ARQUITETURA DE COMPUTADORES - CONCEITUAL

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1 Aula 01 04/08/2008 Universidade do Contestado UnC Sistemas de Informação Arquitetura de Computadores 2ª Fase Prof. Carlos Guerber ARQUITETURA DE COMPUTADORES - CONCEITUAL O QUE É O COMPUTADOR? Um computador é um dispositivo eletrônico controlado por um programa (chamado sistema operacional), usado para processar dados. Ele é constituído por componentes eletrônicos, especialmente circuitos integrados, miniaturizados e encaixados em pequeno pedaço de silício, usualmente chamado chip. Esses circuitos integrados, os chips, são a essência dos computadores modernos, porque são eles que executam todas as operações. Tais operações, que os circuitos integrados executam, são controladas por um programa. Sem um programa, um computador reduz-se a um conjunto de partes eletrônicas, que nada pode fazer. Esse programa, o Sistema Operacional é um conjunto ordenado de instruções que determina o que o computador deve fazer. PROCESSAMENTO DE DADOS Em informática, e mais especialmente em computadores, a organização básica de um sistema será na forma de: Ambiente Entrada Processamento Saída Ambiente Realimentação Dispositivos de entrada: são os equipamentos através dos quais podemos introduzir dados no computador. Alguns permitem a intervenção direta do homem, como por exemplo, o teclado. Processamento: pode ser definido como sendo a maneira em que os dados de entrada serão organizados, modificados, transformados ou agrupados de alguma forma, gerando-se assim uma informação de saída.

2 Dispositivos de saída: são os equipamentos através dos quais são geradas as informações resultantes do processamento. Por exemplo, o monitor de vídeo e a impressora. CONCEITOS FUNDAMENTAIS DA INFORMÁTICA É chamado de sistema de computação, o conjunto de hardware e software através do qual executamos um processamento. O HARDWARE é o equipamento físico, representado no computador por suas partes mecânicas, eletrônicas e magnéticas. A máquina em si, tudo o que se pode tocar. Pode ser basicamente formado por: unidade central de processamento, memória e unidades de entrada ou saída de dados. Assim, há uma área que se dedica à Arquitetura de Hardware. O SOFTWARE é o conjunto de programas (instruções) que faz com que o computador realize o processamento e produza o resultado desejado. Assim, há uma área que se dedica à Arquitetura de Software. Para facilitar o entendimento, podemos dizer que um toca discos está para o hardware, assim como a música está para o software, ou seja, o seu equipamento (hardware) só tem utilidade com o auxílio de programas (software). SISTEMA BINÁRIO Os computadores utilizam internamente o sistema binário (sistema numérico posicional de base 2). A característica mais notável deste sistema numérico é a utilização exclusiva dos algarismos "1" e "0", os chamados "dígitos binários". Através do sistema binário, todas as quantidades e todos os valores de quaisquer variáveis poderão ser expressos usando uma combinação de um determinado número de dígitos binários, ou seja, usando apenas os algarismos "1" e "0". O uso do sistema binário pelos computadores decorre do fato dessas máquinas se basearem em circuitos elétricos ou eletrônicos. Isto porque a grande maioria dos componentes de circuitos elétricos podem assumir apenas um dentre dois estados. Por exemplo: interruptores podem estar fechados ou abertos, capacitores carregados ou descarregados, lâmpadas acesas ou apagadas, circuitos

3 energizados ou desenergizados e assim por diante. Isto facilita extremamente a representação de grandezas expressas no sistema binário usando estes componentes. Para entender a razão disto, imagine, por exemplo, que se deseje representar o número dez mediante um conjunto de lâmpadas, onde uma lâmpada acesa representa o algarismo "1" e uma lâmpada apagada o algarismo "0". No sistema binário, o número dez assume a forma "1010" (para entender o fenômeno basta saber que qualquer número pode ser expresso na base dois usando apenas os algarismos "1" e "0"; portanto, mesmo que você não saiba fazer a conversão de números do sistema decimal para o binário, acredite que "dez" em binário é "1010" e siga adiante; se desejar uma explicação mais detalhada, consulte a literatura técnica e informe-se sobre sistemas numéricos e conversão de bases). Portanto, para representar o número dez bastam quatro lâmpadas uma ao lado da outra, a da esquerda acesa, sua vizinha apagada, a seguinte acesa e a última da direita apagada, na configuração "1010". É claro que isto pode ser feito igualmente usando interruptores fechados e abertos, circuitos energizados e desenergizados ou capacitores carregados e descarregados (na verdade, alguns circuitos de memória usados nos computadores empregam capacitores microscópicos para armazenar valores binários). Todo dispositivo que possa assumir um dentre dois estados possíveis pode ser utilizado para representar quantidades expressas no sistema binário. O uso exclusivo dos algarismos "1" e "0" nos circuitos internos dos computadores pode levar a crer que eles apenas servem para resolver problemas muito específicos, cujas grandezas de entrada e saída assumam apenas dois valores e que, portanto sua utilização há de ser extremamente limitada. Esta conclusão é falsa. Na verdade, toda e qualquer grandeza do mundo real, desde as cores e posições dos pontos que formam uma imagem, os compassos, timbres e notas que compõem uma música, o conjunto de caracteres de um texto e até a sucessão ordenada de aminoácidos que formam o DNA dos seres vivos, em suma: toda e qualquer criação humana ou da natureza, seja ela qual for, pode ser codificada e representada (com maior ou menor precisão) sob a forma de um conjunto de números. E estes números podem ser expressos no sistema binário. É por isso que o computador é uma máquina tão versátil e se presta a atividades tão disparatadas como calcular, escrever, desenhar, reproduzir músicas ou vídeo.

