Arquitetura de Computadores

140 

Loading....

Loading....

Loading....

Loading....

Loading....

Texto

(1)

FUNDAMENTOS E

ARQUITETURA DE

COMPUTADORES

Professor Me. Aparecido Vilela Junior

GRADUAÇÃO

Unicesumar

(2)

Reitor

Wilson de Matos Silva

Vice-Reitor

Wilson de Matos Silva Filho

Pró-Reitor de Administração

Wilson de Matos Silva Filho

Pró-Reitor de EAD

Willian Victor Kendrick de Matos Silva

Presidente da Mantenedora

Cláudio Ferdinandi

NEAD - Núcleo de Educação a Distância Direção Operacional de Ensino

Kátia Coelho

Direção de Planejamento de Ensino

Fabrício Lazilha

Direção de Operações

Chrystiano Mincoff

Direção de Mercado

Hilton Pereira

Direção de Polos Próprios

James Prestes

Direção de Desenvolvimento

Dayane Almeida

Direção de Relacionamento

Alessandra Baron

Gerência de Produção de Conteúdo

Juliano de Souza

Supervisão do Núcleo de Produção de Materiais

Nádila de Almeida Toledo

Coordenador de Conteúdo

Danillo Xavier Saes

Design Educacional

Rossana Costa Giani Fernando Henrique Mendes

Iconografia

Amanda Peçanha dos Santos Ana Carolina Martins Prado

Projeto Gráfico

Jaime de Marchi Junior José Jhonny Coelho

Arte Capa

André Morais de Freitas

Editoração

Thayla Daiany Guimarães Cripaldi

Revisão Textual

Jaquelina Kutsunugi Keren Pardini

Maria Fernanda Canova Vasconcelos Nayara Valenciano

Ilustração

Thayla Daiany Guimarães Cripaldi

Ficha catalográfica elaborada pelo bibliotecário João Vivaldo de Souza - CRB-8 - 6828

C397 CENTRO UNIVERSITÁRIO DE MARINGÁ. Núcleo de Educação a Distância; JUNIOR, Aparecido Vilela.

Fundamentos e Arquitetura de Computadores. Aparecido

Vilela Junior.

(Reimpressão revista e atualizada) Maringá-Pr.: UniCesumar, 2016. 140 p.

“Graduação - EaD”.

1. Computador. 2. Circuitos lógicos. 3. Software. 4. EaD. I. Título. ISBN 978-85-8084-351-4

CDD - 22 ed. 004.22 CIP - NBR 12899 - AACR/2 Ficha catalográfica elaborada pelo bibliotecário

(3)

Viver e trabalhar em uma sociedade global é um grande desafio para todos os cidadãos. A busca por tecnologia, informação, conhecimento de qualidade, novas habilidades para liderança e so-lução de problemas com eficiência tornou-se uma questão de sobrevivência no mundo do trabalho. Cada um de nós tem uma grande responsabilida-de: as escolhas que fizermos por nós e pelos nos-sos fará grande diferença no futuro.

Com essa visão, o Centro Universitário Cesumar – assume o compromisso de democratizar o conhe-cimento por meio de alta tecnologia e contribuir para o futuro dos brasileiros.

No cumprimento de sua missão – “promover a educação de qualidade nas diferentes áreas do conhecimento, formando profissionais cidadãos que contribuam para o desenvolvimento de uma sociedade justa e solidária” –, o Centro Universi-tário Cesumar busca a integração do ensino-pes-quisa-extensão com as demandas institucionais e sociais; a realização de uma prática acadêmica que contribua para o desenvolvimento da consci-ência social e política e, por fim, a democratização do conhecimento acadêmico com a articulação e a integração com a sociedade.

Diante disso, o Centro Universitário Cesumar al-meja ser reconhecida como uma instituição uni-versitária de referência regional e nacional pela qualidade e compromisso do corpo docente; aquisição de competências institucionais para o desenvolvimento de linhas de pesquisa; con-solidação da extensão universitária; qualidade da oferta dos ensinos presencial e a distância; bem-estar e satisfação da comunidade interna; qualidade da gestão acadêmica e administrati-va; compromisso social de inclusão; processos de cooperação e parceria com o mundo do trabalho, como também pelo compromisso e relaciona-mento permanente com os egressos, incentivan-do a educação continuada.

(4)
(5)

Seja bem-vindo(a), caro(a) acadêmico(a)! Você está iniciando um processo de transformação, pois quan-do investimos em nossa formação, seja ela pessoal ou profissional, nos transformamos e, consequente-mente, transformamos também a sociedade na qual estamos inseridos. De que forma o fazemos? Criando oportunidades e/ou estabelecendo mudanças capa-zes de alcançar um nível de desenvolvimento compa-tível com os desafios que surgem no mundo contem-porâneo.

O Centro Universitário Cesumar mediante o Núcleo de Educação a Distância, o(a) acompanhará durante todo este processo, pois conforme Freire (1996): “Os homens se educam juntos, na transformação do mundo”. Os materiais produzidos oferecem linguagem dialó-gica e encontram-se integrados à proposta pedagó-gica, contribuindo no processo educacional, comple-mentando sua formação profissional, desenvolvendo competências e habilidades, e aplicando conceitos teóricos em situação de realidade, de maneira a inse-ri-lo no mercado de trabalho. Ou seja, estes materiais têm como principal objetivo “provocar uma aproxi-mação entre você e o conteúdo”, desta forma possi-bilita o desenvolvimento da autonomia em busca dos conhecimentos necessários para a sua formação pes-soal e profissional.

Portanto, nossa distância nesse processo de cres-cimento e construção do conhecres-cimento deve ser apenas geográfica. Utilize os diversos recursos peda-gógicos que o Centro Universitário Cesumar lhe possi-bilita. Ou seja, acesse regularmente o AVA – Ambiente Virtual de Aprendizagem, interaja nos fóruns e en-quetes, assista às aulas ao vivo e participe das discus-sões. Além disso, lembre-se que existe uma equipe de professores e tutores que se encontra disponível para sanar suas dúvidas e auxiliá-lo(a) em seu processo de aprendizagem, possibilitando-lhe trilhar com tranqui-lidade e segurança sua trajetória acadêmica.

Diretoria Operacional de Ensino

Diretoria de

(6)

A

UT

OR

Professor Me. Aparecido Vilela Junior

Possui graduação em Técnologo em Processamento de Dados pela Universidade Estadual de Maringá - UEM (1990) e mestrado em Ciência da Computação pela Universidade Estadual de Maringá - UEM (2006). Atualmente é professor do Centro Universitário de Maringá,. Tem experiência na área de Ciência da Computação, com ênfase em Análise e Especificação de Sistemas, atuando principalmente no seguinte tema: engenharia de software, banco de dados e algoritmos.

(7)

APRESENTAÇÃO

FUNDAMENTOS E ARQUITETURA DE

COMPUTADORES

SEJA BEM-VINDO(A)!

Olá, amigo(a) aluno(a). Este é o livro de Fundamentos e Arquitetura de Computadores, que foi desenvolvido especialmente para você de forma a instruí-lo sobre o universo da Tecnologia de Informática em relação a sua arquitetura.

Meu nome é Aparecido Vilela Junior e fui o autor deste livro. Vou contar um pouco do meu DNA profissional a você!

Cursei a Universidade Estadual de Maringá (UEM), tendo me graduado no ano de 1991, ano em que iniciei a minha carreira profissional na área de TI, chegando até o cargo de Coordenador de Gestão e Sócio de uma empresa de Desenvolvimento.

Cursei três Pós-Graduações até que em 2007 finalizei o Mestrado em Ciências da Com-putação, também na Universidade Estadual de Maringá. Docente a mais de 18 anos e no CESUMAR desde 2010, onde atuo nos cursos presenciais tendo como uma das matérias Fundamentos e Arquitetura de Computadores.

Como não estamos estudando a minha vida pessoal, vamos passar ao Livro.

Nosso livro está dividido em CINCO UNIDADES e antes de entrarmos nas unidades em si, quero exemplificar a importância que a Fundamentação e Arquitetura de Computado-res tem em relação a TI, afinal este livro tem o objetivo de fornecer as bases necessárias para que você possa entender as matérias que serão estudadas e que servirão de alicer-ce para o exercício de sua futura profissão.

Olhando ao nosso redor, certamente notaremos a presença de diversos equipamentos eletrônicos, porém não teremos a visão mais aprofundada dos componentes/recursos e como ela utiliza-os. Devido a todo avanço tecnológico, hoje é impossível imaginar as nossas vidas sem esses recursos que fazem parte do nosso cotidiano.

Até a confecção e leitura deste livro faz parte desse avanço, onde utilizamos para isso softwares específicos capazes de permitir que isso se realize.

