Categoria Aulas

Hierarquia de memória

Introdução ao estudo da hierarquia de memória

Memórias são dispositivos usados no armazenamento e recuperação de informação. Apresentam uma grande variedade de tecnologias, desempenho, custo e capacidade. O conceito de hierarquia de memória fornece uma visão do custo, desempenho e capacidade das memórias.

Na base da pirâmide, tem-se as memórias de baixo custo, maior capacidade de armazenamento e menor desempenho. No topo da pirâmide, tem-se as memórias de maior custo, menor capacidade de armazenamento e maior desempenho.

hierarquia de memória

A figura acima mostra os dispositivos associados a cada nível da pirâmide

Características de Desempenho

As memórias podem ser caracterizadas pelos seguintes parâmetros de desempenho: tempo de acesso, capacidade de armazenamento, volatilidade, tecnologia e custo.

Estudo dos dispositivos de memória

Registros (registradores) Memórias individuais agrupadas para armazenar uma palavra em binário. São de alto desempenho, usadas pela CPU ou por outros dispositivos para armazenamento temporário de dados. Alguns registradores na CPU participam do processamento e podem ser acessados por programas. Registradores especiais somente podem ser acessados pela CPU.

Memória Cache (aumenta velocidade) – São memórias rápidas, com capacidade de alguns KB a poucos MB, localizadas próxima à CPU. Existem em dois níveis: L1 (Level 1) e L2 (Level 2).

Tecnologia das memórias semicondutoras: SRAM e DRAM

RAM (Random Access Memory -Memória de Acesso Randômico). Permitem leitura e gravação. O termo randômico indica que a memória tem acesso não sequencial, isto é, o tempo para gravação ou leitura de qualquer posição da memória não depende de localização. Duas tecnologias de fabricação: DRAM e SRAM.

Memória de grande capacidade – memória secundária

As memórias secundárias são para armazenamento de massa ou de armazenamento. Exemplos: HD’s (Hard Disk), DD (Disk Drive), CD-ROM, pen drives, entre outras.

Dispositivos de apoio

Gabinete – estrutura na qual é fixada a placa-mãe (Motherboard). Na placa-mãe estão conectados os dispositivos de armazenamento, a CPU, as placas controladoras, drives, fontes de alimentação, slots, etc.

Baixe a aula completa no link sobre arquitetura de memórias.

Arquitetura de von Neumann

Modelo de arquitetura von Neumann

– (VNA- Von Neumann Architeture)

O conceito de Programa armazenado na memória

A Arquitetura de von Neumann (VNA -Von Neumann Architecture, desenvolvida por John von Neumann (Nascido em Budapeste, em 28/12/1903) e colaboradores é a base tecnológica de arquitetura de computadores.  A construção do computador baseado neste modelo foi iniciada em 1946 e concluída em 1952 no IAS (Institute of Advanced Studies-Princeton/USA). O modelo VNA incorpora o conceito de programa armazenado na memória com as seguintes características:

  • Um único controle centralizado (CPU única);
  • Uma memória única para dados e instruções;
  • As instruções devem fazer operações elementares sobre os dados.

No modelo VNA, um programa para ser executado deve estar armazenado na memória do computador e as instruções devem ser levadas individualmente da memória para a CPU. Os componentes básicos da arquitetura VNA são:

  • Unidade lógico–aritmética (ULA);
  • Memória Principal (MP);
  • Dispositivos de entrada/saída;
  • Unidade de Controle para sincronizar o funcionamento dos componentes.

A figura abaixo apresenta o diagrama básico da arquitetura de von Neumann.

arquitetura de von Neumann

Questões atuais:

  • Os computadores pessoais atuais têm apenas uma unidade de CPU?
  • As memórias de dados e programas podem estar em unidades físicas independentes?

Resumo

  • Na arquitetura VNA, as ações computacionais ocorrem na CPU;
  • Instruções e dados ficam armazenados na memória principal até que sejam requeridas pela CPU;
  • Dispositivos de E/S são tratados como se fossem memórias. A CPU pode armazenar ou ler dados em dispositivos de entrada ou de saída de modo análogo ao acesso à memória.

Modelo preliminar de um sistema computadorizado

A memória cache.

No modelo VNA, após realizar cada instrução, a CPU busca nova instrução na memória principal (MP);

Por questões de tecnologia e custos, a MP não consegue atender rapidamente esta solicitação. A CPU fica em estado de espera (wait state) até a chegada de uma nova instrução.

A memória cache é de menor quantidade que a MP, porém com tecnologia de processamento próxima à CPU para atender às solicitações com rapidez.

A capacidade de memória cache varia desde KiloBytes (KB) até MegaBytes (MB). Servidores possuem memórias cache de alguns MB. Exemplo, ZEON da Intel.

Exercício. Pesquise na internet as características tecnológicas de servidores:

https://www.intel.com.br/content/www/br/pt/products/processors/xeon/e7-processors.html

Baixe a aula completa no link modelo de arquitetura VNA.

Portas de entrada e saída Arduino

Arduino – portas de entrada e saída

Antes de ligar a placa Arduino, prepare seu PC. Carregue o programa Blink. Funcionalidades do Blink:

  • Verificar a operacionalidade do Arduino
  • Lazer
  • ????

Teste Arduino

Teste com o Monitor serial

// Comunicação via USB com o Monitor serial

int n = 1;

void setup ( )     {     Serial.begin(9600);   }

// Inicializa a comunicação serial com 9600 bauds (b/s)

void loop()        {

// Receber no monitor serial

Serial.print(n); n=n+1;

Serial.println(“: Alo Mundo!”);

delay(200);                              }

  • O que acontece se for alterado o valor 9600 bauds?
  • Teste outros valores de velocidade.

