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CI241 - Introdução a Sistemas Computacionais

Notas Finais

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Introdução a Sistemas Computacionais

Ementa

A disciplina visa apresentar de forma introdutória os principais conceitos da arquitetura de computadores, seus componentes de hardware e representação interna de dados, funcionamento dos sistemas operacionais e redes de computadores.

 

Programa

  1. Introdução aos fundamentos da ciência da computação
  2. Organização básica de um computador: processador, memória e periféricos, componentes de hardware.
  3. Noções de Representação de dados, sistemas de numeração, conversão de bases.
  4. Introdução à lógica, abstrações e algoritmos
  5. Introdução às funções, propósito e estrutura do sistema operacional.
  6. Fundamentos de redes de computadores e computação paralela e distribuída
  7. Computação Científica, big data, implicações sociais

 

Roteiro

  • O que é computação?
  • Como é o que é um computador moderno
    • Componentes
  •  Sobre história da computação, alguns pontos principais
    • E-book (download somente dentro da rede UFPR): http://link.springer.com/book/10.1007%2F978-1-84800-084-1
    • Primeiras iniciativas sobre "computar"
    • Algoritmos
    • Primeiras máquinas mecânicas (Pascal / Leibniz /Babbage)
    • Numeração binária e George Boole
    • Alan Turing 
    • Primeiro computadores eletrônicos (The Mark 1, Eniac, )
    • Transistors e o surgimento dos semicondutores
    • Arquitetura de Von Neuman
    • As gerações de computadores
    • Lei de Moore
    • O Computador Pessoal (IBM PC 1981)
    • Surgimento das Interfaces Gráficas
    • As redes de computadores, TCP/IP e a Web
    • Panorama atual e pensamentos sobre o futuro
  • Ideas fundamentais da computação
    • Vários assuntos cobertos em: http://web.stanford.edu/class/cs54n/reader/CS54N-CS208E-Reader.pdf
    • Diferentes níveis de abstração
    • Computadores como dispositivos gerais de computação
    • Máquina de Turing e porque todos computadores são iguais
      • https://www.youtube.com/watch?v=dNRDvLACg5Q
    • A arquitetura de Von Neumann
      • Ciclo de Execução de Instruções
      • Little Man Computer (Arquitetura Simples de Von Neumann)
        • https://en.wikipedia.org/wiki/Little_man_computer#Example
        • Copie um exemplo da Wikipedia e teste aqui: http://peterhigginson.co.uk/LMC/
    • Transformando problemas em elétrons
      • Problemas
      • Algoritmos
      • Linguagem
      • Arquitetura de Conjunto de Instruções  (ISA)
      • Microarquitetura
      • Circuitos
      • Dispositivos
  • Representação de informação
    • Um bom resumo aqui: http://csfieldguide.org.nz/en/chapters/data-representation.html
    • Numeração binária
    • Representando inteiros sem sinal e com sinal
    • Convertendo entre o sistema decimal e binário
    • Operações binárias básicas
    • Representação Hexadecimal
    • Campos de bits
    • Enumerações e representação de Caracteres (Tabela ASCII)
    • Número de ponto flutuante
    • Representação de som e imagem
      • Formato bitmap
      • Representação de cores (Modelo RGB)
      • Fomato JPG
      • Pulse code modulation (PCM)
  • Conceitos de Lógica
    • Aspectos da lógica silogística (Lógica Aristotélica)
      • Formas (A,E,I,O)
      • Termo sujeito e termo predicado
      • Silogismos
      • Figuras do silogismo
      • Distribuição dos termos
      • Regras de Validade
      • Representação por diagrama de Venn
    • Lógica Proposicional
      • Operadores da Lógica Proposicional
      • Regras de Equivalência
      • Regras de Inferência

 

Exercícios

1. Leia o capítulo 3 da referência [2] e resolva os exercícios 3.1.2.1, 3.1.3.1, 3.1.4.3, 3.2.3.1 e 3.3.0.1

2. Consulte o site do COMPUTER HISTORY MUSEUM (http://www.computerhistory.org/) e apresente 5 fatos ou pessoas que marcaram a evolução da área da computação, no contexto do hardware e do software, respectivamente. Deverá ser apresentado um fato ou pessoa para cada década. Justifique a relevância dos fatos apresentados no contexto da evolução da área.

