Unidade 1 Historia da computação

Arquitetura de computadores - um resumo

1

• A Informática e o Computador

• Evolução do Computador

• O Computador

• Arquitetura

• Modulos

• Tipos de hardware

Roteiro

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• Informática engloba

• Computadores: desenvolvimento e uso

• Uma definição de Informática

• Ciência do tratamento automático da informação

• Para tal, usa-se

• Número, texto, gráfico, imagem, som, etc.

• Equipamentos necessários

Introdução

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• Praticamente todas as áreas

• Engenharias(todas)

• Medicina

• Geologia

• Educação

• Direito

• Filosofia

• Etc.

Aplicações da Informática

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O computadorConceitos e histórico

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• Computador

• Qual a sua definição?

• Histórico

• Como chegamos até o PC moderno??

Conceitos

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Modelo inicial proposto por Von Neumann

Arquitetura Von Neumann

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Barramento

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As primeiras Maquinas de computar

Computar = Contar

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Ábaco (! 3500 a.C.)

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• John Napier (1550-1617)

• Escocês, inventor dos logarítmos, também inventou os ossos de Napier

• Tabelas de multiplicação gravadas em bastão, o que evitava a memorização da tabuada.

• Origen das réguas de Cálculo (1621)

Bastões de Napier (1610 - 1614)

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• Calculadora de Pascal (1642)

• Até 9 discos

• Primeira máquina calculadora, que fazia apenas somas e subtrações.

Pascaline

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• O projeto de Pascal foi bastante aprimorado por um matemático alemão

• Que também inventou o cálculo, chamado Gottfried Wilhelm Leibniz (1646-1726)

• Calculadora de Leibnitz – 1671

• Adições

• Subtrações

• Multiplicações

• Divisões

Calculadora de Leibniz

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• Todas essas máquinas, porém, estavam longe de ser um computador de uso geral, pois não eram programáveis.

• Isto quer dizer que a entrada era feita apenas de números, mas não de instruções a respeito do que fazer com os números.

Calculadoras x Computadores

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• A origem da idéia de programar uma máquina vem da necessidade de que as máquinas de tecer produzissem padrões de cores diferentes.

• No século XVIII foi criada uma forma de representar os padrões em cartões de papel perfurado, que eram tratados manualmente.

• Em 1801, Joseph Marie Jacquard (1752-1834) inventa um tear mecânico, com uma leitora automática de cartões.

Maquinas Programaveis???

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• Placa Perfurada (1801)

• Arithmometer (1820)

Calculadora Programável

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• Máquina Diferencial de Babbage (1823)

• Máquina capaz de calcular polinômios por meio de diferenças

Calculador diferencial

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• Máquina Analítica

• Babbage, Ada Lovelace

Calculador Analítico

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• Esta máquina era extremamente semelhante ao computador atual.

• Sua parte principal seria um conjunto de rodas dentadas, o moinho, formando uma máquina de somar com precisão de 50 dígitos. As instruções seriam lidas de cartões perfurados.

• Os cartões seriam lidos em um dispositivo de entrada e armazenados, para futuras referências, em um banco de 1000 registradores.

• Cada um dos registradores seria capaz de armazenar um número de 50 dígitos, que poderiam ser colocados lá por meio de cartões a partir do resultado de um dos cálculos do moinho.

• Além disso tudo, Babbage imaginou a primeira máquina de impressão, que imprimiria os resultados dos cálculos, contidos nos registradores.

Calculador Analítico

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Calculador Analítico

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• Máquina de Hollerith (1886)

A Maquina de Tabular

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• máquina capaz de processar dados baseada no processamento de cartões perfurados.

• A máquina de Hollerith foi utilizada para auxiliar no censo de 1890.

• Reduziu o tempo de processamento de dados de 7 anos, do censo anterior, para apenas 2 anos e meio.

• A máquina de Hollerith foi também pioneira ao utilizar a eletricidade na separação, contagem e tabulação dos cartões.

