Informática é a ciência que estuda o tratamento automático e racional da informação, e o termo Informática vem do francês Information automatique (Informação Automática). A informação é considerada como suporte dos conhecimentos humanos e da comunicação nos domínios técnico, econômico e social. Das principais funções da informática podemos destacar as seguintes:
Dentro da informática podemos destacar o computador como sendo o principal elemento utilizado para o tratamento de dados e a obtenção de informação.
Os computadores levaram a civilização contemporânea a uma terceira revolução, chamada a revolução da informação. Esta revolução aumentou em muito a capacidade intelectual da humanidade, com impacto direto na ciência. A revolução dos computadores não pára. Cada vez que o custo da computação decresce de maneira significativa, as oportunidades de uso dos computadores se multiplicam. Aplicações que eram impraticáveis devido ao custo tornam-se perfeitamente viáveis, por exemplo, caixas eletrônicos, laptops, Internet, entre outros. O primeiro computador a sério – o ENIAC, ou Electronic Numerical Integrator and Computer – era constituído por 30 blocos e pesava 30 toneladas. Foi construído em 1946 na Universidade da Pensilvânia, com um custo de 487.000 dólares. Veja abaixo uma foto do ENIAC. Desde então, os processadores e a memória se desenvolveram numa velocidade incrível, pois os projetistas aproveitam as últimas novidades da tecnologia eletrônica para tentar ganhar a corrida em direção ao melhor projeto de uma máquina. No quadro abaixo pode ser visualizada a performance relativa por unidade de custo de cada uma das tecnologias usadas na fabricação de computadores ao longo do tempo.
É interessante também comparar a evolução do custo e capacidade de memória e processamento, como pode ser visto no gráfico abaixo. Na figura abaixo podemos ver a relação entre o custo de Hardware e Software com o passar do tempo. Apesar de ser difícil prever o nível da relação custo/performance que os computadores terão no futuro, é muito seguro apostar na premissa de que tal relação será muito melhor do que é hoje e muito provavelmente, terão aplicações que sequer imaginamos hoje.
Os computadores podem ser classificados pelo porte. Existem os de grande porte, mainframes, médio porte, minicomputadores e pequeno porte microcomputadores, divididos em duas categorias: os de mesa (desktops) e os portáteis (notebooks e handhelds). Veja nas figuras abaixo exemplos de microcomputadores.
Conceitualmente todos eles realizam funções internas idênticas, mas em escalas diferentes. Os mainframes se destacam por terem alto poder de processamento e muita capacidade de memória, e controlam atividades com grande volume de dados, sendo de custo bastante elevado. Operam em MIPS (milhões de instruções por segundo). A classificação de um determinado computador pode ser feita de diversas maneiras, como por exemplo em termos de:
Os microcomputadores de mesa, são os mais utilizados no mercado de um modo geral, pois atendem a uma infinidade de aplicações; são divididos em duas plataformas: PC, os computadores pessoais da IBM e Macintosh da Apple. Os dois padrões de micros têm diversos modelos, configurações e opcionais. Na figura abaixo podemos ver o custo em relação ao tempo de acordo com diferentes tipos de computadores.
O computador é um dispositivo elétrico concebido para manipular símbolos, dados, com rapidez e precisão, que recebe dados de entrada e, de forma automática, os processa de modo a obter dados de saída com base em um conjunto detalhado de instruções (que também constituem dados de entrada). Processar dados significa transformar informações que temos em mãos (informações iniciais ou de entrada) em informações úteis (informações finais ou de saída). O Processamento de Dados pode ser representado através do seguinte esquema: DADOS DE ENTRADA à PROCESSAMENTO à DADOS DE SAÍDA
Qualquer dos componentes físicos que compõem a estrutura de um computador é chamado de hardware. O microcomputador é um aparelho composto por gabinete (ou torre) e os dispositivos de entrada e saída (principais: monitor de vídeo, teclado e mouse, outros: impressora, scanner, etc). Nesta seção serão apresentados os principais componentes de hardware de um microcomputador.
