Unidade II ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES. Conforme vimos no histórico, a invenção do computador não se deu em apenas um passo.

Transcrição

1 ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES Unidade II 3 AFINAL DE CONTAS, QUEM INVENTOU O COMPUTADOR? Conforme vimos no histórico, a invenção do computador não se deu em apenas um passo. 1 No caso de algumas tecnologias, como o avião, somos tentados a eleger o pai desse invento, mas no caso do computador não desponta uma figura com essa característica. Alguns dos principais visionários nunca conseguiram transformar suas visões em equipamentos funcionais. Em outros casos, esses equipamentos nunca chegaram a público. Por outro lado, os construtores de computadores que se tornaram operacionais e chegaram a público não podem descartar a influência de seus predecessores. Howard Aiken, por exemplo, sempre afirmou ter se baseado no trabalho de Babbage. A conclusão a que podemos chegar é que o computador não tem um pai ou mãe, mas é fruto de diversos passos, alguns maiores, outros menores, mas cada um com sua importância na história. 4 OS RUMOS DA EVOLUÇÃO DO COMPUTADOR Com base no histórico visto na seção anterior, podemos determinar algumas dimensões na evolução do computador. Desde os primeiros dispositivos mecânicos do século XVII até os computadores de mão atuais, podemos definir algumas 23

2 Unidade II linhas sobre as quais se deu (e ainda se dá) a evolução dos computadores. Miniaturização 1 Os primeiros computadores eletrônicos, como o ENIAC, ocupavam andares inteiros e pesavam toneladas. Hoje a capacidade de processamento daqueles equipamentos é largamente superada por dispositivos de bolso. Na década de 1980, todas as empresas tinham um CPD (centro de processamento de dados), onde residiam todos os seus computadores e periféricos. Hoje uma tarefa das mais trabalhosas em uma grande empresa é localizar onde estão todos os seus computadores. A miniaturização tornou possível o minicomputador, depois o computador pessoal, a computação móvel e a eletrônica embarcada. Sem o extremo progresso que a miniaturização alcançou, o mundo seria muito diferente hoje, pois os computadores estariam confinados nos CPDs, em vez de estarem à nossa volta em toda parte. Barateamento 2 Os primeiros computadores comerciais custavam milhões de dólares. Hoje um microcomputador básico é acessível à maioria das pessoas. O computador já faz parte do cotidiano da maior parte das pessoas, mas de uma forma muito maior do que podemos ver. O barateamento de microprocessadores e afins possibilitou a implantação de dispositivos com capacidade de processamento em carros, elevadores e eletrodomésticos. A eletrônica embarcada, como é chamada, é fruto direto do barateamento 24

3 ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES de computadores e dispositivos eletrônicos, pois possibilitou a substituição de funções executadas por elementos elétricos ou mecânicos por dispositivos eletrônicos e a inclusão de novas funções, que não seriam possíveis sem esses dispositivos. Facilidade de uso Os primeiros computadores só podiam ser utilizados pelos engenheiros que os construíram, pois, para obter algum resultado, era necessário conhecer detalhes precisos sobre a interconexão de seus componentes. 1 Com a popularização da computação comercial, surgiu a necessidade de uma utilização mais diversificada dos computadores. Para atender a essa demanda surgiram as primeiras linguagens de programação. Um programador podia extrair resultados do computador sem ter necessariamente um conhecimento detalhado de seu funcionamento. Este primeiro degrau de popularização também foi um primeiro degrau na facilidade de uso do computador. Outros degraus vieram depois, sendo que um dos mais recentes foi a introdução da interface gráfica, que dispensou os usuários da necessidade de conhecer ou decorar comandos para utilizar o computador Talvez estejamos experimentando mais um degrau nesta evolução atualmente, que é a migração de toda a interação entre o usuário e o computador para o browser. Dessa forma, atualmente não temos apenas todo um universo de usuários que não têm conhecimento do funcionamento interno do computador, como também eles não precisam sequer ter conhecimento de que o computador existe. Para esses usuários, a interação se dá com o navegador, independentemente de onde ele está sendo executado (computador, smartphone ou o que quer que seja). 2

