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Capítulo 2 Informática básicaEste é um livro avançado, porém ao alcance dos leitores iniciantes, desdeque estejam dispostos a aprender tudo desde o início. Por isso apresentamosconceitos básicos sobre PCs no capítulo 1, e vamos no presente capítuloapresentar outros ensinamentos que permitirão a você acompanhar oscapítulos seguintes, que serão de nível mais especializado.

Quem estuda em um curso superior de engenharia eletrônica, informática,análise de sistemas ou engenharia de computação (o nome varia de acordocom a universidade), ou um curso de ensino médio na área de hardware ouprocessamento de dados, sempre encontra pela frente a matéria chamada de“Organização de computadores”. Pode aparecer com outros nomes, como“Introdução à computação digital”, “Fundamentos de computação digital” ousimilar. A matéria ensina desde o início os fundamentos de computaçãodigital, explicando o que é computador, CPU, memória, programa, etc. Esteserá o objetivo deste capítulo.

Organização de computadoresA organização de computadores é uma matéria ministrada em todos oscursos de computação. Ensina uma série de princípios sobre o fun-cionamento interno dos computadores. Esses princípios são válidos paraqualquer tipo de computador, não importa o tamanho, a marca, o modelo,ou se trata de um computador novo ou antigo. Conhecendo a organizaçãode computadores, você entenderá melhor o seu funcionamento e o estudodeste livro terá um melhor aproveitamento.

Normalmente os cursos de organização de computadores são genéricos, ouseja, apresentam informações que são válidas para qualquer tipo decomputador. Mesmo assim, são apresentados exemplos ilustrando como as

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técnicas de organização são usadas por alguns modelos de computadoresfamosos. Neste livro, os exemplos serão totalmente voltados para oscomputadores tipo “PC”.

Os primeiros computadores eletrônicos

Desde muitos e muitos anos atrás, já existiam máquinas capazes de efetuarcálculos. Essas máquinas eram tetra-tetra-tetra avós dos computadoresmodernos e eram chamadas de calculadoras. Eram na verdade réguas decalcular, também chamadas de ábacos. Eram muito usadas pelos árabes echineses. No início do século 20 já eram comuns as calculadoras mecânicas eelétricas. As calculadoras elétricas eram baseadas em um pequenodispositivo elétrico, chamado de relé. Os relés tinham aproximadamente otamanho de uma caixa de fósforos, bem maiores que os relés modernos,como os mostrados na figura 1. Calculadoras daquela época eram muitograndes, pois para construí-las eram necessários centenas de relés.

Figura 2.1

Relés.

As calculadoras elétricas, construídas com relés, eram muito melhores que asmecânicas. Eram mais rápidas e mais difíceis de apresentar defeitos. Ascalculadoras mecânicas apresentavam muitos defeitos, da mesma formacomo ocorre com qualquer máquina mecânica. As calculadoras a relétambém apresentavam defeitos, mas eram muito mais raros. Ainda existem,em pleno século 21, elevadores antigos cujo controle é feito por relés.

Resumindo, as calculadoras existentes até mais ou menos 1930 podiam serde dois tipos:

a) Mecânicas: Lentas, apresentavam muitos defeitos

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b) Elétricas: Um pouco mais rápidas, e apresentavam defeitos, mas menosque as mecânicas.

Já nos anos 30 existiam as válvulas eletrônicas, muito usadas em rádios. Umdaqueles antigos rádios dos “tempos da vovó” possuíam mais ou menos umadúzia de válvulas eletrônicas. As válvulas funcionavam como relés maissofisticados. Eram muito mais rápidas que os relés, mas tinham oinconveniente de durarem pouco tempo. Após cerca de 1000 horas de uso,as válvulas “queimavam”, assim como ocorre com as lâmpadas. Era entãonecessário trocar a válvula queimada. Se um daqueles enormes “rádios davovó” tinham uma dúzia de válvulas, imagine o tamanho que deveria ter umcomputador eletrônico, com milhares de válvulas.

Figura 2.2

Válvula eletrônica.

Podemos ver na figura 2 uma válvula eletrônica. Nos anos 30 e 40 foramconstruídos vários computadores, ainda experimentais, utilizando as válvulas.Esses computadores eram caríssimos e eram usados para aplicações militares,como por exemplo, cálculos da balística para lançamentos de projéteis. Essescomputadores não eram tampouco fabricados em série. Cada modelo eranormalmente um “filho único” da sua categoria. Eram na verdade grandesjeringonças eletrônicas. Alguns eram tão grandes que mediam do tamanhode um ginásio de esportes. Dentro da equipe de pessoas que trabalhavamcom esses computadores, havia sempre um sujeito que carregava umcarrinho cheio de válvulas. Passava o dia inteiro procurando e trocandoválvulas queimadas. Para que uma válvula queimada não afetasse o resultadodos cálculos, esses computadores repetiam cada operação três vezes, por trêscircuitos diferentes, e “a maioria vencia”. Se uma válvula queimasse durante

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uma operação, provavelmente apenas um dos três resultados estaria errado,mas os outros dois estariam corretos.

Ao ter contato com os modernos computadores é muito engraçado sabercomo eram precárias as condições de funcionamento daqueles velhoscomputadores até o início dos anos 50. Ainda nessa época, os computadoreseram chamados de “calculadoras”. Um dos famosos computadores da épocaera chamado de ENIAC (Electronic Numeric Integrator and Calculator).

Figura 2.3

Uma parte docomputador ENIAC(1939).

Computadores transistorizados

Uma grande melhoria em todos os aparelhos eletrônicos ocorreu após ainvenção do transistor. Esses pequenos componentes serviam para substituiras válvulas, mas com muitas vantagens. Eram muito menores, consumiammenos corrente elétrica e duravam muitos anos. Tornou-se possível aconstrução de computadores de menor tamanho, mais rápidos, maisconfiáveis e mais baratos. Já no final dos anos 50, todos os computadoreseram construídos com transistores. Também passaram a serem fabricados emsérie. Cada computador não era mais um “filho único”, e sim, fazia parte deuma série de máquinas iguais. Esses computadores ainda custavam milhõesde dólares, mas passaram a ser usados em aplicações não militares:

Aplicações comerciais em grandes empresas Controle de processos industriais

A indústria de computadores começou a crescer, dando origem aodesenvolvimento dos grandes gigantes da informática mundial, como a IBM.


Figura 2.4

Transistores.

Realmente os transistores causaram um grande impacto em todos osaparelhos eletrônicos, como rádios, TVs, vitrolas e tudo o mais que antesutilizava válvulas. Mas foi nos computadores que esses pequenoscomponentes tiveram a maior repercussão. Isso não é muito difícil deentender. Uma TV ou um rádio transistorizados não eram tão pequenos emcomparação com os modelos a válvula. Mas no caso dos computadores, essaminiaturização era muito mais acentuada, já que os computadores a válvulaeram verdadeiros gigantes. Computadores que ocupavam um salão inteiro,podiam ser construídos a transistor e ficavam do tamanho de uma estante.Computadores a válvula que ocupavam um prédio inteiro, podiam serconstruídos com transistores, e passavam a ocupar apenas um andar. Assimforam os computadores até os anos 60.

Circuitos integrados

Ao mesmo tempo que os computadores transistorizados eram cada vez maisutilizados em todo o mundo, um outro grande avanço tecnológico ocorria: acorrida espacial. Americanos e soviéticos lançavam seus foguetes rumo aoespaço. A miniaturização de computadores era ainda mais importante, nocaso de um computador a ser colocado a bordo de um foguete. Seriatotalmente inviável levantar vôo carregando um enorme computadorvalvulado. Já para um computador transistorizado, isto era possível, masse fosse conseguida uma miniaturização ainda maior, computadores maispoderosos ou então mais leves (ou ambas as coisas) poderiam serembarcados nos foguetes.

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Figura 2.5

Válvula, transistores e chip.

A NASA (Agência Espacial Norte-Americana) gastou bilhões de dólares comseu programa espacial, contratou empresas fabricantes de transistores paraque realizassem uma miniaturização ainda maior. Uma dessas empresas, atéhoje uma líder mundial em microeletrônica, é a Texas Instruments. Foramentão criados os primeiros circuitos integrados, também chamados de chips.Um circuito integrado é um pequeno componente eletrônico que possui emseu interior, centenas, ou até milhares de transistores. A figura 5 mostra acomparação de tamanhos entre uma válvula, um transistor e um chip dosmais rudimentares. Enquanto um transistor é equivalente a uma válvula etem um tamanho muito menor, um chip dos mais simples temaproximadamente o mesmo tamanho que um transistor comum, mas em seuinterior existem, na verdade, centenas de transistores.

Aqueles velhos chips dos anos 60 tinham em seu interior, dezenas oucentenas de transistores. Já os chips modernos, como os processadoresusados nos microcomputadores, têm em seu interior algumas dezenas demilhões de transistores.

Os chips podem ser divididos em várias categorias, dependendo daquantidade de transistores que existem em seu interior:

SSI - Short Scale of Integration, ou Integração em Baixa Escala. Esses chipscontém em seu interior apenas algumas dezenas de transistores.

