Fundamentos e Arquitetura de Computadores

FUNDAMENTOS E ARQUITETURA DE COMPUTADORES Professor Me Andre Abdala Noel Google Play App Store C397 CENTRO UNIVERSITÁRIO DE MARINGÁ Núcleo de Educação a Distância NOEL Andre Abdala Fundamentos e Arquitetura de Computadores Andre Abdala Noel MaringáPr UniCesumar 2019 Reimpresso em 2021 184 p Graduação EaD 1 Fundamentos 2 Arquitetura de computadores 3 Tecnologia 4 EaD I Título ISBN 9788545916765 CDD 22 ed 005 CIP NBR 12899 AACR2 Ficha catalográfica elaborada pelo bibliotecário João Vivaldo de Souza CRB8 6828 Impresso por Reitor Wilson de Matos Silva ViceReitor Wilson de Matos Silva Filho PróReitor Executivo de EAD William Victor Kendrick de Matos Silva PróReitor de Ensino de EAD Janes Fidélis Tomelin Presidente da Mantenedora Cláudio Ferdinandi NEAD Núcleo de Educação a Distância Diretoria Executiva Chrystiano Mincof James Prestes Tiago Stachon Diretoria de Graduação Kátia Coelho Diretoria de Pósgraduação Bruno do Val Jorge Diretoria de Permanência Leonardo Spaine Diretoria de Design Educacional Débora Leite Head de Curadoria e Inovação Tania Cristiane Yoshie Fukushima Gerência de Processos Acadêmicos Taessa Penha Shiraishi Vieira Gerência de Curadoria Carolina Abdalla Normann de Freitas Gerência de de Contratos e Operações Jislaine Cristina da Silva Gerência de Produção de Conteúdo Diogo Ribeiro Garcia Gerência de Projetos Especiais Daniel Fuverki Hey Supervisora de Projetos Especiais Yasminn Talyta Tavares Zagonel Coordenador de Conteúdo Danillo Xavier Saes Designer Educacional Hellyery Agda Gonçalves da Silva Projeto Gráfico Jaime de Marchi Junior José Jhonny Coelho Arte Capa Arthur Cantareli Silva Ilustração Capa Bruno Pardinho Editoração Victor Augusto Thomazini Qualidade Textual Jaqueline Mayumi Ikeda Loureiro Ilustração Bruno Pardinho Em um mundo global e dinâmico nós trabalhamos com princípios éticos e profissionalismo não so mente para oferecer uma educação de qualidade mas acima de tudo para gerar uma conversão in tegral das pessoas ao conhecimento Baseamonos em 4 pilares intelectual profissional emocional e espiritual Iniciamos a Unicesumar em 1990 com dois cursos de graduação e 180 alunos Hoje temos mais de 100 mil estudantes espalhados em todo o Brasil nos quatro campi presenciais Maringá Curitiba Ponta Grossa e Londrina e em mais de 300 polos EAD no país com dezenas de cursos de graduação e pósgraduação Produzimos e revisamos 500 livros e distribuímos mais de 500 mil exemplares por ano Somos reconhecidos pelo MEC como uma instituição de excelência com IGC 4 em 7 anos consecutivos Estamos entre os 10 maiores grupos educacionais do Brasil A rapidez do mundo moderno exige dos educa dores soluções inteligentes para as necessidades de todos Para continuar relevante a instituição de educação precisa ter pelo menos três virtudes inovação coragem e compromisso com a quali dade Por isso desenvolvemos para os cursos de Engenharia metodologias ativas as quais visam reunir o melhor do ensino presencial e a distância Tudo isso para honrarmos a nossa missão que é promover a educação de qualidade nas diferentes áreas do conhecimento formando profissionais cidadãos que contribuam para o desenvolvimento de uma sociedade justa e solidária Vamos juntos Seja bemvindoa caroa acadêmicoa Você está iniciando um processo de transformação pois quando investimos em nossa formação seja ela pessoal ou profissional nos transformamos e consequentemente transformamos também a sociedade na qual estamos inseridos De que forma o fazemos Criando oportu nidades eou estabelecendo mudanças capazes de alcançar um nível de desenvolvimento compatível com os desafios que surgem no mundo contemporâneo O Centro Universitário Cesumar mediante o Núcleo de Educação a Distância oa acompanhará durante todo este processo pois conforme Freire 1996 Os homens se educam juntos na transformação do mundo Os materiais produzidos oferecem linguagem dialógica e encontramse integrados à proposta pedagógica con tribuindo no processo educacional complementando sua formação profissional desenvolvendo competên cias e habilidades e aplicando conceitos teóricos em situação de realidade de maneira a inserilo no mercado de trabalho Ou seja estes materiais têm como principal objetivo provocar uma aproximação entre você e o conteúdo desta forma possibilita o desenvolvimento da autonomia em busca dos conhecimentos necessá rios para a sua formação pessoal e profissional Portanto nossa distância nesse processo de cresci mento e construção do conhecimento deve ser apenas geográfica Utilize os diversos recursos pedagógicos que o Centro Universitário Cesumar lhe possibilita Ou seja acesse regularmente o Studeo que é o seu Ambiente Virtual de Aprendizagem interaja nos fóruns e enquetes assista às aulas ao vivo e participe das dis cussões Além disso lembrese que existe uma equipe de professores e tutores que se encontra disponível para sanar suas dúvidas e auxiliáloa em seu processo de aprendizagem possibilitandolhe trilhar com tranqui lidade e segurança sua trajetória acadêmica CURRÍCULO Professor Me Andre Abdala Noel Professor e programador mestre em Ciência da Computação pela Universidade Estadual de Maringá com ênfase em sistemas de computação e bacharel em Ciência da Computação pela Universidade Estadual de Maringá Possui boa experiência em programação aplicando também na docência superior desde 2008 Autor do site Vida de Programador se mantém bem ativo na comunidade de desenvolvedores Acesse httplattescnpqbr9035823171388697 SEJA BEMVINDOA Olá nobre aprendiz da bela arte da computação e tecnologia escrevo este livro tendo em mente que vai ser lido por aprendizes recémchegados à nossa área com um conhe cimento básico que qualquer pessoa tem sobre computadores ou por aprendizes que já estão há mais tempo na área há talvez 5 10 20 ou 30 anos Essa é uma das belezas de nossa área somos todos aprendizes Sempre Estou eu aqui com vocês como um aprendiz O quanto não aprendo a cada dia Muitos de meus alunos me ajudam e me incentivam a aprender cada vez mais me ensinam conhecimentos específicos que eles possuem me forçam a estudar um pouco mais de áreas que não domino Então estamos todos em constante aprendizado Uma pessoa que trabalha em TI que não está em permanente estado de aprendiz tornase ultra passada em algum tempo Escrever esse livro foi um misto de prazer e desafio Foi muito bom poder juntar em unidades o conhecimento que já venho trabalhando com os alunos há um tempo mas também um desafio de buscar transmitir informações acuradas Não é como uma aula em que na próxima semana posso me desculpar e corrigir um lapso Também foi o pri meiro livro que escrevi que tem mais textos do que imagens Tenho dois livros de tiri nhas publicados Um outro desafio foi saber a hora de parar A nossa área é ao mesmo tempo muito grande e muito apaixonante Como esse livro é para uma disciplina introdutória eu não posso me aprofundar em todos os assuntos estudados aqui nem mesmo seria justo fazer isso com vocês Para quem está chegando seria um peso muito grande e desne cessário neste momento A minha intenção com este livro foi a de cobrir todos os assuntos essenciais tentando deixar para vocês um direcionamento de como seguir adiante tentando dar a base que você precisa saber para depois caminhar os próximos passos por conta própria quando precisar se aprofundar em algum ponto Neste livro iremos tratar alguns assuntos diferentes Primeiro lançaremos as bases os fundamentos da computação Veremos inicialmente alguns conceitos gerais até para situar o conteúdo que você vai acompanhar Em seguida veremos um pouco da história da computação na qual acabei buscando mais informações mas quanto mais eu bus cava mais aparecia então tem muito mais história se alguém quiser ir mais fundo Fi nalizaremos a primeira unidade vendo como são formados os sistemas de computação Em seguida na segunda unidade daremos início a um conhecimento mais prático A ideia é apresentar a você como os dados são representados em um sistema computa cional desde a menor unidade o bit Veremos como os bits se juntam para formar as in formações e quais são as unidades utilizadas Depois passaremos a estudar os sistemas de numeração que são muito importantes na hora de converter os bits para algo que nos seja mais familiar como um número decimal um texto ou até mesmo um vídeo na tela Veremos como realizar as conversões numéricas de uma base para a outra e qual é a importância de saber outras bases APRESENTAÇÃO FUNDAMENTOS E ARQUITETURA DE COMPUTADORES Na terceira unidade continuaremos o nosso estudo mais prático aplicando o que aprendemos sobre bits e sobre binários para entender o funcionamento dos circui tos digitais e da lógica booleana Veremos então o que vem a ser a lógica digital que trabalha apenas com 0 e 1 Veremos como podemos combinar os valores por meio de operadores similar ao que fazemos na aritmética Como essas operações ou expressões se tornam os circuitos digitais propriamente ditos Ao final da unida de veremos