• A empresa fundada por Hollerith é hoje conhecida como International Bussiness Machines, ou IBM.

A Maquina de Tabular

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Cartão Perfurado

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• Primeira geração (1930-1958)

• Relé e válvula

Era Eletro Mecânica -Histórico

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• MARK I

Harvard Mark I

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• Foi na II Guerra Mundial que realmente nasceram os computadores como conhecemos.

• A Marinha americana, em conjunto com a Universidade de Harvard, desenvolveu o computador Harvard Mark I.

• Projetado pelo professor Howard Aiken, com base no calculador analítico de Babbage.

• O Mark I ocupava 120 m3 aproximadamente, conseguindo multiplicar dois números de 10 dígitos em 3 segundos.

Harvard Mark I

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• Simultaneamente a construção do Mark I, e em segredo, o Exército Americano desenvolvia um projeto semelhante…

• Chefiado pelos engenheiros J. Presper Eckert e John Mauchy, cujo resultado foi o primeiro computador a válvulas: o Eletronic Numeric Integrator And Calculator: ENIAC.

• Ele era capaz de fazer 500 multiplicações por segundo!

• Foi projetado para calcular trajetórias balísticas

• O ENIAC foi mantido em segredo pelo governo americano até o final da guerra, e só foi anunciado para o mundo após o fim da guerra.

• Continuou em operação por mais de 10 anos …

ENIAC

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• ENIAC

• Electronic Numeric Integrator and Calculator

ENIAC

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• No ENIAC, o programa era feito rearranjando a fiação em um painel.

• Nesse ponto John von Neumann propôs a idéia que transformou os calculadores eletrônicos em “cérebros eletrônicos”: modelar a arquitetura do computador segundo o sistema nervoso central.

ENIAC

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• Para isso, eles teriam que ter 3 características:

• 1. Codificar as instruções de uma forma possível de ser armazenada na memória do computador. Von Neumann sugeriu que fossem usados uns e zeros.

• 2. Armazenar as instruções na memória, bem como toda e qualquer informação necessária a execução da tarefa.

• 3. Quando processar o programa, buscar as instruções diretamente na memória, ao invés de lerem um novo cartão perfurado a cada passo.

ENIAC

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• Este é o conceito de Programa Armazenado, cujas principais vantagens são:

• Rapidez

• Versatilidade

• Automodificação.

• Assim, o computador programável que conhecemos hoje, onde o programa e os dados estão armazenados na memória ficou conhecido como computador de von Neumann.

ENIAC

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• Computador: segunda geração (1955-1965)

• Componente eletrônico que começou a se popularizar na década de 1950 tendo sido o principal responsável pela revolução da eletrônica na década de 1960, e cujas funções principais são amplificar e chaveamento de sinais elétricos.

• Substituiu as válvulas e reles por transístores

• Melhorando o consumo e a velocidade das maquinas.

O transistor

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• Computador: terceira geração (1965-1980)

• Transistor + circuito integrado

• Um circuito integrado é um dispositivo microeletrônico que consiste de muitos transístores e outros componentes interligados capazes de desempenhar muitas funções.

• Suas dimensões são extremamente reduzidas, os componentes são formados em pastilhas de material semicondutor.

Circuitos Integrados

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• Computador: terceira geração (1965-1980)

• A importância da integração está no baixo custo e alto desempenho, além do tamanho reduzido dos circuitos aliado à alta confiabilidade e estabilidade de funcionamento.

• Uma vez que os componentes são formados ao invés de montados, a resistência mecânica destes permitiu montagens cada vez mais robustas a choques e impactos mecânicos, permitindo a concepção de portabilidade dos dispositivos eletrônicos.

Circuitos Integrados

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• Computador: terceira geração (1965-1980)

Circuitos Integrados

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• Computador: quarta geração (1980 - ...)

• LSI - Large Scale of Integration

•Very Large Scale of Integration

Fotomicrografia em cor falsa de um chip equivalente ao pentium IV aumentada 2400 vezes

LSI x VLSI ..