O gabinete possui uma unidade de fonte elétrica e locais de encaixe para as placas. A fonte de alimentação elétrica deve ter uma potência adequada para a quantidade de periféricos que se pretende instalar no microcomputador. Quanto mais componentes se deseja instalar mais potência será necessária. Para ajudar a dissipar o calor gerado pela fonte elétrica, o PC tem um ventilador acoplado, que joga o calor para fora pela parte de trás do gabinete, este ventilador é chamado de cooler. Veja nas figuras abaixo dois gabinetes de computador pessoal, sendo que o da direita está aberto.
Na parte da frente do gabinete existem aberturas para os encaixes dos drives. Dentro dele são instaladas as placas, grupos de circuitos eletrônicos que servem para comandar o microcomputador e seus periféricos. As principais placas já vêm instaladas quando se compra o microcomputador, mas, outras podem ser instaladas, para melhorar a performance, tais como placa aceleradora de vídeo ou placa de som.
É a principal placa de um computador (mother board). Possui um conjunto de circuitos integrados (chip set) que reconhecem e gerenciam o funcionamento do hardware e nela fica acoplado o processador (ver adiante). Na placa mãe reside o BIOS (Basic Input Output System), que é o sistema básico de entrada e saída de dados. O BIOS controla o trânsito de dados entre o equipamento e os programas, além de ser o responsável pelo autoteste inicial do sistema (POST - Power On Self Test). Após o autoteste, o BIOS faz o chamado "boot", que consiste em carregar o programa do sistema operacional, que está arquivado no disco rígido, para a memória principal. Com o sistema operacional carregado, o microcomputador está pronto para executar os comandos e carregar outros programas. Também é na placa-mãe que fica acoplada a unidade de processamento, ou processador, ou CPU (do inglês central processing unit) - que é o circuito eletrônico que faz o processamento dos dados - e a memória cache, que armazena temporariamente os dados de uso mais imediato. O processador se comunica com outros circuitos e placas que são encaixadas nas fendas - slots ou conectores da placa-mãe. O caminho pelo qual se dá essa comunicação entre o processador e as outras placas é denominado de barramento. Os padrões de barramentos mais comuns são do tipo ISA (Industry Standard Architecture) e PCI (Peripheral Component Interconnect), mas atualmente, o PCI é o barramento mais utilizado. Na placa mãe que fica a controladora IDE (Integrated Device Eletronics) que controla os periféricos acopladas ao microcomputador e gerencia os dispositivos de entrada e saída: porta serial Com 1 ("Mouse"), porta serial Com 2 (Fax-Modem), porta paralela (impressora), porta SCSI (permite a conexão de até sete acessórios) e a interface USB ("Universal Serial Bus"), um tipo de conector universal que suporta a conexão de muitos acessórios. Nos computadores mais modernos o BIOS possui um sistema denominado de plug-and-play, que detecta automaticamente qualquer novo periférico, facilitando a sua instalação.
UCP, ou CPU (Central Processing Unit), como é mais conhecida, é a unidade central de processamento. A CPU é composta de uma unidade de aritmética e lógica (ULA), uma unidade de controle (UC) e uma memória central (principal). As unidades de entrada e saída e as unidades auxiliares são conhecidas como unidades periféricas. Veja na figura abaixo um esquema que representa a arquitetura da CPU. A CPU tem 3 funções básicas:
Nos computadores atuais, a CPU é implementada fisicamente no processador, que é um único chip constituído por milhões de transistores. Ele é considerado a parte mais importante de um computador, pois é responsável pelo processamento de todo tipo de dado que é introduzido no computador e pela apresentação das mesmas em seu vídeo. Veja abaixo a figura de um processador. Desde a criação, ocorreram diversas modificações nos processadores visando aumentar sua capacidade de processamento, sendo que alguns dos mais atuais são Intel Celeron, Pentium 4, AMD Atlhon XP, Power G4 Macintosh, veja alguns na figura abaixo.