Relembrando

  • O que faz a função Serial.begin(9600)?

Resposta:

  • O que faz a função  Serial.print(n)? Caracterize o parâmetro da função.

Resposta:

Nota: Qualquer sistema de comunicação que receba dados pela porta serial, pode receber dados seriais enviados pelo Arduino (C, Blender, …).

Arduino – Resistor série para o LED

O dispositivo LED (Light Emissor Diode) opera com:

  • Tensão que depende da cor emitida (≈1 a 4 volts).
  • Corrente de operação: ≈ 5 a 20 miliAmpères.

*A corrente define a intensidade do brilho.

Cor → Tensão de operação;

Corrente →  Intensidade do brilho.

  • Um resistor ligado em série com o LED limita a corrente  e a tensão no LED:]
  • protegendo de sobretensão e
  • definindo o brilho.

Cálculo de resistor para o LED

Exemplo. LED azul:

Tensão de operação: 4V; Corrente de operação: 10 mA.

Tensão de alimentação de uma bateria de 12 volts.

OBS. O resistor deverá dissipar 8 volts (12V–4V).

(conservação de energia).

Valor de R = (V bat  – Vled)/(corrente)= (12-4)/10mA:

R= 8V / 0,010A = 800 Ω (Ohms).

Arduino – entrada e saída

Responda.

Quais as instruções necessárias para acender um Led no pino 13 apenas uma vez e deixá-lo sempre aceso?

Solução:

void setup()   // opera somente ao ligar

{pinMode(13,OUTPUT); digitalWrite(13,HIGH);}

void loop()    {} // opera repetitivamente.

Arduino – entrada e saída

Entrada de dados

Carregue e execute: Files → Examples → Basic → DigitalReadSerial.

Como é feita a entrada de dados digital?

Resp. Os pinos podem ser configurados como entrada:

pinMode(pino, INPUT);

Programação da comunicação serial via USB?

Arduino – entrada e saída digitais

Atividade: Entrada Digital

/* leitura digital no pino2. Impressão no monitor serial  */

int pushButton = 2; // pino digital 2 tem um “pushbutton”

void setup() { Serial.begin(9600);

pinMode(pushButton, INPUT);

}

void loop() {

int buttonState = digitalRead(pushButton);

// leitura no pino digital. Valor da leitura somente poderá ser 0 ou 1.

Serial.println(buttonState);   // print the state of the button:

delay(100);    }

//Ative o monitor serial

// Explique o resultado obtido para a leitura!

Responda

  • Que faz a função: digitalRead(pushButton)

Resp. Leitura do botão definido por pushButton.

  • Valor lido : 0 ou 1
  • Coloque uma “antena” no pino 2. O que acontece?
  • *A antena pode ser um fio condutor  fixado no pino.

Leitura de dados analógicos

void setup()     {   Serial.begin(9600);    }

void loop()     {

int sensorValue = analogRead(A0);

/* A entrada analógica fornece valores inteiros que variam de 0 – 1023  a partir de voltagens que variam de 0 – 5V. ?*/

/*Nota. O Arduino opera com um conversor de 10 bits que fornece valores de  0 até 1023   (2^10 = 1024 valores). */

// A expressão float voltage devolve o valor lido para real

float voltage = sensorValue * (5.0 / 1023.0);

// print out the value you read:

Serial.println(sensorValue); // mostra o valor lido

Serial.println(voltage);          // mostra o valor convertido

}

Questões

  • O que faz a função: analogRead(A0): ____________________________________
  • Qual o parâmetro da função? ____________________________________

Portas de entrada e saída do Arduino – baixe aula em arquivo PPT

O microprocessador Arduino é amplamente usado em plataformas educacionais, por causa de suas múltiplas aplicações. Exemplos: controle de máquinas elétricas, automação residencial, irrigação, sensores de medição de temperatura e água, robótica, etc.

Instalação e Configuração Arduino

Configuração Arduino: ambiente de desenvolvimento, e instalação.

  • recursos HW/SW
  • linguagem de programação: dialeto C
  • funções principais: setup e loop
  • recursos disponíveis – Ports: entrada e saída, analógico e digital
  • apresentação de dados: monitor serial
  • programação de intervalos de tempo

Características do Microprocessador

  • CPU: ARM (Advancing Risc Machine)
  • linguagem de programação: Dialeto C
  • Memória de programa (Flash): 32 Kb
  • 14 pinos para entrada e saída digital
  • 6 ports para entrada analógica. Conversão A/D
  • Pinos para alimentação 5 volts e 3,3 volts
  • Ambiente de carregamento integrado HW/SW
  • Bootloader (carregamento de programas)
  • Interfaces com SO
  • USB: comunicação; carga de programas

Arduíno Board

Legenda

  • HW – hardware
  • SW – software

Introdução ao ambiente de configuração Arduino

Microcontrolador . Chip que incorpora microcomputador (CPU), memórias, unidades de apoio, comunicação e dispositivos de entrada e saída. (Tudo no mesmo chip)

Recursos:

  • Memórias: RAM, EPROM, flash.
  • Interfaces serial (USB);
  • E/S analógica e digital;
  • Dispositivos de apoio: Temporizadores, Contadores (clock), etc.

Configuração Arduino

RISC x CISC

RISC – Reduced Instruction Set Computer

Computador com um conjunto reduzido de instruções. Dados e instruções em memórias independent

  • Memória de dados (RAM)
  • Memória de instruções (flash)
  • Instruções de tamanho fixo
  • Conjunto reduzido de instruções – Arduino

CISC. Complex Instruction Set Computer

Computador com um conjunto complexo de instruções. Dados e instruções compartilham memória RAM.