MSI - Medium Scale of Integration, ou Integração em Média Escala. Esseschips contém algumas centenas de transistores.


LSI - Large Scale of Integration, ou Integração em Alta Escala. Contém emseu interior, alguns milhares de transistores.

VLSI - Very Large Scale of Integration, ou Integração em Escala Muito Alta.Esses chips contém da ordem de dezenas de milhares de transistores, oumais.

Nos computadores modernos, quase todos os chips usados são do tipo LSIou VLSI. Os chips SSI e MSI são ainda usados em pequenas quantidades,normalmente para auxiliar os chips LSI e VLSI.

Os primeiros microprocessadores

Não confunda essas duas palavras:

Microcomputador: É um computador pequeno, de tamanho tal quepode ser colocado sobre uma mesa. Quando surgiram osmicrocomputadores, existiam apenas os computadores de grande porte (queocupavam salas inteiras) e os minicomputadores, que eram do tamanho deuma geladeira.

Microprocessador: É um pequeno chip que cabe na palma da mão.Podemos dizer que esse chip é o “cérebro” do computador. É ele que exe-cuta os programas, faz os cálculos e toma as decisões, de acordo com asinstruções armazenadas na memória.

Podemos ver na figura 6 um microcomputador e na figura 7 ummicroprocessador.

Figura 2.6

Microcomputador.

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Figura 2.7

Microprocessador.

Os microprocessadores formam uma parte importantíssima do computador,chamada de UCP (Unidade Central de Processamento), ou em inglês, CPU(Central Processing Unit). Antes da existência dos microprocessadores, asCPUs dos computadores eram formadas por um grande número de chips,distribuídos ao longo de uma ou diversas placas. Um microprocessador nadamais é que uma CPU inteira, dentro de um único CHIP. Podemos ver nafigura 8, um microprocessador e uma placa de circuito. Ummicroprocessador contém todos os circuitos que antigamente eram formadospor diversas placas.

Figura 2.8

Microprocessador e placas de circuito.

Ligando-se um microprocessador a alguns chips de memória e alguns outroschips auxiliares, tornou-se possível construir um computador inteiro em umaúnica placa de circuito. Esse computador, por ter um tamanho muito menorque os computadores da época (início dos anos 70), passou a ser conhecidocomo microcomputador. Esses primeiros microcomputadores eram bemdiferentes dos atuais. Não tinham, por exemplo, teclado, nem vídeo, nem


impressora. Eram ligados a um aparelho chamado de TELETYPE (ouTELETIPO). O teletipo era uma máquina de escrever que continha umaleitora e uma perfuradora de fita de papel. Os programas não eramarmazenados em discos, como nos dias atuais. Eram gravados em fitas depapel. Os pequenos furos da fita de papel representavam as instruções dosprogramas.

Figura 2.9

Microcomputadores do início dos anos 80.

Uma famosa empresa americana, a Intel, foi uma das primeiras a produziremmicroprocessadores. Seu primeiro microprocessador era chamado de “4004”.O 4004 era um microprocessador ainda muito limitado. Era capaz de realizaroperações com apenas 4 bits de cada vez. Se você ainda não sabe o que éum bit, não se preocupe, pois mais adiante neste capítulo explicaremos oque são bits e bytes. Para simplificar, um microprocessador de 4 bits só podeoperar com números pequenos, de 0 a 15. Para usar números maiores, ummicroprocessador de 4 bits precisa dividir o número em várias partes e fazeras contas em várias etapas. Podemos exemplificar isto, fazendo uma analogiacom o que acontece com o cérebro humano:

Pergunta: Quanto é 37x21 ?

Na escola nunca estudamos a tabuada de 37, e nem de 21. Para calcular37x21 temos que fazer a conta:

37 1x7=7, 1x3=3

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x 21 2x7=14, 2x3=6, 6+1=7----------- 37 7+0=7, 3+4=7, 7+0=7+74 -----------

777

Como nosso cérebro só sabe multiplicar números menores que 10, dividimosa operação em várias etapas, e encontramos assim o resultado 777. Estamultiplicação “complexa” precisou ser composta a partir de 4 multiplicaçõessimples e 4 adições. Um microprocessador de 4 bits como o 4004 faz essemesmo tipo de desmembramento para operar com números maiores.

Depois do 4004, a Intel lançou o 8008, que era um microprocessador de 8bits. Era muito mais rápido que o 4004, já que podia operar com númerosmaiores. Com 8 bits, esse chip podia operar diretamente com números entre0 e 255. O que o 4004 precisava de duas etapas para realizar, podia serrealizado em uma única etapa pelo 8008. Esses chips eram caríssimos.Custavam, na época do seu lançamento, mais de 1000 dólares!

Depois do 8008, a INTEL lançou um novo microprocessador de 8 bits,chamado de 8080. Era mais rápido e mais barato que o 8008. O 8080 foi oprimeiro microprocessador a ser usado em larga escala nos chamados“computadores pessoais”. Antes deles, os microcomputadores eram usadosapenas em laboratórios científicos, em fábricas e em universidades. O 8080popularizou o uso de microcomputadores por pequenas empresas e até parauso pessoal. Já no final dos anos 70 eram comuns os micros pessoaisbaseados no 8080 e em outros microprocessadores rivais: o MC6800 daMotorola, o 6502, usando em um antigo microcomputador chamado deAPPLE, e o Z-80 fabricado pela ZILOG, usado em um antigo computadorchamado TRS-80. Surgia então a indústria dos microcomputadores. Aomesmo tempo, surgia a indústria do software para microcomputadores, quecriava programas de vários tipos para serem usados nessas máquinas. Osmicrocomputadores dessa época já usavam teclado, vídeo e impressora. Seusdados e programas eram armazenados através de em gravadores de fita K-7adaptados para trabalhar com microcomputadores.

A Intel produziu ainda nos anos 70, um outro microprocessador parasubstituir o 8080. Chamava-se 8085. Todos esses microprocessadores (8080,8085, Z-80, 6502, 6800 e outros) operavam com 8 bits.


*** 100% ***Figura 2.10

Microcomputador SchumecM101/85 (produzido no Brasil em1981). Da esquerda para a direita:a) Unidade de armazenamento(gravador K7)b) Computadorc) Terminal de vídeo/teclado

Diretamente do túnel do tempo (1981), a figura 10 mostra um dos primeirosmicrocomputadores brasileiros, o Schumec M-101/85. Tinha ummicroprocessador Intel 8085 de 6 MHz, 16 KB de memória e um gravadorde fita K-7 (Gradiente) para armazenamento de programas e dados. Seumonitor de vídeo era na verdade uma TV Philips adaptada, já que nestaépoca o Brasil não fabricava monitores.

Em meados dos anos 90, os microprocessadores passaram a ser chamadossimplesmente de processadores. Você certamente está acostumado a ouvirtermos como “processador Pentium III”, “processador Athlon”, “processadorK6-2”, e assim por diante. Realmente a palavra “processador” é mais simplesque “microprocessador”, e do ponto de vista de marketing, valoriza ocomponente. Neste livro, a partir deste ponto, também adoraremos o termo“processador”.

Os microcomputadores modernos

Assim como os microprocessadores passaram a ser chamados simplesmentede “processadores”, os microcomputadores são mais conhecidos pelostermos “micro”, “computador” ou simplesmente “PC”.

Até o final dos anos 70, os microcomputadores existentes operavam com 8bits. Nessa época, a Intel lançou os primeiros processadores de 16 bits: o8086 e o 8088. Um processador de 16 bits é capaz de operar com númerosmaiores e de forma mais rápida que os modelos de 8 bits. Os doismicrocomputadores que dominavam o mercado eram o Apple e o TRS-80.Utilizavam, respectivamente, os processadores 6502 e Z-80, ambos de 8 bits.

Nessa ocasião, a IBM, maior fabricante de computadores em todo o mundo,ainda não fabricava microcomputadores. Seus produtos eram oscomputadores de grande porte usados nos grandes centros de processamentode dados, e custavam alguns milhões de dólares. A IBM decidiu então entrarno mercado de computadores pessoais. Escolheu então o processador 8088para usar em seu microcomputador, chamado de IBM Personal Computer,

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ou simplesmente, IBM PC. Era o primeiro microcomputador de 16 bits a serproduzido em grande escala, e passou logo a dominar o mercado. Até osdias atuais, os modernos microcomputadores são compatíveis com o IBM PCoriginal, lançado em 1981. O IBM PC tinha as seguintes características:

Processador 8088, operando a 4.77 MHz Monitor de vídeo monocromático 2 drives de disquetes de 320 kB 16 kB de memória, possibilitando expansão até 64 kB Conexão para gravador K-7

Pouco tempo depois, a IBM realizou melhorias no projeto deste microcom-putador e lançou o IBM PC-XT. A sigla “XT” significa ExtendedTechnology (Tecnologia estendida). As características dos primeiros modelosdo IBM PC-XT eram as seguintes:

Processador 8088, operando a 4.77 MHz Monitor de vídeo monocromático ou colorido 2 drives de disquetes de 360 kB 64 kB de memória, possibilitando expansão até 256 kB Disco rígido de 10 MB

A grande vantagem do IBM PC-XT (ou simplesmente XT) em relação aoIBM PC era a possibilidade de operar com um disco rígido de 10 MB, umaaltíssima capacidade para aquela época.