O primeiro questionamento que fazemos quando nos vemos diante de tanta tecnolo-gia é qual computador/periférico/software adquirir? E essa pergunta também ecoa no ambiente empresarial, qual máquina devo utilizar? As respostas a essas perguntas estão neste livro.

Existe uma grande lacuna entre o que é conveniente para as pessoas e o que conve-niente para computadores. As pessoas querem fazer X, mas os computadores só podem fazer Y, o que dá origem ao problema. O objetivo deste livro é explicar como esse pro-blema pode ser resolvido.

A Unidade I do livro abordará a História do Computador, as características pertencentes a cada uma dentro da sua Evolução.

Na Unidade II, iremos tratar do que o computador entende, ou seja, números. Abordare-mos as formas de representação que o computador trabalha, os bits, bytes e hexadeci-mais. Será também abordada a configuração e construção de circuitos lógicos.

(8)

APRESENTAÇÃO

Na Unidade III, a abordagem será sobre as Interfaces que o computador possui (Pa-ralela/Serial e USB), as formas de Entrada e Saída dos dados e também citar alguns dispositivos de Armazenamento Secundário.

Na Unidade IV, iremos abordar o computador internamente, ou seja, a CPU, os pro-cessadores, memórias e demais componentes que auxiliam a essa máquina fantás-tica.

A unidade V tratará dos softwares responsáveis pelo funcionamento do computa-dor: os Sistemas Operacionais. Também será abordado nesta unidade os tipos de software e aplicações.

Agora que foram apresentadas as unidades que serão estudadas, reafirmo que co-nhecer o Fundamento e a Arquitetura dos Computadores é essencial para as toma-das de decisão na vida pessoal e principalmente profissional.

(9)

SUMÁRIO

UNIDADE I

HISTÓRIA DO COMPUTADOR

15 Introdução

16 Gerações de Computadores 23 História dos Computadores 25 Tipos de Computadores 34 Considerações Finais

UNIDADE II

REPRESENTAÇÃO DE DADOS E CIRCUITOS LÓGICOS

39 Introdução 39 De Elétrons a Bits 40 Bit

41 Byte

42 Notação Posicional – Base Decimal 47 Conversão de Decimal Para Binário 48 Conversão Hexadecimal Para Binário 49 Conversão Binário para Hexadecimal 50 Circuitos Lógicos

51 Tabela-Verdade

52 Operação OR (‘Ou’) Com Porta Or 53 Porta OR

(10)

SUMÁRIO

53 Operação AND (‘E’) Com Porta AND 54 Porta AND

54 Operação NOT (‘Não’) ou Inversão 59 Considerações Finais

UNIDADE III

COMPONENTES DE UM COMPUTADOR

63 Introdução

63 Componentes de um Computador – Entrada e Saída 64 Barramento 66 Interrupções 67 Polling 68 Interfaces 72 Dispositivos de E/S 77 Equipamentos de Telecomunicações 79 Armazenamento Secundário 87 Considerações Finais UNIDADE IV

POR DENTRO DO COMPUTADOR

93 Introdução

(11)

SUMÁRIO

95 Por Dentro do Computador 103 Componentes da Memória 108 Processadores RISC 109 Processadores CISC

111 Processadores com Dois ou Mais Núcleos 112 Considerações Finais

UNIDADE V

SOFTWARE – SISTEMAS OPERACIONAIS E APLICATIVOS

117 Introdução

117 Software – Sistemas Operacionais E Aplicativos 119 MS-DOS

124 Softwares Aplicativos

125 Classificação dos Softwares Aplicativos 125 Software de Domínio Público

126 Categorias de Softwares 130 Montagem e Compilação 133 Considerações Finais

137 CONCLUSÃO 139 REFERÊNCIAS

(12)
(13)

UNID

ADE

I

Professor Me. Aparecido Vilela Junior

HISTÓRIA DO COMPUTADOR

Objetivos de Aprendizagem

■ Apresentar conceitos dos Computadores e componentes. ■ Diferenciar os computadores.

■ Descrever o Histórico das Gerações de Computadores.

Plano de Estudo

A seguir, apresentam-se os tópicos que você estudará nesta unidade: ■ Gerações de Computadores

■ A história dos Computadores ■ Tipos de Computadores

(14)
(15)

INTRODUÇÃO

Olá, caro(a) aluno(a)! Seja bem-vindo à estrutura dos computadores.

Nesta unidade, iremos trabalhar as bases necessárias para que você entenda a arquitetura dos computadores.

Abordaremos a História do Computador e a sua Evolução, desde os primór-dios (válvulas) até os tablets.

As gerações e os tipos de computadores serão abordados de forma que você entenda suas características e principais diferenças.

Podemos iniciar perguntando, o que é um Computador?

Um computador digital é uma máquina que pode resolver problemas para as pessoas executando instruções que lhe são dadas. Uma sequência de instru-ções que descreve como realizar certa tarefa é denominada programa.

Os circuitos eletrônicos de cada computador podem reconhecer e executar diretamente um conjunto limitado de instruções simples, e, para que os progra-mas possam ser executados, todos devem antes ser convertidos em instruções. Essas instruções básicas raramente são mais complicadas do que:

Somar dois números.

Verificar um número para ver se ele é zero.

Copiar dados de uma parte da memória do computador para outra. Juntando as instruções primitivas de um computador, formamos uma lingua-gem com as qual as pessoas podem se comunicar com ele, ou seja, a lingualingua-gem de máquina.

Os projetistas buscam fazer com que as instruções primitivas sejam o mais simples possível, coerentes com os requisitos de utilização e desempenho ide-alizados pelo computador, de modo a reduzir a complexidade e o custo da eletrônica necessária. Introdução Repr odução pr oibida. A rt . 184 do C ódigo P enal e L ei 9.610 de 19 de f ev er eir o de 1998. 14 - 15

(16)

Figura: Máquina diferencial de Babage Fonte: <http://www.biografiasyvidas.com/biografia/b/fotos/ babbage_2.jpg> HISTÓRIA DO COMPUTADOR Repr odução pr oibida. A rt. 184 do C ódigo P enal e L ei 9.610 de 19 de f ev er eir o de 1998. 16 - 17

I

GERAÇÕES DE COMPUTADORES

Os computadores inicialmente eram poderosas máquinas (até no tamanho), uti-lizadas como máquinas de calcular.

Durante a evolução do computador digital moderno, foram projetadas e construídas centenas de diferentes tipos de computadores. Os computadores em sua grande parte já foram esquecidos há muito tempo, mas alguns causa-ram um impacto significativo sobre ideias modernas. É sobre essa evolução que trataremos abaixo.

GERAÇÃO ZERO – COMPUTADORES MECÂNICOS (1642-1945)

A primeira pessoa a construir uma máquina de calcular operacional foi o cien-tista Blaise Pascal, em honra de quem a linguagem Pascal foi batizada. Projetado para ajudar seu pai (coletor de impostos do governo francês), era inteiramente mecânico, usava engrenagens e funcionava com uma manivela operada à mão, podendo efetuar apenas operações de adição e subtração.

Durante 150 anos nada de muito importante aconteceu, até que um professor de mate-mática da Universidade Cambridge, Charles Babbage (inventou também o velocímetro), projetou e construiu a máquina diferencial. Projetada para calcular tabelas de números úteis para a navegação naval, a caracterís-tica mais interessante da máquina diferencial era seu método de saída: ela perfurava seus resultados sobre uma chapa de gravação de cobre com uma punção de aço, prenunciando futuros meios de escrita única como cartões perfurados e CD-ROMS.

Mais tarde também criou a máquina analítica, que possui quatro componentes:

(17)

Gerações de Computadores Repr odução pr oibida. A rt . 184 do C ódigo P enal e L ei 9.610 de 19 de f ev er eir o de 1998. 16 - 17

a armazenagem (memória), o moinho (unidade de cálculo) a seção de entrada (leitora de cartões perfurados) e a seção de saída (saída perfurada e impressa). Tendo como seus grandes avanços a leitura de cartões perfurados e a execução das instruções ali contidas.

A era da eletrônica inicia a partir de Howard Aiken em 1944, que descobriu o trabalho de Babbage e decidiu construir com relés o computador de uso geral, a Mark I. A entrada e saída utilizavam fita de papel perfurada. Quando Aiken conclui o sucessor dessa máquina, a Mark II, os computadores de relés já esta-vam obsoletos. A era eletrônica tinha começado.

A PRIMEIRA GERAÇÃO – VÁLVULAS (1945-1955)

O estímulo para o computador eletrônico foi a Segunda Guerra Mundial. Durante a fase inicial da guerra, as instruções de comando eram enviadas aos submarinos alemães por rádio, que eram interceptadas, mas não decifradas, pois as mensa-gens eram codificadas utilizando um dispositivo denominado ENIGMA. Para decifrar uma mensagem dessas era preciso uma quantidade enorme de cálculos.