4 Unidade II Esse é possivelmente o primeiro passo no caminho do computador invisível, ou computação ubíqua. A ORGANIZAÇÃO DO COMPUTADOR Um computador digital consiste em um sistema interconectado de processadores, memórias e dispositivos de entrada e saída. Essas são as três categorias básicas de componentes de um computador moderno. Cada elemento de um computador qualquer se encaixará em uma dessas classificações. Vamos analisar em seguida cada uma delas..1 Processadores A unidade central de processamento (UCP ou CPU Central Processing Unit) é o centro do computador. 1 A execução de um programa normalmente consiste em trazer um programa de um dispositivo de armazenamento (disco, por exemplo) para a memória principal. Da memória principal, o programa é transferido para a CPU, uma instrução por vez. Dentro da CPU é que o verdadeiro processamento ocorre, onde as instruções serão interpretadas e executadas. Como podemos ver na figura seguinte, todos esses elementos se comunicam por meio de um barramento. Unidade de controle Unidade lógica e aritmética (ULA) Dispositivos de E/S Registradores Memória principal Disco Impressora Figura 17 A organização de um computador simples Barramento 26

5 ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES Como podemos ver também na figura, internamente a CPU é composta por várias partes distintas. A unidade de controle é responsável por buscar instruções na memória e determinar seu tipo. A unidade lógica e aritmética executa operações matemáticas simples como adição e E booleano. A CPU também contém uma pequena quantidade de memória de alta velocidade, que é utilizada na execução de instruções. Essa memória é organizada em registradores. Cada registrador tem um tamanho fixo (comprimento em bits) e um propósito específico, como o contador de programa (PC program counter). A função do PC é identificar qual a próxima instrução a ser trazida para a CPU do programa em execução. A organização da CPU é detalhada na figura abaixo. Os registradores e a ULA formam um caminho de dados. A + B A Registradores B A B Registradores de entrada da ULA Barramento de entrada da ULA ULA A + B Registrador de saída da ULA Figura 18 Um exemplo de caminho de dados 27

6 Unidade II Os dados são movimentados dos registradores para um ou dois registradores que alimentam a ULA e deles para a própria ULA através de um barramento que interconecta esses elementos. 1 A ULA realizará as operações matemáticas mais básicas, como soma e comparação, e moverá o resultado para um registrador de saída. Posteriormente, o conteúdo desse registrador será movido para outro registrador e de lá para a memória principal. Neste ponto, podemos estabelecer a distinção entre dois tipos diferentes de instruções: instruções registradorregistrador e instruções registrador-memória. As primeiras dependem apenas dos dados que estão armazenados na CPU, e as segundas precisam buscar dados da memória principal, pelo barramento. O processo de submeter dois valores à ULA e obter um resultado é chamado de ciclo do caminho de dados. Esse ciclo é o núcleo da maioria das CPUs, pois determina o que ela pode fazer. Quanto mais rápido a CPU conseguir executar esse ciclo, mais rápido se dará o processamento. 2 Além do ciclo do caminho de dados, interno à CPU, temos o ciclo externo, que determina como a CPU interage com os dados que estão fora dela, na memória principal. A CPU executa cada instrução em uma série de pequenos passos: 1- Trazer a próxima instrução da memória até o registrador; 2- Alterar o contador de programa para indicar a próxima instrução; 3- Determinar o tipo da instrução; 28

7 ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES 4- Se a instrução necessitar de uma palavra da memória, determinar onde essa palavra está; - Trazer a palavra para dentro de um registrador da CPU, se necessário; 6- Executar a instrução; 7- Voltar à etapa 1 para iniciar a execução da instrução seguinte. 1 Essa sequência costuma ser denominada ciclo buscardecodificar-executar. É fundamental para a operação de todos os computadores. Lembre-se de que o programa é armazenado na memória na forma de instruções que o processador consiga interpretar. Voltando à máquina multiníveis, o programa escrito originalmente em linguagem de alto nível sofreu vários níveis de tradução antes que pudesse ser executado diretamente pelo processador..1.1 Princípios de projeto para computadores modernos Os computadores modernos compartilham uma série de características de design que visam maximizar o seu desempenho. Não importa se se trata de um computador de mão ou um computador para fins científicos; sempre se deseja a maior velocidade de processamento possível. 2 É claro que estas linhas se aplicam ao estado atual da tecnologia. Atualmente estamos sujeitos a certas limitações, como velocidade de clock, quantidade de transistores que podem ser embutidos em uma pastilha de silício e outras. Se o cenário tecnológico atual se alterar, talvez algum dos pontos a seguir não seja mais aplicado. 29