Dentre os modelos citados, existem alguns mais rápidos do que outros. O que determina se um processador é mais rápido que outro é a velocidade de execução de instruções que é usualmente medida pela unidade denominada MegaHertz (MHz). Mega é um prefixo de origem grega que dá a idéia de grande. Aplicado às unidades, utiliza-se "mega" para representar um milhão. Pode falar-se em megagramas para indicar um milhão de gramas, ou seja, uma tonelada. O hertz, por sua vez, é uma unidade de periodicidade, assim designada em honra do físico alemão Heinrich R. Hertz (1857-94). Um hertz corresponde a um ciclo por segundo. Se, numa praia, as ondas rebentassem ao ritmo louco de uma por segundo, diríamos que elas apareciam na freqüência de 1 Hz. Um megahertz representa pois um milhão de ciclos por segundo. Nos computadores essa é uma medida de rapidez da unidade central de processamento (CPU). Essa unidade tem um relógio, que a faz pulsar tantas vezes por segundo como o número de hertz que lhe é característico. Assim, por exemplo, um processador com 800 MHz completa 800 milhões de ciclos por segundo e, em cada um desses ciclos, envia ordens para as unidades do computador. Envia pois ordens ao ritmo de 800 milhões de vezes por segundo.
Na placa-mãe também ficam encaixados os pentes da memória principal, chamados de pentes ou módulos de memória RAM - (Random Access Memory), a memória de acesso aleatório. É para a memória RAM que são transferidos os programas (ou parte deles) e os dados que estão sendo trabalhados. É principalmente nela que é executada a maioria das operações, portanto é nesta memória que ocorrem as operações da CPU. A memória RAM pode ser reescrita quantas vezes quisermos, mas os dados guardados nela são apagados, ou seja, o seu conteúdo é esvaziado quando o computador é desligado. Daí a necessidade de guardar ("salvar") o resultado do processamento no disco rígido antes de desligá-lo. Assim, a memória RAM é uma memória temporária (volátil). A razão da existência e importância da memória RAM está na sua velocidade de leitura dos dados, que é muito grande. Todas informações que estão contidas nela podem ser acessadas de maneira mais rápida do que as informações que estão em outros dispositivos de memória (memória secundária).
Os pentes de memória RAM variam em capacidade de armazenamento e em velocidade. Em princípio, quanto mais memória RAM o PC tiver, tanto mais rápido será o seu funcionamento e mais facilmente ele suportará a execução de funções simultâneas. Os tamanhos típicos de memória RAM são 16, 32, 64, 128, 256 Mb, e assim por diante. Quando se escolhe um pc, esta especificação é quase tão importante quanto a capacidade do processador, pois a simples adição de mais memória pode deixar um computador mais rápido, sem que haja a necessidade de trocá-lo por um modelo mais moderno.
É responsável pelo armazenamento definitivo de programas e dados. Os dados nelas gravadas ficam armazenados mesmo quando o micro está desligado, mas seu acesso é mais lento que o acesso à memória principal. Entre os dispositivos mais comuns utilizados para armazenar estes dados, podemos citar os Discos Flexíveis ou Disquetes, os Discos Rígidos ou winchester e os CD-ROM's.
O disco rígido (Hard disk ou HD) também fica no gabinete e é o local onde se encontra a maior parte da memória secundária, onde o são armazenados os programas e os dados que estão sendo usados, modificados ou processados. Uma característica desse tipo de disco é que os dados gravados podem ser recuperados para a memória RAM, modificados e novamente gravados inúmeras vezes. Assim, todos os programas ficam gravados no HD. E, também ali ficam todos os trabalhos, gráficos, textos, planilhas, fotos, etc. Por isso é necessário que o HD tenha uma boa capacidade para armazenar tantos dados, ou seja, quanto maior for a capacidade do HD, maior será a quantidade de dados que poderá ser armazenada. A forma de armazenamento de dados do HD é magnética, por isso, para ler os dados existe uma cabeça de leitura para transformar os dados magnéticos em impulsos elétricos. Parte da memória do HD, geralmente 10%, é utilizada pelo computador como uma memória virtual, onde serão executadas diversas operações. Assim, se o disco rígido estiver cheio, não conseguirá processar coisa alguma. Depois de um certo tempo de uso, apagando e criando arquivos, instalando e desinstalando programas, o disco rígido pode ficar excessivamente fragmentado, ou seja, com pedaços de arquivos muito espalhados. Isso diminui a performance do computador. Esse fato pode ser corrigido utilizando-se um programa do próprio sistema operacional: o desfgramentador de disco. Assim, o desfragmentador tem como finalidade básica o realinhamento ou recomposição da integralidade contínua dos arquivos e eliminação de grande número dos espaços vazios dentro de cada arquivo.