  • Instruções de tamanho variável
  • Conjunto de instruções mais completo – Pentium

IDE Arduino: HW/SW

Integrated Development Environment (IDE) – Ambiente de Desenvolvimento Integrado – configuração Arduino.

Hardware

  • Placa com microprocessador e circuitos de apoio
  • Recursos para conexão serial (USB);
  • Pinos de alimentação:  5volts e 3,3volts. Fornece até 40 miliAmpéres (mA) de corrente elétrica por pino.
  • Placas (Shields) para extensão de funções (rede, WIFI,..).

Software

  • Dialeto da linguagem C.
  • Domínio público (open source)
  • Bibliotecas de apoio

Programas exemplos de configuração Arduino

Exemplo: Programação de intervalo de tempo

// Pino 13 tem um LED. Variável led identifica o pino

int led = 13;

/*Função setup. Configuração do HW.

Função pinMode. inicializa o pino 13 como saída digital (OUTPUT) */

void setup() {       pinMode(led, OUTPUT);     }

// Função loop. É executada sem parada (loop infinito)

void loop()    {

digitalWrite(led, HIGH);   // Liga o pino 13 (HIGH)

delay(1000);                    // Pára a CPU por um segundo

digitalWrite(led, LOW);    // Desliga o LED  (LOW)

delay(1000);                    // Pára a CPU por um segundo

}                   // Retorna ao início

Recursos de Programação

Linhas de comentário
  • // Uma linha única;
  • /*Várias
  •      linhas     */
  • Funções básicas: setup e loop
  • Pinos para entrada e saída analógica e digital.
  • Instruções para entrada e saída.
  • Permite programação de intervalos de tempo
  • Funções para comunicação serial

Interface com o usuário – Programa Blink

Configuraação Arduino

Documente no relatório

  • Como operam as linhas de comentário?

/* NONONONONONONO

NONONONONONONO */

________________________________________

// NONONONONONONO

________________________________________

Ajuda –> Referência

Operação e configuração Arduino

Programa BLINK

  • Ative o programa Arduino.exe
  • Conecte o Arduino ao PC via cabo
  • Selecione a placa Arduino Uno
  • Selecione a porta

Operação do Arduino. Programa BLINK

  • File→ Examples → Basic  → Blink
  • File→ Examples → Basic  → Blink

Compilação (Verify)

  • Compile o programa. (Verificar) Verify
  • Transfira o programa Blink para a placa ARDUINO.  Carregar (LOAD)
  • * A placa deve estar configurada para Arduino UNO
  • A porta de comunicação deverá ser configurada para porta Arduino

Anote.

  • Como operam as funções de configuração Arduino?

setup:_______________________________________

loop:  _______________________________________

  • Descreva funções e parâmetros). Dê exemplos:

pinMode:

digitalWrite:

delay:

Escopo de uma variável

  • Definição e inicialização de tipo: int led = 13;
  • Escopo da variável.
  • Variável Global:_______________________
  • Variável Local: _______________________
  • Exemplos.

Ativação dos ports (pinos)

  • Função para configuração do pino: pinMode(pino,modo).
  • onde: pino: (0 a 13);  modo: OUTPUT/INPUT

Exemplo: pinMode(13,OUTPUT);

// Pino 13 configurado como SAÍDA (OUTPUT):

* No pino 13 há  um LED que mostra os estados HIGH (nível alto, acende )  e LOW (nível baixo, apagado).

  • Função para saída digital: digitalWrite(pino, valor);
  • valor: LOW/ HIGH (0/1)

Exercício. Faça um programa para deixar o pino 10 sempre ligado (em nível alto).

Comunicação serial

  • Execute o programa Blink.
  • Anote: Porque o LED associado ao pino 13 está piscando com intervalo de 1 segundo.
  • *A função delay (em milissegundos)  PÁRA O PROCESSAMENTO.

Testes do programa blink

  • Altere o programa blink para piscar com os seguintes intervalos:
  • 10 segundos
  • 100 milissegundos:
  • 10 milissegundos ligado e 2  segundos desligados;

Qual o intervalo de tempo que você consegue perceber o LED piscando.

Programa: Blinkwithoutdelay

  • Examples → digital → Blinkwithoutdelay.
  • Altere o programa piscar em 5 segundos;
  • Qual a diferença de operação dos programas Blink e Blinkwithoutdelay.

Programa blinkwithoutdelay

int ledState = LOW;     long previousMillis = 0;

// ledState store last time LED was updated

long interval = 100;           // interval at which to blink (milliseconds).

void setup() {        pinMode(13, OUTPUT);     }

void loop()  {

/*check to see if it’s time to blink the LED; that is, if the difference between  the current time and last time you blinked the LED is bigger than the interval at which you want to blink the LED. */

unsigned long currentMillis = millis();

if(currentMillis – previousMillis > interval) {

previousMillis = currentMillis;

if (ledState == LOW)   { ledState = HIGH;}

else  ledState = LOW;

// set the LED with the ledState of the variable:

digitalWrite(13, ledState);

}               }

Programa blinkwithoutdelay

BlinkWithoutDelay.

Descreva a função millis()

  • Veja reference doArduino
  • Qual o valor máximo da variável unsigned long (32 bits de armazenamento)

Resposta:2^32 = 4Giga milissegundos.

Quantos dias são necessários para a variável atingir o valor máximo?

Resposta:

Função mills()

  • millis()
  • Description
  • Returns the number of milliseconds since the Arduino board began running the current program. This number will overflow (go back to zero), after approximately 50 days.

Monitor serial

  • Carregue e execute o programa

unsigned long time;

void setup(){ Serial.begin(9600); }

void loop()                           {

Serial.print(“Time: “);       time = millis();

//prints time since program started

Serial.println(time);

// wait a second so as not to send massive amounts of data

delay(1000);                  }

//Altere o programa para imprimir minutos e segundos.