Nasce então o COLOSSUS em 1943 (primeiro computador eletrônico para decodificar essas mensagens), fruto dos laboratórios britânicos e do matemá-tico Alan Turing.

A guerra também afetou a computação nos Estados Unidos. O exército pre-cisava de tabelas de alcance para mirar sua artilharia pesada e produzia essas tabelas contratando centenas de mulheres para fazer os cálculos necessários.

Em 1943, John Mauchley e seu aluno de pós-graduação J. Presper Eckert pas-saram a construir um computador eletrônico ao qual deram o nome de ENIAC (Eletronic Numerical Integrator And Compute – integrador e computador numé-rico eletrônico). Consistindo de 18 mil válvulas e 1.500 relés, pesava 30 toneladas e consumia 140 quilowatts de energia. Em termos de arquitetura, a máquina tinha 20 registradores, cada um com capacidade para conter um número decimal de 10 algarismos. Sendo programado para com o ajuste de 6 mil interruptores mul-tiposição e com a conexão de uma imensa quantidade de soquetes.

(18)

HISTÓRIA DO COMPUTADOR Repr odução pr oibida. A rt. 184 do C ódigo P enal e L ei 9.610 de 19 de f ev er eir o de 1998. 18 - 19

I

Figura Interna do ENIAC, programando sua operação

Fonte:<http://t2.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcQQL2mU1EkXLuXrv44OGKBjL6oGQWJ8VEvqk-b0Oz97xFrGbC4VusQ>

Após isso, começam a trabalhar em seu sucessor, o EDVAC (Eletronic Discrete

Variable Automatic Compute).

John Von Newmann, matemático húngaro naturalizado norte-americano, propôs, nos anos 40 do século XX, um padrão de arquitetura de computadores que ainda hoje é seguido, sendo hoje em dia altamente pesquisada uma alter-nativa a esse padrão. Ainda não se tem de fato uma ideia que seja melhor que a desse cientista.

A máquina proposta por Von Neumann conta com os seguintes componentes: uma Memória, uma Unidade Aritmética e Lógica (ULA), uma Unidade Central de Processamento (UCP), composta por diversos Registradores, e uma Unidade de Controle (UC), cuja função é a mesma da tabela de controle da máquina de Turing Universal: buscar um programa na memória, instrução por instrução, e executá-lo sobre os dados.

Fonte:<http://t0.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcT5JVTYfTZfu8w66jU6qjduy2BBVqghTky0OyOo-QWF6Eyw0qjXkfA>

(19)

Gerações de Computadores Repr odução pr oibida. A rt . 184 do C ódigo P enal e L ei 9.610 de 19 de f ev er eir o de 1998. 18 - 19

A memória armazena dados e instruções de programas. A CPU é encarregada de buscar as instruções e dados da memória, executar as instruções e então armazenar os valores resultantes de volta na memória. Os dispositivos de entrada (tais como teclado, mouse e microfone) e dispositivos de saída (tais como a tela, alto-falantes e impressora) possibilitam a interação com o usuário, permitindo que as pessoas forneçam entradas e exibindo dados, instruções e os resultados das computações.

Enquanto tudo isso estava acontecendo, a IBM era uma pequena empresa dedicada ao negócio de produzir perfuradoras de cartões e máquinas mecâni-cas de classificação de cartões.

Em 1958, a IBM iniciou a produção de sua última máquina de válvulas. A SEGUNDA GERAÇÃO – TRANSISTORES (1955-1965)

O transistor foi inventado no Bell Labs em 1948, por John Bardeen, Walter Brattain e William Shockley, pelo qual receberam o Prêmio Nobel de Física em 1956. Em 10 anos o transistor revolucionou os computadores e, ao final da década de 50, os computadores de válvulas estavam obsoletos.

O nome transistor foi derivado de sua “função”, que era ser um resistor de transferência, que em inglês, é escrito como transfer resistor.

O transistor foi descoberto durante alguns estudos de superfícies em torno de um diodo de ponto de contato. O mais incrível nessa descoberta é o fato de que esta (a descoberta) foi acidental, uma vez que os laboratórios estavam pro-curando um dispositivo de estado sólido equivalentes à válvula eletrônica.

Os transistores eram muito menores do que as válvulas a vácuo e tinham numerosas outras vantagens: não exigiam tempo de pré-aquecimento, consumiam menos energia, geravam muito menos calor e eram mais rápidos e confiáveis.

Outro desenvolvimento importante que surgiu nessa geração foi a mudança da linguagem de máquina para as linguagens assembly, também chamadas de linguagens simbólicas.

Depois do desenvolvimento das linguagens simbólicas, vieram as linguagens de alto nível como, por exemplo, FORTRAN (1954) e COBOL (1959).

(20)

©shutterstock HISTÓRIA DO COMPUTADOR Repr odução pr oibida. A rt. 184 do C ódigo P enal e L ei 9.610 de 19 de f ev er eir o de 1998. 20 - 21

I

e organizações governamentais. Não havia chegado ao público em geral. A parte real da evolução estava prestes a iniciar.

A TERCEIRA GERAÇÃO – CIRCUITOS INTEGRADOS (1965-1980)

Um dos elementos mais abundantes na crosta terrestre é o silício, uma subs-tância não metálica encontrada na areia da praia, bem como em praticamente todas as rochas e argilas. Circuitos Integrados são feitos de silício porque esse é um semicondutor.

Um circuito integrado (CI) é um circuito eletrônico completo por um pequeno chip de silício. Em 1965 os CIs começaram a substituir os transistores nos computadores.

A invenção do circuito integrado de silício por Robert Noyce em 1958 per-mitiu que dezenas de transistores fossem colocados em um único chip. Esse empacotamento possibilitava a construção de computadores menores mais rápidos e mais baratos do que seus precursores transistorizados. Alguns dos componen-tes mais significativos dessa geração são descritos a seguir.

Os chips passam a ser considerados um avanço em termos de geração porque tinham características desejáveis: confiabilidade, tamanho reduzido e custo baixo.

Técnicas de produção em grandes volumes tornaram possível a manufatura de circuitos integrados baratos.

O início da terceira gera-ção foi anunciado pela série IBM 360 (que recebeu esse nome em função de um cír-culo completo de serviço – 360 graus) em 1964.

Iniciava também o uso do computador para a área comercial. O Sistema Operacional tornou-se mais sofisticado durante a terceira

(21)

©shutterstock Gerações de Computadores Repr odução pr oibida. A rt . 184 do C ódigo P enal e L ei 9.610 de 19 de f ev er eir o de 1998. 20 - 21

geração. Diversos programas podiam ser executados no mesmo intervalo de tempo, compartilhando recursos do computador.

A QUARTA GERAÇÃO – MICROPROCESSADOR E INTEGRAÇÃO EM ESCALA MUITO GRANDE (1980-?)

Na década de 1970, os computadores ganharam drasticamente em termos de velocidade, confiabilidade e capacidade de armazenamento, mas o ingresso na quarta geração foi evolucionário.

A quarta geração foi uma extensão da tecnologia de terceira geração. Na primeira parte da terceira geração, desenvolveram-se chips especializados para memória e lógica de computador. Na segunda parte, o processador de uso geral em um único chip, também conhecido como microprocessador, que se tornou comercialmente disponível em 1971.

Em nenhum outro lugar o alcance da potência do computador é mais patente do que no uso do microprocessador. Além das aplicações comuns em reló-gios digitais, calculadoras de bolso e computadores pessoais, você pode esperar encontrá-lo virtualmente em todas as máquinas domésticas ou de escritórios: carros, máquinas copiadoras, aparelhos de televisão, máquinas de fazer pão etc.

Na década de 1980, a VLSI (Very Large Scale Integration – integração em escala muito grande) tinha possibilitado colocar primeiro dezenas de milhares, depois centenas de milhares e, por fim, milhões de

transisto-res em um único chip. Esse desenvolvimento logo levou a computadores menores e mais rápidos.

Agora a geração era dos computadores pesso-ais. Apple, IBM foram os pioneiros. A Apple com o Macintosh, o primeiro computador que vinha com uma GUI (Graphical User Interface – Interface Gráfica de Usuário), semelhante a agora popular interface Windows.

Esse primeiro mercado do computador pessoal levou ao desejo até então inaudito por computadores pessoais.

(22)

HISTÓRIA DO COMPUTADOR Repr odução pr oibida. A rt. 184 do C ódigo P enal e L ei 9.610 de 19 de f ev er eir o de 1998. 22 - 23

I

32 bits. Então, a DEC apareceu com seu revolucionário Alpha de 64 bits, uma verdadeira máquina RISC de 64 bits, cujo desempenho ultrapassava por grande margem o de todos os outros computadores pessoais.

Seu sucesso foi modesto, mas quase uma década se passou antes que as máquinas de 64 bits começassem a ter grande sucesso e, na maior parte das vezes, como servidores top de linha.