É o canal que permite a passagem de dados iniciais do ser humano para o computador. São responsáveis pela entrada de dados existentes para encaminhamento à CPU. Como dispositivos de entrada podemos citar o teclado, leitores de caracteres magnéticos, mouse, scanner, caneta ótica, leitora de código de barra, leitor de disquetes (drive) etc. Nas figuras abaixo você pode ver um teclado, um mouse e um scanner.
São dispositivos responsáveis pela saída dos dados existentes recebidos da CPU. Como dispositivos de saída podemos citar o monitor de vídeo e impressora e o gravador de disquetes (drive). Nas figuras abaixo você pode ver um monitor de vídeo, uma impressora jato de tinta e uma impressora lazer. No monitor você pode ver o tamanho da área de trabalho em polegadas.
Alguns periféricos podem assumir o papel de entrada e saída de dados no computador, destes, podemos citar unidades de fitas, discos flexíveis, etc.
Em Informática é muito importante considerar a capacidade de armazenamento. Quando se armazena algum dado em um computador, isto ocupa um certo espaço de armazenamento. Assim como a água é medida em litros ou o açúcar é medido em quilos, os dados de um computador são medidos em bits e bytes. Um bit pode armazenar apenas um dígito "0" ou um dígito "1". Os bits são agrupados em grupos de 8, formando 1 byte. Os bits, são entendidos pelo computador em código binário, que é formado unicamente por zeros e uns. Por exemplo, a letra "A", ocupa um byte para o computador e é codificada como um grupo de 8 bits, que são: "11000001". Veja figura abaixo: Assim, um byte é um grupo de 8 bits e pode conter um caractere (letra ou símbolo do teclado). Veja figura abaixo:
A quantidade de espaço disponível é medida em bytes sendo os seus múltiplos: o kilobyte (Kb, equivale a 1024 bytes), o megabyte (Mb = 1024 Kb), o gigabyte (Gb = 1024 Mb) e o terabyte (Tb = 1024 Gb).
Já explicamos como podemos dar entrada em dados, processá-los, disponibilizá-los em uma modalidade de dispositivo de saída, além de como podemos armazenar informação. Apesar disso tudo, omitimos uma questão muito importante, presente em quase todos os computadores atuais: a conexão em rede. Da mesma maneira que o processador está ligado a dispositivos de memória e de entrada/saída, as redes permitem que computadores estejam ligados uns aos outros, fazendo com que os usuários possam estender o poder de processamento de suas máquinas conectadas à rede. As redes se tornaram tão populares a ponto de se transformarem na espinha dorsal dos sistemas de computadores atuais. A ligação de computadores em rede tem uma série de vantagens:
Genericamente, uma rede é o arranjo e interligação de um conjunto de equipamentos com a finalidade de compartilhar recursos. Esses recursos podem ser dos mais diversos tipos: desde o compartilhamento de periféricos caros até o uso compartilhado de dados (programas, arquivos, banco de dados etc.). A classificação de redes em categorias pode ser realizada segundo diversos critérios, alguns dos mais comuns são:
Como todas as classificações, têm um valor relativo, por exemplo o significado de "alta largura de banda" varia com a evolução da "tecnologia corrente". Por outro lado ao diferentes critérios de classificação geram sobreposições entre si.