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Arquitetura e funcionamento dos PC’s

Modernos

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• Mesmo que a tecnologia utilizada nos computadores digitais tenha mudado dramaticamente desde os primeiros computadores da década de 1940, quase todos os computadores atuais ainda utilizam a arquitetura de von Neumann proposta no final da década de 1940 por John von Neumann.

Arquitetura de Computadores

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• Quatro componentes básicos

Componentes de Computador

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• Computador como um sistema

• Conjunto de componentes inter-relacionados.

Computador Moderno

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Visão simplificada da arquitetura de Von Neumann

Arquitetura Von Neumann

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•Processador

• Trata informações armazenadas em memória (programas e dados)

•Memória

• Armazenagem de programas e dados

•Periféricos

• Responsáveis por entradas e saídas de dados

Componentes de Computador

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• LEGENDA:

• 01- Monitor

• 02- Placa-Mãe

• 03- Processador

• 04- Memória RAM

• 05- Placas de Rede, Som, Vídeo, Fax...

• 06- Fonte de Energia

• 07- Leitor de CDs e/ou DVDs

• 08- Disco Rígido (HD)

• 09- Mouse

• 10- Teclado

Componentes de Computador Moderno

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• Chamada CPU (Central Unit Processing)

Processador

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• Controla ações do computador

• Comanda demais componentes

• Gerência interrupções

• A cada requisição, uma interrupção é tratada

Unidade de Controle

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• Circuito oscilador

• Sincroniza e dita velocidade de transferência de dados

• Por exemplo, entre processador e memória principal

• Freqüência medida em ciclos por segundo, ou Hertz.

• 75 Mhz(primeiro Intel Pentium )

• 3 - 4 Ghz ( Processadores Atuais..)

Clock

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• Conjunto de circuitos: armazena dados e programas

• Classificações de memórias

• Primaria , secundaria , terceira

• Tipos de Memória Primária

• Existem basicamente dois tipos de memórias primárias em um computador:

• Memória RAM;

• Memória ROM;

Memória

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• RAM (Random Access Memory)

• Memoria principal , permite que os dados sejam lidos e gravados pela CPU a qualquer instante e com alta velocidade.(principal responsavel pelo bom desempenho das maquinas)

• CPU usa RAM para

• Armazenar e executar programas vindos do disco

• Ler e gravar os dados que estão sendo processados

• Memória RAM é VOLÁTIL

• Quando o computador é desligado, dados são apagados

• Memória cache(tipo de RAM integrada)

• Pequena porção de memória, curto tempo de resposta

• Em geral integrada aos processadores

• Incrementa desempenho na execução de um programa

Memória RAM

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• A memória ROM (Read-Only Memory) é uma memória que só pode ser lida e os dados não são perdidos com o desligamento do computador.

• Um software gravado na ROM recebe o nome de firmware

• São basicamente três existentes nessa memória para um computador da linha IBM-PC, que são acessados toda vez que ligamos o computador:

• BIOS (Basic Input-Output System)

• Sistema Básico de Entrada e Saída

• Realizar a "partida" do computador

• Ao ligar-se um computador entra a BIOS:

• Realiza a contagem de memória

• Rápida checagem do funcionamento do computador

Tipos de ROM

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• Memória Primaria

• Armazena-se programas e dados

• Referenciada na especificação de um microcomputador

• Quantidades usuais disponíveis

• 32, 64, 128, 256, 512, 1024, ... (Mbytes)

• Conjunto de chips inseridas na placa mãe

Memória

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Memória

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• A Memória secundária ou Memória de Massa é usada para gravar grande quantidade de dados, que não são perdidos com o desligamento do computador, por um período longo de tempo.

• Exemplos de memória de Massa:

• CD-ROM;

• DVD;

• Disco rígido;

• Disquete

• Pen Drive

Memória Secundária

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• Normalmente a memória secundária não é acessada diretamente pela ULA, mas sim por meio dos dispositivos de Entrada e Saída.