O XT foi apenas o primeiro modelo de microcomputador a representar umaevolução do velho IBM PC. Ano após ano, até os dias atuais, são lançadosnovos modelos de microcomputadores, cada vez mais rápidos e com maisrecursos. Considere por exemplo, um computador de 2001, comconfiguração modesta, em comparação com o IBM PC-XT:

IBM PC-XT Microcomputador moderno

Processador 8088 a 4.77 MHz Processador Pentium III de 1000MHz, cerca de 5000 vezes mais rápidoque o 8088 do XT.

Disco rígido de 10 MB Disco rígido de 30 GB (30.000 MB). 64 kB de memória 128 MB de memóriaMemória expansível até 256 kB Memória expansível até 1,5 GBVídeo de baixa resolução, com 4 cores Vídeo de alta resolução, com 16,8

milhões de cores


Preço 5.000 dólares Preço: 1.500 dólares

Todos esses computadores são chamados de “PC compatíveis”. Mesmo essesmodelos mais modernos, que são milhares de vezes mais velozes que o IBMPC original, ainda são chamados de “PCs”. Há muitos anos que a IBM jánão é mais a única empresa a fabricar PCs. Atualmente existem diversasoutras grandes empresas que produzem seus próprios PCs, mas todos elessão compatíveis com o IBM PC. No mundo inteiro existem centenas demilhões de microcomputadores tipo “PC”.

Ao longo dos anos, as melhorias sofridas pelos PCs foram as seguintes:

Preço: Com o aumento da produção e o uso de chips VLSI, foi possível re-duzir drasticamente o preço dos equipamentos.

Processador: A cada ano são lançados novos processadores, cada vez maisvelozes. Por exemplo, o processador 80286 foi utilizado em outro modelo daIBM chamado de IBM PC-AT. A sigla “AT” significa Advanced Technology(Tecnologia Avançada). O IBM PC-AT operava com 8 MHz, mas ao longodos anos foram lançados novos modelos com velocidades mais altas.

8088-2 8 MHz 60% mais rápido que o 80888088-1 10 MHz 2 vezes mais rápido que o 808880286-8 8 MHz 6 vezes mais rápido que o 808880286-10 10 MHz 7,5 vezes mais rápido que o 808880286-12 12 MHz 9 vezes mais rápido que o 808880286-16 16 MHz 12 vezes mais rápido que o 808880286-20 20 MHz 15 vezes mais rápido que o 808880286-25 25 MHz 18 vezes mais rápido que o 8088

Assim como o 80286, outros processadores mais velozes foram lançados.Alguns dos processadores lançados entre 1985 e 1995 foram:

80386-16 16 MHz 17 vezes mais rápido que o 808880386DX-40 40 MHz 43 vezes mais rápido que o 808880486DX-25 25 MHz 54 vezes mais rápido que o 808880486DX4-100 100 MHz 200 vezes mais rápido que o 8088Pentium-60 60 MHz 240 vezes mais rápido que o 8088Pentium-100 100 MHz 400 vezes mais rápido que o 8088

Os programas que eram executados nos antigos PCs XT não são maisusados, por isso não faz mais sentido comparar PCs modernos com o IBM

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XT. Por exemplo, os antigos processadores de texto simplesmente recebiamos caracteres do teclado e os colocavam na tela e na memória, depoisgravavam tudo em um arquivo. Os processadores de texto modernos fazemmuito mais que isso. Por exemplo, exibem o texto usando caracteres dediversos estilos e tamanhos, fazem correção gramatical automática, de formasimultânea com a digitação, podem incluir gráficos e fotos, além de váriosoutros recursos avançados. Não adianta portanto dizer que, por exemplo, umprocessador Athlon de 1000 MHz é cerca de 8.000 vezes mais veloz que umXT. Ninguém conseguirá usar um programa moderno em um XT, e não fazsentido usar em um PC modernos, programas que eram usados no XT.

*** 35% ***Figura 2.11

Processador Athlon.

Além de processadores mais velozes, outros componentes dos PCs sofreramuma grande evolução:

Disco rígido: Os XTs usavam discos rígidos com 10 MB, mas atualmenteexistem discos com capacidades milhares de vezes maiores. Em 1991, amaioria dos PCs usava discos com 40, 60 ou 80 MB. Já em 1993, os discos de120 e 200 MB eram mais comuns. Em 1994 encontramos com maiorfreqüência os discos de 260, e 340 MB. A seguir surgiram discos comcapacidades superiores a 1000 MB (1 GB). Atualmente o GB (gigabyte) éusado para medir a capacidade dos discos rígidos. Em 2001, os PCs maismodestos usavam discos de 10 GB, capacidade 1000 vezes maior que a dosdiscos rígidos dos primeiros XTs.


Figura 2.12

Um disco rígido.

Memória: Os primeiros PCs usavam 16 kB de memória. Os programas daépoca eram suficientemente pequenos para funcionar bem com esta pequenaquantidade de memória. Mas logo surgiram programas mais sofisticados, quenecessitavam de mais memória. Passaram a ser então, mais comuns, os PCscom 64 kB de memória. De início, 64 kB era uma quantidade de memóriabem generosa, mas logo surgiram programas mais sofisticados, quenecessitavam de mais memória. E assim a coisa prosseguiu. Cada vez eramlançados PCs com mais memória, e logo a seguir, programas maissofisticados, que necessitavam de mais memória. Em 1985, 512 kB era umaquantidade de memória bem confortável. Já em 1990, 1 MB era a memóriaencontrada na maioria dos micros. Em 1993, o padrão passou a ser 4 MB.Em 1994 tornou-se cada vez mais comuns os micros com 8 MB. Em 1995 e1996 a maioria dos PCs tinha 16 MB. Ao final do ano 2000, os PCs maissimples tinham 32 MB de memória, e já em 2001, 64 MB era o mínimoencontrado nos PCs de menor custo, enquanto os PCs bem configuradostinham 128 MB ou 256 MB. Sempre teremos PCs com quantidades cada vezmaiores de memória, assim como programas cada vez mais sofisticados quefarão uso dessa memória.

Figura 2.13

Um módulo de memória.

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Todos os PCs atuais, equipados com os processadores de última geração, sãona verdade sucessores do IBM PC-AT, que é por sua vez, sucessor do IBMPC. É muito comum escutar alguém dizendo, por exemplo:

“Possuo um Pentium III/800”.

Na verdade, a forma mais correta e completa de dizer, seria a seguinte:

“Possuo um PC compatível com o IBM PC-AT, equipado com umprocessador Pentium III de 800 MHz”.

Por questões práticas, é mais comum chamar um PC como este desimplesmente “Pentium III/800”, mas lembre-se que este é o nome correto doprocessador, e não do PC.

CPU, Entrada e Saída

Estamos falando sobre organização de computadores, mas até agora nãoentramos diretamente neste assunto. Vimos uma evolução da história doscomputadores, para entender como tiveram origem os PCs modernos. Agoraque sabemos como os PCs surgiram poderemos falar em organização decomputadores de forma mais específica.

Todos os computadores possuem uma parte muito importante, chamada deunidade central de processamento (UCP). Em inglês, usamos a sigla CPU,que é abreviatura de central processing unit. Nos computadores de grandeporte, a CPU é formada por uma ou várias placas. Cada uma dessas placascontém vários chips. Nos microcomputadores a CPU nada mais é que opróprio processador. É também comum chamar a placa que contém oprocessador de placa de CPU ou placa mãe. Não quer dizer que a CPU sejaa placa inteira. A placa de CPU é a placa que contém a CPU, ou seja, quecontém o processador.


Figura 2.14

Placa de CPU.

Note que “CPU” não é a mesma coisa que “processador”, já que emcomputadores de maior porte (os supercomputadores, por exemplo), a CPUé formada por uma ou mais placas, com vários chips. Entretanto nos PCs écorreto dizer que o processador é a CPU do computador, e que a placa deCPU de um microcomputador é a placa onde está localizado o processador.

*** 35% ***Figura 2.15

Processador.

Não importa de que tipo de CPU estamos falando, seja ummicroprocessador, ou uma das várias placas que formam a CPU de umcomputador de grande porte, podemos dizer que a CPU realiza as seguintestarefas:

a) Busca e executa as instruções existentes na memória.Os programas e os dados que ficam gravados no disco (seja ele um discorígido, disquetes ou outro meio de armazenamento), são transferidos para a

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memória. Uma vez estando na memória, a CPU (no nosso caso, oprocessador) pode executar os programas e processar os dados.

b) Comanda todos os outros chips do computador.A CPU é auxiliada por vários circuitos que desempenham diversas funções.Por exemplo, quando você pressiona uma tecla, faz com que o tecladotransmita o código da tecla pressionada. Este código é recebido por umcircuito chamado de interface de teclado. Ao receber o código de uma tecla,a interface de teclado avisa a CPU que existe um caracter recebido. Poroutro lado, quando a CPU precisa enviar uma mensagem para o usuário,precisa que a mensagem seja colocada na tela. Isto é feito com auxílio de umcircuito chamado de interface de vídeo. A CPU envia para a interface devídeo, a mensagem, seja ela em forma de texto ou figura. A interface devídeo coloca então a mensagem na tela.