A utilização de redes de computadores faz hoje parte parte da cultura geral. A explosão da utilização da Internet tem aqui um papel fundamental, atualmente quando se fala de computadores está implícito que os mesmos estão ligados a uma rede. Muitos usuários consideram completamente inútil um computador sem ligação à Internet. Embora as aplicações sejam cada vez mais voltadas para os usuários e dispensem cada vez mais o conhecimento sobre os princípios de funcionamento, a existência destes conhecimentos tem um papel fundamental numa utilização segura e eficaz das redes. O que se designa por Internet é na realidade um conjunto de redes e computadores que se encontram interligados a nível mundial. Os meios usados para garantir esta interligação são muito diversos, recorrendo às redes públicas de comunicações, baseadas em cabos elétricos ou ópticos, terrestres ou submarinos e ligações via rádio terrestres ou via-satélite. Com tecnologias de transmissão tão diversas é necessário um elo comum que permita a transferência de dados entre qualquer equipamento ligado à Internet, esse elo é o protocolo de rede, no caso da Internet, designado por Internet Protocol e abreviado para IP. Uma das missões importantes de um protocolo de rede é portanto assegurar a transferência de dados entre redes que usam tecnologias de transmissão diferentes. EndereçamentoUma das primeiras preocupações quando pensamos numa rede é a forma de identificar cada uma das máquinas que estão ligadas. É um problema idêntico ao que acontece quando pretendemos enviar uma carta a alguém ou telefonar a alguém, necessitamos, respectivamente, do endereço do destinatário ou do número do telefone. Deste modo, uma característica fundamental de um endereço é ser único, isso pode ser um grande problema numa rede global como a Internet. O formato dos endereços de rede depende do protocolo de rede, atualmente o mais divulgado é o IP versão 4, este protocolo utiliza apenas 4 octetos (conjuntos de 8 bits que permitem representar números de 0 a 255) para identificar cada destino. Este número de octetos é muito reduzido para a expansão atual da Internet. Não existem endereços suficientes para a quantidade de máquinas que lhe estão ligadas. O problema é ainda agravado pela necessidade de delegar em entidades nacionais a atribuição de novos endereços o que implica reservar uma determinada quantidade para cada uma dessas entidades. Esta é uma das razões pela qual foi desenvolvido o IP versão 6, entretanto foram encontradas outras soluções para a escassez de endereços e o IPv6 não é ainda muito usado. Seja qual for o protocolo de rede, tal como acontece quando se envia uma carta a alguém, os dados transferidos pela rede devem conter dois endereços: origem e destino. Isto é fundamental por duas razões:
Modelo cliente-servidorEste é o modelo que serve de referência à maioria das comunicações em rede, baseia-se no conceito de prestação de um serviço e define um diálogo típico de pedido-resposta:
Deste modelo podemos tirar algumas conclusões imediatas:
O principal problema que se levanta é a necessidade de os clientes conhecerem previamente o endereço do servidor. A questão é que as aplicações clientes são manuseadas diretamente pelos usuários que teriam de fornecer o endereço numérico do servidor. Para um humano os endereços de rede não têm qualquer significado e não se pode exigir a um usuário que os tenha sempre presentes. Se isso já é impraticável para o IPv4, imagine-se para o IPv6. Nomes de máquinasDevido à impossibilidade de os usuários lidarem com endereços de rede, foi desenvolvida uma alternativa que é o nome de máquina. Consiste em batizar as máquinas dando-lhes nomes com significado "humano" depois é necessário um mecanismo que efetue a tradução automática. Os clientes recebem do usuário o nome da máquina onde está o servidor e utilizam o referido "mecanismo automático" para obter o respectivo endereço de rede. Esta operação de obtenção do endereço de rede a partir do nome da máquina designa-se por "resolução do nome". Se numa rede local, com algumas dezenas de máquinas a implementação de um mecanismo de resolução de nomes é simples e pode ter várias abordagens, na Internet torna-se muito complicada devido à quantidade de máquinas envolvidas. Se existisse uma base de dados contendo