cooperativo, onde os fabricantes de hardware eram os mais beneficiários. O espírito cooperativo dos poucos usuários de uma época em que economicamente se dava mais valor ao hardware do que ao software em si. Nos anos 70, surgiram as “Software “Software Houses Independeentes”, Independeentes ”, a preocupação com a proteção e os direitos de propriedade intelectual intelectual e/ou empresarial do software iniciou-se. Onde, instituíram-se instituíra m-se as licenças, os direitos de autoria e propriedade, e outras restriçõess nos negócios comerciais. Naquela época a comercialização do restriçõe hardware era mais vendido em relação ao software. De referir que o Software começou a ser comercializado de forma explicita e independente. Apartir do final da década de 70, as empresas começaram a impor

restriçõess aos usuários com o uso de contratos de licença de software. restriçõe Em 1983, Richard Stallman iniciou o projeto GNU  –  – com  com o objetivo de criar um sistema operacional totalmente livre, em que qualquer pessoa 174

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

teria direito de usar, estudar, modificar e redistribuir o programa e seu código fonte, desde que garantindo os mesmos direitos para todos. Em 1985 Richard Stallman fundou a Free Software Foundation (FSF) e introduziu os conceitos de software livre e copyleft, os quais foram especificamente desenvolvidos para garantir que a liberdade dos usuários fosse preservada (Wikipédia, 2018). Apartir dos anos 1990 com a divulgação da internet, o Open source (código aberto), ganhou espaço com a produção de software. A rede passou a funcionar como uma metáfora do mundo natural, em que os códigos mais competentes, melhores escritos e mais inovadores, encontravam programadores dispostos a aplicá-los e a melhorá-los. A relação mais flexível com a propriedade passou a ser justificada pela melhoria técnica, pela seleção natural estabelecida na internet. Atualmente, com a divulgação da tecnologia da informação, tem-se um modelo de desenvolvimento de software colaborativo em que o conhecimento pode ser compartilhado compartilhado por usuários em todo o mundo. O chamado Software Livre ou Open Source, através do direito de acessar os códigos fontes, efetuar modificações e redistribuí-los, obtendo-se uma tecnologia mais estruturada e desenvolvida. Alguns softwares livres conhecidos são o Linux, o ambiente gráfico KDE, o compilador GCC, o servidor web Apache, o OpenOffice.org e o navegador web Firefox, entre muitos outros. 8.1.1. Definição de Software Livre Software livre é um a expressão utilizada para designar qualquer software de computador que pode ser executado, copiado, modificado e redistribuído pelos usuários gratuitamente com ou sem modificações. Os usuários possuem livre acesso ao código-fonte do software e são

livres para fazer alterações conforme as suas necessidades. Para que possamos considerar um software como livre existe a necessidade de

175

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

atender aos quatro tipos de liberdade concedida aos usuários de software que são: 1.  A liberdade de executar o programa, para qualquer propósito; 2.  A liberdade de estudar o programa, e adaptá-lo para as suas necessidades. 3.  A liberdade de redistribuir cópias do programa de modo que você possa ajudar ao seu próximo; 4.  A liberdade de modificar(aperfeiçoar) o programa e distribuir estas modificações, de modo que toda a comunidade se beneficie. Um programa é software livre se os utilizadores tiverem todas essas liberdades. Portanto, você deve ser livre para redistribuir cópias, seja com ou sem modificações, seja de graça ou cobrando uma taxa pela distribuição, para qualquer um em qualquer lugar. Ser livre para fazer essas coisas significa (entre outras outras coisas) que você não tem que pedir ou pagar pela permissão. Você deve também ter a liberdade de fazer modificações e usá-las privativamente no seu trabalho ou lazer, sem nem mesmo mencionar que elas existem. Se você publicar as modificações, você não deve ser obrigado a avisar a ninguém em particular, ou de nenhum modo em especial. A liberdade de utilizar um programa significa a liberdade para qualquer tipo de pessoa física ou jurídica utilizar o software em qualquer tipo de sistema computacional, para qualquer tipo de trabalho ou actividade, sem que seja necessário comunicar ao desenvolvedor ou a qualquer outra entidade em especial.