4 Para que um dado ou informação possa ser processado por um computador, basta que ele seja codificado de tal forma que possa ser "modelado" através de um conjunto de números. Estes números serão então expressos no sistema binário e processados pelo computador. O processo de conversão das grandezas do mundo real em quantidades expressas no sistema binário chama-se "digitalização" (por exemplo: o dispositivo denominado "scanner" nada mais é que um digitalizador de imagens, enquanto o processo de gravação de um CD de áudio é a digitalização de sons). Mas a digitalização é apenas o passo inicial: transformar as grandezas do mundo real em números e exprimí-las no sistema binário. O passo seguinte é escolher uma ferramenta para trabalhar com os valores assim expressos. Esta ferramenta é a Lógica Digital. LÓGICA DIGITAL Todo o raciocínio é baseado na tomada de uma decisão a partir do cumprimento de determinadas condições. Inicialmente têm-se os dados de entrada e uma condição, ou uma combinação de condições. Aplica-se a condição aos dados de entrada para decidir quais são os dados de saída. A lógica digital não é diferente, mas apresenta uma peculiaridade: trabalha apenas com variáveis cujos valores alternam exclusivamente entre dois estados e não admitem valores intermediários. Estes estados podem ser representados por "um" e "zero", "sim" e "não", "verdadeiro" e "falso" ou quaisquer outras grandezas cujo valor possa assumir apenas um dentre dois estados possíveis. Portanto, a lógica digital é a ferramenta ideal para trabalhar com grandezas cujos valores são expressos no sistema binário. Para entender a lógica digital usemos como exemplo o estatuto do Clube do Bolinha. Quem desejar informações mais detalhadas pode consultar a literatura especializada (recomenda-se a coleção de revistas em quadrinhos que tratam do assunto), porém isso dificilmente será necessário, uma vez que o referido estatuto é singelo e consiste de um único artigo, excludente: "Menina não entra". Esta é a condição.

5 O dado de entrada é a situação do pretendente em relação à condição de ser menina. O dado de saída, ou seja, a decisão sobre o fato do pretendente poder ou não entrar no Clube, é obtido mediante a aplicação da condição ao dado de entrada. É menina? Sim ou não? A decisão é "sim" se o pretendente "não" for menina. E "não" se, "sim", for menina. Este é um exemplo da mais simples das condições, na qual há apenas um dado de entrada e o dado de saída é exatamente o oposto dele: um "sim" gera um "não" e um "não" gera um "sim". Esta condição é representada pela porta lógica NOT. Agora vamos dar um passo adiante. Imaginemos que o Sr. Bolinha decidiu dar uma festa para os membros do clube, porém resolveu cobrar o ingresso para cobrir os custos do evento. Portanto, para entrar, além de ser membro, há que comprar um ingresso. Numa situação como essa a condição é mais complexa. Os dados de entrada agora são dois: a situação do pretendente em relação ao fato de ser membro do clube (sim ou não) e a posse do ingresso (sim ou não). Para que o dado de saída seja "sim", ou seja, para que o pretendente ingresse na festa, ele tem que cumprir AMBAS as condições. Não basta ser membro do clube ("sim" para a primeira condição) se não possui o ingresso ("não" para a segunda). Nem basta possuir o ingresso ("sim" para a segunda condição) se não é membro ("não" para a primeira). A decisão é tomada submetendo os dados de entrada à condição. Para uma decisão "sim" que garante a entrada na festa é preciso, ao mesmo tempo, "sim", ser membro do clube e, "sim", dispor do ingresso. Ou seja, a saída somente será "sim" se ambos os dados de entrada forem "sim". Esta condição é representada pela porta lógica AND. Tomemos ainda outro exemplo. Imaginemos que os membros do clube tenham levado ao Presidente um reclamo: sendo eles membros, e sendo a festa no clube, por que razão tinham que pagar ingresso? O Sr. Bolinha considerou o pleito justo, mas alegou que ainda assim precisaria de recursos para cobrir os custos. Decidiu-se então abrir o evento à toda a comunidade e não apenas aos membros do clube, cobrando o ingresso apenas dos que não fossem membros.

6 Então, para entrar, seria necessário ou ser membro do clube ou comprar um ingresso. Cumprida qualquer uma das duas condições, seja qual for, o pretendente poderia entrar, independentemente da outra. Examinemos a primeira condição. Comprou ingresso? Sim ou não? Se "sim", a primeira condição está cumprida e a decisão é "sim", o pretendente pode entrar. Mas imaginemos que, "não", ele não comprou o ingresso. Examinemos então a segunda condição. É membro do clube? Sim ou não? Se "sim", a segunda condição foi cumprida e "sim", ele pode entrar mesmo sem ingresso. Em um caso como este, para que o dado de saída seja "sim" basta que um dos dados de entrada seja "sim". Esta condição é representada pela porta lógica OR Em um computador, todas as operações são feitas a partir de tomadas de decisões que, por mais complexas que sejam, nada mais são que combinações das três operações lógicas correspondentes às condições acima descritas: NOT, AND e OR. Para tomadas de decisões mais complexas, tudo o que é preciso é combinar estas operações. E para isto é necessário um conjunto de ferramentas capaz de manejar variáveis lógicas. Esse conjunto de ferramentas é a chamada Álgebra Booleana.