8 Unidade II Todas as instruções são executadas diretamente pelo hardware 1 No passado houve uma tendência de design de computadores que adicionava uma camada de software entre o hardware e o conjunto de instruções, providenciando um novo nível de interpretação. Esse tipo de implementação é chamado de microcódigo e oferecia algumas vantagens como a possibilidade de incluir ou alterar instruções sem alterar o hardware. Apesar de prover mais flexibilidade, esse tipo de design não é considerado uma boa prática. O nível adicional de tradução acarreta uma perda de desempenho, que não compensa as novas instruções que possam ser adicionadas. Em resumo, a recomendação é que as instruções correspondam diretamente a elementos de hardware, sem que haja níveis adicionais de tradução. Maximize a taxa de execução de instruções Um dos caminhos para se maximizar a performance do computador é maximizar a taxa de execuções de instruções por segundo. 2 Existem vários meios para se conseguir isso. Um é simplesmente aumentar a velocidade de clock do computador. Outra forma é fazer com que o processador realize atividades em paralelo. Se um computador puder realizar duas instruções em paralelo, ele terá teoricamente um desempenho duas vezes superior a um computador sem paralelismo. 30 Neste design, um cuidado especial deve ser tomado para que não seja alterada a ordem de execução do programa. As instruções devem ser fáceis de decodificar Conforme visto anteriormente, o ciclo de execução de instruções tem impacto direto na velocidade de processamento 30

9 ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES do computador como um todo. Se o tempo de tradução de uma instrução for demorado, o tempo de execução como um todo será degradado. Por esse motivo, uma instrução não deve ter muitas opções de execução ou formatos alternativos. Se a instrução tiver poucos formatos, o tempo de identificação da instrução será reduzido e, consequentemente, o tempo de processamento será otimizado. Somente load e store devem referenciar a memória 1 O acesso à memória principal é uma operação demorada, sob a ótica da velocidade do processador, é claro. Se muitas instruções tiverem acesso direto à memória principal, o tempo de execução das instruções pode se tornar imprevisível. Por esse motivo, é recomendado que apenas as instruções load (leitura) e store (gravação) tenham acesso à memória. Providencie bastantes registradores Se o processador não tiver um registrador para armazenar um valor resultante, ele terá que transferir esse valor para a memória principal. Conforme já vimos, a transferência de dados entre o processador e a memória principal é um processo mais lento que a movimentação de dados dentro do processador. 2 Se o processador não tiver registradores suficientes, o tempo de processamento será degradado..1.2 Paralelismo Conforme vimos, um dos melhores recursos para otimizar a velocidade de processamento de um computador é a capacidade 31

10 Unidade II de executar várias atividades ao mesmo tempo. Existem várias formas de implementar paralelismo, no nível de instrução e no nível de processador. A seguir descreveremos cinco formas de paralelismo. Pipelining e arquiteturas superescalares são exemplos de paralelismo no nível de instrução. Computadores matriciais, multiprocessadores e multicomputadores são exemplos de paralelismo no nível de processador. Pipelining 1 O processo de decodificação e execução de instruções, como foi visto anteriormente, é um elemento crítico no desempenho do computador. Se o processo de identificação e execução de uma instrução puder ser modularizado, haverá um ganho de performance, pois, enquanto uma instrução estiver em execução, os passos iniciais da próxima instrução poderão ser executados. Na figura a seguir temos o exemplo de um pipeline de cinco estágios. Cada instrução passará por cinco módulos antes de ser concluída. Observe que, quando a instrução 1 for concluída, as instruções 2, 3, 4 e estarão em execução. S1 S2 S3 S4 S Unidade de busca de instrução Unidade de decodificação de instrução Unidade de busca de operando Unidade de execução de instrução Unidade de gravação S1: S2: S3: S4: S: Tempo Figura 19 Exemplo de um pipeline de cinco estágios

