Introdução à Informáticafabio.nelson/arq/iec/aula_05.pdf · Introdução à Informática Aula 05 Armazenamento e Multimídia. 2 Introdução à Engenharia da Computação Prof

Introdução à Engenharia da Computação

Prof. Fábio Nelson CECOMPColegiado de Engenharia da Computação

Introdução à Informática

Aula 05Armazenamento e Multimídia

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Armazenamento Secundário

• Separado do próprio computador.• Software e dados armazenados em base quase

permanente.– Diferentemente da memória, não se perde quando há

queda da energia elétrica.

• Benefícios

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Benefícios do Armazenamento Secundário

• Espaço• Confiabilidade• Conveniência• Economia

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Espaço

• As organizações armazenam o equivalente a uma sala cheia de dados em discos menores do que uma caixa para guardar pão.– Um disquete contém o equivalente a 500 páginas

impressas.– Um disco óptico pode conter o equivalente a 500 livros.

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Confiabilidade

• Dados guardados no armazenamento secundário estão relativamente seguros.– O armazenamento secundário é altamente confiável– Mais difícil de pessoas despreparadas alterarem dados

armazenados em disco.

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Conveniência

• Usuários autorizados podem localizar fácil e rapidamente dados armazenados no computador.

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Economia

• Diversos fatores criam significativas economias em termos de custos de armazenamento:– Menos dispendioso armazenar dados em disco do que comprar

e abrigar armários de arquivo.– Dados confiáveis e seguros têm uma manutenção menos

dispendiosa.– Maior velocidade e conveniência para arquivar e recuperar

dados.

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Armazenamento em Disco Magnético

• Dados representados como pontos magnetizados na superfície de um disco rotativo.– Pontos no disco convertidos em impulsos elétricos.

• Tipos principais:– Discos flexíveis– Discos rígidos

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Discos Flexíveis• Produzidos com Mylar flexível e revestidos com óxido

de ferro.• Possuem a proteção de uma jaqueta de plástico

rígido.• Um disquete de 3,5 polegadas contém 1,44 MB de

dados.• Variações de alta capacidade:

– O HiFD, da Sony, contém 200 MB.– O SuperDisk, da Imation, está disponível nas

versões de 120 e 240 MB.– O Zip drive, da Iomega, está disponível nas

versões de 100, 250 e 750 MB.

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Discos Rígidos

• Lâmina rígida revestida com óxido magnético:– Diversas lâminas podem ser combinadas em uma única

pilha de discos (disk pack).

• Unidade de disco – um dispositivo que possibilita recuperar dados para serem lidos ou escritos em disco.– Unidade de disco para computadores pessoais alojada no

gabinete do computador.– Grandes sistemas computadorizados podem ter diversas

unidades de disco externas.

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Lendo e Escrevendo Dados• O braço de acesso movimenta a

cabeça de leitura/gravação sobre uma localização em particular.

• A cabeça de leitura /gravação paira alguns milionésimos de polegada acima da lâmina.– Se a cabeça tocar a lâmina,

haverá um crash, e dados serão destruídos.

– Dados podem ser destruídos se a cabeça entrar em contato com uma mínima matéria estranha na superfície do disco.

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Pilha de Discos (Disk Packs)

• Cada lâmina tem seu próprio braço de acesso com uma cabeça de leitura/gravação.

• A maioria das pilhas de discos (disk packs) combina lâminas, braços de acesso e cabeça de leitura/gravação.

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Discos Rígidos para Computadores Pessoais

• Módulos lacrados que são montados em um compartimento de 3, 5 polegadas.

• Capacidade em gigabytes.• O acesso a arquivos é muito mais rápido do que

o acesso a arquivos em disquetes.• Alguns contêm cartuchos removíveis.

– A unidade Jaz, da Iomega, é muito popular.

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Conjunto Redundante de Discos Baratos (RAID)

• Um grupo de discos que funciona em conjunto, como uma unidade.– O Raid de nível 0 divide dados de um

único arquivo em diversas unidades de disco:

• Denomina-se distribuição de dados (data striping).

• Aumenta o desempenho.

– O Raid de nível 1 duplica dados em diversas unidades de disco:

• Denomina-se espelhamento de disco (disk mirroring).

• Aumenta a tolerância a falhas.

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Como os Dados São Organizados

• Trilha• Setor• Cluster• Cilindro

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Trilha

• A porção circular da superfície do disco que passa sob a cabeça de leitura/gravação.– Um disco flexível tem 80 trilhas em

cada superfície.– O disco rígido pode ter 1.000 ou mais

trilhas em cada superfície de cada lâmina.