• Isso faz com que o acesso a essa memória seja muito mais lento do que o acesso a memória primária.

• Como os dispositivos são eletromecanicos no geral o tempo de acesso é bem maior … o que faz com que sejam dispositivos mais lentos quando comparados as memórias primarias

Memória Secundária

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• Sistemas mais complexos de computação podem incluir um terceiro nível de memória, com acesso ainda mais lento que o da memória secundária.

• Um exemplo seria um sistema automatizado de fitas contendo a informação necessária.

• A memória terciária não é nada mais que um dispositivo de memória secundária ou memória de massa colocado para servir um dispositivo de Backup.

Memória Terciária

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• barramento é um conjunto de linhas de comunicação que permitem a interligação entre dispositivos, como o CPU, a memória e outros periféricos.

• O desempenho do barramento é medido pela sua largura de banda (quantidade de bits que podem ser transmitidos ao mesmo tempo), geralmente potências de 2:

• 8 bits, 16 bits, 32 bits, 64 bits, etc.

• Também pela velocidade da transmissão medida em bps (bits por segundo) por exemplo:

Barramentos

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• Função

• Via de comunicação entre componentes de computador

• Tipos principais

• De processador

• De cache

• De memória

• De I/O(intput / Ouput x Entrada/Saída)

Barramentos

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• Via de comunicação entre a CPU e o chipset

• Transferir dados entre CPU e barramento principal

Barramento do Processador

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• Um dos principais fatores para bom desempenho de PC

• Ficando atrás do processador e das memórias

• Diferenças entre fabricantes

• Qualidade e tecnologia empregada no chip.

Chipset

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• Maioria dos Chipsets formada por dois chips

• North Bridge (Ponte Norte)

• South Bridge (Ponte Sul)

Chipset

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• Controle do barramento PCI

• Controle do barramento AGP

• Controle do barramento ISA (pc's mais antigos)

• Controle e acesso a memória, incluindo a cache L2( RAM Integrada a CPU)

• Controle dos sinais de interrupção

• Controle da Interface IDE( interface do Disco Rigido)

• Controle da Interface USB etc..

Chipset: pra que serve?

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• Desenvolvimento de barramento de I/O não para

• Padronizado para prover menor custo ao usuário

• Limitação do desenvolvimento

• Barramento de E/S

• ISA, MCA, EISA, VESA, PCI Local Bus,USB,Firewire

Barramento de E/S

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• PC original em 1981

• 8 bits

• Expandido: 16 bits (PC/AT – 1984), padrão da indústria

• Padrão ISA ainda é utilizado até hoje

• Substituído em alguns casos pelo PCI

• Padrão ISA ainda é rápido (periféricos atuais)

• Placa fax/modem, placa de som

Barramento ISA

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• Slot ISA (8 bits)

• Slot ISA (16 bits)

Barramento ISA

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• Peripheral Component Interconnect

• Padrão de barramento local desenvolvido pela Intel

• PCI não ligado a família de microprocessadores

• Parte dos PCs incluem um barramento PCI

• Além de barramento de expansão ISA

• Tendência é que ISA seja totalmente substituído pelo PCI

Barramento PCI

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Barramentos

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• Para computadores portáteis

• Notebooks e laptops

• Desenvolvido pela PCMCIA com mais de 300 fabricantes

• Padrões: adaptador, expansão (notebook e laptop)

• Cartão PCMCIA

• 68 conectores, mais caro que o ISA

• Apesar dos padrões, cartões não são tão compatíveis , pode funcionar bem com um e não funcionar com outro Notebook.