11 ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES Arquiteturas superescalares O princípio da arquitetura superescalar é que nem todas as instruções demoram o mesmo tempo para serem executadas. Ao executar certas instruções, como as que leem ou gravam na memória principal, o tempo de execução é maior que em instruções que acessem apenas dados dentro do processador (armazenados em registradores). Se o módulo de execução pudesse executar várias tarefas em paralelo, o tempo de execução das instruções mais lentas seria compensado pela execução de outras instruções. 1 Na figura a seguir temos o exemplo de uma arquitetura superescalar com duas ALU, uma unidade para tratar operações de ponto flutuante e um módulo para ler, e outra para gravar na memória principal. Novamente deve ser tomado cuidado neste tipo de design para que as instruções sejam executadas na ordem correta. S4 ALU S1 S2 S3 S Unidade de busca de instrução Unidade de decodificação de instrução Unidade de busca de operando ALU LOAD Unidade de gravação STORE Ponto flutuante Figura Exemplo de arquitetura superescalar 33

12 Unidade II Esses dois tipos de paralelismo são implementados dentro do processador, ou seja, não dependem de mais de um processador. Os designs seguintes dependem de vários processadores. Sempre existe demanda por processadores mais rápidos, mas em muitos casos é mais simples e barato dispor de vários processadores que trabalhem harmonicamente do que tentar conseguir um único processador mais rápido. Esse tipo de conclusão já chegou até os computadores de uso comercial e doméstico, com as configurações com processadores de dois, três, quatro ou mais núcleos. Computadores matriciais Um computador matricial é aquele com um grande número de processadores que executam o mesmo conjunto de instruções em conjuntos diferentes de dados. 1 Esse tipo de arranjo encontra uso em aplicações científicas, em que um grande conjunto de dados deve ser submetido a um mesmo conjunto de fórmulas. Ele não é comum em computadores comerciais, mas muitos supercomputadores (especialmente os fabricados pela Cray Computing) usam um tipo especial de arranjo desse tipo, chamado processador vetorial. 2 Multiprocessadores Uma forma simples de aumentar a capacidade de processamento de um computador é adicionar outro processador. Essa é a ideia do multiprocessador, mas isso não é tão simples. Sempre que fazemos algum tipo de paralelismo, deve haver alguma figura fazendo a arbitragem das tarefas que serão executadas por cada processador. Além disso, no multiprocessador, todas as CPUs compartilham uma mesma quantidade de memória. 34

13 ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES O acesso a essa memória deve ser controlado também, para que um processador não tente utilizar um espaço que esteja sendo usado por outro. Normalmente essa função é desempenhada pelo sistema operacional. CPU CPU CPU CPU Memória Compartilhada Figura 21 Multiprocessador com barramento único Barramento A maioria dos sistemas operacionais de mercado atualmente tem alguma capacidade de multiprocessamento. Multicomputadores A diferença entre o multicomputador e o multiprocessador é que no multicomputador cada CPU tem uma memória local que só é acessada por aquele processador. Memória Memória Memória Memória CPU CPU CPU CPU Memória Compartilhada Figura 22 Multicomputador com memórias locais Barramento No multicomputador, pode ou não haver uma quantidade de memória compartilhada entre os processadores. Um dos problemas desses tipos de arranjo é conectar todos os processadores à memória. Por esse motivo, muitos 3

14 Unidade II projetistas abandonam a ideia da memória compartilhada e criam computadores apenas com processadores com memórias privadas. Este tipo de arranjo normalmente é chamado de fracamente acoplado, em contraste com o arranjo fortemente acoplado, que é o multiprocessador..2 Memória primária A memória é a parte do computador onde são armazenados programas e dados. A memória primária também é chamada de memória principal ou RAM. A memória principal é utilizada para armazenar os programas em execução e os dados em uso por esses programas. Ela é costumeiramente volátil, ou seja, mantém os dados armazenados apenas enquanto o equipamento está energizado..2.1 Bits, bytes e terabytes 1 A unidade básica de memória é o dígito binário, ou bit. Um bit consegue armazenar apenas o valor 0 ou 1, e é o bloco básico de informações. Um dos agrupamentos mais comuns de bits é o byte, que tem 8 bits de comprimento. Quando se trata de bits e bytes, existe certa confusão quanto aos múltiplos que podem ser usados para expressar essas quantidades. 2 Como o bit é um valor binário, os múltiplos são potências de 2. Um kilobyte, portanto, não são exatamente bytes ( 3 ), mas (2 ). De modo semelhante, 1 MB contém bytes (2 ), e não de bytes ( 6 ). Os outros prefixos mais comuns, em se tratando de memória, são giga (1 GB equivale a bytes) e tera: 1 TB equivale a bytes. 36

