Sistemas Digitais e Arquitetura de Computadores - SDAC

Sistemas Digitais e Arquitetura de Computadores - SDAC

Prof. Dr. Dalton P. de Queiroz

CURSO DE SEGUNDA

LICENCIATURA EM INFORMÁTICA

UNIDADE DE NOVA ANDRADINA

2011

Aula 01

O que é um Computador?

O que é um Computador?

O COMPUTADOR é uma máquina eletrônica (HARDWARE)(HARDWARE) capaz de receber informações (ENTRADA), submetê-las a um conjunto especificado e pré-determinado de operações lógicas e aritméticas (PROCESSAMENTO), e fornecer informações como resultado destas operações (SAÍDA). Contando também com dispositivos de armazenamento das informações (MEMÓRIA). Tudo isso seguindo uma rígida seqüência de instruções pré-determinadas em programas de computadores (SOFTWARE)(SOFTWARE)

Portanto, os computadores são máquinas eletrônicos que, sob controle de um programa, executam essas quatro operações básicas:

Entrada, Entrada, Processamento,Processamento,Saída e Saída e Armazenamento.Armazenamento.

Para realizar sua função, um computador conta com dispositivos eletrônicos que possibilitam a entrada de dados, seu processamento e saída

COMO OS COMPUTADORES REPRESENTAM COMO OS COMPUTADORES REPRESENTAM AS INFORMAÇÕES ?AS INFORMAÇÕES ?

Toda informação que entra no computador tem que ser convertida para a linguagem que o computador “entende”.

O computador, por ser uma máquina elétrica, somente “entende” sinais elétricos. Então, todo tipo de informação que o computador vai ter que processar deve ser previamente codificada em sinais elétricos.

Após o processamento, os sinais elétricos obtidos como resultado do processamento são novamente convertidos em uma linguagem que o ser humano entenda.

Atualmente o sistema de codificação da informação para computadores é o sistema binário, pois esse sistema permite o desenvolvimento de circuitos eletrônicos de conversão (humano-máquina-humano) simplificados e com grande confiabilidade.

Como os computadores modernos Como os computadores modernos representam as informações?representam as informações?

Os sistemas capazes de fazer todas essas conversões são os

SISTEMAS DIGITAIS

Como os computadores modernos Como os computadores modernos representam as informações?representam as informações?

Para que se possa compreender melhor como os computadores trabalham é necessário estudar:

Os sistemas de numeração aplicáveis ao computador e o processo de codificação da informação

Os sistemas digitais, que são os circuitos elétricos capazes de trabalhar com o sistema binário

A organização e a interconexão das várias partes de um computador e como trabalham juntas com a finalidade de fazer a entrada, o processamento e a saída dos dados.

SISTEMAS DE NUMERAÇÃO

O sistema de numeração com o qual estamos mais familiarizados é o decimal, cujo alfabeto (coleção de símbolos) é formado por 10 dígitos acima mostrados.

Se Um Computador trabalhasse com o sistema decimal (Computador Decimal), esse computador precisaria codificar 10 níveis de referência para caracterizar os 10 dígitos do sistema utilizado. Esses níveis de referência poderiam ser valores de tensão (0V, 1V, 2V, etc.) que precisariam ser definidos e interpretados de maneira clara e precisa pela máquina.

Desvantagem: quanto maior o número de interpretações maior a probabilidade de erro. Para decidir que está lendo o número 5 a máquina precisaria ter certeza de que o que leu não é: 0, 1, 2, 3, 4, 6, 7, 8, 9.

Sistemas de NumeraçãoSistemas de Numeração

Conseqüência: O sistema de numeração mais seguro deveria ser aquele com o menor número de símbolos (dígitos).

Conclusão: o melhor sistema de numeração para uma máquina seria o binário com apenas dois dígitos, o zero (0) e o um (1).

Obs.: Não há sistema de numeração com alfabeto de um único

dígito. Todo sistema de numeração precisa dos conceitos de presença (1) e ausência (0).

Sistemas de Numeração

Um possível problema no uso de máquinas binárias: o número binário precisa de mais dígitos para ser escrito do que o decimal.

Quatro em decimal é representado como 4. Sua representação

em binário é 100.

Conseqüência: o computador binário seria mais preciso porém muito lento porque a leitura da informação iria requerer mais tempo.