• Possuem o recurso de ser Plug and Play

Barramento PC-Card (PCMCIA)

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Barramento PC-Card (PCMCIA)

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• Comunicação serial 12 Mbps (conexão de 4 fios)

• Único porto USB

• Até 127 perifíericos (mouse, teclados, scanners, câmeras)

• Plug and Play

• Conectar dispositivos com máquina ligada (precisar reiniciá-la)

• USB detecta e aloca recursos para funcionamento

• Suporte a USB: com o Windows 95 e mais ainda pelo BIOS

• Outra característica importante

• Dispositivos USB têm o fornecimento de energia pelo USB

• USB verifica energia requerida e avisa se excederem os limites

USB

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• Com o sucesso do USB, rapidamente se procurou expandir as suas possibilidades, principalmente na velocidade.

• USB 1.0

• Primeira versão, lançada em Novembro de 1995, no mesmo ano em que a Apple começou a utilizar portas FireWire.

• USB 1.1

• Lançada em Janeiro de 1996, primeira versão de sucesso do USB. Transmite dados a 1,5MB/s ou 12Mb/s.

• USB 2.0

• Lançada em 2002, cuja maior novidade é o aumento da capacidade de velocidade de transferência de dados, e correção de alguns dados técnicos. Transmite dados até 480Mb/s.

USB

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• Entre os mais conhecidos dispositivos que utilizam-se da interface USB estão:

• Webcam

• Teclado

• Mouse

• Unidades de armazenamento (HD, Pendrive, CD-ROM)

• PDA

• Câmera digital

• Impressora

Dispositivos USB

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• Barramento serial padrão externamente rápido

• Taxas de transferências de dados de até 400 MBps

• Conectar até 63 dispositivos externos

• Ideal para altas taxas em tempo-real, tal como vídeo

• Plug-and-Play

• Fornece potências aos periféricos

• Principal diferença entre do 1394 e USB

• 1394 suporta taxas de transferências altas e é mais caro

• 1394 para câmeras de vídeo, e USB para os demais periféricos

Firewire (IEEE 1394)

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• O FireWire é uma tecnologia de Input/Output (I/O) de alta velocidade para conexão de dispositivos digitais, tais como camcorders e câmeras digitais, a computadores portáteis e desktops.

• Amplamente adoptada por fabricantes de periféricos digitais como a Sony, Canon, JVC e Kodak, o FireWire tornou-se um padrão estabelecido na indústria tanto por consumidores como por profissionais.

• Desde 1995 que um grande número de camcorders digitais modernas incluem esta ligação, assim como os computadores Macintosh e PCs da Sony, para uso profissional ou pessoal de áudio/vídeo.

Firewire Utilidade

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• O FireWire também foi usado no iPod da Apple durante algum tempo, o que permitia que as novas músicas pudessem ser carregadas em apenas alguns segundos, recarregando simultaneamente a bateria com a utilização de um único cabo.

• Os modelos mais recentes, porém, como o iPod Nano e o novo iPod de 5ª geração, já não utilizam uma conexão FireWire (apenas USB 2.0).

Firewire Utilidade

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• Teclado

• Lê os caracteres digitados pelo usuário

• Mouse

• Lê os movimentos e toque de botões

• Drive de CD-ROM

• Lê dados de discos CD-ROM

• Microfone

• Transmite sons para o computador

• Scanner

• Usado para o computador "ler" figuras ou fotos

I/O usuais: entrada

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• Caixas de Som

• Realiza comunicação com o usuário através de som

• Vídeo

• Mostra ao usuário, na tela caracteres e gráficos

• Impressora

• Imprime caracteres e gráficos

I/O usuais: saída

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• Disco rígido

• Grava e lê dados

• Drive de disquete

• Grava e lê dado em disquete

• Unidade de fita magnética

• Grava e lê dados em fitas magnéticas

• MODEM

• Transmite e recebe dados

I/O usuais: entrada e saída

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•Comunicação paralela

• Cada bit conduzido por um fio dedicado

• Grande quantidade de fios (ou vias)

• Impressoras

•Comunicação serial

• Bits transmitidos um a um (seqüencial), uma única via

• Pequena quantidade de fios

• Mouse , modem, Pen Drive, Web Cam

Comunicação com Dispositivo

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