Quando a CPU executa instruções e processa dados, dizemos que estáprocessando. A CPU passa, na verdade, o tempo todo executando instruçõese processando dados. Quando um circuito recebe um dado e o transmitepara a CPU, como no caso do teclado, dizemos que trata-se de umaoperação de entrada de dados (Input). Quando um circuito transmite umdado, como no caso do vídeo, ou da impressora, dizemos que trata-se deuma operação de saída de dados (Output). Podemos dizer que ocomputador é uma máquina que passa o tempo todo realizando trêsoperações:

Entrada / Processamento / Saída

A entrada de dados é realizada por diversos dispositivos coordenados pelaCPU. Entre eles podemos citar o teclado e o mouse. O processamento érealizado pela própria CPU. Lembre-se que CPU significa Unidade Centralde Processamento. A saída de dados é realizada por vários dispositivos, sob acoordenação da CPU. Entre eles podemos citar o vídeo e a impressora.

Vejamos então um pequeno resumo dos conceitos apresentados aqui:

CPU - É a Unidade Central de Processamento. Em computadores de grandeporte, a CPU é formada por uma ou mais placas. Nos microcomputadores, aCPU é o processador.

Placa de CPU - Todo microcomputador possui uma placa principal, cha-mada de placa de CPU. Esta placa contém o processador, a memória eoutros circuitos importantes.


Processamento - É a principal função da CPU. Além de realizar o pro-cessamento dos dados. A CPU também comanda as operações de entrada esaída, que são realizadas por circuitos auxiliares chamados de interfaces.

Bits e Bytes

Um velho ditado popular afirma que “para o bom entendedor, meia palavrabasta”. Se isso é verdade, vamos tentar explicar com meias palavras o que ébit, byte, kB, MB e GB.

BIT - Número que pode representar apenas dois valores: 0 e 1.

BYTE - Grupo de 8 bits. Pode representar valores numéricos entre 0 e 255.Pode também ser usado para representar caracteres. Em geral cada caracterocupa um byte.

kB (KILOBYTE) - Um grupo de aproximadamente 1.000 bytes.

MB (MEGABYTE) - Um grupo de aproximadamente 1.000.000 bytes.

GB (GIGABYTE) - Um grupo de aproximadamente 1.000.000.000 bytes.

A explicação em meias palavras está muito deficiente, mas é melhor saber“mais ou menos” que não saber nada. Vamos agora apresentar umaexplicação decente do que são essas coisas.

Estamos acostumados a utilizar o sistema decimal de numeração. Essesistema usa 10 algarismos para formar todos os números: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7,8, e 9. O sistema de numeração decimal usa exatamente 10 algarismos,devido ao fato dos seres humanos terem 10 dedos. Historicamente o número10 foi escolhido, pois os números eram usados na vida cotidiana para contar.Contar carneiros, bois, pães, pessoas, etc. Nada mais natural que contar comos dedos. Pergunte a uma criança de 3 anos, quantos anos ela tem, e vocêverá que ela responderá mostrando 3 dedos da mão.

Imagine um número qualquer de 3 algarismos, como por exemplo, 732.Dizemos que esse número tem 3 dígitos decimais. O primeiro dígito, o dascentenas, é o 7. O segundo dígito, o das dezenas, é o 3, e o terceiro dígito, odas unidades, é o 2. Existem muitos outros números de 3 dígitos. O menordeles é 100 e o maior deles é 999.

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Os computadores podem receber valores decimais, através do teclado, eescrever valores decimais, através do vídeo, por exemplo. Mas internamente,ou seja, no interior da CPU e da memória, os valores são armazenados emum outro sistema, mas adequado aos circuitos do computador. Trata-se dosistema binário. Enquanto no sistema decimal cada dígito pode assumir 10valores (0, 1, 2, 3, ..., 9), no sistema binário cada dígito pode assumir apenas2 valores: 0 e 1. Para nós é complicado raciocinar com números binários,mas para os circuitos do computador, esta é a forma mais simples. Porexemplo, o número 13, que no sistema decimal é representado apenas comdois dígitos (1 e 3), no sistema binário é representado com 4 dígitos, naforma: 1011.

Muitos cursos de organização de computadores ou introdução à informática,ensinam neste ponto como transformar números do sistema decimal para osistema binário, e vice-versa. Muitos principiantes ficam até assustados comtantas contas. A dificuldade de muitas pessoas com matemática, acabafazendo essas pessoas terem medo da informática. Para sua felicidade, nãoserá feito nada disso aqui. Nosso objetivo no momento é explicar o que é umBIT. Apresentaremos entretanto no final deste capítulo, as clássicasconversões entre os sistemas de numeração decimal e binário.

BIT nada mais é que a abreviatura de BInary digiT, ou seja, dígito binário.Talvez os nossos conhecidos algarismos do sistema decimal devessem serchamados de “DET” (DEcimal digiT). Poderíamos dizer nesse caso que os“DETS” existentes são 0, 1, 2, 3, ... 9. Não existe o termo “DET” que estamosapresentando aqui, apenas para fazer uma analogia. Dessa forma você podeentender melhor que os BITS podem assumir dois valores: 0 e 1.

Dentro do computador, todos os dados que estão sendo armazenados ouprocessados são representados na forma de BITS. Como um BIT é muitopouco, já que pode representar apenas dois valores, os computadorestrabalham com agrupamentos de bits. Por exemplo, os processadoresantigos, como o 8080, podiam operar com 8 bits de cada vez. Os PCs queusavam os processadores 8088 e 80286 trabalham com 16 bits (apesar deaceitarem também instruções e dados de 8 bits). Os processadores 80386,80486, Pentium e superiores, operam com 32 bits, apesar de tambémaceitarem dados de 8 e 16 bits, e de terem algumas instruções especiais paradados de 64 e 80 bits.

Sempre que um processador, uma memória ou outro chip qualquer precisarreceber ou transmitir dados, esses dados são transferidos na forma de BITS.Entretanto, para que a transferência seja mais rápida, esses bits não são


transferidos um de cada vez, e sim, vários de uma só vez. Com um único fiosó é possível transmitir um bit de cada vez. Com 8 fios é possível transmitir 8bits de cada vez, o que é muito mais rápido. Nos PCs, os bits sãotransmitidos em grupos de 4, 8, 16, 32 ou 64 bits simultâneos.

Um grupo de 4 bits é chamado de NIBBLE Um grupo de 8 bits é chamado de BYTE Um grupo de 16 bits é chamado de WORD Um grupo de 32 bits é chamado de DOUBLE WORD (DWORD) Um grupo de 64 bits é chamado de QUAD WORD (QWORD)

Você não precisa decorar todas essas palavras. Basta saber que um BYTE(lê-se “báite”) é um grupo formado por 8 bits. Esses 8 bits caminham semprejuntos, como se fossem pássaros de um mesmo bando. Toda vez que um bité transferido de um lugar para outro, os 8 bits seguem o mesmo caminho,cada um por um “fio” diferente.

Os bytes podem ser usados para representar números, caracteres, figuras, ouqualquer outro tipo de dado armazenado ou processado em umcomputador. Para representar caracteres, por exemplo, basta estabelecer umcódigo que indique um número associado a cada caracter. Um código muitoutilizado é o ASCII, no qual temos por exemplo:

01000001 - A01000010 - B01001010 - L00100011 - #01010100 - T

Ninguém precisa decorar esses números. Na verdade, alguns “micreiros”(pessoa que gosta de conhecer a fundo o funcionamento interno dosmicrocomputadores) acabam, de forma imperceptível, decorando essesvalores. Mas não é necessário decorar esses números para saber usar ocomputador. É importante que você saiba que, por exemplo, quando vocêpressiona a tecla “T”, o teclado transmitirá para o computador um códigonumérico que representa esta letra. Não é importante saber qual é o código,mas é importante saber que é formado por 8 bits, e que ficarão armazenadosna memória do computador, ocupando exatamente 1 byte.

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Vamos agora fazer um teste, para ver se você entendeu. A seguir estão duaspiadas. Se você não entender as pidadas, significa que não entendeu nadasobre BITS e BYTES.

Piada 1:O sujeito chegou na banca de revistas e pediu ao jornaleiro:- Por favor, eu quero comprar uma revista “BYTE”.O jornaleiro não tinha mais nenhum exemplar da revista “BYTE”, e falou:- A revista “BYTE” acabou. Agora só tem a revista “BIT”.O sujeito falou então (de brincadeira):- Então vou levar oito revistas “BIT”.

Piada 2:Ao terminar um curso de organização de computadores, o aluno perguntou:- Professor, eu gostei muito do curso, entendi tudo, mas só ficou uma dúvida.Afinal de contas, qual é a pronúncia correta; “BIT” ou “BYTE” ?