Os computadores atuais são 100 vezes menores que os da primeira geração, e um único chip é bem mais poderoso do que o ENIAC.

A QUINTA GERAÇÃO – COMPUTADORES INVISÍVEIS

Em 1981, o governo japonês anunciou que estava planejando gastar 500 milhões de dólares para ajudar empresas japonesas a desenvolver computadores de quinta geração que seriam baseados em inteligência artificial e representariam um salto quântico em relação aos computadores “burros” da quarta geração.

A despeito do grande barulho, o projeto japonês fracassou e foi abando-nado sem alarde.

A quinta geração aconteceu, mas de modo inesperado: os computadores encolheram. O Newton da Apple mostrou que um computador podia ser cons-truído dentro de um invólucro que não era maior que um tocador de fitas cassete portátil. O Newton usava a escrita à mão para entrada do usuário, o que pro-vou ser um grande obstáculo, mas nas máquinas posteriores dessa classe, agora denominadas PDAs (Personal Digital Assistants), aprimoraram as interfaces de usuário e tornaram-se muito populares. Muitas dessas têm quase ou até maior a capacidade de computação que computadores pessoais de alguns anos atrás.

Ainda mais importantes são os computadores “invisíveis” embutidos em eletrodomésticos, relógios, cartões bancários e diversos outros dispositivos (BECHINI et al., 2004).

Esses processadores permitem maior funcionalidade e custo mais baixo em uma ampla variedade de aplicações.

(23)

Assista à história do computador acessando o vídeo:

<http://www.youtube.com/watch?v=rtfUMyqzB-4&feature=related>.

História dos Computadores

Repr odução pr oibida. A rt . 184 do C ódigo P enal e L ei 9.610 de 19 de f ev er eir o de 1998. 22 - 23

HISTÓRIA DOS COMPUTADORES

A indústria de computadores está avançando como nenhuma outra. Com a capa-cidade dos fabricantes de chips de aplicarem cada vez mais pacotes de transistores por chip todo ano, a matemática é simples, quanto mais transistores temos em contrapartida memórias maiores e processadores mais poderosos.

Computadores pessoais são as máquinas das quais você “pode se aproximar mais”, seja você um amador ou um profissional. Não há nada como ter seu pró-prio computador pessoal.

A lei de Moore ficou bastante conhecida em relação à computação. Relata que o número de transistores dobra a cada 18 meses, o que equivale a um aumento de 60% do número de transistores por ano.

A lei de Moore criou o que os economistas chamam de círculo virtuoso. Progressos na tecnologia (transistores/chips) levam a melhores produtos e pre-ços mais baixos. Prepre-ços mais baixos levam a novas aplicações.

Para ajudar esse raciocínio, traçaremos uma cronologia representada pelos tipos de computadores.

APPLE ABRINDO O CAMINHO

O primeiro computador pessoal disponível ao público foi o MITS Altair, pro-duzido em 1975. Era uma máquina espetacular, carregada de chaves e botões, mas sem nenhum teclado ou tela.

Foram necessários dois adolescentes, Steve Jobs e Steve Wozniak, para pren-der a imaginação do público com o primeiro computador Apple.

(24)

HISTÓRIA DO COMPUTADOR Repr odução pr oibida. A rt. 184 do C ódigo P enal e L ei 9.610 de 19 de f ev er eir o de 1998. 24 - 25

I

O primeiro computador Apple, o Apple I, não foi um sucesso comercial: o Apple II é que deu estabilidade aos primeiros anos da companhia.

A combinação do Apple II e do software de planilha eletrônica denominado VisiCalc que chamou a atenção da comunidade de negócios e impulsionou os computadores pessoais para o local de trabalho.

PADRÃO IBM-PC

A IBM após anunciar seu primeiro computador, no início da década de 1980, avançou para capturar a maior fatia de mercado em apenas 18 meses. O mais importante ainda é que sua máquina tornou-se padrão para as outras indústrias.

A máquina IBM incluía inovações como, por exemplo, uma linha de tela de 80 caracteres, um teclado com maiúsculas e minúsculas e a possibilidade de acrescentar memória.

A IBM oferecia slots de expansão internos para que os fabricantes de equi-pamentos periféricos pudessem construir acessórios para o PC IBM.

A IBM fornecia esquemas de hardware e listagens de software para empre-sas que quisessem devolver produtos em conjunto com o novo PC. Muitos dos novos produtos aceleraram a demanda pela máquina IBM. Diversas empresas surgiram apenas para prover suporte ao IBM PC.

Os computadores pessoais, compatíveis com IBM, agora dominam o mer-cado, deixando a IBM com uma fatia de mercado pequena em comparação ao seu sucesso original.

PADRÃO MICROSOFT/INTEL

Na história da indústria de computadores, o destaque era a mudança do har-dware. Entretanto, os usuários de computador pessoal agora se concentram mais na tremenda variedade de software. A força predominante em termos de sof-tware de computador pessoal é a Microsoft Corporation.

(25)

Tipos de Computadores Repr odução pr oibida. A rt . 184 do C ódigo P enal e L ei 9.610 de 19 de f ev er eir o de 1998. 24 - 25

um microprocessador da Intel Corporation: essa potente combinação, apelidada de Wintel, tornou-se a força predominante nas vendas de computadores pessoais.

TIPOS DE COMPUTADORES

Os ganhos concedidos pela lei de Moore podem ser usados de vários modos. Um deles é construir computadores cada vez mais poderosos a preço constante. Uma outra abordagem é construir o mesmo computador por uma quantia de dinheiro cada vez menor a cada ano.

A indústria dos computadores, além de efetuar ambas as coisas, criou uma ampla variedade de computadores disponíveis agora. Uma categorização dos computadores (isso existe para que não achemos que um desktop é um servi-dor, e vice-versa).

Alguns tipos de computadores podem ser observados na tabela abaixo.

Tipo Preço (US$) Exemplo de Aplicação

Computador Descartável 0,5 Cartões de felicitação

Microcontrolador 5 Relógios, carros, eletrodomésticos

Computador de Jogos 50 Videogames domésticos

Computador Pessoal 500 Computadores de mesa ou notebook

Servidor 5 K Servidor de Rede

Conjunto de Estações de trabalho 50 – 500 K Minissupercomputador departamental

Mainframe 5 M Processamento de dados em bloco em um banco

(26)

©shutterstock ©http://static.hsw.com.br/gif/microcontroller-ch.jpg HISTÓRIA DO COMPUTADOR Repr odução pr oibida. A rt. 184 do C ódigo P enal e L ei 9.610 de 19 de f ev er eir o de 1998. 26 - 27

I

COMPUTADORES DESCARTÁVEIS

Na extremidade inferior desse tipo, encontramos um chip colado na parte interna de um cartão de congratulações.

O desenvolvimento mais importante na área dos com-putadores descartáveis é o chip RFID (Radio Frequency

IDentification – identificação por radiofrequência). São chips com menos de 0.5

mm de espessura que contêm um minúsculo radio transponder e um número de 128 bits embutido.

Algumas utilizações: código de barras de produtos. Já foram feitos testes expe-rimentais nos quais os fabricantes anexaram chips RFID (em vez de código de barras) a seus produtos à venda em lojas. O processo agora nas vendas é levar o carrinho de compras para fora da loja, onde cada produto se identifica, o cliente também pode ser identificado por um chip embutido em seu cartão (fim das filas maçantes) e um controle maior visto que com 128 bits cada produto pode ser único com seu lote, data de vencimento etc.

Outra utilização estudada: rastreamento de veículos, sistema de transporte de bagagens aéreas, transporte de encomendas.

A tecnologia usada em chips RFID está se desenvolvendo rapidamente. Os menores são passivos (não têm alimentação interna), apenas transmitindo seus números exclusivos quando consultados. Os maiores podem conter uma pequena bateria e um computador primitivo, e são capazes de fazer alguns cálculos. Os

smart cards usados em transações financeiras estão nessa categoria.

MICROCONTROLADORES

Computadores que estão embutidos em dispositivos que não são vendidos como computadores. Os computadores embuti-dos, às vezes denominados microcontroladores, gerenciam os dispositivos e manipulam a interface de usuário. São encon-trados em grande variedade de aparelhos diferentes, entre eles, os seguintes:

(27)

Tipos de Computadores Repr odução pr oibida. A rt . 184 do C ódigo P enal e L ei 9.610 de 19 de f ev er eir o de 1998. 26 - 27

Eletrodomésticos (rádio relógio, máquina de lavar, secadora, forno de micro--ondas, alarme antifurto).

1. Aparelhos de comunicação (telefone sem fio, telefone celular, fax). 2. Periféricos de Computadores (impressora, scanner, modem, drive de

CD-ROM).