3. O que é a Lei de Moore e qual o impacto na evolução dos computadres?

4. O que você acha que irá caracterizar o futuro dos computadores? Quais os fatores que você levou em consideração para formar a sua opinião?

5. Desenhe e descreva o modelo de arquiteturas de Von Neumann. Explique qual é sua principal característica.

6. Dê exemplos de dispositivos de entrada, dispositivos de saída e dispositivos de entrada e saída.

7. O que é a memória principal e o que é a memória secundária de um computador?

8. Quais os elementos que definem a hierarquia de memória de um computador e como se subdivide esta hierarquia em
termos de tempo de acesso, capacidade,  volatidade e custo.

9. Qual o sistema de numeração adotado pelos computadores e qual sua menor unidade.

10. Se utilizarmos 16 bits para armazenar números inteiros positivos, qual será o maior número que poderemos
armazenar neste espaço.

11. O que é a representação baseada em número flutuante. Dê exemplos de como são armazenados estes números e porque podemos ter erros devido à esta representação.

12. Qual a relação da lógica boolena com a implementação de circuitos eletrônicos?

13. Suponha que você tem o número binário de 32 bits. Que operação e qual operador (em hexa) seria necessário para setar o 20 bits (da direita para esquerda) deste número?

14. Suponha que você tem dois números binários de 32 bits chamados B1 e B2. Que operações são necessários para obter um número binário onde seus primeiros 16 bits são os últimos 16 bits de B2 e seus últimos 16 bits são os primeiros de B1.

15. Em um dia como este você recebe um bilhetes de uma sociedade secreta misteriosa. Mas os rumores dizem que essa mensagem contém o segredo mágico para ser aprovado em qualquer disciplina do IBM. A mensagem é:

CAFECAFECAFECA

Após tentar diversas quantidades diferentes de cafeína que apenas resultaram em noites mal dormidas, você descobre que não leu bem o bilhete, estão lá mais informações:

a) Parte do segredo é “Sempre leia com atenção o enunciado”

b) A mensagem neste bilhete está em hexadecimal e foi codificada com uma operação de “OU EXCLUSIVO” usando a seguinte chave: 8FAD9EAB8EBF98

c) A mensagem original é codificada usando a tabela ASCII. Lembre-se que nesta tabela a letra A tem código 65 (em decimal) e as demais letras seguem-se na ordem.

Então, qual é o segredo?

16. Como podemos representar números muito grandes ou muito pequenos em um computador?

17. Como representamos uma imagem monocromática usando bits. Mostre um exemplo de uma imagem de 8 pixeis por 8 pixeis e faça sua representação binária.

18. Como podemos representar cores em imagens?

19. Como fazemos a digitalização de sons para sua representação binária?

 

Exercícios de Lógica

em breve!

 

Bibliografia

[1] Ciência da Computação, uma Visão Abrangente, 11ª Edição. J. Glenn Brookshear. Bookman, 2013.

[2] Máquinas Programáveis. Bruno Müller Junior. 2010 (cap I e III)

[3] TANENBAUM, Andrew. Sistemas operacionais modernos. Rio de Janeiro: LTC. 1999. Sistemas Operacionais: Projeto e Implementação, 3ª Edição. Andrew S. Tanenbaum, Albert S. Woodhull. Bookman, 2008.

[4] Redes e Sistemas de Comunicação de Dados. William Stallings. Campus Elsevier, 2005.

[5] Introdução à Ciência da Computação, 2ª Edição. Ricardo D. Fedeli, Enrico G. F. Polloni, Fernando E. Peres. Cengage, 2010.

[6] Introdução à Ciência da Computação. Fábio Mokarzel, Nei Soma. Campus Elsevier, 2008.

[7] Computer Science Unplugged Teachers' Edition em Português. Tim Bell, Ian H. Witten, Mike Fellows. Computer Science Unplugged, 2011.

[8] CARTER, Nicholas, Arquitetura de Computadores, Coleção Schaum, Ed. Bookman, 2003.

[9] Introdução a Lógica. https://www.academia.edu/3609595/Introducao_a_logica

[10] Um rápido curso de diagramas de Venn Euler para Lógica: http://webfacil.info/venn2/contven.htm