Use divisão por inteiro ( / )  e resto de divisão ( % )

Monitor serial: saída de dados

// Saída de dados via Monitor serial.

// Ícone no canto superior à direita

int n = 1;

void setup ( )     {     Serial.begin(9600);   }

// Inicializa a comunicação serial com 9600 bauds

void loop()              {

//saída pela interface serial. Recebe no monitor serial

Serial.print(n); n=n+1;

Serial.println(“: Alo Mundo!”);

delay(2000);    }

Anote

Caracterize as funções e o parâmetro:

  • Serial.begin(9600);  ____________________________________
  • Serial.print(n)  ____________________________________
  • Serial.println(“: Alo Mundo!”);  ____________________________________

Exercício: Um contador de tempo simplificado

  • Programe um contador de tempo que mostre a segundos e minutos.
  • Use a funções millis() e delay(intervalo)
  • Solução nó próximo slide. Critique a solução apresentada.

UMA Solução ao problema proposto – configuração Arduino

  • unsigned long time;
  • unsigned long segundo; unsigned long minuto;
  • void setup(){    Serial.begin(9600);   }
  • void loop(){
  •  time = millis()/1000; segundo = time%60; minuto = time/60;
  •   //prints time since program started
  •   Serial.print(”     Minuto: “); Serial.print(minuto);
  •   Serial.print(”     Segundo: “); Serial.println(segundo);
  •  // wait a second so as not to send massive amounts of data
  •  delay(1000);
  • }

Instalação e configuração do Arduino – baixe arquivo PPT

Alimentação do Hardware

Na aula sobre fontes de alimentação do hardware serão estudados conceitos gerais sobre:

  • rede elétrica, estabilizador
  • no break
  • potência: tensão e corrente elétrica
  • unidades: watt, volt, ampere
  • medir: comparar com um padrão
  • medidas de tensões, voltímetro
  • lei da potência: P = U * I
  • correntes alternada e contínua
  • respostas às questões em anexo

Conceitos sobre alimentação do hardware

Rede elétrica (Eletropaulo)

  • fornece tensão alternada
  • tensão nominal * de 127 volts ( * tensão prometida pelo fornecedor)
  • frequência 60 Hertz ** ( ** ciclos por segundo)

Rede Elétrica

Conceitos e valores de referência

  • Corrente Alternada (AC): ____________________________________
  • Valor nominal de uma grandeza: _______________________________
  • Valor real de uma grandeza: __________________________________
  • Hert: __________________________________________________
  • Dispositivos utilizam 5V: ____________________________________
  • Idem 12 volts: ____________________________________________
  • Tensão nominal do estabilizador: _______________________________
  • VCC: __________________________________________________
  • VDC:  __________________________________________________

Estabilizador

  • Recebe tensão (nominal=127V) da rede Eletropaulo e devolve 115 volts (nominais) para alimentar a fonte do gabinete.
  • Fonte do gabinete: fornece tensões contínuas para alimentar Ci’s (5Volts) e motores dos drives (12 volts).

Watt – unidade de potência elétrica

  • Energia por unidade de tempo. Produzida ou consumida por um sistema (mecânico, elétrico…).
  • É uma característica do dispositivo.
  • Exemplo: uma lâmpada elétrica com a indicação 127V/ 60 W indica que deve ser alimentada na rede de 127 volts e tem potência de 60 watts.

Exercício: Estime a potência mecânica que você desenvolve ao subir dois andares.

Watt – conceitos

  • A potência (P)de um dispositivo independe do tempo em operação, porém a energia (E) desenvolvida depende do tempo (t) de operação: E=P*t
  • Maior a potência implica em maior capacidade de produzir/consumir energia.
  • Um chuveiro elétrico (P=6000/4000W) consome mais energia que uma lâmpada (P=100W) quando ligados durante um mesmo tempo.

Qual a potência de um chuveiro?

  • Inverno: __________________________________________________
  • Verão: ___________________________________________________

Volt – voltagem

  • Unidade de Tensão Elétrica. Também é chamada de diferença de potencial (ddp).
  • É uma característica de operação de um equipamento ou dispositivo.
  • Pode operar contínua ou alternadamente.
  • A rede pública opera com tensão alternada.
  • Dispositivos eletrônicos em geral, operam com tensão contínua.

Alimentação do hardware: tensão e corrente contínua

  • Dois polos: positivo (+) e negativo (-). Exemplos:
  • Pilhas AA (1,5V); Baterias de carro (12V); Alimentação USB (5V)

alimentação do hardware com corrente contínua

Alimentação do hardware: tensão e corrente alternada

Não há polaridade fixa na alimentação do hardware. Exemplo: rede pública. Frequência: 60 Hertz. Voltagem nominal: 127 volts. Voltagem real: medida pelo usuário.

alimentação do hardware com corrente alternada

Ampère

  • Unidade de Corrente Elétrica.
  • Movimento de cargas elétricas em um condutor elétrico.
  • Dispositivos em operação são percorridos por correntes elétricas.
Medida em  Ampères – características de medição
  • Qualquer medição interfere no sistema ao retirar energia do mesmo.
  • Exemplo. A medida de temperatura retira calor (energia térmica) do corpo.
  • O processo de medição deve-se buscar minimizar a interferência no sistema que está sendo medido. Deve retirar o mínimo de energia do mesmo.

Aparelhos de medição elétrica

Durante a alimentação do hardware, são usados aparelhos de medições elétricas, para garantir o bom funcionamento, sem acidentes.