3. Equipamentos de entretenimento (VCR, DVD, aparelho de som, MP3 player, transdutores de TV).

4. Aparelhos de reprodução de imagens (TV, câmera digital, fotocopiadora). 5. Equipamentos médicos (raios-X, MRI (ressonância magnética),

moni-tor cardíaco, termômetro digital).

6. Sistema de armazenamentos militares (míssil teleguiado, ICBM (míssil balístico intercontinental), torpedo).

7. Dispositivos de vendas (máquina de venda automática, caixa eletrônico (ATM), caixa registradora).

8. Brinquedos (bonecas que falam, consoles de jogos, carros com radio-controle).

Um carro hoje poderia facilmente conter 50 microcontroladores que executam subsistemas, como freio, antitravamento, injeção de combustível, rádio e GPS.

Uma família poderia ter facilmente centenas de computadores sem saber. Dentro de alguns anos, praticamente tudo o que funciona por energia elétrica ou baterias conterá um microcontrolador.

Minicontroladores são computadores pequenos, mas completos, contendo um processador, memória e capacidade de E/S (entrada e saída realizada por botões e interruptores).

Os microcontroladores de uso geral apresentam importantes diferenças em relação aos PCs.

a. Custo: os preços variam muito dependendo de quantos bits tem, de quanta memória tem, e de que tipo é a memória, além de outros fatores.

(28)

A evolução dos computadores, da informática e internet, por meio do vídeo: <http://www.youtube.com/watch?v=vtVxC9ocEu4>. HISTÓRIA DO COMPUTADOR Repr odução pr oibida. A rt. 184 do C ódigo P enal e L ei 9.610 de 19 de f ev er eir o de 1998. 28 - 29

I

resposta instantânea. A necessidade de funcionar em tempo real costuma causar impacto na arquitetura.

c. Sistema embutido: limitações físicas em termos de tamanho, peso, con-sumo de bateria e outras limitações elétricas e mecânicas.

COMPUTADORES DE JOGOS

Máquinas de videogames. São computadores normais, com recursos gráficos espe-ciais e capacidade de som, mas software limitado e pouca capacidade de extensão. A história nos mostra que os primeiros começaram como CPUs de baixo valor para jogos simples, como pingue-pongue em aparelhos de televisão e com o passar dos anos evoluíram para sistemas mais poderosos, rivalizando com o desempenho de computadores pessoais e até ultrapassando esse desempenho em certas dimensões (por exemplo, o PS3 que tem seu núcleo utilizado como servidor, devido ao seu alto desempenho).

As principais diferenças entre uma máquina de jogos e PC não está tanto na CPU, mas no fato de que máquinas de jogos são sistemas fechados e talvez o mais importante é que as máquinas de jogos são cuidadosamente otimizadas para uma área de aplicação: jogos de alta interatividade em 3-D com alta qua-lidade de áudio estéreo.

As mesmas empresas que fabricam as principais máquinas de jogos tam-bém produzem máquinas de jogos portáteis, que são alimentadas por baterias e estão mais próximas dos sistemas embutidos que já discutimos do que dos com-putadores pessoais.

(29)

Tipos de Computadores Repr odução pr oibida. A rt . 184 do C ódigo P enal e L ei 9.610 de 19 de f ev er eir o de 1998. 28 - 29 COMPUTADORES PESSOAIS

O termo “computadores pessoais” abrange computadores de mesa e notebooks. Costumam vir equipados com gigabytes de memória e um disco rígido, um drive de CD-ROM/DVD, interface de rede, monitor de alta resolução e outros periféricos.

Têm sistema operacional elaborado, muitas opções de expansão e uma imensa faixa de softwares disponíveis.

O núcleo (“coração”) de todo computador pessoal é uma placa de circuito impresso que está no fundo da caixa (gabinete). Em geral essa placa contém a CPU, memória, vários dispositivos de E/S (como um chip de som), bem como as interfaces para teclado, mouse, disco, rede etc., e alguns encaixes (slots) de expansão.

Notebooks são basicamente PCs em uma embalagem menor e utilizam os mesmos componentes de hardware, mas em tamanho menores. Também exe-cutam os mesmos softwares que os PCs de mesa.

Outro tipo de máquina estreitamente relacionado são os PDAs. Embora sejam menores que o notebook, cada um tem uma CPU, memória, teclado, visor e a maioria das outras características de um computador pessoal em miniatura.

(30)

©shutterstock ©shutterstock HISTÓRIA DO COMPUTADOR Repr odução pr oibida. A rt. 184 do C ódigo P enal e L ei 9.610 de 19 de f ev er eir o de 1998. 30 - 31

I

SERVIDORES

Computadores pessoais reforçados ou estações de tra-balho são muito usados como servidores de rede, tanto em redes locais (em geral dentro de uma empresa) quanto na Internet. Os servidores vêm em configu-rações com um único processador e com múltiplos processadores, tem gigabytes de memória, centenas de gigabytes de espaço de disco rígido e capacidade de rede mais rápida.

Executam os mesmos sistemas operacionais que os computadores pessoais, com alguma variação (principalmente segurança).

CONJUNTO DE ESTAÇÕES DE TRABALHO

Devido às melhorias quase contínuas na relação preço/desempenho de estações de trabalho e computadores pessoais, nos últimos anos os projetistas de sistemas começaram a conectar grandes números deles para formar os Clusters (COWs – Clusters of Workstations).

Os clusters consistem em PCs ou estações de trabalho padrão conectados por redes de gigabytes que executam software especial, permitindo que todas as máquinas trabalhem juntas em um único problema, muitas vezes científico ou de engenharia.

(31)

©shutterstock Tipos de Computadores Repr odução pr oibida. A rt . 184 do C ódigo P enal e L ei 9.610 de 19 de f ev er eir o de 1998. 30 - 31

O principal acréscimo é a capacidade de trabalho em rede de alta veloci-dade, com um conjunto de máquinas que podem chegar até milhares. O fator limitador é a verba disponível, devido ao baixo preço por componente, agora departamentos individuais podem ter essas máquinas.

Outra utilização de um COW é como um servidor Web de Internet. Quando um site espera receber milhares de requisições por minuto para suas páginas, a solução mais econômica costuma ser um aglomerado com centenas e até milha-res de servidomilha-res (essa utilização normalmente é denominada Server farm).

MAINFRAMES

Computadores que ocupam uma sala e nos fazem voltar à década de 1960. A maioria é descendente direta dos mainframes IBM 360 adquiridos há décadas.

A maioria não é muito mais rápida do que servidores de grande potência, mas sempre têm mais capacidade de E/S e costuma ser equipada com vastas coleções de discos que contêm normalmente milhares de gigabytes de dados.

Embora caros, são mantidos principalmente pelo alto investimento em sof-tware, dados, procedimentos de operação e pessoal que representam.

Ocasionou o problema do Ano 2000, causado pelos programadores COBOL nas décadas de 60 e 70, porque representavam o ano com 2 algarismos (dígitos) decimais para economizar memória. Eles

nunca imaginaram que seus softwares durariam três ou quatro décadas.

Além de sua utilização para executar software herdado de 30 anos de exis-tência, a Internet deu um fôlego a esses mainframes. Ela achou um novo nicho, como poderosos servidores de Internet, por exemplo, porque podem manipular quantidades maciças de transações de

(32)

Fonte: <http://info.abril.com.br/noticias/blogs/geek-list/files/2010/04/01-Jaguar-Cray1.jpg> HISTÓRIA DO COMPUTADOR Repr odução pr oibida. A rt. 184 do C ódigo P enal e L ei 9.610 de 19 de f ev er eir o de 1998. 32 - 33

I

SUPERCOMPUTADORES

Possuíam CPUs extremamente rápidas, muito gigabytes de memória principal e discos e redes muito velozes. Eram usados para cálculos maciços nas áreas científicas e de engenharia, como a simulação de colisão de galáxias, a síntese de novos medicamentos ou a modelagem do fluxo ao redor da asa de um avião.

O supercomputador acima é o XT Jaguar, fabricado pela Cray. O todo-po-deroso está instalado em solo americano, no laboratório Oak Ridge National, em Tennessee, e roda um sistema baseado em Linux.

Os cientistas usam os seus 224.162 núcleos de processamento para gerar uma potência de 1.750 teraflops de processamento e pesquisar temas relaciona-dos à geração de energia limpa, entre outras coisas.

Contudo, nos últimos anos os COWS passaram a oferecer a mesma capacidade de computação a preços muito mais baixos, e os verdadeiros supercomputado-res agora são uma raça em extinção.

(33)

©shuterstock ©shuterstock Tipos de Computadores Repr odução pr oibida. A rt . 184 do C ódigo P enal e L ei 9.610 de 19 de f ev er eir o de 1998. 32 - 33

Computadores pequenos e leves. Com suas capacidades se comparando às dos compu-tadores de mesa:

Em relação ao processamento e memória, têm performance e desempenho similares.