15 ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES Na tabela a seguir temos os prefixos decimais mais comuns, lembrando que, em se tratando de memória, devemos usar a base binária em vez da base. Expoente Explícito Prefixo Expoente Explícito Prefixo -3 0,001 mili Kilo -6 0, micro Mega -9 0, nano Giga -12 0, pico Tera -1 0, femto Peta -18 0, ato Exa -21 0, zepto Zeta -24 0, iocto Iota Figura 23 Os principais sufixos métricos.2.2 Endereços de memória Para que seja possível utilizar a memória, deve ser possível gravar e ler informações nela. Para que isso seja possível, a memória deve ser organizada de modo que cada unidade utilizável de memória tenha um endereço único. Os bits de memória são organizados em células, e cada célula tem um endereço único. O tamanho da célula varia de acordo com o sistema, mas o mais comum é que ela tenha 8 bits (1 byte) de comprimento. A célula é a menor unidade endereçável de memória bits bits 8 bits Figura 24 Três formas de organizar 96 bits de memória 37

16 Unidade II 1 Outro conceito importante é a palavra. Uma palavra é o tamanho da unidade de dados que é transferida da memória para o processador. Quando falamos que um computador é de 32 bits ou 64 bits, estamos nos referindo ao tamanho da palavra desse processador. Ou seja, um computador de 32 bits consegue transmitir 4 bytes entre a memória e o processador, enquanto um computador de 64 bits transmite 8 bytes. Esse conceito é importante porque, se o processador recebe um valor de 8 bytes da memória, todos os seus registradores têm que ter no mínimo esse comprimento. Isso implica também a quantidade de memória que um computador pode suportar. Se o registrador dedicado a tratar endereços de memória tem 1 bit de comprimento, o computador só suportará dois endereços ou duas células (0 e 1). Se esse registrador tiver 32 bits, a quantidade de células endereçáveis será de Em um computador com células de 1 byte, isso equivale a 4 GB de memória. Se esse registrador tiver 64 bits, a quantidade de endereços possíveis sobe para , ou aproximadamente 18,4 exabytes, uma quantidade de memória impensável nos padrões tecnológicos atuais Memória cache A memória cache (e não cachê) é uma área de memória intermediária entre o processador e a memória principal. O termo cache é amplamente usado para dispositivos que servem como área intermediária entre um meio mais rápido e outro mais lento (cache de disco, cache de impressão etc.). A memória cache, conforme a definição aqui adotada, é uma área de memória localizada entre o barramento e a CPU. 38

17 ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES Como já falamos antes, o tempo de acesso à memória principal a partir do processador é lento, em termos de velocidade de processamento. Então, se o processador não precisar percorrer o barramento para buscar uma determinada informação, mas uma área mais próxima, o computador ganha em desempenho. Normalmente a memória cache faz parte da mesma embalagem que o próprio processador, mas não faz parte da arquitetura interna dele, onde se localizam os registradores e demais componentes da CPU. CPU Memória Principal Memória Cache Barramento Figura 2 A localização lógica da memória cache 1 Existem várias formas de implementar a memória: cache de processador, cache específico para instruções e dados, cache de múltiplos níveis, mas o conceito básico é o mesmo ao se deparar com a necessidade de uma informação da memória principal, o cache será consultado antes. Se a informação estiver lá, ela já é devolvida para o processador (cache hit). Se a informação não estiver no cache (cache miss), ela é trazida da memória principal para o cache e de lá para o processador. A memória cache, assim como a memória principal, também é volátil..3 Memória secundária Independentemente da quantidade de memória principal que o computador disponha, ela nunca será suficiente para armazenar todos os dados que são necessários. Para isso usam-se os meios de armazenamento de massa ou memória secundária. 39

