Tópico 2. Tecnologias informáticas para processamento de informação

2.1. Classificação e disposição de computadores

Um computador (do inglês computer - calculadora) é um dispositivo eletrônico programável capaz de processar informações, realizar cálculos e realizar outras tarefas. Os computadores são divididos em dois tipos principais:

1) digital, avaliando dados na forma de códigos binários numéricos;

2) analógico, analisando as grandezas físicas em constante mudança, que são análogas das grandezas calculadas.

Atualmente, a palavra "computador" refere-se a um computador digital.

Os computadores são baseados em hardware (Hardware) formado por elementos e dispositivos eletrônicos e eletromecânicos. O princípio de funcionamento dos computadores é executar programas (Software) que são pré-determinados e claramente definidos por uma sequência de operações aritméticas, lógicas e outras.

A estrutura de qualquer computador é determinada por princípios lógicos gerais, com base nos quais os seguintes dispositivos principais são distinguidos:

▪ memória composta por células renumeradas;

▪ processador, que inclui uma unidade de controle (UC) e uma unidade lógica-aritmética (ALU);

▪ dispositivo de entrada;

▪ dispositivo de saída.

Esses dispositivos são conectados por canais de comunicação que transmitem informações.

2.2. Arquitetura do computador

A arquitetura do computador é caracterizada pelas qualidades da máquina que afetam sua interação com o usuário. A arquitetura define um conjunto de propriedades e características da máquina que um programador precisa conhecer para usar efetivamente um computador na resolução de problemas.

Por sua vez, a arquitetura determina os princípios de organização do sistema de computação e as funções do dispositivo de computação central. No entanto, não mostra como esses princípios são implementados dentro da máquina. A arquitetura não depende de recursos de máquina programaticamente inacessíveis. Se os computadores tiverem a mesma arquitetura, qualquer programa de código nativo escrito para um computador funcionará da mesma maneira em outro computador, produzindo os mesmos resultados.

Para desempenhar suas funções, qualquer computador requer um conjunto mínimo de blocos funcionais.

A arquitetura dos computadores atuais tem características clássicas, mas existem algumas diferenças. Em particular, o dispositivo de armazenamento (memória) dos primeiros computadores da estrutura clássica foi dividido em dois tipos:

1) interno, contendo informações que nele foram processadas em algum momento;

2) externo, que é um repositório de todas as informações necessárias ao funcionamento de um computador.

No decorrer do progresso tecnológico, o número de níveis na hierarquia de memória dos computadores aumentou.

A unidade lógica aritmética e a unidade de controle formam uma única unidade chamada unidade central de processamento. A lista de dispositivos de entrada e saída inclui vários drives magnéticos, ópticos e magneto-ópticos, scanners, teclado, mouse, joystick, impressoras, plotters, etc. A estrutura de um PC moderno contém duas partes principais: central e periférica, enquanto é habitual para se referir à parte central do processador central e memória interna.

A unidade central de processamento (CPU) é um dispositivo que processa dados e realiza o controle de software desse processo. O processador central consiste em uma ULA, uma unidade de controle e, às vezes, a própria memória do processador; é mais frequentemente implementado na forma de um grande circuito integrado e é chamado de microprocessador.

A memória interna é um dispositivo projetado para armazenar informações em uma forma codificada especial.

A memória de acesso aleatório, ou memória de acesso aleatório (RAM), é uma CPU que interage com o armazenamento interno. A RAM é usada para receber, armazenar e emitir todas as informações necessárias para realizar operações na CPU.

Dispositivos de armazenamento externo são necessários para armazenar grandes quantidades de informações que não são usadas atualmente pelo processador. Estes incluem: unidades de disco magnético, unidades de fita magnética, unidades ópticas e magneto-ópticas.

A memória virtual é uma combinação de RAM, VZU e um conjunto de software e hardware.

A configuração de um computador é uma certa composição de seus dispositivos, levando em consideração suas características.

Uma operação de entrada é a transferência de informações de dispositivos periféricos para centrais, uma operação de saída é o processo de transferência de informações de dispositivos centrais para periféricos.

Interfaces são interfaces que se comunicam em computação entre dispositivos de PC.