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• Cada trilha é dividida em setores que contêm um número fixo de bytes.– Tipicamente, 512 bytes por setor.

• A gravação por zonas atribui mais setores às trilhas que estão nas zonas externas do que àquelas que estão nas zonas internas.– Usa o espaço de armazenamento de

maneira mais completa.

Setor

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Cluster

• Um número fixo de setores adjacentes tratados como uma unidade de armazenamento.– Tipicamente, de dois a oito setores, dependendo do

sistema operacional.

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Cilindro

• A trilha sobre cada superfície, que está sob a cabeça de leitura/gravação, em determinada posição das cabeças de leitura/gravação.– Quando o arquivo é maior do que a

capacidade de uma única trilha, o sistema operacional armazena-o em trilhas que fazem parte do mesmo cilindro.

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Velocidade de Acesso a Disco

• Tempo de acesso – o tempo necessário para acessar dados no disco.

• Três fatores:– Tempo de busca– Comutação de cabeças– Retardo rotacional

• Assim que os dados são encontrados, o passo seguinte é a transferência de dados.

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Tempo de Busca

• Tempo necessário para que o braço de acesso se posicione sobre uma trilha em particular.– Todos os braços de acesso se movem como uma

unidade.– Todos se posicionam simultaneamente sobre um conjunto

de trilhas que compõe um cilindro.

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Comutação de Cabeças

• A ativação de uma cabeça de leitura/ gravação em particular sobre uma trilha em particular.– Todos os braços de acesso se movem juntos, mas

somente uma cabeça de leitura/ gravação pode operar em determinado momento.

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Retardo Rotacional

• O tempo necessário para que os dados desejados na trilha passem sob a cabeça de leitura e gravação.– Em média, a metade do tempo para uma volta completa

do disco.

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Transferência de Dados

• O processo de transferir dados entre sua localizaçao na trilha do disco e a memória.

• Measures of performance– Tempo médio de acesso:

• Aproximadamente, 10 milissegundos (10 milésimos de segundo).

• Pode ser melhorado através de cache de disco.– Taxa de transferência de dados – quão rapidamente dados

podem ser transferidos ao serem localizados.• Expressa em termos de megabytes por segundo.

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Cache de Disco

• Cache de disco – uma área especial da memória.– Quando a unidade de disco lê dados do disco, ela lê dados

adjacentes e os armazena na memória.– Quando é emitida a instrução de leitura seguinte, a unidade

verifica primeiro se os dados desejados estão na cache de disco.

• Similar à cache de memória discutida anteriormente.

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Armazenamento em Disco Óptico

• Provê um armazenamento barato e compacto com maior capacidade.

• Um feixe laser varre o disco e capta reflexos de luz da superfície do disco.

• Categorizado pela capacidade de leitura e gravação.– Mídia somente de leitura – o usuário pode ler, mas não pode

escrever no disco.– Gravar uma vez, ler muitas (WORM) – o usuário pode gravar no

disco uma única vez.– Magnético-óptico (MO) – combina capacidades magnéticas e

ópticas.

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Discos Compactos

• CD-ROM – a unidade somente pode ler dados de CDs.– Um CD-ROM armazena até 700 MB por disco.– Principal mídia para distribuição de software.

• CD-R – a unidade pode escrever no disco apenas uma vez.– O disco pode ser lido por uma unidade de

CD-ROM ou CD-R.• CD-RW – a unidade pode apagar e sobregravar

dados múltiplas vezes.– Alguns problemas de compatibilidade podem

ser encontrados ao tentar ler discos CD-RW em unidades de CD-ROM.

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Digital Versatile Disk (DVD)

• Laser de ondas curtas podem ler pontos densamente empacotados.– A unidade de DVD pode ler CD-ROMs.– Capacidade até 17 GB.– Possibilita armazenar filmes de longa- metragem.– O som é melhor do que os de CDs de áudio.

• Existem diversas versões de DVDs graváveis e regraváveis.

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Multimídia

• Apresenta informação com texto, ilustrações, fotos, narração, música, animação e clipes de filmes.

• Impraticável até o advento dos discos ópticos.• Requisitos• Aplicações

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Requisitos

• Unidade de CD-ROM ou DVD-ROM.• Placa de som ou chip de som.• Alto-falantes:

– Para obter som de alta qualidade adquira bons alto-falantes e instale subwoofers.

• Equipado para manipular MPEG:– Padrões para compactação de vídeo.