18 Unidade II Para se ter uma ideia de ordem de grandeza, um computador comercial comum atualmente possui cerca de 2 GB de memória principal, enquanto um disco rígido comum hoje possui em torno de 160 GB, sendo que já existem discos para uso em computadores comerciais comuns com 1 TB de capacidade..3.1 Hierarquias de memória Um computador possui vários tipos de memória, desde os registradores até os discos óticos (DVD, Blu-Ray etc.). Existe uma hierarquia entre esses vários tipos de memória, conforme a figura a seguir. Registradores Memória Cache Memória Primária Fita Magnética Meios Óticos Figura 26 Hierarquia de memória de cinco níveis Quanto mais alto vamos na pirâmide acima, maior é a velocidade da memória, maior o custo por byte e menor a quantidade de memória disponível no computador. Quanto mais para baixo vamos, menor a velocidade, menor o custo e maior a quantidade disponível em um computador. 1 A maior parte dos meios de memória secundária atualmente é não volátil, ou seja, mantém os dados gravados até que um usuário os apague. Devemos ter cuidado em usar o termo permanente ao tratar de meios de armazenamento, pois nenhum meio de armazenamento atual consegue garantir a preservação dos dados após um período de alguns anos. 40

19 ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES.3.2 Discos magnéticos O disco magnético é o meio mais comum de armazenamento atualmente. Isso se deve ao fato de que o disco hoje é o que fornece melhor relação custo-benefício. Isso talvez mude no futuro próximo, graças à popularização dos discos de estado sólido (SSD solid state disk) baseados em memória flash. Hoje já é comum encontrarmos esse tipo de dispositivo com cerca de 4 GB a 16 GB. Ainda é pouco se comparado aos 160 GB que um disco magnético possui, mas, com o aumento de capacidade e barateamento desse tipo de dispositivo, em breve ele poderá superar o disco magnético em popularidade. Figura 27 Um disco magnético sem a proteção metálica Como podemos ver na imagem acima, o disco magnético é composto por discos e braços de acesso, além de motores responsáveis por girar os discos e movimentar o braço. 1 O princípio básico de funcionamento do disco magnético é simples: os discos giram em um único sentido com velocidade constante, e as cabeças de leitura e gravação se aproximam e se afastam do centro do disco, de modo que conseguem atingir toda a sua área útil. Essa área é coberta por um material magnético que pode ser sensibilizado pelo campo gerado pela cabeça de leitura. Dependendo da direção em que estiverem direcionadas essas partículas, elas podem simbolizar um bit 0 ou um bit 1. 41

20 Unidade II A área útil do disco é dividida em setores. Um setor normalmente corresponde a 12 bytes e é separado do próximo setor por uma área não utilizada chamada lacuna. Como estamos lidando com campos magnéticos, nem toda a superfície pode ser utilizada, pois corremos o risco de afetar outros setores além do desejado, se eles estiverem muito próximos. Os setores são agrupados em círculos concêntricos denominados trilhas. Trilha / Cilindro Setor Cabeças de leitura e gravação 8 cabeças 4 platters Figura 28 Representação da geometria do disco magnético 1 Além de trilhas e setores, o outro conceito importante na geometria do disco magnético é o cilindro. Um disco magnético normalmente é composto por vários discos, denominados platters. Cada superfície de cada disco possui uma cabeça de leitura e gravação própria. Como todos os braços de todas as cabeças de leitura e gravação se movimentam ao mesmo tempo, quando a cabeça de leitura da primeira superfície estiver sobre a trilha n, todas as cabeças de leitura estarão sobre as trilhas n de suas respectivas superfícies. A esse conjunto de trilhas que podem ser acessadas sem que seja necessário movimentar a cabeça de leitura e gravação se dá o nome de cilindro. Este é um conceito importante quando se tenta aumentar o desempenho de discos, pois, por se tratar de um dispositivo 42