A liberdade de redistribuir cópias deve incluir formas binárias ou executáveis do programa, assim como o código-fonte, tanto para as

176

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

versões originais quanto para as modificadas. Está ok se não for possível produzir uma forma binária ou executável (pois algumas linguagens de programação não suportam este recurso), mas deve ser concedida a liberdade de redistribuir essas formas caso seja desenvolvido um meio de criá-las. A OSI, por conta da ambiguidade da palavra “free” em inglês, prefere a expressão Open Source, que em língua portuguesa é traduzida por software de código aberto ou software aberto. A disponibilidade do código-fonte não é condição suficiente para que ele seja considerado de código aberto. É necessário satisfazer dez critérios, inspirados nas Orientações Orientaçõ es sobre Software Livre do projeto Debian (Wikipédia 2018): 1) Livre Distribuição – Distribuição – A  A licença não deve restringir de nenhuma parte a venda ou distribuição do software gratuitamente, como um componente de distribuição de um software agregado contendo programas de diversos códigos diferentes. A licença não exige pagamento de royalty ou qualquer outro pagamento para essa venda. 2) Código fonte  –   –  O programa deve incluir seu código fonte e deve permitir a sua distribuição também na forma compilada. Se o produto não for não for distribuído com o código fonte, deverá haver uma forma bem divulgada de se obter o código fonte com um uso razoável para reprodução ou downloading via internet. O código deve ser legível e inteligível para que qualquer programador possa modificar o programa. Não é permitido que o software contenha um código fonte deliberadamente inacessível para um outro programador, ou formas intermediári intermediárias as tais como “output” de um pré-processador pré-processador ou tradutor. 3) Trabalhos Derivados  –  –   A licença deve permitir modificações e trabalhos derivados, e deve permitir que eles sejam distribuídos sobre

os mesmos termos da licença do software original. 4) Integridade do autor do código fonte fonte –  – A  A licença pode restringir o

177

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

código fonte de ser distribuído em uma forma modificada apenas se a licença permitir a distribuição de arquivos patch (de atualização atualização)) com o código fonte para o propósito de modificar o programa no momento de sua construção. A licença deve explicitamente permitir a distribuição do programa construído a partir do código fonte modificado. Contudo, a licença pode ainda requerer que programas derivados tenham um nome ou número de versão v ersão diferentes do software original original.. 5) Não discriminação contra pessoas ou grupos grupos –  – A  A licença não pode ser discriminatória discriminató ria contra qualquer pessoa ou grupo de pessoas. 6) Não discriminação contra áreas de atuação  –  –   A licença não deve restringir qualquer pessoa de usar o programa em um ramo específico de atuação. Por exemplo, ela não deve restringir o uso do programa em um negócio de empresa ou para pesquisa genética. 7) Distribuição da Licença – Licença  – Os  Os direitos associados ao programa devem ser aplicáveis para todos aqueles cujo o programa é redistribuído, sem a necessidade da execução de uma licença adicional para estas partes. 8) Licença não específica a um produto  –  –   Os direitos associados ao programa não devem depender que o programa seja parte de uma distribuição específica de software. Se o programa é extraído desta distribuição e usado ou distribuído dentro dos termos da licença do programa, todas as partes para quem o programa é redistribuído devem ter os mesmos direitos como aqueles que são concedidos junto com a distribuição do software original. 9) Licença não restrita a outros software  –  – a  a licença não pode conter restrições a outros softwares que são distribuídos junto o software licenciado.. por exemplo, a licença não pode insistir que todos os outros licenciado

programas distribuídos sob o mesmo meio devam ser open-source software.

178

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

10) Licença neutra em relação a tecnologia  –  –   Nenhuma cláusula da licença pode estabelecer uma tecnologia individual ou estilo de interface a ser aplicada no programa. 8.1.2 Diferenças entre Software Livre e Código Aberto Embora os termos software livre e software de código aberto sejam normalmente utilizados mais ou menos indistintamente, há algumas diferenças sutis. Elas se originam das diferenças em suas histórias, nas filosofias dos grupos promovendo-as e seus sentidos secundários. O Movimento do Software livre é considerado um movimento social que apregoa valores morais, éticos, direitos e liberdade, e que critica o uso e desenvolvimento de software proprietário por considerar que não é ético aprisionar conhecimento científico, que deve estar sempre disponível para permitir a evolução do conhecimento tecnológico. Já o movimento pelo Código Aberto, é um movimento mais voltado ao mercado, conivente com o desenvolvimento de software proprietário, apregoando que o software aberto traz diversas vantagens técnicas e econômicas, levando as empresas a adotarem o modelo de desenvolvimento de software livre. 8.1.3. Vantagens e desvantagens de Software Livre Umas das vantagens importantes de Software Livre prende-se pelo facto do compartilhamento de código fonte, promovendo e simplificando o desenvolvimento de novas aplicações, sem que necessariamente sejam programadas a partir do zero. Essa vantagem tem impacto significativo na redução de tempo, custos para além da diminuição duplicado de esforços. Os desenvolvedores podem ser capazes de identificar e corrigir bugs(falhas) em menos tempo, mais