  • Potência: watímetro
  • Corrente: amperímetro
  • Tensão: voltímetro
  • Multímetro: aparelho para medidas de tensão, corrente, temperatura e outras grandezas de acordo com seleção de escalas e funções.

Lei da potência elétrica – P = V * I

  • P = potência em watts
  • V = voltagem em volts
  • I = corrente em amperes

Exercício. Estime a corrente em um chuveiro elétrico (6000W/220V) operando no inverno : ______________________________________________________________

Estime o consumo de energia em KW_h para um mês (30dias), ligado 25 minutos por dia: _____________________________________________________________

Questões
  • Funções  do estabilizador: ____________________________________________
  • Potência nominal do estabilizador (no corpo do estabilizador): __________________________________
  • Estime a corrente nominal do estabilizador do laboratório  (use a lei da potência e o valor no copo do aparelho):

Potência nominal: _____________

Corrente nominal: _____________

Nota: Dispositivos elétricos necessitam de energia para operação. Suponha que 20% da potência nominal do estabilizador seja usada em consumo próprio.

Calcule a máxima potência que pode ser fornecida pelo estabilizador de 500W: _______________________________________________________

Qual deve se a potência de um estabilizador para ligar um servidor (400W) e uma impressora laser (600W).

Anote (para consulta)
  • Valor da tensão real (medida) da rede Eletropaulo: ________________
  • Valor real da tensão fornecida pelo estabilizador: ______________
  • Estime a corrente nominal máxima do  estabilizador:    ________________________

Transdutor (características)

Transdutor é um dispositivo que converte um tipo de energia em outro. Exemplos:

  • Microfone: Energia sonora em elétrica;
  • Termopar: Dois metais diferentes em contato físico produzem uma ddp (tensão) em suas extremidades.

A ddp é correlacionada à temperatura pelo valor da tensão medida.

Resumo. Medida de temperatura

  • Multímetro em escala adequada realiza a medida da voltagem de um transdutor (termopar) que é “convertida” em valor de temperatura.
  • Termômetro. Uma substância que ao aquecer aumenta de volume. Uma escala relaciona o volume do líquido com a temperatura.
  • Dispositivos semicondutores. Fornecem tensões proporcionais à temperatura.
O que entende por:
  • Corrente elétrica: _________________________________________
  • Tensão elétrica: __________________________________________
  • Potência elétrica: _________________________________________
  • Valor nominal de uma grandeza: _______________________________
  • Valor real de uma grandeza: __________________________________
  • Rede Eletropaulo. Tensão nominal: _____________________________
  • Tensão real: _____________________________________________
Questões adicionais

Explique porque os valores de tensão da rede elétrica diferem quando medidas:

  • (a) por equipamentos diferentes: ___________________________________
  • (b) em locais diferentes: _________________________________________
  • (c ) em horários diferentes: _______________________________________
Tensão (voltagem): contínua e alternada
  • Voltagem alternada. Sem polaridade fixa. Polaridade inverte no tempo. Rede Eletropaulo: Frequência: 60 Hertz. Voltagem nominal: 127 volts. Voltagem real: medida pelo usuário.
  • Estabilizador: Recebe 127 volts nominais da rede Eletropaulo e devolve (aproximadamente) 115 volts (nominais).
  • Potência. Energia potencial desenvolvida no tempo. Exemplo: lâmpada incandescente: 100W (potência)/ 127V (tensão).
  • TERMOPAR (pesquise na internet o funcionamento). Dispositivo usado para medida de temperatura.

Transdutor. Converte formas de energias diferentes

Padrão de cores (polaridade)
  • Tensão continua: polaridades fixas.
Código de cores na fonte do gabinete
  • Preto → Comum (GND; Ground)
  • Vermelho → 5 Volts (alimentação do CI)
  • Amarelo →12 Volts(motor)

Fontes de alimentação de equipamentos – baixe arquivo PPT

Hardware do Laboratório

Características do Hardware

O hardware encontrado no laboratório é bastante diversificado: CPU, placas, pen drives, impressoras, memória cash, registradores, temporizadores e outros componentes, que serão estudados no decorrer do curso. É importante considerar que o estudo considera, além do hardware, a “conversação” entre os equipamentos: o software.

  • Processador: modelo e clock (temporização)
  • Caches: tipos e quantidades
  • Memória: tipo, velocidade de transferência, frequência de operação

Tipo, velocidade de transferência, frequência de operação

  • HD: capacidade tecnologia (IDE, SATA, …)
  • Sistemas de arquivos, propriedades
  • Periféricos
Ferramentas de controle

Recursos

  • Painel de controle
  • Programa
  • CPU-Z, etc

Anote para consulta

A partir do painel de controle obtenha as seguintes informações

  • Sistema Operacional: _____________Processador (CPU): __________
  • Clock: _____________
  • Caches: L1: ____________;  L2: _____________
  • CPU: ________________________

Dê exemplo de processador para servidor

XEON: caches poderosos; preço da ordem de  R$10000,00

Notas de Arquitetura de Computadores

  • Cache L1: ( interno à CPU) – L2: (externo à CPU);
  • Memória SDRAM (Syncronous Dynamic Random Acess Memory);
  • Sincronizada (Syncronous) por clock; Tempo de acesso ≈  50ns;
  • Dynamic (baseada em capacitores;  necessitam de “refresh”).;
  • Tempo de acesso:  Intervalo de tempo decorrido entre a solicitação do dado até o início da resposta.

Complete

Memória Principal. *

Tipo: _______________;   Frequência de operação: __________      Capacidade: ________________;

Nota:  *SATA (Serial ATA);               *PATA (Paralel ATA).

*INTEGRATED DEVICE ELETRONIC (HD´s IDE): Dispositivo de Eletrônica Integrada.