algumas regras da álgebra booleana para aprender a simplificar ex pressões e com isso simplificar os circuitos digitais Depois disso na quarta unidade veremos um pouco de nosso computador por den tro focando no cérebro da máquina analisando como funciona o processamento e a memória As tecnologias de processadores e memórias evoluem num ritmo rá pido por isso não nos deteremos em modelos específicos mas veremos como se dá o funcionamento interno do processador como ele se divide por dentro como executa as instruções da máquina e como se comunica com o resto do computador Também veremos como funciona a memória quais são os tipos de memória exis tentes e como a memória se comporta de acordo com o seu tipo Por fim na última unidade iremos mais próximos aos usuários analisando como funciona a parte de entrada e saída de um computador para entender como o usu ário passa dados ao computador e como recebe dados de volta Veremos como isso chega ao processador eou à memória para que a informação seja tratada Depois veremos por alto o que é um sistema operacional e para que ele serve vendo tam bém algumas particularidades sobre alguns sistemas operacionais Então passare mos aos programas aplicativos os softwares desenvolvidos para serem utilizados por usuários finais como podem ser feitos como são executados e uma pequena discussão sobre as diferentes licenças de software aplicáveis a qualquer programa desenvolvido Espero com este livro poder colaborar para que você tenha uma formação com mais qualidade que você possa entender os conceitos de uma forma direta e que o que você ainda vai estudar pela frente possa fazer sentido devido às parcelas de co nhecimento que vão se ligar ao seu cérebro e te acompanhar pela vida Tenha uma ótima leitura e tenha também muito sucesso no que você fizer com esse conheci mento Ah e não deixe de passar aquele café gostoso para lhe fazer companhia durante a leitura APRESENTAÇÃO SUMÁRIO 09 UNIDADE I FUNDAMENTOS DA COMPUTAÇÃO 15 Introdução 16 Conceitos Gerais 18 História da Computação 36 Sistemas de Computação 39 Considerações Finais 49 Referências 50 Gabarito UNIDADE II REPRESENTAÇÃO DE DADOS 53 Introdução 54 Unidades de Informação 59 Notação Posicional 64 Conversões Entre Bases Numéricas 72 Considerações Finais 78 Referências 79 Gabarito SUMÁRIO 10 UNIDADE III LÓGICA DIGITAL E CIRCUITOS 83 Introdução 84 Conceitos de Lógica Digital 85 Operadores Lógicos e Portas Lógicas 92 Expressões Lógicas e Circuitos Digitais 98 Noções de Álgebra Booleana 101 Considerações Finais 108 Referências 109 Gabarito UNIDADE IV PROCESSADOR E MEMÓRIA 113 Introdução 114 Organização do Processador 117 Funcionamento do Processador 121 Paralelismo 127 Conceito de Memória 129 Hierarquia de Memória 136 Considerações Finais 144 Referências 145 Gabarito SUMÁRIO 11 UNIDADE V INTERAÇÃO HOMEMMÁQUINA 149 Introdução 150 Entrada e Saída ES 158 Sistemas Operacionais 163 Aplicativos e Desenvolvimento 167 Licenças de Software 170 Considerações Finais 179 Referências 180 Gabarito 181 CONCLUSÃO 182 ANOTAÇÕES UNIDADE I Professor Me Andre Abdala Noel FUNDAMENTOS DA COMPUTAÇÃO Objetivos de Aprendizagem Conhecer alguns dos principais conceitos da área de computação Descobrir a origem dos equipamentos que usamos hoje e como foram evoluindo Entender o que são os sistemas de computação e como eles funcionam em parceria com os equipamentos Plano de Estudo A seguir apresentamse os tópicos que você estudará nesta unidade Conceitos gerais História da computação Sistemas de computação INTRODUÇÃO Olá jovem padawan seja bemvindo ao início do nosso estudo o qual conceitua remos melhor aquilo que conhecemos por computador e algumas coisas que o cercam Por ser uma disciplina introdutória veremos um pouco sobre cada parte do computador sem aprofundar muito em uma parte específica mas a minha intenção com esse texto é dar o caminho das pedras para que você compreenda as bases e como pode aprofundar no assunto por conta própria Em nossa área de TI tomamos um caminho sem volta de ter a obriga ção de estarmos sempre atualizados no conteúdo Portanto as bases que vocês aprenderão aqui permanecem mas as tecnologias podem mudar e sabemos que elas estão em constante evolução Nesta primeira unidade começaremos apre sentando alguns conceitos importantes como o que é um computador em que consiste a informação e o processamento de dados de forma a criar um ponto de partida para o nosso conhecimento que será adquirido Em seguida passaremos a estudar a história dos computadores E nesse ponto você se pergunta Mas para quê Eu não quero trabalhar com compu tadores antigos e sim com computadores modernos Bom neste momento nós entenderemos melhor porque o nosso computador moderno é feito dessa forma o que as máquinas têm em comum independentemente de ser um com putador pessoal um smartphone ou um supercomputador além de aprender com os gigantes do passado E o mais legal de nossa área é que esse passado é recente sendo que muitas das lendas ainda estão vivas e podemos até trocar ideias com alguns pelo Twitter Por fim veremos como funcionam os sistemas de computação muitas vezes é o que mais nos chama a atenção para estudar essa área Estudaremos então como é constituído um sistema de computador como ele é executado e o que ele precisa para existir Acredito que esse ponto jogue uma boa luz sobre os moti vos de estudar todo o resto Então aperte os cintos prepare um bom café e abra a mente porque muito conhecimento vem por aí Introdução Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 15 FUNDAMENTOS DA COMPUTAÇÃO Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 I U N I D A D E 16 CONCEITOS GERAIS Olá alunoa tire uns breves segundos agora para se perguntar o porquê de estar fazendo este curso Essa pergunta não é fácil para todo mundo mas para alguns costumam surgir algumas ideias eu gosto de computadores não vivo sem meus apps e quero aprender a fazer um já sei programar um pouco meus pais me obrigaram a isso Bom independentemente dos seus motivos pesso ais para iniciar nessa área algumas perguntas precisam ser respondidas mesmo que você nunca as tenham feito e isso nós iniciaremos aqui Como a nossa área é uma área em constante evolução e a tecnologia muda de forma muito rápida é difícil definir qual é a abrangência total dela Não conse guimos demarcar com precisão os limites de onde ela começa e onde ela termina Até a forma em que ela é chamada já mudou um tanto com o tempo apesar de que os conceitos ainda permanecem válidos Podemos ouvir referências à área como computação informática pro cessamento de dados ou ainda como tecnologia da informação TI que é um dos termos mais utilizados no momento Ainda há quem defenda que o termo já deve ser tecnologia da informação e comunicações TIC que está correto mas costumase usar TI por ser menor Aqui já podemos ver como a nossa área está constituída ao redor de dois ter mos importantes informação e dados E cada vez mais observamos no mundo que informações e dados valem muito mais do que os equipamentos de tecnologia Conceitos Gerais Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 17 Segundo Monteiro 2001 um computador é uma máquina capaz de manipu lar informações para um ou mais objetivos ou ainda é algo que pode ser chamado de equipamento de processamento eletrônico de dados Ainda indica que um dado pode ser definido como a matériaprima originalmente obtida de uma ou mais fon tes enquanto a informação seria o resultado do processamento desses dados Sendo assim os dados seriam resultados diretos de uma observação de algo no mundo real mas que podemos manipular ou dar valor a eles tornandoos como uma informação De outra forma um computador pode ser definido como sendo uma máquina que executa instruções para resolver determinados problemas e uma sequência de instruções é o que conhecemos por programa TANENBAUM 2013 Tudo bem eu sei o que é um computador uso um desde que nasci alguém pode estar pensando Por que eu tenho que estudar arquitetura de computado res Eu só quero programar Nas primeiras etapas da programação você aprende que programar é pra ticamente dizer a um computador o que ele deve fazer mas com uma diferença básica de quando a gente pede algo para uma pessoa você precisa entender como o computador pensa O computador responde as instruções não ambíguas prédefinidas que são facilitadas pelas linguagens de programação Por que isso Por que ele precisa de instruções Como ele executa essas instruções O que é que está deixando o meu programa tão lento Um termo que está em alta hoje em dia é o Big Data Em linhas gerais Big Data nada mais é do que a análise de uma quantidade de dados imensa de forma a extrair deles uma informação até então desconhecida mas que tenha algum valor É lógico que para trabalhar com tal volume de dados precisaremos de ferramentas e técnicas específicas mas isso é um assunto para um outro livro Fonte o autor FUNDAMENTOS DA COMPUTAÇÃO Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 I U N I D A D E 18 Entendendo como