Não precisa rir das piadas, basta entender.

Vejamos agora o que é kB, MB e GB. Dissemos anteriormente que 1 kB éaproximadamente 1000 bytes. Na verdade, 1 kB são 1024 bytes. Este númerofoi escolhido porque sua representação binária é muito mais simples que arepresentação do número 1000:

1000 = 01111101000 em binário1024 = 10000000000 em binário

Por razões de simplificação de hardware, o número 1024 foi o escolhido pararepresentar o “k” da computação. Na vida cotidiana e na física, o “k” vale1000:

1 km = 1000 metros1 kg = 1000 gramas1 kV = 1000 volts

Entretanto, na informática, o multiplicador “k” (lê-se “quilo” ou “ká”) vale1024. Da mesma forma, o multiplicador “M” (lê-se “mega”), quenormalmente vale 1.000.000, na computação vale:

1 M = 1024 k = 1024x1024 = 1.048.576


Portanto, 1 MB (lê-se “um megabyte”) são exatamente 1.048.576 bytes. Maspara efeitos práticos, podemos dizer que 1 MB é aproximadamente 1 milhãode bytes.

O multiplicador “G” (lê-se “giga”), que normalmente vale 1 bilhão, nacomputação vale:

1 G = 1024 M = 1024x1024x1024 = 1.073.741.824

Portanto, 1 GB (lê-se “um gigabyte”) são exatamente 1.073.741.824 bytes,mas para efeitos práticos podemos dizer que 1 GB é aproximadamente 1bilhão de bytes.

Memória principal

A CPU é a parte mais importante de um computador. Essa importância é tãogrande que é comum ouvir pessoas chamando seus computadores pelonome do processador: “... possuo um Pentium III...”.

Podemos dizer que depois da CPU, a parte mais importante de umcomputador é a memória. Tanto é assim que ouvimos muitos usuários demicros falarem: “... possuo um Pentium III com 128 MB de memória...”.

A memória principal é aquela que é acessada diretamente pelo processador.É formada por diversos tipos de chips. Podemos ver na figura 16 alguns tiposde chips de memória, usados para formar a memória principal de PCs.

Figura 2.16

Exemplos de chips e módulos de memória.

Além da memória principal, que é diretamente acessada pela CPU, existetambém a memória secundária, que será estudada na próxima sessão. Amemória secundária não é acessada diretamente pela CPU. Seu acesso é

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feito através de interfaces ou controladoras especiais. Podemos citar comoexemplo de memória secundária, o disco rígido. A memória secundária nãoé formada por chips, e sim, por dispositivos que utilizam outras tecnologiasde armazenamento. O disco rígido, assim como os disquetes e as unidadesde fita, usam a tecnologia magnética para armazenar dados. Os discos CD-ROM usam tecnologia ótica.

Figura 2.17

Módulos de memória instalados em umaplaca de CPU.

Figura 2.18

Memórias de uma placa devídeo.

No caso dos microcomputadores, quase toda a memória principal ficalocalizada na placa de CPU. Entretanto, algumas outras placas, chamadas deplacas de expansão, também podem conter mais memória. É o caso da placade vídeo.

Os chips de memória podem ser divididos em duas categorias:

RAM - São chips de memória que podem ser lidos e gravados pela CPU aqualquer instante. A CPU usa a RAM para armazenar e executar programasvindos do disco, para ler e escrever os dados que estão sendo processados.Uma outra característica da RAM, é que se trata de uma memória volátil.Isso significa que quando o computador é desligado, todos os seus dados são

RAM

ROM


apagados. Por essa razão, é necessário que os programas e dados fiquemgravados no disco, que é uma memória permanente.

ROM - É a abreviatura de read only memory, ou seja, “memória para leituraapenas”. São chips de memória que podem ser lidos pela CPU a qualquerinstante, mas não podem ser gravados. Sua gravação é feita apenas pelofabricante do computador, ou pelo fabricante de memórias. A outracaracterística importante de ROM é que trata-se de uma memóriapermanente. Seu conteúdo nunca é perdido, mesmo com o computadordesligado. Nos microcomputadores, existe um programa muito importantechamado de BIOS (Basic Input-Output System - Sistema Básico de Entrada eSaída). O BIOS tem várias funções, entre as quais, a de realizar a “partida”do computador. Quando ligamos o computador, o BIOS realiza a contagemde memória, faz uma rápida checagem do funcionamento do computadore realiza a carga do Sistema Operacional que deve estar armazenado nodisco. O BIOS está gravado em uma memória ROM localizada na placa deCPU. Existem tipos de ROM que podem ser gravados através de programasespeciais. Por exemplo as do tipo Flash ROM. Também ficam disponíveisapenas para leitura, mas utilizando um programa especial fornecido pelofabricante da placa de CPU, o BIOS pode ser regravado.

Como já mostramos, a placa de CPU contém quase toda a memória de umPC, mas outras placas também podem conter memórias, do tipo RAM e dotipo ROM. Por exemplo, as placas de vídeo contém uma ROM com o seupróprio BIOS, e contém uma RAM chamada de memória de vídeo, quearmazena os caracteres e gráficos que são mostrados na tela.

Memória secundária

A memória secundária também é chamada de memória de massa. É umamemória do tipo permanente (não se apaga quando o computador estádesligado), que tem uma alta capacidade de armazenamento, e um customuito mais baixo que o da memória principal. Considere por exemplo, umcomputador com 64 MB de RAM (que faz parte da memória principal) e umdisco rígido de 40 GB (que faz parte da memória secundária). Os 40 GB dodisco rígido servem para armazenar diversos programas e diversos dados. Os64 MB de RAM servem para manter apenas os programas e os dados queestão sendo processados em um dado instante. Podemos também mostrarcomo o custo da memória secundária é muito mais baixo que o da memóriaprincipal. Enquanto 64 MB de RAM custam cerca de $30 (preços de 2001),um disco rígido de 40 GB custa cerca de $200. Dividindo o preço pelacapacidade, constatamos que 1 MB de RAM custam cerca de 50 centavos dedólar, enquanto 1 MB de espaço no disco rígido custam menos de 1 centavo

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de dólar. A tabela abaixo mostra os preços, as capacidades e o custo de ar-mazenamento por cada MB armazenado (preços relativos a 2001). Observecomo o custo do armazenamento da memória secundária é muito maisbaixo.

Dispositivo Tipo Capacidade dereferênica

Custototal

Custo por MBaproximado

RAM Principal 128 MB $ 60 $ 0,50Disquete Secundária 1.44 MB $ 0,50 $ 0,35 *Zip Disk Secundária 100 MB $ 10 $ 0,10 *CD-RW Secundária 600 MB $ 5 $ 0,008 *Disco rígido Secundária 40 GB $ 200 $ 0,005CD-R Secundária 600 MB $ 2 $ 0,004 *CD-ROM Secundária 600 MB $ 1 $ 0,002 *Fita Secundária 12 GB $ 10 $ 0,001 *

De acordo com a tabela, a memória RAM é o tipo mais caro, custando cercade 50 centavos por MB (preços de 2001). Outro custo por MB elevado é odo disquete, que apesar de barato, tem capacidade muito baixa, apenas 1.44MB. O próximo na escala de valores é o ZIP Disk, com custo de cerca de 10centavos por MB armazenado. O disco rígido tem custo por MB ainda maisbaixo, abaixo de 1 centavo de dólar. Os demais meios citados têm custo porMB inferior a 1 centavo. O CD-RW é uma espécie de disco, similar ao CD-ROM, mas pode ser gravado e apagado sucessivas vezes. O CD-R é um CDque também pode ser gravado, porém uma única vez. O CD-ROM temcusto por MB ainda menor, mas para que fique barato precisa ser produzidoem série, em milhares de cópias iguais. Para volumes de dados muitograndes, as unidades de fita são a melhor opção, com custo da ordem de 1décimo de centavo.

O custo por MB indicado na tabela acima não é o único valor a serconsiderado. No caso do disquete, deve ser também levado em conta o custodo drive, que é de cerca de $15. Mas um único drive pode ser usado comdiversos disquetes. No caso do CD-ROM, deve ser levado em conta o custodo drive de CD-ROM, que é de cerca de $ 50. No caso da fita magnética,usamos como base uma unidade DAT de 12 GB, que custa cerca de $500. OZIP Disk requer um ZIP Drive, que custa cerca de $100, e o uso de CDsgraváveis (CD-R) requer um gravador, que custa cerca de $200.


Figura 2.19

Dispositivos dearmazenamento secundário.

A memória secundária é muito mais barata, de maior capacidade, e ainda épermanente, ou seja, não apaga os dados quando o computador é desligado.Por que então esse tipo de memória não é usado no lugar da memóriaprincipal? O problema é que infelizmente, os dispositivos de armazenamentosecundário são extremamente lentos, se comparados com a RAM. São lentosdemais para serem acoplados diretamente ao processador. Além disso, nãopermitem acessos a seus bytes individuais, como um processador precisarealizar. Os meios de armazenamento secundário só permitem o acesso ablocos de dados. Em um disquete ou em um disco rígido, por exemplo, asleituras são feitas em unidades mínimas chamadas de setores. Cada setor tem512 bytes. Para ter acesso a um único byte, é preciso ler o setor inteiro. Issofaz com que seu acoplamento direto à CPU seja inviável. As memórias RAMe ROM são milhares de vezes mais rápidas e permitem que sejam feitosacessos a qualquer um de seus bytes, de forma individual. Por isso sãousadas para formar a memória principal.

