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 2 • 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 3 • Praticamente todas as áreas • Engenharias(todas) • Medicina • Geologia • Educação • Direito • Filosofia • Etc. Aplicações da Informática 4
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Introdu o Aplica es da - macx.xpg.com.br 1 .pdf · As primeiras Maquinas de computar Computar = Contar 9 çbaco ( ! 3500 a.C .) 10 ¥ John Na pier (1550-1617) ¥ Escoc s, inventor
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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
2
• 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
3
• Praticamente todas as áreas
• Engenharias(todas)
• Medicina
• Geologia
• Educação
• Direito
• Filosofia
• Etc.
Aplicações da Informática
4
O computadorConceitos e histórico
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• Computador
• Qual a sua definição?
• Histórico
• Como chegamos até o PC moderno??
Conceitos
6
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