é a arquitetura do seu computador você pode criar pro gramas melhores mais bem estruturados e identificar de forma mais rápida onde você pode conseguir um ganho de desempenho Entender como a informação é armazenada na memória e como o processador trabalha essas informações podem fazer muita diferença em seu trabalho como TI seja qual for a especialização Portanto para começar a entender melhor podemos entender a arquitetura de computadores como os atributos de um sistema visíveis a um programa dor ou em outras palavras aqueles atributos que possuem um impacto direto sobre a execução lógica de um programa STALLINGS 2010 p 6 enquanto o termo organização de computadores se refere a como os componentes do computador são combinados e organizados de acordo com as especificações da arquitetura STALLINGS 2010 Em outras palavras podemos ter computadores que seguem uma determi nada arquitetura mas que possuem organizações diferentes Isso acontece quando encontramos por exemplo computadores de um mesmo fabricante com as mes mas características mas com variações entre os modelos que podem implicar em diferentes desempenhos e preços comumente são chamados de família HISTÓRIA DA COMPUTAÇÃO Estamos em uma área do conhecimento que possui uma história recente e inclu sive estamos vivendo a escrita de partes importantes da história neste momento Você já parou para pensar que muitas das lendas da nossa área ainda estão vivas e acessíveis Diferente por exemplo de Aristóteles ou Sócrates para a filo sofia e matemática Hoje você pode ir a congressos com criadores de tecnologias que foram grandes marcos na história da computação você pode assistilos pelo YouTube conversar com eles pelo Twitter etc mas a história da computação é um pouco mais antiga do que parece Há quanto tempo você acha que existem os com putadores Quando você acha que foi escrito o primeiro programa de computador História da Computação Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 19 Para facilitar o estudo da história da computação é comum encontrar essa história dividida em gerações que veremos a seguir Tenha em mente que a divisão das gerações não tem um momento exato a tecnologia foi evoluindo e olhando para trás alguns marcos foram estabelecidos para dizer que uma nova geração se iniciou E você percebe na literatura que não existe um consenso de quais seriam as datas ou mesmo o número de gerações pelas quais passamos GERAÇÃO ZERO PRÉHISTÓRIA DA COMPUTAÇÃO A computação tem origem em estudos muito antigos aproveitando diferentes áreas do conhecimento como a matemática a filosofia e a física Costumase colocar como o primeiro mecanismo precedente ao computador o ábaco que tem a sua origem na Mesopotâmia há cerca de 5000 anos atrás ARAGÃO 2009 Figura 1 Ábaco FUNDAMENTOS DA COMPUTAÇÃO Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 I U N I D A D E 20 O ábaco ganhou diversas variações em povos diferentes mas tinha o mesmo objetivo que era o de auxiliar cálculos matemáticos para não depender apenas da mente O desenvolvimento de equipamentos ou máquinas analógicas no entanto teve um processo muito lento sendo que a primeira máquina de calcular mecâ nica veio a surgir apenas em 1642 criada por Blaise Pascal que tinha 17 anos na época e queria ajudar seu pai no trabalho com as finanças e cálculo de impostos ARAGÃO 2009 A sua máquina realizava apenas as operações de soma e sub tração utilizando rodas e engrenagens dentadas MONTEIRO 2001 A máquina de Pascal possuía já a habilidade de calcular o vai um Os números eram representados por engrenagens que iam de 0 a 9 assim que a engrenagem passasse de 9 de volta para zero ela movia a próxima aumen tando em 1 O mesmo sistema que você já deve ter visto em odômetros no painel de carros Depois de Pascal um outro matemático chamado Leibniz em 1671 construiu uma máquina capaz de efetuar multiplicações usando um espi gão dentado ARAGÃO 2009 A máquina de Leibniz era praticamente a máquina de Pascal acrescida de dois conjuntos de rodas que permitiam multi plicação e divisão por operações sucessivas e ambas as máquinas eram manuais MONTEIRO 2001 Algumas outras máquinas para cálculos foram desenvolvidas mas vale res saltar aqui o trabalho de Joseph Jacquard que em 1801 produziu uma máquina de tecelagem controlada por cartões perfurados O conceito de cartões perfura dos persistiu até mais da metade do século XX e ainda é utilizada uma variação em folhas de gabaritos de provas e concursos que são marcadas as informações para serem lidas de forma automatizada Chegamos a um momento importante da história onde aparece o considerado pai da computação o britânico Charles Babbage 17911871 Ele desenvolveu duas máquinas mecânicas para cálculos a máquina de diferenças e a máquina analítica MONTEIRO 2001 A máquina de diferenças era uma máquina que realizava cálculos sucessi vos e elaborados para a marinha real inglesa Essa máquina trabalhava com o sistema decimal era acionada por um motor movido a vapor História da Computação Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 21 Figura 2 Reprodução da máquina analítica de Babbage Em 1833 Babbage apresentou então a máquina analítica ou engenho analí tico que era uma máquina de cálculos controlada por cartões perfurados e que permitia que diferentes operações fossem realizadas de acordo com a programa ção do cartão perfurado ARAGÃO 2009 sendo assim a primeira máquina programável da história Babbage trabalhava junto com Ada Lovelace ou Augusta Ada Byron filha do poeta Lord Byron e condessa de Lovelace que foi quem criou os exemplos de fun cionamento da máquina analítica e que é a primeira pessoa a escrever um programa de computador na história SCHWARTZ 2006 Ada morreu cedo aos 36 anos devido a problemas de saúde Babbage e Ada não chegaram a completar o seu traba lho em parte por falta de financiamento e por estarem muito à frente de seu tempo A máquina analítica permitia armazenar 1000 números de 20 algarismos e possuía os mesmos mecanismos de um computador atual memória proces sador entrada e saída MONTEIRO 2001 Em 1854 o matemático George Boole publicou sua obra The Laws of Thought As Leis do Pensamento a qual ele descreveu o que hoje conhecemos como álgebra booleana que consiste na manipulação de objetos que podem receber apenas valores verdadeiros ou fal sos 0 ou 1 que é a base para os circuitos digitais NULL 2011 FUNDAMENTOS DA COMPUTAÇÃO Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 I U N I D A D E 22 Depois houve um grande avanço em 1889 com Herman Hollerith que desenvolveu o cartão perfurado para armazenamento de dados e uma máquina tabuladora mecânica que contava e ordenava as informações contidas nos car tões Seu invento teve muito sucesso após ser usado no censo dos Estados Unidos o que levou à criação da Tabulating Machine Company em 1896 Em 1914 essa empresa se uniu a mais outras duas e teve em 1924 o seu nome alte rado para International Business Machines que conhecemos muito bem como IBM MONTEIRO 2001 Já no começo do século XX o avanço foi ainda mais rápido Em 1935 o alemão Konrad Zuse criou a primeira máquina de calcular eletrônica e no ano seguinte a máquina Z1 que utilizava um teclado como entrada e lâmpa das como saída já utilizando os conceitos binários de aceso ou apagado MONTEIRO 2011 Em 1941 ele criou o Z3 uma máquina aperfeiçoada utilizando relés eletro mecânicos e controlada por programa o que pode ser considerado o primeiro computador efetivamente operacional MONTEIRO 2011 Depois ainda criou o Z4 que foi utilizado pelos alemães para fins militares na Segunda Guerra Mundial mas boa parte do seu trabalho e suas máquinas foram destruídas no meio da guerra O primeiro bug inseto em inglês de computador ocorreu em 1945 numa máquina Harvard Mark II da IBM sigla para International Business Machines e foi provocado por um inseto de verdade Uma mariposa entrou pela janela e entrou na máquina Mark II na universidade de Harvard e travou todo o sistema O inseto foi descoberto por Grace Hopper que não conseguia des cobrir por que o computador estava com uma pane até que ele descobriu a mariposa nos contatos de um relê Grace teve que tirar o inseto com uma pinça e disse que estava tirando o bug da máquina debugging Depois colocou a mariposa em seu caderno de anotações com uma fita adesiva foto e escreveu tecnicamente em seu Relatório de Manutenção primeiro caso de bug realmente encontrado Fonte Dias 2017 online1 História da Computação Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 23 No lado dos Estados Unidos Howard Aiken inventou em 1944 um computa dor eletromecânico chamado de Mark I que utilizava os princípios da máquina analítica de Babbage usando ainda o sistema decimal MONTEIRO 2011 PRIMEIRA GERAÇÃO COMPUTADORES A VÁLVULAS 19461954 A primeira geração de computadores ficou marcada pelo surgimento dos com putadores a válvulas como o ENIAC que foi lançado em 1946 e era composto de quase 18 mil válvulas 1500 relés pesava 30 toneladas e consumia 140 kw de energia TANENBAUM 2013 Para