ELETROMECANICOS. 7200RPM. Latência ≈ 10 microssegundos

Pen Drives

Tecnologia SSD (Solid State Device) eletrônicos.

Identificação de Sistema de arquivos

  • FAT 12; Fat 16; Fat 32. (DOS)
  • NTFS. NewTechnology File System (windows)
  • EXT3 .LINUX:

Resposta do  programa CPU-Z

Teste CPU-Z para um processador Intel.

Memórias

  • CPU.     Tempo de resposta: 1 ns
  • Memória cache.

Tempo de acesso: <5ns

Volume: 50% do chip

  • RAM. Tempo de acesso  ≈ 50ns.

Modelo para estudo dos periféricos

Fluxograma do hardware do laboratório

Dispositivos de Hardware on board

  • Dispositivos “on board”.
  • O que são? ___________________________________________________

Exemplos:

  • placa de vídeo:
  • _____________________________________________________________

Estudo dos periféricos pelo gerenciador de dispositivo

IRQ. Interrupt ReQuest

  • Solicitação feita pelo HW.
  • Vetorado: 0 1 2 3… . O índice é associado à um dispositivo.

Intervalo de Memória

  • Memória onde estão instalados os drivers* do dispositivo.  *Driver : programa de controle para o periférico.

Intervalo de E/S. Endereço de *ports

  • Mecanismos de transferência de dados de/para periféricos.

*ports. Fisicamente são 8 condutores elétricos, cada um transferindo 1 bit.

Ferramenta de Hardware: Gerenciador de dispositivos

Hardware

Gerenciador de dispositivos:  Intervalo de memória

Exemplo: placa de rede

Caracterização de recursos de um periférico. Placa de rede

Recursos utilizados:

  • IRQ:___________________________________

* O IRQ determina a prioridade de atendimento. O valor ZERO é o de MAIOR prioridade.

  • Intervalo de Memória: ___________________________

Calcule a quantidade de memória utilizada pelo driver:

_________________________________________________

Intervalo de E/S : ______________________________

Obtenha a quantidade de ports usados pelo driver:

______________________________________________

Questões livres

Caracterize o HW de um dispositivo a sua escolha.

Dispositivo:

  • IRQ: ___________________________
  • Intervalos de Memória:  _________________
  • Intervalo de E/S:

Gerenciador de Tarefas

  • Acesse  o gerenciador de tarefas (CTRL+ALT+DEL).

Verifique a quantidade de memória usada pelo explorer? Quantidade: _______

Cite duas maneiras de liberar memória RAM e atividades de processamento:

  • a) _____________________________________
  • b) _____________________________________

Hardware: modelo para arquitetura AMD

Hardware do processador AMD

Exercícios de Hardware: cálculo de taxa de transferência

Calcule as taxas de transferência para o modelo AMD:

Taxa = tamanho do barramento (bits) *frequência

  • FSB: 200 *72 Mb/s= 14400 Mb/s

200*9MB/s = 1800MB/s  = 1,8GB/s

  • Nota: 72b/8b=9B
  • Bus AGP:
  • Bus da Memória:
  • Bus ISA:
  • Bus PCI:
Hardware do Processador

Hardware em Arquivo PPT

Características dos equipamentos do laboratório – baixe arquivo PPT

Apresentação do Hardware do Laboratório

Importância do laboratório de informática na escola

As aulas de laboratório são importantes, à medida que proporcionam experiências e desafios, que fixam o conhecimento. É no laboratório de informática que o indivíduo observa as transformações tecnológicas que agilizam o armazenamento e acesso à informação; que assim, geram poder.

Hardware do Laboratório

Apresentação do curso

  • Ementa do curso Laboratório de Hardware
  • Critérios de Avaliação.
  • Relatórios para experimentos  em Laboratório. Regras e roteiro. Nota de Relatório.
  • Trabalho em Grupo. Regras do trabalho. ]modelo com padrão de simpósio.
  • Prova Teórica. Com consulta aos relatórios
  • Apresentação de relatórios. Capa do relatório

Critérios de Avaliação (1)

Média = (0,3*Trabalhos+0,2*Grupo+ 0,5*Prova)

Atividades em sala: 10 experimentos e para cada um será considerado:

  • Cada experimento vale 1 pt
  • Os experimentos serão feitos APENAS  em sala
  • Para cada experimento deve haver um relatório com questões relativas ao tema
  • As anotações dos relatórios servirão de base para avaliação
  • Os relatórios poderão ser consultados durante a prova
  • Os relatórios serão recolhidos e devolvidos após o último experimento e entregues  com a nota de laboratório
  • As anotações dos relatórios podem ser complementadas à qualquer momento

Critérios de Avaliação (2)

  • Trabalho em grupo: Realizado por até 6 alunos
  • Apresentado na forma de simpósio com regras RÍGIDAS definidas na formatação do texto
  • Modelo para formatação: sict.fatecsp.br
  • Tema: Instalação e teste de desempenho em máquina virtual




Critérios de Avaliação (3)

  • Prova
  • Teórica. Com consulta AOS RELATÓRIOS
  • Após realização das atividades em sala
  • Tema: Assuntos tratados nas experiências realizadas em laboratório; Bases teóricas de AOC.
  • Devolvida aos alunos PARA VISTA DE PROVAS, COM GABARITO e correções.

É no laboratório de hardware que o aluno firma os conceitos aprendidos nas aulas teóricas.