(2)10 número de animais representado em decimal

(10)2 número de animais representado em binário

Sistemas de Numeração

Uma solução: o uso de dispositivos eletrônicos baseados na tecnologia dos semicondutores, como os transistores.

O transistor: é um dispositivo usado para controlar o fluxo de corrente. Ele tem duas características importantes:

1- é capaz de amplificar um sinal elétrico. 2- é capaz de chavear (comutar) entre ligado e desligado (ou fechado e

aberto), deixando corrente passar através dele ou bloqueando-a. Essas condições são também denominadas “saturação” e “corte”, respectivamente.

O transistor pode mudar da condição de saturação para o corte em

velocidades acima de um milionésimo de segundo. Ele pode ser usado para caracterizar a presença (ou ausência) de um dígito binário (0 ou 1) e pode tomar decisões desse tipo a uma taxa superior a um milhão de decisões por segundo.

Sistemas de Numeração

O primeiro Transistor Um Transistor moderno

Sistemas de Numeração

Transistor: inventado nos Laboratórios da Bell Telephone em 12/1947 por John Bardeen, Walter Brattain e William Shockley – Prêmio Nobel de física de 1956. O transistor é capaz de comutar em um milionésimo de segundo entre o corte e a saturação.

Sistemas de Numeração Posicionais

Sistemas de Numeração Não Posicionais

Sistemas de Numeração

Classificação

Nos sistemas de numeração posicional, o valor do dígito em um número depende da posição que ele ocupa neste mesmo número.

1989 = 1000+900+80+9

Há um peso para cada posição ocupada pelo dígito.1989 = 1x103 + 9x102 + 8x101 + 9x100

Os pesos crescem para esquerda na parte inteira e decrescem para a direita na parte fracionária

1989,4= 1x103 + 9x102 + 8x101 + 9x100+4x10-1

Sistemas Posicionais

A representação posicional fornece uma forma simplificada para a escrita de números e permite a representação de qualquer número com um alfabeto (uma coleção de símbolos) restrito de dígitos.

O sistema decimal tem: Base R=10Um alfabeto ordenado e 10 dígitos, {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}, e qualquer número pode ser representado com o uso deles.

Sistemas Posicionais

Outros Exemplos de Sistemas Posicionais Sistema posicional bináriobase R = 2alfabeto {0, 1} Sistema posicional octalbase R = 8alfabeto {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7} Sistema posicional hexadecimalbase R = 16alfabeto {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F}

Sistemas Posicionais

Sistemas Não PosicionaisExemplos de Sistemas Não posicionais

Sistema de Numeração RomanoNo número XX, vinte em decimal, o valor do dígito X à esquerda é o mesmo daquele à direita. Neste caso a representação é aditiva, com X representando a quantidade decimal 10, e com a combinação XX associada a 10+10=20. Por outro lado em IX (nove em decimal) a representação é subtrativa.

Outro exemplo: Sistema de Medição de tempo dividido em horas e minutos (uma espécie de base 60)

CONVERSÃO ENTRE BASES NUMÉRICAS

CONVERSÃO DECIMAL - BINÁRIO

Conversão entre Base Decimal binária, octal, hexadecimal: 

Para converter um número decimal inteiro em um número de base “b”, basta executar sua divisão aproximada por “b”, sucessivamente até que o enésimo dividendo não possa mais ser dividido por b, é ler os restos de trás para diante.Ex.:

CONVERSÃO BINÁRIO - DECIMAL

Conversão das bases binária, octal, hexadecimal para Base Decimal O processo de conversão é semalhante ao visto anteriormente:

Ex.1: 10110112 X10

 1x26+0x25+1x29+1x23+0x22+1x21+1x20 = 64+0+16+8+0+2+1 = 9110

 Ex.2: 13AH X10

na base 16, A=10, então: 1x162+3x161+10x160= 256+48+10 = 314510

Ex3: 2658X10

2x82+6x81+5x80 = 128+48+5 = 18110

Alguns Vocábulos utilizados em sistemas de numeração digital: bit O vocábulo surgiu da contração abreviada de “binary digit” do inglês e representa os valores possíveis que uma variável lógica (binária) pode assumir, 0 e 1. byte grupo ou palavra de 8 bits (ex: 010111010) nibble grupo ou palavra de 4 bits (ex: 0111) word= palavra Palavra é qualquer conjunto de bits que contém ou representa um item de informação

Leitura Recomendada

E-book: Tocci -Widmer Sistemas Digitais

Capítulo 1Capítulo 2Capítulo 6