21 ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES mecânico, o tempo que a cabeça de leitura leva para se mover pela superfície do disco é extremamente lento. Se um determinado conjunto de dados estiver num mesmo cilindro, o tempo de acesso a esses dados será menor..3.3 Demais dispositivos 1 Além de processador, memórias e discos, um computador moderno dispõe de uma gama de dispositivos de entrada e saída de dados. Todos eles se comunicam de alguma forma com o barramento para que os dados possam ser transferidos deles para a memória principal e vice-versa. Podemos destacar, entre eles, os CD-ROMs (permitem apenas leitura) e CDs graváveis e regraváveis (que permitem a gravação uma ou muitas vezes), DVDs e Blu-Ray, teclados e mouses (e outros tipos de dispositivo apontadores como trackballs), monitores CRT (que usam o tubo de raios catódicos) e LCD (display de cristal líquido), as impressoras de todos os tipos (laser, jato de tinta e matriciais são as mais comuns) e os dispositivos de telecomunicações como modem de linha discada, DSL (digital subscriber line) e cable modem..3.4 Conjuntos de caracteres É claro que os computadores têm que lidar com todo tipo de informações, e não apenas números, mas, como veremos na seção sobre circuitos digitais, o computador só consegue de fato lidar com valores binários. 2 A solução para permitir que os computadores consigam lidar com informações não numéricas é a criação de tabelas de conversão. Essas tabelas são chamadas de conjuntos de caracteres. Um dos padrões mais conhecidos é o ASCII (American Standard Code for Information Interchange Código Padrão Americano para Intercâmbio de Informações). 43

22 Unidade II O ASCII usa sete bits para descrever os caracteres, o que permite 128 combinações. As tabelas abaixo mostram essas combinações. Binário Decimal Hexa Abreviação Descrição NUL Null - nulo SOH Start of header - início do cabeçalho STX Start of text - início do texto ETX End of text - fim do texto EOT End of tape - fim de fita ENQ Enquire - interroga identidade do terminal ACK Acknowledge - reconhecimento BEL Bell - campainha BS Back-space - espaço atrás HT Horizontal tabulation - tabulação horizontal A LF Line-feed - alimenta linha B VT Vertical tabulation - tabulação vertical C FF Form-feed - alimenta formulário D CR Carriage-return - retorno do carro (enter) E SO Shift-out - saída do shift F SI Shift-in - entrada no shift DLE Data-link escape DC1 Device-control DC2 Device-control DC3 Device-control DC4 Device-control NAK Neg-acknowledge - não reconhecimento SYN Synchronous idle ETB End-of-transmission block CAN Cancel EM End-of-medium A SUB Substitute B ESC Escape C FS File separator D GS Group separator E RS Record separator F US Unit separator F DEL Delete Tabela 1 Caracteres de controle ASCII 44

23 ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES Binário Decimal Hexa Caracter Binário Decimal Hexa Caracter Binário Decimal Hexa Caracter ` ! A a B b # C c $ D d % E e & F f G g ( H h ) I i A * A J A j B B K B k C, C L C l D D M D m E E N E n F / F O F o P p Q q R r S s T t U u V v W w X x Y y A : A Z A z B ; B [ B { C < C \ C D = D ] D } E > E ^ E ~ F? F _ Tabela 2 Caracteres imprimíveis do padrão ASCII Conforme podemos perceber, esse padrão é bastante limitado. Ele contém apenas os caracteres da língua inglesa, não contém os acentos necessários para o português, e nem 4

24 Unidade II podemos começar a pensar nos idiomas que usam alfabetos diferentes, como o russo ou o árabe. Como os computadores hoje são usados em todo o mundo e os fabricantes desejam que seus produtos sejam usados globalmente, o ASCII não pode mais ser considerado como um padrão aceitável. Por esse motivo, foi criado outro padrão, chamado UNICODE, patrocinado por um grupo de empresas. O UNICODE usa 16 bits para descrever cada caractere, o que permite até 6.36 caracteres diferentes. Mesmo essa quantidade é insuficiente para abarcar todos os idiomas falados na Terra. Linguistas estimam que seriam necessários cerca de caracteres para suportar todos os idiomas falados atualmente. 1 O padrão UNICODE hoje cobre cerca de 7 alfabetos. Além dos caracteres latinos, são suportados cirílico, grego, armênio, hebraico, devanágari, gurmuqui, oriá, telugu e kanada, entre outros. 46