também faz com que haja atenção cuidadosa no desenvolvimento pois outros desenvolvedores poderão avaliara o seu trabalho.

179

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

Segurança (praticamente isento de vírus, você “sabe” “sabe”   o que está instalando em sua máquina, pois seu código é aberto). Economia (você pode baixar ele sem custo da internet, tanto o software quanto a sua documentação de uso). Alternativa à pirataria (você não corre riscos ao ser surpreendido por fiscais cobrando por licenças). Autonomia (você tem liberdade para fazer o que quiser com este software desde que siga as 4 liberdades básicas a ele atribuídas). A grande desvantagem tem haver com receio de uso de software livre gerando duvidas quanto ao uso bem como a qualidade do software. Parte-se do princípio que tudo gratuito gera desconfiança, a medida que se usa vai-se tirando essas dúvidas e aos poucos esses conceitos estão sendo revertidos aos poucos, pois algumas empresas defendem a opinião de que é mais vantajoso aprimorar/contribuir com o software livre do que investir na construção de um novo software similar e proprietário. Interface de usuário não é uniforme nos aplicativos, a Instalação e configuração pode ser difícil. Pessoas acostumadas com o Windows podem apresentar algumas incompatibilidades com softwares proprietários

UNIDADE Temática 8.2. Principais 8.2. Principais Software Livres  Livres 

Ao longo da evolução do modelo de desenvolvimento empregado em software livre, alguns projetos se destacaram dentro da comunidade de desenvolvedores e ganharam prestígio de um grupo de usuários pela

sua qualidade. Esses projetos podem ser considerados ícones que representam o sucesso de uma metodologia que no início não atraiu

180

 

CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano ISCED hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

empresas a adotarem-no devido à sua informalidade e a valorização dos indivíduos sobre o processo. A Free Software Foundation (FSF) que é uma organização sem fins lucrativos que tem como missão de promover a liberdade do usuário do computador e defender os direitos de todos usuários de Software livre. FSF é uma das fundações responsáveis por fiscalizar e organizar o leque de softwares livres espalhados pelo mundo, em outras palavras, os desenvolvedores de software devem seguir algumas regras para enquadrar-se como software livre. Dentre os projetos que conquistaram tal prestígio, podemos citar o Mozilla Firefox, entre os melhores navegadores de internet do mundo, e o Android, sistema operacional para smartphones e tablets muito popular. 8.2.1. Alguns Softwares Livres usados em Sistemas S istemas Operacionais   LINUX

▪

De certeza que já ouvi falar desse software livre, pode-se dizer que é o mais utilizado no mundo principalmente na comunidade académica. Foi criado pelo Finlandês Linus Torvalds, Torvalds, é inspirado no sistema Minix e esta sob licença GPL (General Public License) que libera para cópia, estudo, modificação entre várias opções de alteração do seu código fonte.

181

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

Figura 8-1: Interface do sistema Linux  

▪

OPENSOLARIS Solaris é um sistema operacional baseado em Unix 2, escrito pela Sun Microsystems, posteriormente adquirida pela Oracle, utiliza uma plataforma semelhante ao Linux e tem a licença GNU GPL. Seus componentess são uma mistura de software aberto e de código fechado, componente embora uma versão de código aberto totalmente. Inicialmente era um software proprietário, entretanto foi abrindo gradativamente seu código.