  • Placa-mãe (motherboard)
  • Placa de circuitos do computador
  • A unidade central de processamento (microprocessador) – Central Unit Processing (CPU)
  • Circuitos de apoio
  • Memória Principal

Frequência

  • A carga horária do curso permite 5 ausências
  • pois é exigido 75% de frequência
  • Seis (6) faltas: reprovação por faltas, com conceito F

Capa do relatório

Aluno: _________________________Período: M (  )/T (   )/N (   )

  •                                Título                                    Data            Visto do professor
  • Exp1:________________________ ;   /   /20__  Visto: ______
  • Exp2:________________________ ;   /   /20__ Visto: ______
  • Exp3:________________________ ;   /   /20__ Visto: ______
  • Exp4:________________________ ;   /   /20__ Visto: ______
  • Exp5:________________________ ;   /   /20__ Visto: ______
  • Exp6:________________________ ;   /   /20__ Visto: ______
  • Exp7:________________________ ;   /   /20__ Visto: ______
  • Exp8:________________________  ;   /   /20__Visto: ______
  • Exp9:________________________  ;   /   /20__Visto: ______
  • Exp10:_______________________   ;   /   /20__Visto: ______

Nota Laboratório: ___________________

Regras/roteiro para relatório

  • Responder as questões na folha de relatório. As questões são os temas da avaliação.
  • As respostas são livres. O aluno pode incluir informações que julgar relevantes.
  • Os experimentos somente serão feitos em sala.
  • O relatório deve ser feito em sala e pode ser complementado a qualquer momento sem prejuízo de nota.

Laboratório de Hardware: Ementa

  • Componentes da placa mãe
  • Alimentação, memória, processador
  • Instalação e configuração de HD
  • Instalação e configuração de placas, periféricos e dispositivos de hardware
  • Instalação e configuração de SO
  • Manutenção corretiva, preditiva e preventiva

Hard Disk

  • Mecanismo magnético para armazenamento de dados
  • Unidade de formatação gravada na mídia: blocos de 512 bytes
  • Preparação para uso: particionamento e formatação
  • Formatação física (fabricante) e lógica (de acordo com o sistema operacional

Unidades de CD/DVD

Uso de radiação IR (Laser Infra Red – infra vermelho) para gravação e recuperação de dados.

ROM (Read Only Memory) em placa mãe

Na ROM vem gravado de fábrica o software de inicialização, em meio não volátil (firmware).

Memória primária (RAM)

A capacidade de armazenamento na RAM é medida em GB (GigaBytes).

–> 1 GB = 1000 MB (MegaBytes)

–>1 MB = 1000 Bytes

Arquitetura de Barramento

Dispositivo legado (legacy) Barramento ISA

figura de barramento ISA 16 bits e seu slot

Interface paralela

Conectores USB

Modelo para arquitetura Intel

Pontes Norte e Sul

Mecanismos para ajustes de velocidade em unidades de Hardware

Primeira aula de Hardware – baixe arquivo PPT




Banco de dados

Dados, informação, conhecimento e poder

Conjuntos de dados de forma organizada e acessíveis formam Banco de Dados, que representam informação, conhecimento e poder.

Itens de dados organizados para recuperação rápida e eficiente de dados e informação.

  • Descrição elementar de coisas, eventos, atividades, transações que são: registradas, classificadas, armazenadas.
  • Não estão organizadas para fornecer significado específico.
  • Podem ser numéricos, alfanuméricos, figuras, som, imagens.
  • Podem estar em e-mails, anotações e com as pessoas.

Conteúdo completo da aula sobre Banco de Dados em PDF.

Existem dois tipos de dados

Estruturados

Os dados estruturados são formatados, organizados em tabelas – linhas e colunas – e são facilmente processados. Utilizados geralmente por Sistemas Gerenciadores de Banco de Dados.

Não estruturados

Dados sem formatação específica, são os não estruturados, e assim, mais difíceis processar. Exemplos: mensagens de email ou  em redes sociais, imagens e documentos de texto.

Informações

Dados organizados de modo a possuir significado e valor para o usuário. As informações são obtidas a partir dos itens de dados por meio de um aplicativo.

Dados –>> aplicativo –>> informações

Conhecimento

Dados e/ou informações que foram organizadas e processadas para transmitir: entendimento, experiência, aprendizagem acumulada e perícia em um problema.

Exemplos

Dados

Mapa da região. Disponíveis na mídia, sites de climatologia, …

Informações

Chuva e engarrafamento naquele momento.

Conhecimento

A melhor rota entre trajetos. A melhor rota decorre de experiência vivida em outros momentos, tais como conhecimento do trânsito, hora de deslocamento, …

Gestão do conhecimento

85% dos ativos de conhecimento NÃO estão em Banco de Dados (BD), mas em: e-mails, documentos, planilhas, aplicações gráficas, …

Banco de Dados – o que é?

Banco de Dados é um processo que ajuda a organizar, identificar e selecionar conhecimentos; e assim, gerir o conhecimento.

Gerenciamento de Dados

Software para gerenciar, coletar, armazenar e distribuir dados.

Redes de comunicação possibilitam
  • Conectividade de voz, dados e vídeo
  • Tecnologia para a rede
  • Tecnologia para distribuição de dados e serviços
Redes de comunicação necessitam

De pessoas para operar, gerenciar os componentes de TI e ensinar o uso da tecnologia.

Para saber mais sobre: Inovação e Tecnologia: internet das coisas, acesse o link Sebrae. Acesso em 07/02/2017.

História: das calculadoras aos Processadores

História do computador, da evolução das calculadoras aos computadores. Começando pelo Ábaco Babilônico, passando pela Álgebra de Boole e pelos primórdios da automatização; arquitetura de von Newmann, até as tecnologias atuais. Para onde vai essa tecnologia?

Evolução das calculadoras aos processadores

• Nos tempos Babilônicos – em 2000 a.C.  – surge o Ábaco, o primeiro gene das calculadoras.
• No início do século XVII, a história registra as Tabelas Móveis para Multiplicação – Napier Bones.
• Pascaline e a máquina aritmética, que faz somas e subtrações através de engrenagens – 1642 – 1647.
• Gottfried von Leibniz. Multiplicação e divisão.
• Multiplicação. Conjunto de somas.
• Divisão. Conjunto de subtrações.