entender a primeira geração precisamos entender que ela começou efetivamente alguns anos antes de seu marco inicial Figura 3 Exemplos de válvulas Em 1939 John Vincent Atanasoff projetou o primeiro computador eletrônico ao invés de mecânico Ao tentar construir uma máquina baseada nos trabalhos de Pascal e Babbage ele refletiu sobre os erros dos projetos anteriores e decidiu utilizar eletricidade no lugar de processos mecânicos adotando o sistema biná rio ao invés do decimal e capacitores para funcionarem como a memória para guardarem a energia NULL 2011 FUNDAMENTOS DA COMPUTAÇÃO Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 I U N I D A D E 24 O trabalho de Atanasoff chamou a atenção de John Mauchly que junto com John P Eckert projetaram o ENIAC A intenção do ENIAC era ser utilizado para elaboração de tabelas de alcance e trajetória para armas balísticas mas o seu desenvolvimento durou de 1943 a 1946 sendo finalizado após o fim da Guerra Ainda assim funcionou para outros fins até 1955 servindo de base para diver sos outros trabalhos MONTEIRO 2011 O trabalho de programação do ENIAC ficou por conta de seis mulheres matemáticas que se tornaram as primeiras programadoras profissionais da his tória Frances Bilas Jean Jennings Ruth Lichterman Kathleen McNulty Betty Snyder e Marlyn Wescoff Tem mais informações sobre elas no texto de leitura complementar ao final da unidade Figura 4 ENIAC quase 18 mil válvulas e 30 toneladas Após o ENIAC Mauchly e Eckert começaram a desenvolver o EDVAC mas eles deixaram a Universidade da Pensilvânia para criar a própria empresa onde pas saram a desenvolver o UNIVAC História da Computação Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 25 No mesmo momento John von Neumann que também colaborou no ENIAC começou a desenvolver sua própria versão do EDVAC a máquina IAS que tinha o mesmo nome do instituto onde ele foi trabalhar TANENBAUM 2013 Von Neumann era um gênio da mesma estirpe de Leonardo da Vinci Falava muitos idiomas era especialista em ciências físicas e matemática e guardava na memória tudo o que já tinha ouvido visto ou lido Conse guia citar sem consulta palavra por palavra o texto de livros que tinha lido anos antes Na época em que se interessou por computadores já era o mais eminente matemático do mundo TANENBAUM 2013 p 14 Neste momento von Neumann deu uma das maiores contribuições ao desen volvimento de praticamente todos os computadores implementados da segunda geração até hoje o modelo de arquitetura de von Neumann Figura 5 Modelo de arquitetura de von Neumann Fonte o autor Alan Turing teve um papel excepcional para a computação em diversas áreas e seus trabalhos serviram de base para muitos cientistas Em 1943 ele e sua equipe colocaram em funcionamento um computador eletrônico ultrassecreto a bomba eletromecânica ou bombe COLOSSUS que funcionava com o único objetivo de quebrar a criptografia da máquina alemã ENIGMA Esse projeto ficou em segredo por 30 anos o que acabou não servindo de base para nenhum outro projeto Re centemente essa história foi descrita com detalhes no filme O Jogo da Imitação Fonte o autor FUNDAMENTOS DA COMPUTAÇÃO Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 I U N I D A D E 26 Ao projetar a máquina IAS von Neumann percebeu que um programa poderia ser representado de forma digital na memória Passou a usar a aritmética biná ria ao invés da decimal usada no ENIAC No fim a máquina ficou com 5 partes a Unidade Lógica e Aritmética a Unidade de Controle a memória e os equipa mentos de entrada e saída TANENBAUM 2013 A IBM que até então estava mais voltada a desenvolver máquinas de cartões per furados entrou no ramo de computadores apenas em 1953 quando lançou o IBM701 que era mais direcionado a aplicações científicas e em 1955 o IBM702 com recursos de hardware voltados a aplicações comerciais STALLINGS 2010 Em 1956 a IBM lançou o IBM704 com 4K palavras de memória e em 1958 lançou o IBM709 que era mais aperfeiçoada Neste momento a IBM se destacou em um mercado que era dominado pela UNIVAC desde 1950 MONTEIRO 2002 SEGUNDA GERAÇÃO TRANSISTORES 19551964 Qual você acha que foi a maior invenção do século XX Os computadores A exploração espacial A Internet Muitos consideram os transistores como a maior invenção ou pelo menos entre as maiores do século XX pois eles possibilita ram todos os equipamentos eletrônicos modernos Como um aporte legal Eckert e Mauchly solicitaram uma patente alegando que haviam inventado o computador digital Em retrospecto possuir essa patente não seria nada mau Após anos de litígio o tribunal decidiu que a patente de EckertMauchly era inválida e que John Atanasoff tinha inventa do o computador digital embora nunca o tivesse patenteado colocando efetivamente a invenção em domínio público Fonte Tanenbaum 2013 História da Computação Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 27 O transistor foi inventado em 1947 no Bell Laboratories com o objetivo de substituir as válvulas Os transistores tinham as vantagens de serem menores geravam menos calor e eram mais baratos STALLINGS 2010 Além de bara tear as máquinas possibilitaram a redução do seu tamanho Figura 6 Alguns tipos de transistores Apenas na década de 1950 que surgiram os primeiros computadores transisto rizados O primeiro desses computadores foi o TX0 construído no MIT em 1955 Dois anos mais tarde em 1957 Kenneth Olsen que era um dos engenhei ros do MIT fundou a Digital Equipment Corporation DEC TANENBAUM 2013 que veio a ser mais tarde a segunda maior fabricante de computadores do mundo atrás só da IBM MONTEIRO 2002 A IBM entrou na era dos computadores transistorizados mudando a sua linha de 700 para 7000 O primeiro desses computadores foi o IBM7090 1959 que era a versão transistorizada do IBM709 mais tarde lançou o IBM7094 1962 com ciclos de 2 microssegundos e 32768 palavras de 36 bits de memó ria TANENBAUM 2013 Enquanto o 7094 fazia sucesso na área científica a IBM também lançou o IBM1401 que foi um sucesso na área comercial MONTEIRO 2002 FUNDAMENTOS DA COMPUTAÇÃO Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 I U N I D A D E 28 Figura 7 IBM 7094 Foto por Arnold Reinhold CC BYSA 30 Fonte Wikimedia Commons 2012 online2 A DEC colocou seu primeiro computador o PDP1 no mercado apenas em 1961 trabalhando com 4k palavras de 18 bits podendo executar 200 mil instruções por segundo Tinha a metade do desempenho do IBM7090 mas custava 120 mil dólares enquanto a máquina da IBM custava milhões TANENBAUM 2013 Após o PDP1 a DEC lançou uma série de máquinas até a mais famosa PDP11 que teve grande aceitação do mercado A DEC foi líder do mercado de minicomputadores por um bom tempo primeiro com a linha PDP depois com a linha VAX MONTEIRO 2002 TERCEIRA GERAÇÃO CIRCUITOS INTEGRADOS 19641977 À medida em que os computadores foram ficando mais complexos começou a se tornar um problema a acomodação de seus componentes Esse problema começou a ser resolvido em 1958 quando Jack Kilby da Texas Instruments Co colocou dois circuitos em uma única peça de germânio Aproveitando a ideia Robert Noyce da Fairchild Semicondutor Inc integrou múltiplos componen tes em um substrato de silício MONTEIRO 2002 História da Computação Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 29 Figura 8 Circuitos integrados Esse foi o início dos circuitos integrados também chamados de microchips que consistiam em placas que continham inicialmente dezenas logo centenas de circuitos em um único componente e milhares de circuitos no que foi cha mado de LSI Large Scale Integration integração em grande escala Esse foi o início da microeletrônica Nesta época a IBM tinha os seus principais computadores o 7094 e o 1401 que eram totalmente incompatíveis Uma utilizava aritmética binária com pala vra de 36 bits enquanto a outra utilizava aritmética decimal com palavras de tamanho variável TANENBAUM 2013 Então em 1964 a IBM lançou a família System360 que consistia em com putadores que utilizavam circuitos integrados porém lançados em 5 diferentes modelos ao mesmo tempo 30 40 50 65 e 75 com diferentes configurações mas seguindo a mesma arquitetura MONTEIRO 2002 Com a família 360 também foi introduzida a técnica de multiprogramação a qual vários programas poderiam compartilhar a memória e o uso da UCP de forma aparentemente simultânea Além de trabalhar com palavras de 32 bits 16 M bytes de memória memória principal orientada a bytes como continua comum até hoje e um sistema operacional para gerenciar os recursos de har dware o OS360 MONTEIRO 2002 Enquanto isso a DEC lançou o PDP11 que seria o concorrente mais pró ximo da linha 360 da IBM também trabalhando com memória orientada a bytes e registradores orientados a palavras TANENBAUM 2013 FUNDAMENTOS DA COMPUTAÇÃO Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 I U N I D A D E 30 QUARTA GERAÇÃO O PC E OS CIRCUITOS VLSI 19771991 Os circuitos integrados foram evoluindo até que na década de 1980 já contavam com dezenas de milhares de circuitos por componente os circuitos integrados VLSI Very Large