A maioria tem disco rígido e uma uni-dade de CD-ROM. Tipicamente, mais caros do que um computador de mesa equivalente.

TABLET

Dispositivo pessoal que se assemelha ao formato de uma prancheta, podendo ser utilizado para acesso à Internet, leitura de livros, jornais e revistas, jogos.

Atualmente apresenta uma tela touchscreen (tela sensível ao toque), que é o dispositivo principal de entrada.

Suas funcionalidades são acionadas pelas pontas dos dedos ou uma caneta. É um novo conceito, e embora possua diversas funcionalidades, não deve ser igualado a um computador completo.

Os tablets possuem um Sistema Operacional feito para eles (por exemplo, o Ipad2 – Apple e o Galaxy Tab – Samsung), ao invés de utilizar o mesmo sistema operacional do computador.

A popularização deste tipo de compu-tador começa a se dar com o lançamento do Ipad da Apple.

(34)

As empresas que não tiverem seu site/aplicativo nos próximos anos não te-rão sucesso no mercado!

Assista ao vídeo sobre a história e evolução no site do museu do computador:

<http://www.museudocomputador.com.br/>. HISTÓRIA DO COMPUTADOR Repr odução pr oibida. A rt. 184 do C ódigo P enal e L ei 9.610 de 19 de f ev er eir o de 1998. 34 - 35

I

CONSIDERAÇÕES FINAIS

Esta unidade foi de importância fundamental para que você se familiarizasse com os computadores, seu conceito, suas gerações.

Além do mais, entender o computador é importante NÃO apenas para a sua vida profissional, mas também para a vida pessoal, para saber quais decisões tomar em relação à aquisição e necessidades que possam surgir desta.

Em suma, agora, passado o estudo dessa unidade, você será capaz de enten-der como foi a evolução dos computadores até chegar aos atuais, que você está neste momento utilizando para fazer o seu curso.

(35)

34 - 35 34 - 35

1. Você interage com o computador no seu dia a dia. Defina-o!

2. Os RFID’s (citados no tópico computadores invisíveis) definem uma nova aborda-gem, principalmente as etiquetas. Na sua cidade, quais os ramos de estabeleci-mentos comerciais que poderiam utilizar o RFID e como poderiam ser utilizados além de etiquetas?

3. Na evolução, chegamos aos smartphones e tablets. Cite necessidades que podem ser atendidas com essa tecnologia e o que seria utilizado para atendê-las nos lo-cais que você frequenta.

4. O que significou a padronização do IBM-PC 360 para os fabricantes e para a evo-lução dos computadores?

(36)

MATERIAL COMPLEMENTAR

HISTÓRIA DO COMPUTADOR Introdução à informática

CAPRON, H. L.; JOHNSON, J. A.; SANTOS, José Carlos Barbosa dos

Editora: Pearson Prentice Hall

Fundamentos de arquitetura de computadores

WEBER, Raul Fernando

Editora: Bookman

Computadores digitais/2

VERDE, Raul. . Lisboa

Editora: Dinalivro

Fundamentos de sistemas operacionais

SILBERSCHATZ, Abraham; GALVIN, Peter Baer; GAGNE, Greg

(37)

UNID

ADE

II

Professor Me. Aparecido Vilela Junior

REPRESENTAÇÃO DE DADOS

E CIRCUITOS LÓGICOS

Objetivos de Aprendizagem

■ Cobrir os métodos mais comuns que os sistemas de computadores utilizam para representar dados e como as operações aritméticas são executadas sobre estas representações.

■ Fazer distinção entre representações digitais e analógicas.

■ Estudar como os bits (dígitos binários) são representados por sinais elétricos. ■ Verificar a representação dos dados internamente (padrão de bits e sinal

elétrico).

■ Descrever como a informação pode ser representada usando apenas dois estados (1 e 0).

■ Converter um número binário em seu equivalente decimal.

■ Reconhecer as características básicas do sistema de numeração binário. ■ Conhecer uma tabela-verdade.

■ Criar circuitos lógicos.

Plano de Estudo

A seguir, apresentam-se os tópicos que você estudará nesta unidade: ■ Representação Numérica

■ Bit e Byte

■ Notação Posicional Base 10 e Base 2Conversão Decimal x Binário ■ Conversão Binário x Decimal

■ Conversão para Hexadecimal ■ Tabela-Verdade

(38)
(39)

Introdução Repr odução pr oibida. A rt . 184 do C ódigo P enal e L ei 9.610 de 19 de f ev er eir o de 1998. 38 - 39

INTRODUÇÃO

Olá, querido(a) acadêmico(a)! Nesta unidade, iremos estudar a representa-ção numérica que os computadores trabalham, passeando pelos bits, bytes e hexadecimais.

É importante sabermos que o computador entende somente números e por isso a sua introdução neste mundo interno da comunicação dos computadores.

Esta unidade também vai tratar da construção de circuitos lógicos, circuitos esses que são usados em circuitos eletrônicos, por causa das situações que os sinais deste tipo de circuito podem apresentar de sinal, presença de sinal (1) e ausên-cia de sinal (0), por isso a necessidade e a importânausên-cia desta unidade, no livro.

DE ELÉTRONS A BITS

Os computadores modernos são sistemas digitais (vimos isso na unidade ante-rior), o que significa que eles interpretam os sinais elétricos como possuindo um conjunto de valores discretos, ao invés de quantidades analógicas. Ao mesmo tempo em que isto aumenta o número de sinais necessários para transportar uma determinada quantidade de informação ,facilita o armazenamento de informa-ções e faz com que os sistemas digitais sejam menos sujeitos a ruídos elétricos do que os analógicos.

A convenção de sinais de um sistema digital determina como os sinais elé-tricos analógicos são interpretados como valores.

Cada sinal carrega um de dois valores, dependendo do nível de tensão do sinal. Tensões baixas são interpretadas como 0 e tensões altas são interpreta-das como 1.

(40)

REPRESENTAÇÃO DE DADOS E CIRCUITOS LÓGICOS Repr odução pr oibida. A rt. 184 do C ódigo P enal e L ei 9.610 de 19 de f ev er eir o de 1998. 40 - 41

II

REPRESENTANDO AS INFORMAÇÕES

Toda informação introduzida em um computador (sejam dados que serão pro-cessados ou instruções de um programa) precisa ser estendida pela máquina, para que possa interpretá-la e processá-la.

O computador, sendo um equipamento eletrônico, armazena e movimenta as informações internamente sob forma eletrônica; esta pode ser um valor de voltagem ou corrente (na memória secundária as informações são armazenadas sob forma magnética ou ótica).

Considerando que é muito mais simples e confiável projetar um circuito capaz de gerar e manipular o menor número possível de valores distintos, optou-se por uma máquina binária, isto é, capaz de entender apenas dois valores: 0 e 1. Dessa forma, os computadores digitais são totalmente binários. Toda informa-ção introduzida em um computador é convertida para a forma binária, mediante o emprego de um código qualquer de armazenamento.

BIT

A menor unidade de informação armazenável em um computador é o algarismo binário ou dígito binário, conhecido como bit (BInary DigiT). O bit pode ter, então, somente dois valores: 0 e 1.

O bit pouco pode representar isoladamente; por essa razão, as informações manipuladas por um computador são codificadas em grupos ordenados de bits, de modo a terem um significado útil.

(41)

Byte Repr odução pr oibida. A rt . 184 do C ódigo P enal e L ei 9.610 de 19 de f ev er eir o de 1998. 40 - 41

BYTE

A maioria dos microcomputadores manipula e armazena informações e dados binários em grupos de 8 bits. Por isso, a sequência de 8 bits recebe um nome especial: ela é denominada byte. Um byte é constituído sempre de 8 bits e pode representar quaisquer tipos de dados ou informações.

O menor grupo ordenado de bits representando uma informação útil para o ser humano é o caractere.

Qualquer caractere a ser armazenado em um sistema de computação é con-vertido em um conjunto de bits previamente definido para o referido sistema.

Cada sistema poderá definir como (quantos bits e como se organizam) cada conjunto de bits irá representar um determinado caractere. Dentre eles, pode-mos citar:

BCD – Binary Code Decimal – grupo de 6 bits/caractere, permitindo a codi-ficação de 64 caracteres (praticamente não é mais empregado).

EBCDIC – Extend Binary Coded Decimal Interchange Code – exclusivo da IBM – grupo de 8 bits permitindo a codificação de 256 símbolos diferentes.

ASCII – Americam Standard Code for Information Interchange – usado pelos demais fabricantes, com 8 bits, desenvolvido para aplicações com os microcom-putadores de 16 bits (IBM-PC e compatíveis).

É costume, no mercado, construírem memórias cujo acesso, armazenamento e recuperação de informações são efetuados byte a byte (ou caractere a carac-tere). Por essa razão, em anúncios de computadores, menciona que ele possui “2Gbytes de memória”.