Figura 8-2: Interface do sistema OpenSolaris OpenSolaris  

2

 O Unix é um sistema operacional multitarefa e multiusuário, disponível para diversas plataformas de hardware.   182

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

8.2.2. Alguns Softwares Livres usados em Ferramentas de Desenvolvimento   Desenvolvimento   COMPILADOR C: GCC

▪

Conhecido inicialmente como GNU Compilador para C, suporta nos dias de hoje diversas linguagens além da original “C”, com C++, Java, Ada e Fortran. Um software livre que atende à licença GPL e funciona em sistemas operacionais operacionais como UNIX, Linux e OS X.   ECLIPSE

▪

Utilizado para desenvolver aplicações em Java. Por meio de plug-ins, outras linguagens podem ser utilizadas: C, C++, Fortran, Java Script, PHP, entre outros. O programa é “desenhado” quase totalmente em Java e a base do código c ódigo é originária da IBM VisualAge. O Eclipse possui o código aberto, entretanto não é compatível como a licença GNU.   NETBEANS

▪

Outro software de código aberto. Ambiente para desenvolvimento nas linguagens convencionais (Java, C, C++, PHP, Groovy). O programa é desenvolvido pela Oracle e funciona em múltiplas plataformas, como Windows, Linux, Mac OS. Foi criado em 1996 e é um dos mais utilizados neste segmento.

Figura 8-3: Interface NetBeans  NetBeans  183

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

8.2.3. Software Livre usado em Servidor  Servidor    APACHE

▪

O software livre de código aberto é um dos servidores HTTP mais utilizados no mundo. Criado em 1995 por Rob McCool, funciona em diversas plataformas operacionais (Windows, OS/2, Linux, Unix).

Figura 8-4: Interface Apache 8.2.4. Software Livre usado em Bases de Dados   MYSQL

▪

O sistema de gestão de bases de dados que utiliza linguagem SQL (Structure Query Language). Foi criado na Suécia durante a década de 80, porém em 2008 a Oracle comprou a empresa Sun Microsystems e  junto com ela, todos os seus softwares. O MySQL é um dos mais utilizados no mundo. Para ter uma ideia da popularidade do programa, usuários como NADA, Nokia, Sony, Google e outras gigantes empresas conhecidas no mundo.

184

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

Figura 8-5: Interface MySQL  MySQL  8.2.5. Alguns Softwares Livres usados em Usuário Final   VLC

▪

O VLC media player é um excelente reprodutor multimídia, muito usado em quase todo mundo. Está disponível para todas as plataformas e sistemas operacionais. O software é leve, muito rápido e é capaz de rodar quase todos os formatos de áudio e vídeo disponíveis no mercado. Seguindo a tendência, o VLC já tem suporte para formatos em HD e aceleração gráfica. Este software é um dos que prova que os softwares livres podem ser tão excelentes quanto os softwares proprietários, muito por conta das constantes melhorias em seu código c ódigo aberto.

185

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

Figura 8-6: Interface de VLC  VLC    GIMP

▪

O nome GNU Image Manipulation Program lhe diz alguma coisa? Então, o GIMP é um programa de código aberto licenciado pela GPL (General Public License). Foi criado explicitamente para ser uma alternativa livre ao uso do Adobe Photoshop. O programa roda em qualquer sistema operacional.

Figura 8-7: Interface GIMP

  WORLDPRESS

O sistema de gestão de conteúdo na Web tem seu foco direcionado para a criação de blogs, é escrito em PHP com baseso de dados em 186

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

MySQL. Junto com Blogger, é um dos mais importantes criadores de blogs disponíveis na web por conter ferramentas diferenciais. O Wordpress foi criado em 2003 e atente à licença GPL versão 2.

Figura 8-8: Interface WorldPress  WorldPress  A lista de programas livres e de código aberto é muito extensa para citar todas aqui, os exemplos acima citados são simplesmente alguns dos mais conhecidos e utilizados por vários utilizadores.

UNIDADE Temática 8.3. Principais 8.3. Principais tipos de Licenças de  de Software Livres

A maioria dos softwares livres é licenciada através de uma licença de software livre. Uma das mais conhecidas é a GNU GPL. Entretanto, existem diversas outras: GNU AGPL, GNU LGPL, GNU FDL, MPL (Licença pública Mozilla), Licença Apache, Licença MIT e Licença BSD. 8.3.1. Software livre e software em domínio público Software livre é diferente de software de domínio público. Software livre é quando utilizado em combinação com licenças típicas (como as

licenças GPL e BSD), que disponibiliza o seu código fonte garantindo a autoria do desenvolvedor ou organização. Software de domínio público é aquele que, passando alguns anos de proteção de direitos de autor 187