Scale Integration integração em escala muito grande Com essa integração em pequenos componentes foi possível também a diminui ção do tamanho das máquinas e os componentes dos até então minicomputadores também foram tendo uma grande redução de preços STALLINGS 2010 Mais uma grande revolução começou em 1971 quando uma empresa criada para produzir com ponentes eletrônicos produziu a primeira UCP Unidade Central de Processamento em uma só pastilha de circuito integrado Essa empresa se chamava Intel Corporation e o primeiro processador em circuito integrado foi o Intel 4004 MONTEIRO 2002 Enquanto o 4004 possuía palavra de 4 bits e cerca de 2300 transistores na pastilha logo foi lançado o 8008 com palavra de 8 bits e cerca de 3500 tran sistores mas o primeiro microprocessador para uso geral foi lançado em 1973 o Intel 8080 com cerca de 5000 transistores palavras de 8 bits endereços de memória de 16 bits permitindo o uso de 64Kbytes de memória e um conjunto de 78 instruções MONTEIRO 2002 Começou então a era dos PCs Personal Computer Computador Pessoal inicialmente com o Altair 8800 da empresa MITS lançado em 1975 com um processador Intel 8080 Ele possuía um interpretador da linguagem BASIC que foi criado por Bill Gates e Paul Allen o que também foi o pontapé inicial de criação da MicroSoft originalmente MicroSoft MONTEIRO 2002 Figura 9 Altair 8800 Fonte Wikimedia Commons 2005 online3 História da Computação Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 31 Em 1976 surgiu um importante concorrente no mercado Uma empresa fun dada em uma garagem a história foi desmentida recentemente chamada Apple entrou no mercado com seu primeiro PC o Apple I Steve Jobs e Steve Wozniak os fundadores da Apple apresentaram em 1977 o Apple II Segundo o próprio Wozniak o Apple II foi a primeira versão vendida já montada enquanto a versão anterior era vendida em partes para o próprio usuário montar Para muitos o Apple II foi um PC digno de marcar o início dessa geração enquanto algumas literaturas marcam a quarta geração ini ciando junto com a criação do microprocessador Também nessa época a Motorola estava trabalhando com processadores Em 1974 lançou o MC6800 com 8 bits e em 1979 lançou o MC68000 já con tando com palavras de 32 bits a Intel começou a trabalhar com 32 bits apenas em 1985 MONTEIRO 2002 Surgiram ainda PCs da Comodore como o PET em 1977 e o Amiga em 1985 Outra concorrente da época era a Atari que aqui no Brasil ficou famosa pelo videogame mas produzia também PCs na década de 1980 Em 1981 a IBM entrou no mercado de PCs com o IBMPC com o proces sador 8088 da Intel O PC da IBM usava o sistema operacional PCDOS Por causa de problemas no licenciamento a IBM precisou buscar uma alternativa e foi atrás da MicroSoft que comprou uma versão do DOS e licenciou para a IBM com o nome 86DOS A IBM o rebatizou como PCDOS como já costu mava usar o nome enquanto a Microsoft o atualizou e relançou como MSDOS Todo ano a Revista Time elege a pessoa do ano a qual elege um homem mulher grupo ou ideia que para o bem ou o mal mais influenciou os even tos naquele ano Em 1982 a pessoa do ano não foi uma pessoa mas ficou como a máquina do ano que era o computador Esse evento destacava a diferença que os computadores pessoais estavam fazendo na sociedade e como eles já estavam se tornando presentes no cotidiano Fonte o autor FUNDAMENTOS DA COMPUTAÇÃO Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 I U N I D A D E 32 Figura 10 IBM 5160 uma versão do IBM PC com disco rígido embutido lançado em 1983 A parceria IBMIntelMS perdurou por um bom tempo enquanto a Motorola produzia os processadores para os computadores da Apple Comodore e Atari A IBM porém decidiu manter o seu projeto de computador aberto o que possibili tou o surgimento de inúmeros IBM clones que eram de diversos fabricantes mas compatíveis e utilizavam os mesmos sistemas o que barateou populari zou e estabeleceu firme no mercado a linha IBM PC TANENMAUM 2013 Os processadores Intel foram evoluindo com o tempo Em 1982 a Intel lan çou o 80286 que ficou conhecido como 286 ainda com 16 bits Em 1985 o 80386 popular 386 com 32 bits de palavra e em 1989 o 80486 conhecido como 486 também 32 bits MONTEIRO 2002 Em 1984 a Apple lançou a linha Macintosh que revolucionou em termos de interface gráfica a Apple já tinha lançado o Lisa antes com interface gráfica com o conjunto que era chamado de WIMP Windows icons menus and poin ter Este computador introduziu o conceito de janelas e mouse que na verdade havia sido inventado em 1973 pela equipe de engenharia da Xerox mas os dire tores não acharam que era algo a se investir O projeto foi vendido depois para a Apple História da Computação Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 33 Figura 11 Apple Macintosh SE 1987 Pouco depois aproveitando os conceitos da Apple a Microsoft lançou o Windows que passou a ser padrão nos PCs e nas versões iniciais rodava sobre o MSDOS Vale mencionar que em 1985 Steve Jobs foi demitido da Apple empresa que ele mesmo fundou e fundou a NeXT uma outra companhia focada no desen volvimento de plataformas de computador A linha PC cresceu muito e dominou essa fatia do mercado fazendo anti gas concorrentes como Comodore a Atari saírem de cena QUINTA GERAÇÃO MOBILIDADE E ULSI 1991 Chegamos então à quinta geração e é muito difícil escrever sobre uma geração que ainda está aberta e em constante mudança O desenvolvimento de equipamen tos e tecnologias cresce de forma exponencial tornando impossível mencionar tudo o que acontece Portanto falaremos de pontos chaves da quinta geração que conta com cir cuitos integrados ULSI Ultra Large Scale Integration que conseguem conter mais de um milhão de circuitos em um único chip STALLINGS 2010 FUNDAMENTOS DA COMPUTAÇÃO Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 I U N I D A D E 34 Neste momento temos o NeXTstation uma estação de trabalhos lançada pela NeXT em 1990 já com uma aparência que estamos habituados para computado res desktop com gabinete monitor teclado e mouse Em 1991 tivemos o lançamento ao público da WWW World Wide Web que para muitos é a própria Internet mas a Internet é uma rede antiga que começou a ser constituída na década de 1960 inicialmente ligando bases militares e uni versidades A WWW é constituída pela ideia de documentos interligados para construir o conhecimento daí é que surgiram então os hipertextos hiperlinks navegadores http etc Também em 1991 foi criado o Linux que é um sistema operacional em sof tware livre baseado no Unix e que anos depois se tornou referência na linha de servidores e redes A partir da década de 1990 tivemos o foco voltado para mobilidade com a adoção dos laptops ou notebooks Os laptops já vinham se desenvolvendo junto com os PCs na década de 1980 mas em 1990 passaram a se tornar mais próximos às pessoas Em 1992 a IBM lançou o ThinkPad que se popularizou bastante nas empre sas e essa linha perdura até hoje até 2005 pela própria IBM e depois pela Lenovo Ainda houve muita evolução na área de telecomunicações e armazenamento Passamos dos disquetes de 3½ polegadas que armazenava 144Mb para CDROMs com 700Mb depois DVDs Blu Rays etc Os HDs hard disks também tiveram avanço muito grande em tamanho e em velocidade Na década de 1990 a Internet chegou para o uso doméstico com a famosa e saudosa conexão discada avançou para ADSL e Internet via Rádio chegando às fibras óticas Sem mencionar as redes móveis que são responsáveis por muito dos avanços Voltando aos computadores pessoais a linha PC dominava a maior parte do mer cado graças aos IBM Clones e a parceria com a Microsoft Em 1990 foi lançado o Windows 30 Em 1992 a versão 31 que ficou muito popular Em 1995 o Windows 95 que modernizou muito a interface e já estava bem consolidado no mercado Nessa época a Apple estava com pouco espaço e até com algumas ameaças de fechar Em 1996 a Apple comprou a NeXT e com isso tinha de volta Steve Jobs em sua equipe que foi muito responsável por avanços que vieram em seguida Com o lançamento do Mac OS X em 2001 a Apple começou a retornar à concorrência História da Computação Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 35 Um evento que vale mencionar foi o lançamento do iPhone pela Apple em 2007 que mostrou como a evolução da tecnologia ia seguir dali por diante Foi o começo da era dos smartphones que logo veio seguido pelo sistema operacio nal da Google o Android que é baseado em Linux em boa parte software livre e que se tornou o principal concorrente ao iOS sistema operacional do iPhone Figura 12 iPhone primeira geração A partir dos smartphones a ideia de mobilidade se expandiu muito mais Vários negócios foram abertos na área de desenvolvimento de aplicativos móveis bem conhecidos como apps surgiram diversas startups surgiram outros dispositivos móveis como tablets computação vestível wearables Internet das Coisas etc Não temos como saber ou dizer para onde a tecnologia está indo mas tem muita coisa boa surgindo Não sabemos como será que no futuro olharemos para trás para