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Aplicações

• Educação:– Embarque em tours virtuais.– Estude partituras musicais.– Estude uma língua estrangeira.

• Outros:– Prepare impostos com videoclipes de especialistas da

Receita Federal.– Jogue games.

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Armazenamento em Fita Magnética

• Fita similar à usada em cassetes de música.• Categorizado em termos de densidade.

– Número de bits por polegada armazenados na fita.

• Usado principalmente para backup de dados armazenados em sistemas de disco.

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Sistemas de Backup

• Imperativo ter cópias de dados importantes armazenadas longe do computador:– Discos falham, ocasionalmente.– Instalação de software pode causar pane no computador.– Usuários cometem erros ao introduzir dados.

• Fita é uma mídia de backup ideal:– Pode copiar o disco rígido inteiro para uma única fita em

minutos.– O backup pode ser programado para quando o sistema

não estiver em uso.

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• Caractere• Campo• Registro• Arquivo• Banco de dados

Organizando Dados e Acessando Dados Armazenados

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Caractere

• Uma letra, dígito ou caractere especial.

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Campo

• Um conjunto de caracteres relacionados.• Descreve uma característica de uma pessoa, lugar ou coisa.

– Para uma universidade, o prenome de um estudante seria armazenado em um campo.

• Campo-chave – um identificador único de um registro.

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Registro

• Uma coleção de campos relacionados.– Para uma universidade, todos os campos referentes a um

aluno constituem um registro.

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Arquivo

• Uma coleção de registros relacionados.– Para uma universidade, todos os registros de estudantes

compõem um arquivo.

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Banco de Dados

• Uma coleção de arquivos relacionados armazenados com mínima redundância (duplicação).– Para uma universidade, o arquivo de alunos, o arquivo de

bolsistas, o arquivo do corpo docente/staff, o arquivo de cursos, o arquivo financeiro etc. comporiam um banco de dados.

• Organizado para tornar mais fácil a recuperação de dados.

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Visão Geral do Plano de Arquivos

• Deve idealizar um plano para colocar dados em uma unidade de armazenamento.

• Fatores-chave:– Se os usuários devem acessar dados diretamente (de

imediato).– Como os dados devem ser organizados no disco.– Tipo de processamento que se desenvolverá.

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Organização de Arquivos

• Três fatores importantes da organização de arquivos de dados no armazenamento secundário:– Seqüencial– Direta– Indexada

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Organização Seqüencial de Arquivos

• Os registros são armazenados em ordem, de acordo com um campo-chave:– Se um registro em especial for desejado, todos os registros

anteriores devem ser lidos primeiro.– Para atualizar um registro, um novo arquivo seqüencial deve ser

criado, contendo tanto os registros alterados quanto os não alterados.

• O armazenamento em fita usa a organização seqüencial.

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Organização Direta de Arquivos• Também chamada de acesso

aleatório.• Vá diretamente ao registro desejado

usando uma chave:– O computador não precisa ler

todos os registros anteriores.– Um algoritmo de randomização

(hashing) é usado para determinar o endereço de uma chave específica.

• Requer armazenamento em disco.

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Algoritmo de Randomização (Hashing)

• Aplica uma fórmula matemática à chave para determinar o endereço em disco de determinado registro.– Ocorre colisão quando o algoritmo de randomização

produz o mesmo endereço em disco para duas chaves diferentes.

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Organização Indexada de Arquivos

• Combina elementos dos métodos seqüencial e direto:– Registros armazenados seqüencialmente, mas o arquivo

também contém um índice.– O índice armazenado seqüencialmente contém a chave

do registro.– Dados acessados pela chave do registro.

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Processando Dados Armazenados

• Transações processadas para atualizar um arquivo-mestre:– Transações – um evento comercial, como uma venda.– Arquivo-mestre – dados que são atualizados quando

ocorre uma transação, como um arquivo de transações ou um arquivo de estoques.

• Dois métodos principais de processamento de dados:– Processamento em lote– Processamento de transações

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Processamento em Lote

• As transações são coletadas em grupos ou lotes:– O lote é processado e o arquivo-

mestre é atualizado quando o computador tem poucos usuários on-line.

• Uso muito eficiente dos recursos do computador.

• O arquivo-mestre atual apenas éatualizado imediatamente após o processamento.

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Processamento de Transações

• Técnica de processamento de transações à medida que elas ocorrem.– Também chamada de processamento

em tempo real e processamento on-line.

– Terminais devem estar conectados diretamente ao computador.

• Proporciona atualização imediata do arquivo-mestre.

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