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

torna-se um bem comum, isto é, os diretos autorais ficam extintos. Ainda assim, um software em domínio público pode ser considerado como um software livre, desde que atenda as liberdades definidas pela Free Software Foundation, como citadas anteriormente. 8.3.2. Software livre e Copyleft  Copyleft   O Copyleft surgiu nos EUA e é derivado do Instituto do Copyright, do qual o desenvolvedor do software desde do primeiro licenciamento, libera os direitos de uso, reprodução, distribuição e alteração do código a qualquer interessado. Segundo a Free Software Foundation (FSF), pelas regras do copyleft qualquer um que distribui o software, com ou sem modificações, tem que passar adiante a liberdade de copiar e modificar novamente o programa. O copyleft garante que todos os usuários tenham essa liberdade. Ou seja: se você recebeu um software com uma licença livre que inclua cláusulas de copyleft, e se optar por redistribui-lo (modificado ou não), terá que mantê-lo com a mesma licença com que o recebeu. Nem todas as licenças de software livre incluem a característica de copyleft. A licença GNU GPL (adotada pelo kernel Linux) é o maior exemplo de uma licença copyleft. Outras licenças licenças livres, como a licença BSD ou a licença ASL (Apache Software License) não incluem a característica caracterí stica de copyleft. Licenças como a GPL contêm um conceito adicional, conhecido como Copyleft, que se baseia na propagação dos direitos. Um software livre sem copyleft pode ser tornado não-livre por um usuário, caso assim o deseje. Já um software livre protegido por uma licença que ofereça

copyleft, se distribuído, deverá ser sob a mesma licença, ou seja, repassando os direitos.

188

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

Associando os conceitos de copyleft e software livre, programas e serviços derivados de um código livre devem obrigatoriamente permanecer com uma licença livre, sendo que os detalhes de quais programas, quais serviços e quais licenças são definidos pela licença original do programa. O usuário, porém, permanece com a possibilidade de não distribuir o programa e manter as modificações ou serviços utilizados para si próprio. As licenças de software livre permitem que eles sejam vendidos, mas estes em sua grande maioria estão disponíveis gratuitamente. Uma vez que o comprador do software livre tem direito às quatro liberdades definidas pela FSF, ele poderia redistribuir este software gratuitamente ou mediante remuneração. Aconselha-se comprar o software porque trás vantagens para o cliente final. As versões pagas geralmente são acompanhadas de algum tipo de serviço adicional, como direito a assistência técnica por determinado período e manuais, por exemplo. 8.3.3. Software Proprietário versus Software Livre O que determina se um software é livre ou proprietário é o direito autoral que se aplica sob o seu licenciamento e distribuição. Ou seja, o desenvolvedor do software, que é o autor do programa, nos termos da legislação que protege o direito do autor, a utor, tem a faculdade de restringir o seu uso, reprodução, alterações e adaptações por parte de terceiros, ou autorizar/licenciar certos usos, de forma específica e sob remuneração remuneraç ão (royalties). Nessa hipótese, estamos falando de software proprietário. O Software proprietário, proprietário, particular ou não livre é um software para

computadores que é licenciado com direitos exclusivos para o produtor. Em geral, sua cópia, redistribuição, redistribuição, estudo e modificação são proibidos ou limitados em alguma medida pelo seu criador. Normalme Normalmente, nte, a fim

189

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

de que se possa utilizar, copiar ou redistribuir, deve-se solicitar autorização ao proprietário (produtor do software), ou pagar para poder fazê-lo: será necessário, portanto, adquirir uma licença. As empresas que produzem estes softwares proprietários normalmente costumam descontinuar as correções das versões antigas, as versões novas nunca são compatíveis com os formatos anteriores, com essas medidas aumenta-se o número de vendas de seu novo lançamento, obrigando seu utilizador a gastos com atualização. Este tipo de software não permite que qualquer pessoa possa modificálo e redistribuí-lo, contrariamente ao software livre que permite modificação, copia, redistribuição. No caso do Software livre, livre, onde o código é aberto e qualquer pessoa poderia ter acesso as informações técnicas sob o seu desenvolviment desenvolvimento, o, o usuário poderia efetuar as alterações e modificações necessárias no produto à medida que hardware se tornasse obsoleto. Dessa forma, o usuário não teria que pagar para fazer upgrade de programas, a cada versão nova do produto. Nesse contexto, o software proprietário tende a concentrar seus usuários em torno da empresa fabricante como forma de aumentar seu lucro e sua participação do mercado. Por essa razão é conhecido também como “software monopolista”, mesmo que não haja efetivamente um um monopólio. Exemplo notório dessa situação é a Microsoft, considerada a maior empresa de software do mundo, com seus s eus programas inseridos em cerca de 90% dos computadores do planeta.