Como os computadores são binários, todas as indicações numéricas refe-rem-se à potência de 2, e, por essa razão, o K representa 1.024 unidades (décima potência de 2 ou 210). A tabela a seguir relaciona as medidas de armazenamento

(42)

REPRESENTAÇÃO DE DADOS E CIRCUITOS LÓGICOS Repr odução pr oibida. A rt. 184 do C ódigo P enal e L ei 9.610 de 19 de f ev er eir o de 1998. 42 - 43

II

Quantidade de Bytes Valor Aproximado Nome

10 2 = 1.024 B 1.000 B 1 kB – KILOBYTE 20 2 = 1.048.576 B 1.000.000 B = 1.000 kB 1 MB – MEGABYTE 30 2 = 1.073.741.824 B 1.000.000.000 B = 1.000 MB 1 GB – GIGABYTE 40 2 = 1.099.511.627.776 B 1.000.000.000.000 B = 1.000 GB 1 TB – TERABYTE 50 2 = 1.125.899.906.842.624 B 1.000.000.000.000.000 B = 1.000 TB 1 PB – PETABYTE 60 2 = 1.152.921.504.606.846.976 B 1.000.000.000.000.000. 000 B = 1.000 PB 1 EB – EXABYTE 70 2 = 1.180.591.620.717.411.303.424 B 1.000.000.000.000.000.000.000 = 1.000 EB 1 ZB = ZETABYTE 80 2 = 1.208.925.819.614.629.174.706.176 1.000.000.000.000.000.000.000.000 = 1.000 ZB 1 YB = YOTTABYTE Fonte: o autor

NOTAÇÃO POSICIONAL – BASE DECIMAL

Desde os primórdios da civilização, o homem vem adotando formas e métodos específicos para representar números, tornando possível, com eles, contar obje-tos e efetuar operações aritméticas (soma, subtração etc.).

A forma mais empregada de representação numérica é chamada notação posicional. Nela, os algarismos componentes de um número assumem valo-res diferentes, dependendo de sua posição relativa ao número. O valor total do número é a soma dos valores relativos de cada algarismo. Desse modo, é a posi-ção do algarismo ou dígito que determina seu valor.

A formação de números e operações com eles efetuadas dependem, nos siste-mas posicionais, da quantidade de algarismos diferentes disponíveis no referido sistema. Há muito tempo a cultura ocidental adotou um sistema de numeração que possui dez diferentes algarismos – 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 – e por essa razão, foi chamada de sistema decimal.

A quantidade de algarismos disponíveis em um dado sistema de numeração é chamada de base; a base serve para contarmos grandezas maiores, indicando a noção de grupamento. O sistema de dez algarismos acima tem base 10; um

(43)

Notação Posicional – Base Decimal Repr odução pr oibida. A rt . 184 do C ódigo P enal e L ei 9.610 de 19 de f ev er eir o de 1998. 42 - 43

outro sistema que tem apenas dois algarismos diferentes (0 e 1) é de base 2, e assim por diante.

Exemplificando o conceito posicional, utilizando o número 1572, represen-tado na base 10, escrito da seguinte forma: 157210.

Em base decimal, por ser a mais usual, costuma-se dispensar o indicador de base, escrevendo-se apenas o número 1572. Neste exemplo, o número é composto de quatro algarismos: 1,5,7,2 e cada algarismo possui um valor correspondente à sua posição no número.

Assim, o algarismo 2 representa 2 unidades. Neste caso, o valor absoluto do algarismo é igual ao seu valor relativo por se tratar da primeira posição, conside-rando o aspecto 2 x 100 (2 vezes a potência 0 na base 10). Enquanto o 7 representa

7 dezenas, pois seria representado por 7 x 101 (7 vezes a potência 1 na base 10), e

assim, aumentando a potência para cada posição do algarismo na base 10, terí-amos como valor total:

1 x 103 + 5 x 102 + 7 x 101 + 2 x 100 = 1000 + 500 + 70 + 2 = 1572 10.

Generalizando, em um sistema qualquer de numeração posicional, um número N é a expressão da seguinte forma:

N = (dn-1,dn-2,dn-3... d1 d0) b onde : d: indica cada algarismo do número;

n-1,n-2,n-3,1,0: índice, indicam a posição de cada algarismo; b: indica a base de numeração;

n: indica o número de dígitos inteiros.

O valor do número pode ser obtido do seguinte somatório: N = dn-1 x bn-1 + d

n-2 x bn-2 + ... d1 x b1 + d0 x b0

Resumindo: o número 1951: 1 milhar + nove centenas + 5 dezenas + 1 uni-dade, é representado por:

(44)

REPRESENTAÇÃO DE DADOS E CIRCUITOS LÓGICOS Repr odução pr oibida. A rt. 184 do C ódigo P enal e L ei 9.610 de 19 de f ev er eir o de 1998. 44 - 45

II

Fonte: o autor

Utilizando-se a notação posicional indicada na expressão acima, representam-se números em qualquer barepresentam-se.

REPRESENTAÇÕES BINÁRIAS DE INTEIROS POSITIVOS

Sistemas que mapeiam cada sinal elétrico sobre dois valores conhecidos como sistemas binários e a informação que cada sinal carrega é chamada de um bit (forma abreviada para BInary digiT – dígito binário). Sistemas com mais valores por sinal (bit) são possíveis, mas são muito complexos para projetar seus circui-tos e para interpretar, por esse motivo, praticamente todos os sistemas digitais são binários.

Inteiros positivos são representados utilizando o sistema binário de numera-ção posicional (base 2), semelhante ao sistema de numeranumera-ção posicional utilizada na aritmética decimal (base 10).

Para números binários a base é 2: assim, cada posição do número representa uma potência crescente de 2, em vez de uma potência crescente de 10. Por exem-plo, o número binário 100111 = (1 x 25) + (0 x 24) + (0 x 23) + (1 x 22) + (1 x 21)

+ (1 x 20), que corresponde a: 32 + 0 + 0 + 4 + 2 + 1, equivalente ao número 39

na base decimal.

Os valores binários são usualmente precedidos pelo prefixo “0b” para iden-tificá-los como binários, diferente dos números decimais.

(45)

Notação Posicional – Base Decimal Repr odução pr oibida. A rt . 184 do C ódigo P enal e L ei 9.610 de 19 de f ev er eir o de 1998. 44 - 45

Ilustrando graficamente o número 11010112 para melhor exemplificar:

Fonte: o autor

OUTRAS BASES DE NUMERAÇÃO

Entre as bases diferentes da 10, consideremos apenas as bases 2 e potência de 2, visto que todo computador digital representa internamente as informações em algarismos binários, ou seja, trabalha na base 2. Como os números representa-dos em base 2 são muito extensos (quanto menor a base de numeração maior é a quantidade de algarismos necessários para indicar um valor) e, portanto, de difícil manipulação visual, costuma-se representar externamente os valores biná-rios em outra base de valor mais elevado. Isso permite maior compactação de algarismos e melhor visualização dos valores. Em geral, usam-se as bases octal e hexadecimal, em vez da base decimal, por ser mais simples e rápido converter valores binários (base 2) para valores em bases múltiplas de 2.

A notação hexadecimal, na qual cada dígito tem 16 valores possíveis, é fre-quentemente utilizada para representar números binários.

(46)

REPRESENTAÇÃO DE DADOS E CIRCUITOS LÓGICOS Repr odução pr oibida. A rt. 184 do C ódigo P enal e L ei 9.610 de 19 de f ev er eir o de 1998. 46 - 47

II

Na notação hexadecimal, os números de 0 a 9 têm o mesmo valor que na notação decimal, e as letras A até F (ou a até f – maiúsculas e minúsculas são irrelevantes na notação hexadecimal) são utilizadas para representar os núme-ros de 10 até 15 como indicado na tabela abaixo:

Número decimal Representação Binária Representação Hexadecimal

0 0b0000 0x0 1 0b0001 0x 1 2 0b0010 0x 2 3 0b0011 0x 3 4 0b0100 0x 4 5 0b0101 0x 5 6 0b0110 0x 6 7 0b0111 0x 7 8 0b1000 0x 8 9 0b1001 0x 9 10 0b1010 0x A 11 0b1011 0x B 12 0b1100 0x C 13 0b1101 0x D 14 0b1110 0x E 15 0b1111 0x F Fonte: o autor

Normalmente, para diferenciar números hexadecimais de números decimais ou números binários, emprega-se a notação “0x” colocada à esquerda do número.

(47)

Conversão de Decimal para Binário Repr odução pr oibida. A rt . 184 do C ódigo P enal e L ei 9.610 de 19 de f ev er eir o de 1998. 46 - 47

CONVERSÃO DE DECIMAL PARA BINÁRIO

A conversão de sistemas numéricos pode ser realizada utilizando o método matemático da divisão. Esse método serve para conversão entre quaisquer sis-temas de numeração.