delimitar até quando consideraremos uma quinta geração se já acabou se não Estão vindo por aí muitas tecnologias disruptivas há um avanço muito grande da Inteligência Artificial e da robótica há ainda os veículos autô nomos a comunicação mundial em tempo real já trabalhamos com realidade aumentada e realidade virtual ou seja nós já vivemos em boa parte a realidade futurística sonhada nos anos 1980 Agora o que nos reserva o futuro Isso você que está lendo esse livro poderá escrever na história FUNDAMENTOS DA COMPUTAÇÃO Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 I U N I D A D E 36 SISTEMAS DE COMPUTAÇÃO Quando estudamos a história da computação acabamos focando bastante no desenvolvimento de hardware e não tem como ser diferente mas ao realizar uma graduação na área de desenvolvimento de sistemas estamos bastante interessa dos em aprender sobre o software A primeira noção que precisamos ter neste ponto é a de que um não vive sem o outro HARDWARE E SOFTWARE Primeiro vamos fazer uma diferenciação simples entre hardware e software Pegue uma máquina qualquer um computador um smartphone etc Desligue ela Pronto o que você ainda consegue ver e mexer é o hardware o que sumiu é o software Desde sempre os computadores possuem o hardware que é todo o maqui nário e o software que envolve a lógica de funcionamento os programas em si mas até a década de 1980 do século XX o software não era algo que tinha valor era apenas algo necessário para os computadores funcionarem Figura 13 Desenvolvimento de software Sistemas de Computação Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 37 Muitos atribuem ao Bill Gates e consequentemente à Microsoft a mudança de paradigmas e a noção de valor que foi atribuída ao software Gates criou a Microsoft com o objetivo exclusivo de trabalhar com desenvolvimento de sof tware e começou a vender as licenças de software A partir daí o software passou a ser visto de uma outra forma As máquinas agora divulgavam o software que era utilizado e o desenvolvimento do próprio hardware também passou a se preocupar em suportar os softwares específicos A evolução do hardware e do software dependem uma da outra por isso precisamos entender um pouco de cada área para conseguir mais sucesso em nosso desenvolvimento SISTEMAS A palavra sistema é utilizada em muitos escopos diferentes O que seria exa tamente um sistema Um sistema pode ser definido como um conjunto de partes coordenadas que concorrem para a realização de um determinado obje tivo MONTEIRO 2002 p 3 Com isso em mente podemos até compreender melhor a importância de conhecer um pouco de cada parte do todo Em computação um sistema muitas vezes é resumido em um programa de computador Como um programa executa instruções para resolver um determi nado problema e ele precisa de todo o computador para isso se enquadra bem em nossa definição de sistema Na última unidade conversaremos melhor sobre a parte de software mas vamos pensar um pouco em como funciona um programa Um programa é um conjunto de instruções as quais precisam ser passadas para o computador Esse conjunto de instruções precisa seguir uma sintaxe que o computador entenda aí é que entram as linguagens de programação As linguagens de programação podem ter diferentes níveis de abstração sendo assim elas podem estar mais próximas às linguagens de máquina instru ções em binário que os processadores entendem ou mais próximas à linguagem natural linguagem que falamos FUNDAMENTOS DA COMPUTAÇÃO Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 I U N I D A D E 38 Assim todas as instruções escritas em alguma linguagem de programação precisam de uma espécie de tradução explicaremos melhor depois para que sejam entendidas pela máquina e esse processo todo não precisa ser passado para o usuário o usuário tem apenas contato com o sistema pronto Nas próximas unidades veremos melhor como a informação é armazenada dentro das máquinas como são formados os circuitos digitais que utilizamos e veremos a estrutura interna dos computadores para termos um domínio melhor dessas máquinas fabulosas que usamos Aproveite que agora a parte mais divertida irá começar Considerações Finais Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 39 CONSIDERAÇÕES FINAIS Valente aprendiz das artes computadorísticas tudo bem essa palavra não existe espero que tenha se inspirado com o conteúdo desta unidade O principal obje tivo aqui foi o de apresentar a você as máquinas como algo que não é místico e desconhecido mas como algo que tem a sua lógica a sua organização começou pequeno e foi crescendo de uma forma que agora a gente pode entender melhor para aproveitar ao máximo o seu desempenho Olhando para trás vemos que o smartphone que está no bolso tem um poder computacional maior do que os computadores que possibilitaram a ida do homem à Lua Já pensou nas inúmeras possibilidades que você tem de apro veitar essa capacidade e toda essa evolução Isaac Newton disse certa vez Se vi mais longe foi por estar sobre os ombros de gigantes Em nossa caminhada em TI só podemos fazer o que fazemos por que diversos gigantes abriram caminho Então o seu trabalho hoje tem por trás Charles Babbage Alan Turing Ada Lovelace Margaret Hamilton John von Neumann e diversos outros Espero que toda essa história nos permita a inspiração de não apenas criar trechos de códigos que serão compilados com sucesso gerando zeros e uns que se perderão na história mas que a gente possa também criar a história e deixar a nossa marca criando soluções para os mais diferentes problemas e quem sabe ser uma dessas lendas contemporâneas estudadas por nossos filhos A seguir nós veremos como os dados se transformam em bits e os bits se transformam de volta em dados Procure sempre entender melhor como a sua ferramenta de trabalho funciona assim você vai conseguir ser um profissional muito mais completo ao dominar o conhecimento Como disse uma vez Abraham Lincoln Se tivesse seis horas para derrubar uma árvore eu passaria as primeiras quatro horas afiando o machado 40 1 A tarefa de entrar e alterar programas para o ENIAC era extremamente enfado nha O processo de programação poderia ser facilitado se o programa pudesse ser representado em uma forma adequada para armazenamento na memória junto com os dados Então um computador poderia obter suas instruções len doas da memória e um programa poderia ser criado ou alterado definindo se os valores de uma parte da memória Essa ideia conhecida como conceito de programa armazenado normalmente é atribuída aos projetistas do ENIAC principalmente o matemático John von Neumann que foi consultor no proje to ENIAC Alan Turing desenvolveu a ideia praticamente ao mesmo tempo A primeira publicação da ideia foi em uma proposta de 1945 de von Neumann para um novo computador o EDVAC Electronic Discrete Variable Computer STALLINGS William Arquitetura e organização de computadores 8 ed São Paulo Pearson Prentice Hall 2010 p 13 Sobre o modelo de arquitetura criado por von Neumann assinale a alternativa correta a Ainda que desenvolvido na primeira metade do século XX os computado res de hoje ainda seguem a arquitetura de Von Neumann b O padrão estabelecido por Von Neumann constituía em uma máquina teó rica com memória e processamento infinito para fins de validação teórica c A arquitetura de Von Neumann foi utilizada apenas na primeira geração sendo trocada pela arquitetura de Turing com a troca das válvulas por tran sistores d O padrão de Von Neumann incluía uma Unidade Aritmética e Lógica que deixou de ser necessária quando os processadores englobaram essa fun cionalidade e A arquitetura de Von Neumann foi muito importante nas primeiras gerações da computação sendo substituída pela arquitetura dos PCs que surgiram na década de 1980 41 2 O desenvolvimento de circuitos integrados impulsionou muito o desenvolvi mento de hardware barateou custos e possibilitou a criação de equipamen tos menores o que foi um marco separador entre as gerações da computação Considerando o texto supracitado e a história das gerações da computação avalie as afirmações a seguir I Por se basearem em grafeno ao invés de silício os circuitos integrados supe ram os transistores em velocidade e desempenho II Os circuitos integrados permitiram a utilização de milhares ou milhões de transistores dentro de um único chip possibilitando a criação de hardwares menores III Os chips de silício passaram a ser considerados um avanço em relação aos transistores por possuir confiabilidade tamanho reduzido e custo baixo IV Os circuitos integrados passaram a ser utilizados apenas em dispositivos pe quenos como dispositivos móveis e equipamentos embarcados enquanto os computadores continuam utilizando transistores Assinale a alternativa que apresenta as afirmativas corretas a Somente as afirmativas I e II estão corretas b Somente as afirmativas II e III estão corretas c Somente as afirmativas III e IV estão corretas d Somente as afirmativas I II e III estão corretas e Somente as afirmativas II III e IV estão corretas 