2.3. Memória em computadores pessoais

A potência de um computador depende de sua arquitetura e é determinada não apenas pela frequência do clock do processador. O desempenho do sistema também é afetado pela velocidade da memória e largura de banda do barramento.

Como a CPU e o OP interagem depende da memória do computador e do chipset instalado na placa do sistema.

Dispositivos de memória são usados ​​para armazenar informações. Suas funções incluem sua gravação e leitura. Coletivamente, essas funções são chamadas de acesso à memória.

Uma das características mais importantes da memória é a capacidade e o tempo de acesso. Na maioria das vezes, a memória inclui muitos elementos de armazenamento idênticos. Esses elementos anteriormente serviam como núcleos de ferrite, que eram combinados em uma matriz de memória de bits. Atualmente, os elementos de memória do OP são grandes circuitos integrados (LSI).

Ao processar informações pelo processador, é possível acessar qualquer célula do OP, com base nisso, é chamada de memória de acesso aleatório ou RAM. Normalmente, os PCs possuem OP, que é realizado em microcircuitos do tipo dinâmico, com células montadas em uma matriz.

Na memória do tipo estático, as informações são armazenadas em flip-flops estáticos. Para memória estática, os ciclos de regeneração e operações de recarregamento não são aplicados, ou seja, o tempo de acesso para memória estática é muito menor do que para memória dinâmica. A velocidade do processador é altamente dependente da velocidade do sistema operacional usado. Ao mesmo tempo, afeta o desempenho de todo o sistema. Para implementar um elemento de armazenamento de memória dinâmica, são necessários 1-2 transistores, para estática - 4-6, ou seja, o custo da memória estática excede significativamente o custo da dinâmica. Com base nisso, um PC geralmente usa RAM do tipo dinâmico e, para melhorar o desempenho do sistema, ultra-rápido ou memória cache. A memória super-rápida é feita em elementos de tipo estático. Nesse caso, o bloco de dados processado pelo processador é colocado na memória cache, mas a RAM é acessada apenas quando há necessidade de dados que não estejam contidos na memória cache. O uso da memória cache permite coordenar a operação do processador e do sistema operacional em elementos de tipo dinâmico em termos de velocidade.

Os circuitos integrados de memória são produzidos em pequenas quantidades por empresas japonesas, coreanas, americanas e europeias.

Read Only Memory, ou ROM, é projetado para armazenar o BIOS, o que, por sua vez, torna o software invariável à arquitetura da placa-mãe. Além disso, o BIOS contém o conjunto necessário de programas de E/S que garantem o funcionamento dos dispositivos periféricos.

Além dos programas de E/S, a ROM inclui:

▪ programa de teste ao ligar o computador POST;

▪ um programa bootloader que executa a função de carregar o sistema operacional do disco.

Devido ao declínio dos preços das ROMs flash, os elementos de armazenamento do BIOS são usados ​​para armazenar informações nas quais as informações podem ser apagadas eletricamente ou usando radiação ultravioleta. No momento, a memória flash é usada com mais frequência para esses fins, o que permite fazer correções no BIOS.

2.4. O conceito de um software de sistema de comando e computador

Cada programa de computador é uma sequência de comandos individuais. Um comando é uma descrição de uma operação que um computador executa. Normalmente, uma instrução possui seu próprio código (símbolo), dados de origem (operandos) e resultado. O conjunto de comandos que um determinado computador executa é um sistema de comandos para um determinado computador.

Software de computador é um conjunto de programas, procedimentos e instruções, bem como documentação técnica relacionada a eles, que permite usar um computador para resolver tarefas específicas.

De acordo com as áreas de aplicação, o software de computador é dividido em sistema e aplicação.

O software de sistema, ou geral, atua como um "organizador" de todos os componentes do computador, bem como dos dispositivos externos conectados a ele.

O software do sistema consiste em dois componentes:

1) sistema operacional - todo um complexo de programas de controle que são uma interface entre os componentes do PC e garantem o uso mais eficiente dos recursos do computador. O sistema operacional é carregado quando o computador é ligado;

2) utilidades - programas auxiliares de manutenção.