O método matemático consiste de divisões sucessivas pela base do sistema no qual será representado o valor, nesse caso como queremos converter um valor decimal para binário, o número utilizado para as divisões sucessivas será o 2 (base do sistema binário).

A divisão com resto deve ser utilizada para se obter o resultado final.

Fonte: o autor

Verifique, conforme o exemplo acima, que a leitura vem do final do resultado obtido pelas divisões até a primeira divisão efetuada, encontrando-se então o valor referenciado no sistema numérico a que se referia a conversão.

Uma outra maneira de fazermos a conversão pode ser realizada por meio da montagem de uma tabela, com seus valores já convertidos na base, por exemplo, para montarmos uma tabela de conversão para o sistema numérico binário, que

(48)

REPRESENTAÇÃO DE DADOS E CIRCUITOS LÓGICOS Repr odução pr oibida. A rt. 184 do C ódigo P enal e L ei 9.610 de 19 de f ev er eir o de 1998. 48 - 49

II

utiliza a base 2, teríamos uma tabela, como o exemplo abaixo:

Fonte: o autor

Encontrando agora o valor máximo que pode ser subtraído no número decimal que se quer converter com a tabela, basta marcar com 1 o valor correspondente e assim sucessivamente, até zerar a subtração.

Completar com 0 (zero) as colunas da tabela que não foram preenchidas com 1, e pronto, podemos obter o número correspondente à conversão em biná-rio (111000101002).

CONVERSÃO HEXADECIMAL PARA BINÁRIO

Muito utilizado na informática por ser “uma conciliação razoável entre o que está mais próximo do equipamento e o que é prático para as pessoas utilizarem”.

Cada dígito hexadecimal corresponde a um conjunto de quatro dígitos binários.

Portanto, para converter a representação hexadecimal 2BC16 para o sistema numérico binário, cada dígito do hexadecimal deve ser convertido para binário

(49)

Conversão Binário para Hexadecimal Repr odução pr oibida. A rt . 184 do C ódigo P enal e L ei 9.610 de 19 de f ev er eir o de 1998. 48 - 49

separadamente (lembrando que cada dígito hexadecimal corresponde a 4 dígi-tos binários), temos o seguinte valor:

216 (hexadecimal) corresponde a 210 (decimal) -> 00102 (binário) B16 (hexadecimal) corresponde a 1110 (decimal) -> 10112 (binário) C16 (hexadecimal) corresponde a 1210 (decimal) -> 11002 (binário)

Fonte: o autor

Agrupando todos os números binários encontrados, chegamos ao número con-vertido 0010101111002.

CONVERSÃO BINÁRIO PARA HEXADECIMAL

Tendo o número Binário, basta agrupá-lo de 4 em 4 dígitos da direita para a esquerda, e utilizar a tabela de representação hexadecimal, ilustrada acima, para apresentar o sistema numérico hexadecimal.

Na falta de dígitos à esquerda, completar com zeros; esse procedimento não alterará o valor representado.

Por exemplo: converter o número 111000111002 para o seu correspondente hexadecimal.

(50)

REPRESENTAÇÃO DE DADOS E CIRCUITOS LÓGICOS Repr odução pr oibida. A rt. 184 do C ódigo P enal e L ei 9.610 de 19 de f ev er eir o de 1998. 50 - 51

II

Fonte: o autor

Usar a tabela para converter cada grupo de quatro dígitos binários para hexadecimal.

CIRCUITOS LÓGICOS

A vida está repleta de exemplos de circunstâncias em que se pode dizer que se está em um estado ou em outro. Por exemplo, uma luz está acesa ou apagada, uma porta está aberta ou fechada, agora está chovendo ou não.

Em 1854, um matemático chamado George Boole escreveu “Uma Investigação das leis do pensamento”, em que ele descrevia o modo como se toma decisões lógicas com base em circunstâncias verdadeiras ou falsas. O método que ele des-creveu é conhecido como lógica booleana.

A lógica booleana usa símbolos para representar uma expressão lógica que possui um de dois valores possíveis: verdadeiro ou falso. A expressão lógica pode ser a porta está fechada, o botão está pressionado ou o nível do combus-tível está baixo.

A principal utilidade dessas expressões lógicas é descrever o relacionamento entre as saídas dos circuitos lógico (as decisões) e as entradas (as circunstâncias).

As portas lógicas, que estaremos estudando, são circuitos lógicos mais bási-cos, sendo estes os blocos fundamentais a partir dos quais outros circuitos lógicos e sistemas digitais são construídos.

(51)

Tabela-Verdade Repr odução pr oibida. A rt . 184 do C ódigo P enal e L ei 9.610 de 19 de f ev er eir o de 1998. 50 - 51 Fonte: o autor CONSTANTES E VARIÁVEIS BOOLEANAS

A principal diferença entre a álgebra booleana e a convencional é que, na boo-leana, as constantes e variáveis podem ter apenas dois valores possíveis, 0 ou 1. As variáveis booleanas 0 e 1 não representam efetivamente números, mas o estado do nível de tensão de uma variável, o qual é denominada nível lógico. A álgebra booleana é um modo de expressar a relação entre as entradas e saí-das de um circuito lógico.

As entradas são consideradas variáveis lógicas, cujo nível lógico determina a qualquer momento os níveis das saídas.

Como os valores possíveis de uma variável são apenas dois, a álgebra boole-ana é mais fácil de ser manipulada que a álgebra convencional. A álgebra booleboole-ana tem de fato apenas três operações básicas: OR (OU), AND (E) e NOT (NÃO). Essas operações básicas são denominadas operações lógicas.

TABELA-VERDADE

Uma tabela-verdade é uma técnica para descrever como a saída de um circuito lógico depende dos níveis lógicos presen-tes nas entradas do circuito.

A figura ao lado ilustra uma tabela-verdade para um tipo de circuito lógico de duas entradas e relaciona todas as com-binações possíveis para os níveis lógicos presentes nas entradas A e B com o cor-respondente nível lógico de saída.

(52)

REPRESENTAÇÃO DE DADOS E CIRCUITOS LÓGICOS Repr odução pr oibida. A rt. 184 do C ódigo P enal e L ei 9.610 de 19 de f ev er eir o de 1998. 52 - 53

II

OPERAÇÃO OR (‘OU’) COM PORTA OR

A operação OR é a primeira das três operações booleanas a ser estudada. Um exemplo dessa operação é a lâmpada interna de um veículo. A lâmpada dentro do veículo deve ser acionada se o interruptor for acionado OU (OR) se a porta do veículo for aberta.

A letra ‘A’ pode ser utilizada para representar um interruptor acionado (ver-dadeiro ou falso) e a letra ‘B’, porta do veículo aberta (ver(ver-dadeiro ou falso). A letra ‘x’ pode representar uma lâmpada acesa (verdadeiro ou falso).

A tabela-verdade na figura abaixo mostra o que acontece quando duas entra-das lógicas, A e B, são combinaentra-das usando uma operação OR para produzir a saída x.

A tabela mostra que x será um nível lógico 1 para cada combinação de níveis de entradas em que uma ou mais entradas forem 1. O único caso em que x é um nível 0 acontece quando ambas as entradas são 0.

Fonte: o autor

Na expressão x = A+B, o sinal “+” não representa a adição convencional e sim a operação OR.

(53)

Porta OR Repr odução pr oibida. A rt . 184 do C ódigo P enal e L ei 9.610 de 19 de f ev er eir o de 1998. 52 - 53

PORTA OR

Em circuitos digitais, uma porta OR é um circuito que tem duas ou mais entra-das e cuja saída é igual à combinação entra-das entraentra-das por meio da operação OR. A figura abaixo mostra o símbolo lógico para uma porta OR de duas entradas. As entradas A e B são níveis lógicos de tensão, e a saída x é um nível lógico de ten-são cujo valor é o resultado da operação OR entre A e B.

Em outras palavras, a porta OR acima opera de modo que sua saída será ALTA (nível lógico 1) se a entrada A ou B ou ambas foram nível lógico 1. A saída de uma porta OR será nível BAIXO (nível lógico 0) apenas se todas as entradas forem nível 0.

OPERAÇÃO AND (‘E’) COM PORTA AND

A operação AND é a segunda operação booleana básica. Como exemplo do uso do lógico AND, considere um veículo que somente acionará a partida se o câmbio

estiver posicionado na posição N (Neutro) AND (E) o cinto de segurança do moto-rista estiver posicionado corretamente. Digamos que a letra A representa câmbio

na posição Neutro, e a letra B cinto de segurança do motorista na posição correta. A tabela-verdade abaixo mostra o que acontece quando duas entradas lógi-cas A e B são combinadas usando uma operação AND para gerar a saída x.

Imagem

Referências

temas relacionados :