42 3 O transistor foi inventado na Bell Laboratórios em 1947 e por volta da dé cada de 1950 deu início a uma revolução eletrônica Porém não foi antes da década de 1950 que os computadores transistorizados foram disponibilizados comercialmente A IBM novamente foi a primeira empresa a oferecer a nova tecnologia A NCR e com mais sucesso a RCA foram as pioneiras com algumas máquinas pequenas a transistor A IBM veio pouco depois com a série 7000 STALLINGS William Arquitetura e organização de computadores 8 ed São Paulo Pearson Prentice Hall 2010 p 19 Considerando o texto anterior leia as afirmativas e assinale Verdadeiro V ou Falso F Os transistores possuem a vantagem de serem menores possibilitando criar circuitos equivalentes aos de válvulas em espaço bem menor Apesar de todas as vantagens a única desvantagem dos transistores era a de ser mais caro do que as válvulas o que acaba sendo comum em novas tecnologias Outra vantagem é que os transistores geram menos calor do que as válvu las e não precisam de préaquecimento A sequência correta para a resposta da questão é a V V e F b F F e V c V F e V d F F e F e V V e V 43 4 À primeira vista a impressão é de que um chip menor é mais fraco ou tem menor poder de processamento comparado a um chip maior mas na evolução da computação foi diferente cada vez mais eles foram ficando menores com cada vez mais transistores e com um forte aumento de desempenho confor me o passar das gerações A tecnologia que possibilitou o avanço dessa época foi a VLSI Very Large Scale Integration traduzindo seria Integração em escala muito grande que é a possibilidade de trabalhar com milhões de transistores em apenas um único chip FEITOSA Y R G Tecnologias Emergentes em TI Maringá UniCesumar 2017 O texto retrata uma realidade da quarta geração de computadores a qual os PCs foram os grandes precursores da mudança O lançamento dos PCs e início da quarta geração datam de qual década a Década de 1960 b Década de 1970 c Década de 1980 d Década de 1990 e Anos 2000 5 Na primeira geração os computadores continham milhares de que foram substituídos na segunda geração por e na terceira geração por que conseguiram reduzir muito os custos e o tamanho dos dispositivos Considerando o texto acima assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas a Válvulas transistores e circuitos integrados b Transistores válvulas e circuitos integrados c Válvulas circuitos integrados e transistores d Circuitos integrados válvulas e transistores e Transistores circuitos integrados e válvulas 44 As programadoras do ENIAC apagadas da história da computação No meio dos anos 80 uma estudante de ciência da computação de Harvard estava se sentindo isolada À medida que o curso avançava havia cada vez menos colegas mu lheres um sinal preocupante para seu futuro profissional Desmotivada Kathy Kleiman decidiu buscar modelos inspiradores mulheres que tivessem tido papéis importantes na evolução da computação Em sua pesquisa Kathy encontrou uma foto famosa do ENIAC o primeiro computador totalmente eletrônico de uso geral Publicada nos principais jornais dos Estados Unidos na época de seu lançamento em 1946 a imagem mostrava quatro homens e duas mu lheres operando o computador mas o que realmente chamou a atenção de Kathy foi um detalhe incômodo apenas os homens da foto estavam identificados na legenda Kathy mostrou a foto a muitas pessoas mas nem mesmo historiadores da computação sabiam quem eram aquelas mulheres O mais provável lhe disseram era que as mulhe res fossem refrigerator ladies ou seja modelos que posavam junto de eletrodomésti cos para tornálos mais atrativos um truque de marketing bastante comum na época da fotos mas esse palpite estava terrivelmente errado O nascimento do primeiro computador No final da Segunda Guerra Mundial o exército começou a recrutar pessoas forma das em matemática de todo o país para realizar as complexas equações diferenciais que traçavam a rota dos mísseis E com a maioria dos homens lutando ou trabalhando em outras funções de guerra essas pessoas eram todas mulheres Seu título oficial era com puter computadora Em alguns meses havia uma centena de computadoras preenchendo tabelas balísticas manualmente resolvendo folhas e mais folhas de equações contando apenas com a ajuda de calculadoras de mesa Só tinha um problema cada cálculo levava 30 horas O projeto foi tocado como segredo de guerra e liderado pelos engenheiros John Pres per Eckert e John W Mauchly Na primavera de 1945 pouco tempo antes do ENIAC ficar pronto seis computadoras foram escolhidas para o que era considerado um trabalho in ferior comparado ao prodígio de engenharia que Eckert e Mauchly haviam criado des cobrir como a máquina funcionava e como ela deveria ser programada para executar os cálculos balísticos As matemáticas selecionadas foram Frances Bilas Jean Jennings Ruth Lichterman Kathleen McNulty Betty Snyder e Marlyn Wescoff Programando um monstro O ENIAC era um monstro de 18000 válvulas e um emaranhado de cabos e interruptores que ocupava um andar inteiro da Universidade da Pensilvânia Tudo que as seis mu lheres receberam para descobrir como programálo foram os diagramas lógicos dos 40 painéis que compunham o computador 45 Não havia livros sistema operacional linguagem de programação ou ferramentas para ajudálas Programar o primeiro computador da história significava escrever toda a ló gica no papel reproduzila fisicamente com extrema precisão plugando e desplugando cabos e alternando interruptores e documentála nos mínimos detalhes para que pu desse ser reutilizada no futuro Configurar um único programa levava várias semanas Depois de alguns meses o trabalho foi recompensado os cálculos balísticos que leva vam 30 horas passaram a ser resolvidos em 15 segundos pelo ENIAC O começo do esquecimento O cálculo perfeito a apresentação digna de filmes de ficção científica e o discurso futu rista dos engenheiros garantiram o sucesso da festa de lançamento Mauchly chegou a dizer à imprensa que no futuro máquinas como o ENIAC baixariam o preço do pão Os jornalistas ficaram radiantes com a novidade o ENIAC virou uma lenda e Eckert e Mau chly gravaram seus nomes permanentemente na história da computação Nenhuma das seis programadoras do ENIAC foi convidada para a festa Legado O ENIAC funcionou durante 10 anos e Frances Jean Ruth Kathleen Betty e Marlyn tor naramse as primeiras programadoras profissionais as primeiras professoras da progra mação moderna e as inventoras de ferramentas que abriram caminho para o software como conhecemos hoje Frances Bilas depois Spence 19222013 continuou programando equações com o ENIAC após a guerra e colaborou com os principais matemáticos do mundo Jean Jennings depois Bartik 19242011 trabalhou no time que transformou o ENIAC em uma máquina de programa armazenado tornando mais rápido e fácil programar problemas mais complexos Participou também dos projetos dos dois primeiros compu tadores comerciais programando o BINAC e criando a lógica e um sistema de backup de memória eletrostática para o UNIVAC I Mais tarde criou relatórios para ajudar negócios a entenderem o potencial dos microcomputadores Ruth Lichterman depois Teitelbaum 19241986 foi realocada juntamente com o ENIAC para Aberdeen Maryland para ser a professora da próxima geração de progra madores do projeto Kathleen McNulty depois Mauchly Antonelli 19212006 foi quem teve a ideia de criar su brotinas para conseguir calcular trajetórias que extrapolavam os limites computacionais do ENIAC Essas subrotinas foram as precursoras das funções e tinham a nobre intenção de rea proveitar partes do programa que se repetiam Se você pensou em DRY acertou na mosca 46 Frances Elizabeth Betty Snyder depois Holberton 19172001 trabalhou com Jean no UNIVAC I desenhando seu console de controle teclado e teclado numérico Também foi para esse projeto que ela escreveu o primeiro algoritmo de ordenação em 1952 Bet ty ainda escreveu padrões para o FORTRAN e participou de vários comitês nacionais e internacionais de computação como o que foi responsável pela criação do COBOL Marlyn Wescoff depois Meltzer 19222008 se desligou do projeto para se casar em 1947 antes do ENIAC ser deslocado para Aberdeen O trabalho delas alterou dramaticamente a computação nos anos 40 e 50 mas elas fo ram consideradas meras operadoras e não ganharam nenhum crédito até serem desco bertas por uma estudante de Harvard 30 anos depois Fonte Bittencourt 2016 online4 Material Complementar MATERIAL COMPLEMENTAR Estrelas Além do Tempo Ano 2016 Sinopse 1961 Em plena Guerra Fria Estados Unidos e União Soviética disputam a supremacia na corrida espacial ao mesmo tempo em que a sociedade norteamericana lida com uma profunda cisão racial entre brancos e negros Tal situação é refletida também na NASA onde um grupo de funcionárias negras é obrigada a trabalhar a parte É lá que estão Katherine Johnson Taraji P Henson Dorothy Vaughan Octavia Spencer e Mary Jackson Janelle Monáe grandes amigas que além de provar sua competência dia após