um registro para cada máquina ligada à Internet ela seria enorme e a pesquisa sobre ela muito demorada. A solução adotada consiste na distribuição desta base de dados segundo nomes que se designa por domínios, para facilitar ainda mais a resolução, os domínios estão organizados em forma hierárquica, esta base de dados e respectivos serviços têm a designação "Domain Name System" (DNS). Por exemplo, no endereço web www.ufmg.br o br é um domínio que indica que a página web encontra-se no Brasil. ServiçosComo foi já indiretamente referido, cada máquina, pode ter em funcionamento simultâneo vários servidores de diferentes de tipos. Por outro lado cada máquina pode ter múltiplos clientes em funcionamento. Por exemplo, uma máquina pode disponibilizar serviços www para servidores web (páginas Web), ftp (transferência de arquivos), mail (correio eletrônico) etc. Uma vez que a ligação à rede é geralmente única, há necessidade de definir um mecanismo lógico que permita separar e evitar interferências entre as diferentes comunicações em curso através da ligação física. Este tipo de operação é vulgarmente designado por multiplexagem. A solução adotada consiste na atribuição de um número de identificação (tipicamente um número inteiro positivo de 16 bits), assim os dados que chegam a uma máquina têm associados a si um identificador numérico, já no interior da máquina, este identificador é usado para fazer chegar os dados à aplicação correta, por exemplo um servidor. Este processo é usado em diversos níveis, permite por exemplo que uma máquina use vários protocolos de rede. Nos protocolos de rede estes identificadores são conhecidos por portas (ports). Qualquer aplicação que utiliza a rede, seja um cliente ou um servidor, tem de usar uma porta, dado o seu posicionamento, uma aplicação servidora tem de usar um número de porta "bem definido". Esta necessidade deriva do fato de o primeiro contacto num diálogo segundo o modelo cliente-servidor ser do cliente para o servidor. Para efetuar este contacto o cliente necessita não apenas do endereço da máquina onde o servidor se encontra, mas também do número da porta onde o servidor escuta os dados. Para cada tipo de servidor/serviço está estabelecido um número de porta fixo, tanto o servidor como o cliente sabem qual é esse número. O servidor porque é nessa porta que tem de receber o pedido e o cliente porque é para esse porta que tem de enviar o pedido. Os utilizadores não necessitam de conhecer estes números de porta, eles estão implícitos pela aplicação cliente que é usada.
Parte lógica do computador, composta de programas e do sistema operacional. Na verdade, a verdadeira utilidade de um computador está no software que ele possui e através do qual nossos problemas são resolvidos. São os programas que fornecem uma seqüência lógica de instruções determinando o que o computador deve realizar.
Arquivo é uma coleção de dados semelhantes que é armazenada em um disco e que pode ser referenciada por um nome. Todas as vezes que quisermos gravar um texto, ou um desenho, ou outro documento qualquer, podemos gravá-lo como arquivo. Todo arquivo tem uma extensão, que é utilizada para identificar o tipo de arquivo. O nome do arquivo é sempre separado da extensão por um ponto. Exemplo: MeuTexto.txt - A extensão txt em princípio indica que o documento é de texto.
Os arquivos em um computador são organizados em diretórios ou pastas. No Windows, esta estrutura de diretórios pode ser facilmente visualizada através do Windows Explorer. O Windows Explorer organiza as pastas na parte esquerda da tela. Ao se clicar no nome de uma pasta, os arquivos e subpastas desta são mostradas à direita. O Windows Explorer permite que a manipulação dos arquivos seja feita de forma bastante fácil. Nele, você pode copiar, mover e apagar arquivos e pastas com apenas um clique do mouse ou uma tecla do teclado.
Um compactador de arquivos é um programa que agrupa vários arquivos em somente um de forma compacta, ou seja, este arquivo compactado ocupa um espaço bem menor do que todos os arquivos juntos. Os compactadores são usados para transportar arquivos de um computador para outro e também para armazenamento. O compactador de arquivos mais utilizado no ambiente Windows é o WinZip.
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