A tabela abaixo mostra o tempo que o processador precisa para ter acesso aum byte qualquer, em cada um dos tipos de memória. Os valores mostradossão aproximados, mas são suficientes para mostrar como as memórias ROMe RAM são muito mais rápidas.

RAM 0,000.000.010 sROM 0,000.000.200 sDisco rígido 0,010 sDisquete 0,100 sCD-ROM 0,200 sFita 60 s

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Os meios de armazenamento secundário são mais lentos porque envolvemmovimento de suas partes mecânicas. O disco rígido, o drive de disquete e odrive de CD-ROM, citados na tabela acima, precisam mover as cabeças deleitura até o ponto onde será feita a leitura. A unidade de fita precisa girar afita até o ponto a ser acessado. As memórias ROM e RAM não precisamdesses movimentos, pois seu acesso é inteiramente eletrônico. Por isso sãousadas como memória principal.

Dispositivos de entrada e saída

Já vimos que um computador passa o tempo todo realizando três tarefas:

a) Entrada Feita por chips e dispositivos especializados em leiturade dados, sob a coordenação da CPU.

b) Processamento Feito pela CPU

c) Saída Feita por chips e dispositivos especializados emtransmissão ou gravação de dados, sob a coordenaçãoda CPU.

Existem portanto no computador, os chamados dispositivos de entrada esaída, também chamados de periféricos. Através desses dispositivos, ocomputador pode armazenar, ler, transmitir e receber dados. A memóriasecundária, já estudada na seção anterior, é formada por diversos dispositivosde entrada e saída.

O termo “Entrada e Saída” é abreviado por E/S, ou para quem preferir alíngua inglesa, I/O (Input/Output). Dentre os diversos dispositivos de E/S,existem alguns que são especializados apenas em entrada, outrosespecializados apenas em saída e outros em ambos. Podemos citar osseguintes exemplos:

Entrada: Teclado - Lê os caracteres digitados pelo usuárioMouse - Lê os movimentos e toques de botõesDrive de CD-ROM - Lê dados de CDsMicrofone - Transmite sons para o computadorScanner - Capta figuras e fotos


Saída: Vídeo - Mostra na tela caracteres e gráficosImpressora - Imprime caracteres e gráficosAlto-falante - Emite som

Entrada esaída:

Disco rígido - Grava e lê dados Drive de disquete - Grava e lê dados em disquetesUnidade de fita - Grava e lê em fitas magnéticasModem - Transmite e recebe dados pela linha telefônica

A CPU não pode comunicar-se diretamente com os periféricos. Estacomunicação é feita com a ajuda de circuitos chamados de interfaces. Porexemplo, os dados que são recebidos do mouse chegam até a CPU atravésda interface serial. Os dados a serem impressos são transmitidos até aimpressora através de um circuito chamado de interface paralela. Os dadosprovenientes de um microfone chegam até a CPU através de uma interface,chamada de conversor analógico-digital, localizado na placa de som.

As figuras 20, 21 e 22 mostram diversos tipos de periféricos.

Figura 2.20

Dispositivos de entrada:

Teclado ScannerDrive de CD-ROMMouse

Figura 2.21

Dispositivos de saída:

ImpressoraMonitorAlto falantes

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Figura 2.22

Dispositivos de entrada e saída:

Disco rígidoDrive de disquetesUnidade de fitaModem

Os PCs modernos saem da fábrica já acompanhados de vários dispositivosde entrada e saída:

Monitor Drive de disquetes Disco rígido Teclado Mouse Alto falantes Modem Placa de som

O usuário pode, nesse caso, adquirir novos periféricos e placas e realizar suainstalação. Essa tarefa pode ser realizada por usuários mais experientes, ouentão por técnicos especializados. Quando instalamos novos periféricos eplacas em um computador, dizemos que estamos realizando um expansão.Nesse caso, podem ser instalados, por exemplo:

Impressora Scanner Joystick ZIP Drive Gravador de CDs DVD

Arquivos

“Arquivo” é uma das palavras mais importantes em computação. Em inglês,sua tradução é “File”. Arquivo nada mais é que um conjunto de dados


gravados na memória secundária (disco rígido, disquete, fita magnética, CD-ROM, etc). Os arquivos são uma forma de organizar os dados dentro damemória secundária. Se os dados estivessem todos espalhados, por exemplo,ao longo de um disquete, seu acesso seria extremamente complicado.Podemos fazer uma analogia entre dados, arquivos, casas e ruas. Os dadoscorresponderiam às casas, enquanto que os arquivos corresponderiam àsruas. Seria dificílimo localizar uma casa, sabendo apenas os nomes de seusmoradores. Sabendo o nome da rua, o acesso é bem mais imediato. Por essarazão, os dados são agrupados em arquivos. Sabendo o nome do arquivo,fica mais fácil localizar os dados.

Os nomes completos dos arquivos são tradicionalmente divididos em duaspartes, separadas por um ponto. Por exemplo:

CARTA.DOC

Neste caso, o “nome” é CARTA, e a extensão é DOC. É comum nesse caso,dizer que o nome do arquivo é CARTA, ou então CARTA.DOC. Damesma forma, dizemos que o nome de uma pessoa é, por exemplo, JOÃODA COSTA, mas podemos dizer também que o nome é apenas JOÃO.

A extensão serve para indicar o tipo de arquivo. Por exemplo, DOC significaque trata-se de um documento de texto; JPG é um arquivo gráfico, EXE éum arquivo de programa, WAV é um arquivo de som, e assim por diante.No passado, os arquivos podiam usar no máximo 8 caracteres para o nome e3 caracteres para a extensão (formato 8.3). A partir do lançamento dosistema operacional Windows 95 da Microsoft e do OS/2, da IBM, os PCspassaram a utilizar nomes longos. Hoje podemos usar para os arquivos,nomes como:

Relatório Mensal.DOCFoto do passeio 001.JPGRugido do leão.WAV

Os arquivos podem armazenar diversos tipos de dados:

Instruções para a CPU:Dizemos que se trata de um arquivo executável. Os arquivos executáveis,nos microcomputadores, normalmente usam a extensão EXE. Por exemplo:

DXDIAG.EXEMPLAYER.EXE

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EXPLORER.EXEPBRUSH.EXE

Documentos:São textos digitados com o auxílio de um tipo de programa chamado deeditor de textos, ou processador de textos. Normalmente esses arquivos usama extensão TXT ou DOC. Por exemplo:

CURRIC.DOCLISTA.TXTREUNIÃO.DOC

Gráficos:São arquivos que representam figuras. Essas figuras podem ser vistas na telaou na impressora, com o auxílio de programas apropriados.

Dados genéricos:Muitas vezes os programas precisam manipular uma quantidade de dadostão grande que não cabem na memória principal. Nesse caso, esses dadossão armazenados em arquivos que são lidos da memória secundária eprocessados por partes. Muitas vezes esses dados podem até caber namemória principal, mas por uma questão de organização ficam armazenadosem arquivos. Por exemplo, podemos ter um arquivo que contém os nomesdos alunos de um colégio, assim como as notas que cada aluno obteve nasprovas já realizadas.

É fácil ver um disquete, uma fita magnética, um CD-ROM ou até mesmo umdisco rígido (para isto é preciso abrir o computador). Mas não podemos“ver” os arquivos, já que são gravados magneticamente (ou oticamente, nocaso do CD-ROM e outros meios óticos). Os “olhos” usados para “ver” osarquivos são as cabeças de leitura, localizadas dentro dos respectivosperiféricos. Através das cabeças de leitura, os dados podem ser lidos etransformados em impulsos eletrônicos e enviados para a CPU e para amemória. A CPU, por sua vez, pode acessar os dados originários dosarquivos e enviá-los para os dispositivos de saída, como o monitor e aimpressora, para que possamos vê-los com nossos próprios olhos. Porexemplo, se um arquivo contém uma carta, só poderemos ver esta cartadepois que o arquivo for lido pela CPU e enviado para a impressora.


Figura 2.23

Arquivos “vistos” na tela e na impressora.

Programas

Os computadores passam o tempo todo executando programas. Osprogramas nada mais são que grupos de instruções e dados. Por exemplo,quando você está executando um jogo no computador, está na verdadeexecutando um programa. Se você deixa o computador “parado”, porexemplo, na hora do almoço, pode pensar que nessa hora o computador nãoestá executando nenhum programa. Engana-se. Na verdade, mesmo quevocê não tenha dado nenhum comando, o computador está na verdadeexecutando um programa interno. O que este programa faz é monitorarcontinuamente o teclado e o mouse, para checar se você envia um novocomando. A única hora em que o computador não está executandoprograma nenhum é quando está desligado ou em estado de espera.