Os utilitários incluem:

▪ programas de diagnóstico informático - verificam a configuração do computador e o funcionamento dos seus dispositivos; Em primeiro lugar, os discos rígidos são verificados em busca de erros;

▪ programas de otimização de disco - fornecem acesso mais rápido às informações armazenadas no disco rígido, otimizando o posicionamento dos dados nele. O processo de otimização de dados em um disco rígido é mais conhecido como processo de desfragmentação de disco;

▪ programas de limpeza de disco - encontram e excluem informações desnecessárias (por exemplo, arquivos temporários, arquivos temporários da Internet, arquivos localizados na lixeira, etc.);

▪ programas de cache de disco - aceleram o acesso aos dados no disco organizando um buffer de cache no sistema operacional do computador contendo as áreas do disco usadas com mais frequência;

▪ programas de compactação dinâmica de disco - aumentam a quantidade de informações armazenadas em discos rígidos, compactando-as dinamicamente. As ações desses programas não são perceptíveis ao usuário, aparecem apenas através do aumento da capacidade do disco e da mudança na velocidade de acesso às informações;

▪ programas compactadores (ou arquivadores) - compactam dados em discos rígidos através do uso de métodos especiais de compactação de informações. Esses programas permitem liberar espaço significativo em disco compactando informações;

▪ programas antivírus - previnem a infecção por vírus informáticos e eliminam as suas consequências;

▪ sistemas de programação - conjunto de programas para automatizar o processo de programação de scripts de computador.

O software aplicativo é um programa especial usado para resolver certos problemas práticos. Atualmente, os programadores têm desenvolvido muitos aplicativos usados ​​em matemática, contabilidade e outros campos da ciência.

2.5. Sistema Básico de Entrada/Saída (BIOS). Entendendo a RAM CMOS

O sistema básico de entrada-saída (BIOS) é, por um lado, parte integrante do hardware e, por outro lado, um dos módulos de software do sistema operacional. O surgimento desse nome se deve ao fato de o BIOS incluir um conjunto de programas de E / S. Com a ajuda desses programas, o sistema operacional e os programas aplicativos podem interagir com vários dispositivos do próprio computador, bem como com dispositivos periféricos.

Como parte integrante do hardware, o sistema BIOS em um PC é implementado como um único chip instalado na placa-mãe do computador. A maioria dos adaptadores de vídeo e controladores de armazenamento modernos tem seu próprio BIOS que complementa o BIOS do sistema. Um dos desenvolvedores do BIOS é a IBM, que criou o NetBIOS. Este produto de software não pode ser copiado, portanto, outros fabricantes de computadores foram forçados a usar chips de BIOS de terceiros. Versões específicas do BIOS estão associadas ao chipset (ou chipset) encontrado na placa-mãe.

Como um módulo de software OS, o sistema BIOS contém um programa de teste POST (Power On Self Test) quando o computador é ligado. Quando este programa é iniciado, os principais componentes do computador (processador, memória, etc.) são testados. Se o computador estiver com problemas para ligar, ou seja, o BIOS não conseguir concluir o teste inicial, a notificação de erro aparecerá como uma série de bipes.

A memória CMOS RAM "imutável" armazena informações sobre a configuração do computador (quantidade de memória, tipos de drives, etc.). Esta é a informação que os módulos de software BIOS precisam. Esta memória é baseada em um certo tipo de estruturas CMOS (CMOS - Complementary Metal Oxide Semiconductor), que se caracterizam pelo baixo consumo de energia. A memória CMOS não é volátil, pois é alimentada por uma bateria localizada na placa do sistema ou por uma bateria de células galvânicas montadas na caixa da unidade do sistema.

A alteração das configurações no CMOS é feita através do programa SETUP. Ele pode ser invocado pressionando uma combinação de teclas especial (DEL, ESC, CTRL-ESC ou CRTL-ALT-ESC) durante a inicialização (alguns BIOS permitem que você execute SETUP a qualquer momento pressionando CTRL-ALT-ESC). No AMI BIOS, isso geralmente é feito pressionando a tecla DEL (e segurando-a) depois de pressionar o botão RESET ou ligar o computador.

Autor: Kozlova I.S.

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