Armazenamento de informações – Tear

• Automatização de processo.
• Padrões geométricos armazenados.
• Temor da perda de empregos.

Charles BABAGE

• Máquina diferencial (1822 a 1834)
• Máquina Analítica (mudança de projeto)
• Não foi terminada -até a morte de Babbage em 1871

Ada Lovelace

• Primeira programadora.
• Conceito de sub-rotina (reutilização de programas).

Máquina diferencial

George Boole: Álgebra de Boole

• Base lógica dos sistemas digitais
• Base lógica e matemática para sistemas digitais.
• Circuitos de chaveamento. Aplicado à telefonia.
• Lógica de chaveamento. Aplicação por volta de 1940.

Primórdios da automatização

• 1880 – Regulamentação do censo demográfico.
• Prazos curtos. A cada dez anos.

Herman Holleritz

• Automatização de tabulação de dados. Uso de cartões perfurado.
• 1896 – Tabulating Machine Company (1891)
• 1911 – Associação com outras empresas

Thomas Watson

• 1924 – International Business Machines (IBM)

Os primeiros computadores

• MARK I . 1937 – Universidade de Harvard
• Prof. Howard Aitken – auxílio da IBM e Marinha
• Equipamento ELETROMECÂNICO
• 750 000 componentes
• 700 Km de cabos

O primeiro grande computador – ENIAC

• Electronic Numeric Integrator Analyseer and Computer.
• 170 metros quadrados. 30 toneladas
• 18 000 válvulas. 10 000 capacitores. 150 000 Watts
• Programação demorava semana, via fios elétricos.
• 5000 adições/subtrações por segundo

Programação por conexões elétricas

E a história do computador chega aos analógicos – programação com ligação de fios em painéis, reconectados manualmente. Era a programação antes do surgimento do software.

Arquitetura Von Neumann

• VNA – Von Neumann Architeture
• John von Neumann;
• Arthur Burks;
• Herman Goldstine
• 1945 a 1950
• Uso de circuito lógicos
• Operações em binários
• Programa e dados em memória

Computadores comerciais

Nota: Em 1950, alguns cientistas afirmavam que toda a capacidade de processamento de dados mundial poderia ser atendida por 10 computadores do porte do ENIAC.
• UNIVAC (Universal Automated Computer): primeiro computador feito em escala comercial que usou os conceitos de von Neumann.
• IBM 701 (produzido em 1953)
• IBM 650 (1954) – Primeiro sucesso comercial. Mais de 1000 unidades.

Conteúdo completo da aula sobre história do computador: evolução das calculadoras até os processadores, do Ábaco Babilônico aos Computadores em PDF.

Bases Numéricas – conversões e posicionamentos

Introdução às Bases Numéricas

Historicamente, existiram vários sistemas de numeração com bases numéricas diferentes. Assim, por exemplo, os babilônios adotaram um sistema de numeração cuja base é 60. Seu uso conserva-se até hoje nas medidas de ângulos e de tempo.

Bases numéricas surgiram na Babilônia

Babilônia

Acredita-se que o primeiro sistema de numeração foi o decimal (base dez) em decorrência do número de dedos nas mãos.

báse de numeração decimal

Notação Decimal

Nas áreas de computação, os sistemas de numeração mais comuns são: binários (base dois) e hexadecimais (base 16).

Bases numéricas

Bases numéricas

Nas áreas de computação, os sistemas de numeração mais comuns são: binários (base dois) e hexadecimais (base 16).

Notação posicional

Representação de um número na base dez. Exemplo:
5.326 = 5.000 + 300 + 20 + 6
ou
5 x 1000 + 3 x 100 + 2 x 10 + 6
ou, ainda,
5 x 10³ + 3 x 10² + 2 x 10¹ + 6 x 10º

Sistema Decimal (base dez)

Dígitos: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 e 9.
Sistema de numeração mais utilizado
Referência para os outros sistemas de numeração
Exemplos de representação em outras bases. Índice da base.
31716 (317, na base 16)
1101012 (110101, na base 2)
5538 (553, na base 8)
152 (152, na base 10)

O sistema Binário possui apenas dois algarismos: zero e um (0,1)

Natural em sistemas computadorizados.
Qualquer número escrito na base binária deverá ser interpretado como um polinômio representado conforme exemplo a seguir:
o número 11010012 será equivalente a:
(Técnica usada para conversão de bases).
1 x 26 + 1 x 25 + 0 x 24 + 1 x 23 + 0 x 2² + 0 x 2¹ + 1 x 20 = 10510

Sistema Hexadecimal ou base 16

0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E e F
Os algarismos alfabéticos possuem as seguintes quantidades em decimais:
A = 10, B = 11, C = 12, D = 13, E = 14, F = 15
Notação posicional. Exemplo.
O número 3BF4C16 será equivalente na base (10) a:
3 x 164+ B x 163 + F x 162 + 4 x 161 + C x 160
3 x 164+ 11 x 163 + 15 x 162 + 4 x 161 + 12 x 160 = 245.58010
Notas
O dígito B foi substituído por 11
O dígito F foi substituído por 15
O dígito C foi substituído por 12

Sistema Octal ou base 8

0,1, 2, 3, 4, 5, 6, 7.
Notação posicional. Exemplo.
O número 546218 será equivalente na base (10) a:
5 x 84 + 4 x 83 + 6 x 82 + 2 x 81 + 1 x 80 = 22.92910

Baixe a aula completa sobre conversão de base em PDF.