Para que um programa possa ser executado, é preciso que seja transferidopara a memória RAM. A maioria dos programas ficam armazenados emdisco (disco rígido, CD-ROM, etc.), mas a CPU não pode executar nenhumprograma diretamente a partir do disco. O programa precisa ser antes lidodo disco e carregado na RAM. Por exemplo, para executar o programaBloco de Notas (pequeno editor de textos que acompanha o Windows), épreciso que você clique os menus do Windows na seqüência:

Iniciar / Programas / Acessórios / Bloco de Notas

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Note que os nomes dos programas que aparecem nos menus do Windowsnão são necessariamente iguais aos nomes com os quais esses programasestão armazenados no disco. O programa que aparece nos menus com onome de Bloco de Notas é na verdade o arquivo NOTEPAD.EXE.

Uma vez usada esta seqüência de cliques, o NOTEPAD.EXE é lido do discorígido e carregado na RAM. A CPU pode então executar o programa. Afigura 24 simboliza a leitura do programa NOTEPAD.EXE a partir do discopara a memória RAM (essa operação é chamada de carga), e seuprocessamento pela CPU (essa operação é chamada de execução).

Figura 2.24

Carga e execução do programaNOTEPAD.EXE (Bloco de Notas).

Você poderá estar pensando como que é feita a mágica da leitura do arquivoNOTEPAD.EXE do disco para a memória, e a seguir sua execução. Naverdade, quem leu o arquivo NOTEPAD.EXE e providenciou sua execuçãofoi um outro programa. Trata-se de um programa que fica o tempo todo namemória, chamado de sistema operacional. No nosso exemplo, trata-se dosistema operacional Windows. Uma das várias funções do sistemaoperacional é ficar o tempo todo ativo na memória RAM, esperando que ousuário comande a execução de algum programa.

Um sistema operacional é um grande conjunto de programas e arquivosauxiliares. O próprio Bloco de Notas é um programa que faz parte dosistema operacional Windows. Outro programa importante do Windows é oEXPLORER.EXE. Este programa é o resposável por, entre outras coisas,receber os comandos que o usuário envia o computador, através do tecladoe do mouse. Por exemplo, quando clicamos em Iniciar e aparece um menu,no qual consta a opção Programas, depois Acessórios e finalmente Bloco de


Notas, é o EXPLORER.EXE que está recebendo os comandos do mouse eapresentando os menus na tela. Portanto, quando você usa um comando ouprograma, como o Bloco de Notas, o que ocorrer na verdade é o seguinte:

1) Inicialmente o EXPLORER.EXE está checando se você fornece algumcomando pelo teclado ou pelo mouse.

2) Você clica em Iniciar / Programas / Acessórios / Bloco de Notas.

3) O programa EXPLORER.EXE identifica que o programa chamado Blocode Notas é na verdade o NOTEPAD.EXE. Ele envia comandos para outroscomponentes do sistema operacional para que procurem no disco o arquivoNOTEPAD.EXE e para que façam sua carga na memória RAM.

4) O Windows é um sistema operacional que permite que vários programaspossam ser executados ao mesmo tempo. Na verdade o processador dedicauma fração do seu tempo para cada um dos programas em execução. Porexemplo, enquanto a área de trabalho do Windows continua na tela e novoscomandos podem ser usados (ou seja, o programa EXPLORER.EXE estáativo), o processador também exibe a janela do programa NOTEPAD.EXE.Você pode então utilizar o NOTEPAD.EXE, digitando um texto e salvando-o em um arquivo.

5) Você finaliza o programa NOTEPAD.EXE, fechando a sua janela ouusando o comando Arquivo / Sair.

Podemos entender então que nenhum programa chega até a memória pormágica, e sim, através do controle feito pelo sistema operacional. Alguémmais observador pode então ficar com a seguinte dúvida: “Se é o sistemaoperacional quem lê para a RAM todos os programas a serem executados,como é então que o próprio sistema operacional chegou na RAM?”.

Realmente é uma dúvida muito interessante. No instante em que ligamos ocomputador, a RAM não contém programa algum (lembre-se que os dadosexistentes na RAM são apagados quando o computador é desligado). Nesseinstante, o sistema operacional está armazenado no disco rígido e precisa sercarregado na memória. Quem faz a carga do sistema operacional para amemória é um programa chamado BIOS, que fica gravado na memóriaROM. Lembre-se que a memória ROM não perde seus dados quando ocomputador é desligado.

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Portanto, no instante em que ligamos o computador, o BIOS já está namemória, e é imediatamente processado pela CPU. O processamento doBIOS começa com uma contagem de memória, seguido de alguns testesrápidos no hardware, e finalmente a leitura do sistema operacional do discopara a memória RAM. Esse processo, ou seja, a carga do sistema operacionalna memória RAM, é chamado de boot. A figura 25 mostra o processo deboot com maior clareza:

Figura 2.25

Boot e carga de um programa.

1) No instante em que o computador é ligado, o sistema operacional (S.O.)está armazenado em disco, a RAM está “vazia”, e a CPU executa o BIOS.

2) Mostra o instante em que termina a operação de boot. O sistema ope-racional já está carregado na memória e já está sendo executado pela CPU.

3) Mostra o que ocorre imediatamente antes da execução do programaNOTEPAD.EXE. O sistema operacional (mais especificamente, o programaEXPLORER.EXE, que faz parte do S.O.) recebe um comando do usuáriopara que leia o arquivo NOTEPAD.EXE do disco para a memória RAM.

4) O programa NOTEPAD.EXE está sendo executado pela CPU.

Sistema Operacional

Vimos que o sistema operacional é um conjunto de programas que sãocarregados na memória quando o computador é ligado, e que tem comouma de suas responsabilidades, providenciar a execução dos comandos


solicitados pelo usuário. Não fique achando que é só isso o que o sistemaoperacional faz. Essa é apenas uma de suas funções.

Em um passado recente, muitos sistemas operacionais de diversoscomputadores receberam o nome de D.O.S, que significa “Disk OperatingSystem” (Sistema Operacional de Disco). Até meados dos anos 90, o sistemaoperacional mais utilizado nos PCs era o MS-DOS (Microsoft Disk OperatingSystem). A partir de meados dos anos 90, o sitema operacional mais comumpassou a ser o Windows 95, seguido pelas suas atualizações (Windows 98,Windows ME, Windows XP...). Ainda assim o chamado “modo MS-DOS” éoferecido juntamente com o Windows. Usuários de programas antigospodem desta forma utilizar este “MS-DOS” embutido no Windows, tornandopossível a execução de programas antigos.

Uma das atribuições do sistema operacional, como vimos, é fazer a carga eprovidenciar a execução dos programas que o usuário solicita. Mesmoquando um programa qualquer está em execução, o sistema operacionalcontinua ajudando. Por exemplo, muitos programas precisam realizar acessoao teclado, vídeo e impressora, assim como acessos ao disco para ler e gravararquivos. Todos esses acessos são realizados pelo sistema operacional, quefica o tempo todo ativo, prestando serviços aos programas que estão sendoexecutados.

O sistema operacional também faz um gerenciamento dos recursos docomputador, para evitar que os programas entrem em conflito. Por exemplo,o sistema operacional evita que dois programas simultaneamente acessem amesma área da memória, o que poderia causar grandes problemas. Osistema operacional funciona como um “maestro”, providenciando para quetodos os programas e todos os componentes do computador funcionem deforma harmônica.

Conversões de bases de numeraçãoEste tópico é mais ligado à matemática que à informática. É um assunto quefaz parte do programa de matemática do ensino fundamental (antigoprimeiro grau), mas muitas escolas acabam deixando-o de lado. Para usarum computador não é preciso conhecer as bases de numeração, mas paraquem vai desenvolver programas ou trabalhar com hardware,freqüentemente é necessário usá-las.

Estamos acostumados a usar a base 10 por motivos históricos: temos 10dedos, e os dedos foram a primeira tentativa de contar, há alguns milhares

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de anos. Nesta base são usados 10 algarismos: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 e 9. Doponto de vista matemático, podemos ter bases de numeração de qualquertipo. As bases usadas em computação são as indicadas na tabela abaixo:

Base Número de dígitos DígitosBinária 2 0, 1Octal 8 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7Decimal 10 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9Hexadecimal 16 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F

A contagem de números sucessivos consiste em aumentar o dígito dasunidades até o valor máximo (no caso da base decimal, o máximo é 9). Aochegarmos no máximo, o dígito das unidades passa a ser zero, e o dígito dasdezenas é aumentado. Quando o dítigo das dezenas chega ao valor máximo,ele se torna zero e o das centenas é aumentado, e assim por diante. Semmuito aprofundamento matemático, note que só faz sentido em chamar asposições de unidades, dezenas e centenas se estivermos usando a base 10.

Vamos agora contar os 20 primeiros números em cada uma das basescitadas:

Base 10:0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19.

Bastante familiar, mas veja como seriam eles na base 8:0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 20, 21, 22, 23.

Note que o “10” na base octal é o mesmo que “8” na base decimal. O “23”em octal corresponde ao “19” em decimal.