Sumário

Na Unidade Unidade temática  temática 8 abordamos sobre o conceito de Software Livre, onde podemos que o software seja livre permite ao usuário alterar, a lterar,

190

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

modificar, copiar e redistribuir sem nenhum problema. Este tipo de software é muito usado em academias trazendo benefícios em termos académicos. Mais ao logo do tema fomos abordando outro conceito relativo ao software livre onde abordamos sobre os principais softwares livres, tipos de licenças existente. Vimos que existem vários tipos de licenças cada um com sua expressividade.

Exercícios de AUTO-AVALIAÇÃ AUTO-AVALIAÇÃO O Perguntas 1.  Um programa é Software livre se os utilizadores poderem copiar, modificar e redistribuir pelos usuários gratuitamente. Marque a alternativa correcta. a)  V. b)  F. 2.  Disponibilidad Disponibilidadee do código-fonte é condição suficiente para que ele seja considerado código aberto. Marque alternativa correcta. a)  V. b)  F. 3.  Embora os termos software livre e software de código aberto sejam normalmente utilizados mais ou menos indistintamente, há algumas diferenças sutis. Elas se originam das diferenças em suas histórias, nas filosofias dos grupos promovendo-as e seus sentidos   V. secundários. Marque alternativa correcta. a) b)  F. 4.  Mencione pelo menos 1 software livre para cada aplicação: a)  Sistemas Operativos. b)  Ferrament Ferramentas as de Desenvolvimento. c)  Servidor. d)  Bases de dados. e)  Usuário Final. 5.  Software livre é diferente de software de domínio público. Marque alternativa correcta. c)  V. d)  F.

6.  “Segundo a Free Software Foundation (FSF), pelas regras do copyleft qualquer um que distribui o software, com ou sem modificações, tem que passar adiante a liberdade de copiar e modificar novamente o programa”. O copyleft não garante que 191

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

todos os usuários tenham essa liberdade. Marque alternativa correcta. a)  V. b)  F. Respostas: 1.  2.  3.  4. 

b) F. b) F. a) V. Essas são algumas alternati alternativas vas existem outras. a) (Linux) b) (Eclipse). c) (Apache). d) (MySQL). e) (VLC).

5.  a) V. 6.  b) F.

Exercícios para AVALIAÇÃO Perguntas 1.  Defina Software Livre? 2.  Quando se considera que um software é livre? 3.  A disponibilidade do código-fonte não é condição suficiente para que ele seja considerado de código aberto. É necessário satisfazer dez critérios. Mencione pelo menos 4 critérios necessários. 4.  Mencione algumas vantagens e desvantagens no uso do software livre. 5.  Um software livre sem copyleft pode ser tornado não-livre por um usuário, caso assim o deseje. Marque alternativa correcta. a)  V. b)  F. 6.  Diga o que determina se um software é livre ou p proprietário roprietário.. Bibliográfia   Bueno, N. (2012). Conceitos e discussão sobre software livre,

▪

software aberto e software proprietário. In: Okada, A. (Ed.) (2012) Open Educational Resources and Social Networks: CoLearning and Professional Development. London: Scholio Educational Research Research & Publishing.

192

 

ISCED CURSO: Gestão de Sistemas de Informação; 2° Ano hardware e software de computador

Disciplina/Módulo: Conceitos de

 

  gnu.org - O que é o Software Livre..www.gnu.org/philosophy/free-sw.pt-br.html  Livre   http://pt.wikipedia.org/wiki/Software_livre. http://pt.wikipedia.org/wiki/Software_livre. Acesso em

▪

▪

05/09/2018   https://www.mysql.com/  https://www.mysql.com/ Acesso em 22/09/2018   gnu.org - Copyleft.  Copyleft. www.gnu.org/copyleft/copyleft.html www.gnu.org/copyleft/copyleft.html..    Wikipédia - Licença Livre. https://pt.wikipedia.org/wiki/Licen%C3%A7a_livre  https://pt.wikipedia.org/wiki/Licen%C3%A7a_livre    Eliane Fávero (2011). Organização e Arquitetura A rquitetura de Computadores

▪ ▪

▪

▪