Na base hexadecimal temos 16 dígitos. São usados além dos tradicionias 0 a9, novos dítigos com maiores valores. Convencionou-se utilizar letras doalfabeto latino, ao invés de criar novos algarismos. A contagem dos 20primeiros números na base hexadecimal seria então:

0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F, 10, 11, 12, 13.

A mesma contagem usando a base 2 ficaria:0, 1, 10, 11, 100, 101, 110, 111, 1000, 1001, 1010, 1011, 1100, 1101, 1110,1111, 10000, 10001, 10010, 10011.

Parece estranho, mas todas as bases tem algo em comum, que é o método decontagem. Chegando ao dígito máximo (1 no caso da base binária, 7 no caso


da octal, 9 no caso da decimal e F no caso da hexadecimal), ele se torna zeroe fazemos o “vai 1”. Poderíamos assim construir uma tabela de equivalência:

Decimal Binário Octal Hexadecimal0 0 0 01 1 1 12 10 2 23 11 3 34 100 4 45 101 5 56 110 6 67 111 7 78 1000 10 89 1001 11 910 1010 12 A11 1011 13 B12 1100 14 C13 1101 15 D14 1110 16 E15 1111 17 F16 10000 20 1017 10001 21 1118 10010 22 1219 10011 23 13

Note que se não tomarmos cuidado, podemos fazer confusão entre as bases.Por exemplo, o número 13 tem valores diferentes quando usamos basesdecimal, octal e hexadecimal. Quando não é feita ressalva alguma,consideramos que um número está expresso em decimal. Quando é usadauma base diferente, devemos usar um indicador apropriado. Por exemplo, o13 em hexadecimal pode ser escrito de duas formas:

13h ou 1316

Em octal usamos indicadores como:13q ou 138

Em binário usamos um “b” ou um índice “2” ao seu final. Por exemplo:

1001b ou 10012

De acordo com a tabela, vemos por exemplo que:

19 = 10011b = 23q = 13h

Muitas calculadoras científicas possuem funções para conversões de bases denumeração. A própria calculadora virtual que acompanha o Windows tem

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essas funções. Use Iniciar / Programas / Acessórios / Calculadora paraexecutar o programa. Use então o comando Exibir / Científica. Digite agoraum número decimal qualquer e use as opções Hex, Dec, Oct e Bin parafazer as conversões. Na figura 26, digitamos o número 2002 em decimal e aseguir marcamos a opção Hex. O número é automaticamente convertido,resultando em 7D2. Portanto 2002 = 7D2h.

Figura 2.26

A calculadora do Windows faz mudanças de base.

Quando não temos uma calculadora, podemos fazer mudanças de baseatravés de cálculos manuais. Vejamos como.

Conversão de uma base qualquer para a base decimal

Dado um número expresso em uma base qualquer, tudo o que temos quefazer é somar as parcelas relativas a cada dígito. Cada parcela é igual aovalor do dítigo multiplicado pelo seu peso. Os pesos são potências da baseusada. Veja por exemplo o que significa o númer 2375 na base 10:

2375 = 2x1000 + 3x300 + 7x10 +5x1

ou seja:

2375 = 2x103 + 3x102 + 7x101 + 5x100

Como vemos, cada algarismo é multiplicado por uma potência da base(lembrando que 100 vale 1 e que 101 vale 10). Uma fórmula geral,considerando um número abcde expresso na base x, seu valor na base 10seria:

a.x4 + b.x3 +c.x2 +d.x +e

Usemos a fórmula para calcular quanto vale 7D2h (base 16). Ficaria:


7x162 + Dx16 + 2

Lembrando que o dígito D em hexadecimal vale 13 decimal, e trocando 162

por 256 (16x16), ficaríamos com:

7x256 + 13x16 + 2 = 1792 + 208 + 2 = 2002

Portanto 7D2h = 2002, como já constatamos pela calculadora do Windows.

Em um outro exemplo, vamos converter o número binário 10011101b paradecimal. Ficaríamos com:

1x27 + 0x26 + 0x25 + 1x24 +1x23 + 1x22 + 0x2 + 1

Substituindo as potências de 2 ficamos com:

1x128 + 1x16 + 1x8 + 1x4 + 1 = 157

Conversão da base decimal para uma base qualquer

A conversão de um número decimal para uma base qualquer consiste emrealizar divisões sucessivas e tomar os restos dessas divisões. Os valores dosrestos formarão os dígitos na nova base. Vamos mostrar o método através doexemplo de conversão do número 2002 decimal para a base 16. Devemosentão fazer divisões sucessivas por 16. Cada quociente deve ser a seguirdividido por 16, até que o quociente fique menor que a base.

*** 35% ***Figura 2.27

Exemplo de conversão de base 10 parabase 16.

A figura 27 mostra a operação completa. O número decimal 2002 a serconvertido é dividido pela base desejada, no caso 16. O resultado da divisãofoi 125, e o resto foi 2. O número 125 é agora dividido por 16, eencontramos o resultado 7 e resto 13. Enquanto o resultado é maior ou igualà base, continuamos a divisão. Terminadas todas as divisões, o resultado final(no caso, 7) é o primeiro dígito do valor convertido. Os dígitos seguintes são

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os restos das divisões. Note que o resto 13 é expresso como D emhexadecimal. Concluímos portanto que 2002 = 7D2h.

Os processos de conversão de base são relativamente trabalhosos devido aoelevado número de cálculos. Muitas pessoas não gostam de matemática, emuitos estudantes desistem da informática quando começam um curso porconceitos numéricos como este. Se você achou complicado fazer mudançasde base, não desanime. Você não precisará fazer isso no dia a dia.

Conversão entre duas bases quaisquer

Uma forma simples de fazer esta conversão, apesar de trabalhosa paraexecutar, é converter primeiro para a base 10, para depois converter para abase desejada. Vamos exemplificar mostrando como converter o número10011101b para hexadecimal. Inicialmente convertemos 10011101b paradecimal. Já vimos em um exemplo anterior que este valor é 157. Agoravamos fazer as divisões sucessivas de 157 para chegarmos à base 16.Dividindo 157 por 16 ficamos com 9 e resto 13.

*** 35% ***Figura 2.28

Convertendo 157 decimal para a base 16.

Tomamos agora os resultados para formar os dígitos do valor convertido.Lembrando que 13 decimal corresponde a D em hexadecimal, concluímosque 10011101b = 157 = 9Dh.

Conversões simplificadas entre binário, octal e hexadecimal

Essas conversões são complicadas quando são feitas em duas etapas, comono exemplo anterior. Felizmente existem formas mais simples de fazê-las,sem praticamente cálculo algum. Para converter de binário parahexadecimal, divida o número a partir da direita, em grupos de 4. Cadagrupo de 4 dígitos deve ser então transformado em um dígito hexadecimal.Vamos tomar como exemplo o número binário 10011101b mostrado noexemplo anterior. Dividindo em grupos de 4 dígitos, da direita para aesquerda, ficamos com:

1001 1101


Agora basta saber que 1001 vale 9, e que 1101 vale D, e temos o valorconvertido, 7D. Assim não é preciso fazer cálculos exaustivos, basta conheceras representações binárias e hexadecimais de números de 0 a 15:

Binário Hex Binário Hex0000 0 1000 80001 1 1001 90010 2 1010 A0011 3 1011 B0100 4 1100 C0101 5 1101 D0110 6 1110 E0111 7 1111 F

Fica fácil fazer a conversão até mesmo de números grandes. Por exemplo,para converter 11011001011011101001101b para hexadecimal, temos:

110 1100 1011 0111 0100 1101 = 6CB74Dh

Note que o primeiro grupo ficou com apenas 3 dígitos, já que a separação éfeita da direita para a esquerda. Devemos completar com zeros à esquerdaaté formar 4 dígitos, portanto 110 fica como 0110, que vale 6 de acordo coma tabela.

A conversão de hexadecimal para binário é ainda mais simples. Bastaescrever cada dígito hexadecimal na sua forma binária. Por exemplo, paraconverter 57CFh para binário temos 5=0101, 7=0111, C=1100 e F=1111:

0101 0111 1100 1111

Podemos agora suprimir os espaços em branco e remover os zeros àesquerda, ficando com 101011111001111b

A base octal é pouco usada, mas suas conversões para binário são simples.Para converter de binário para octal, separamos o número em grupos de 3dígitos, da direita para a esquerda, e a seguir usamos a tabela:

Binário Octal Binário Octal000 0 100 4001 1 101 5010 2 110 6011 3 111 7

Por exemplo, para converter 10011101000110b para octal, ficamos com:

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10 011 101 000 110 = 23506q

Para converter de octal para binário, basta escrever cada dígito octal na suarepresentação binária. Por exemplo para converter o número 32613q parabinário, usamos 3=011, 2=010, 6=110, 1=001 e 3=011. Ficamos então com:

32613q = 011 010 110 001 011

O zero à esquerda é suprimido e ficamos com 11010110001011b.

///////// FIM ////////////////

capítulo informática básica20-%20inform%e1tica%20b%e1sica… · b) elétricas: um pouco mais...

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