dia precisam lidar com o preconceito arraigado para que consigam ascender na hierarquia da NASA Comentário um ótimo filme para ver como foi a adoção da computação e da programação na década de 1960 Diversas pessoas eram contratadas apenas para fazerem cálculos e é impressionante como algumas se dedicaram a serem pioneiras em programação em uma época em que você tinha que aprender direto dos manuais Iwoz a Verdadeira História da Apple Segundo Seu Cofundador Steve Wozniak e Gina Smith Editora Évora Sinopse antes dos BlackBerries PalmPilots e laptops que se encaixam em pastas os computadores pareciam grandes e desajeitados Eles tinham grandes telas interruptores enigmáticos caixas enormes e luzes estranhas Mas em 1975 um jovem assistente de engenharia chamado Steve Wozniak teve uma ideia e se eu conseguir combinar circuitos de computador com um teclado de máquina de escrever e uma tela de vídeo O resultado foi verdadeiramente o primeiro computador pessoal o Apple I Amplamente acessíveis e de fácil compreensão as invenções de Wozniak têm rapidamente transformado nosso mundo desde então como o controle remoto universal A vida de Wozniak antes e depois da Apple é uma mistura de aventura com brilhantes descobertas seja como engenheiro promotor de concertos professor filantropo ou brincalhão irreprimível Desde a invenção do primeiro computador pessoal até a ascensão da Apple como um gigante da indústria iWoz apresenta uma história sem censura divertida que constrói um perfil em primeira mão do inventor humanista que iniciou a revolução do computador MATERIAL COMPLEMENTAR Websérie sobre as gerações da computação Nós gravamos uma websérie na Unicesumar para falar sobre as diferentes gerações da computação em vídeos curtos httpswwwyoutubecomwatchvLDz5IYoL6hUlistPLhV6meBa8y2u5qKqR9sm53FxdyOFw06X7 O jogo da imitação Ano 2014 Sinopse Na década de 1930 a agência britânica MI6 foi criada e recrutou Alan Turing para auxiliar em trabalhos de codificação de mensagens nazistas durante a Segunda Guerra Mundial O filme trata inicialmente o trabalho de desenvolvimento de um meio para decifrar estes códigos mas depois trata questões da vida pessoal de Turing REFERÊNCIAS 49 REFERÊNCIAS ARAGÃO M J História da matemática Rio de Janeiro Interciência 2009 212 p MONTEIRO M A Introdução à organização de computadores 4 ed Rio de Janei ro LTC 2001 498 p NULL L LOBUR J Princípios básicos de arquitetura e organização de computa dores 2 ed Porto Alegre Bookman 2011 822 p SCHWARTZ J et al Mulheres na informática quais foram as pioneiras Cadernos Pagu Campinas n 27 p 255278 dez 2006 Disponível em httpwwwscielo brscielophpscriptsciarttextpidS010483332006000200010lngennrmi so Acesso em 21 ago 2018 STALLINGS W Arquitetura e organização de computadores 8 ed São Paulo Pe arson Prentice Hall 2010 TANENBAUM A S Organização estruturada de computadores 6 ed São Paulo Pearson Prentice Hall 2013 REFERÊNCIAS ONLINE 1Em httpprofjabiorritmoblogspotcom201706oprimeirobugemum computadordaibmhtml Acesso em 21 ago 2018 2Em httpscommonswikimediaorgwindexphpcurid18330258 Acesso em 22 ago 2018 3Em httpscommonswikimediaorgwikiFileAltair8800jpg Acesso em 22 ago 2018 4Em httpslfbittencourtcommulheresprogramadoraseniacb68503ef05f6 Acesso em 21 ago 2018 GABARITO GABARITO 1 A 2 B 3 C 4 B 5 A UNIDADE II Professor Me Andre Abdala Noel REPRESENTAÇÃO DE DADOS Objetivos de Aprendizagem Conhecer as unidades utilizadas ao armazenar a informação Entender como os números são representados em suas bases e como é calculado o valor Aprender a transformar os números de uma base numérica para outra Plano de Estudo A seguir apresentamse os tópicos que você estudará nesta unidade Unidades de informação Notação posicional Conversões entre bases numéricas Introdução Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 53 INTRODUÇÃO Olá alunoa continuamos aqui a nossa saga em busca do conhecimento Agora que você já sabe que está sobre os ombros de gigantes chegaremos um pouco na prática do que esses gigantes já deixaram para nós No começo do livro trocamos algumas ideias sobre o que vem a ser a informa ção e sabemos que ela é o maior motivo por estarmos aqui O nosso computador é uma máquina de processamento de informações mas como que uma informa ção que no fundo não tem nenhum significado ou emoção para um computador pode ser armazenada por ele processada e no fim retornada com mais valor do que quando entrou Bom ainda que o computador seja o seu melhor amigo ele não estraga as coisas que você mais gosta como o seu cachorro o segredo para entender a manipulação de informações é não enxergálo como se fosse uma pessoa mas uma máquina que apenas trabalha com números realiza operações sobre núme ros e retorna números Divertido não Como todo mundo gosta de matemática pode confessar acredito que esse vai ser um capítulo divertido até mesmo porque vamos mexer com números de uma forma que nunca mexemos na escola Primeiro nós vamos ver como a informação é guardada dentro de um compu tador Depois vamos entender como funcionam os números e como entendemos o valor deles sim isso você viu de alguma forma na escola Então vamos con verter números entre uma base e outra para ver como um mesmo número pode ter diferentes representações Por fim veremos como funciona a aritmética em sistemas com base diferente de 10 Fique tranquiloa por mais que façamos contas nesta unidade são contas simples Na sua vida provavelmente você não vai precisar fazer tais contas na mão mas aqui nós vamos fazer para gravar bem os conceitos Pode acreditar mesmo que indiretamente isso faz uma boa diferença na sua compreensão da tecnologia Então faça algo que você não faz há muito tempo pegue um papel e um lápis e vamos mergulhar entre os bits e bytes REPRESENTAÇÃO DE DADOS Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 II U N I D A D E 54 UNIDADES DE INFORMAÇÃO Como você deve se lembrar já vimos rapidamente na história da computação algu mas decisões tomadas sobre a melhor forma de representar a informação Também já falamos um pouco sobre o que vem a ser a própria informação ou os dados O computador não entende a semântica ou seja não entende o significado por trás da informação Se você vê por exemplo um número 42 pra você ele pode ter diferentes significados ou lembranças Internamente o computador é uma imensa máquina de calcular extrema mente bem elaborada Quando estudarmos sobre a Unidade Lógica e Aritmética do processador na Unidade IV veremos como o conjunto de operações que o processador realiza é até bem limitado E como conseguimos tantas informações diferentes A mágica está em como os dados são armazenados e como são combinados para trazerem o significado Adiante vamos ver como isso é armazenado e recuperado no computador BIT E BYTE Inicialmente os computadores mecânicos usavam engrenagens que representavam números de 0 a 9 Com o advento dos computadores eletrônicos percebeuse que a própria energia poderia ser usada para guardar dados em memória uti lizando capacitores NULL 2011 Basicamente poderia guardar dois tipos de informação tem energia ou não tem energia Isso poderia representar os valo res verdadeiro ou falso ou ainda 0 ou 1 Unidades de Informação Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 55 Sendo assim podemos então entender a menor unidade de informação exis tente no computador uma única informação que só pode ter dois estados diferentes convencionados em 0 e 1 o bit No fundo tudo acaba virando bit em um computador tudo acaba sendo traduzido para sequências de zeros ou uns mas como dá para imaginar precisamos combi nar vários desses bits a fim de conseguir representar informações mais complexas No início cada projeto de arquitetura definia a quantidade de bits a se utilizar para cada informação Existiam códigos baseados em 4 bits 6 bits 8 bits 12 bits Até que se convencionou o agrupamento em 8 bits para facilitar e esse agru pamento de 8 bits conhecemos como byte Portanto em 1 byte conseguimos guardar uma informação com 8 dígitos de 0 ou 1 ou seja 8 dígitos binários Se você se esforçar e lembrar das aulas de matemá tica do colégio quantas combinações diferentes podemos guardar em 8 posições que podem ter 2 valores diferentes Resumindo multiplicamos as possibilidades de cada posição dessa forma 2 x 2 x 2 x 2 x 2 x 2 x 2 x 2 28 256 Portanto com apenas 1 byte de informação conseguimos representar 256 núme ros diferentes ou seja conseguimos representar uma sequência de números de 0 a 255 Ainda podese utilizar o conceito de palavra para definir o tamanho da infor mação Basicamente uma palavra é um conjunto de bits que representa uma informação útil para os computadores MONTEIRO 2002 p 30 Sendo assim é comum encontrar esse termo ao tratar de processadores você pode encontrar proces sadores que trabalham com palavras de 32 bits ou palavras de 64 bits por exemplo UNIDADES DE MEDIDA DE INFORMAÇÃO Ao precisar trabalhar com números maiores mais informações podemos agru par os bytes o que veremos melhor ao estudar a notação posicional mas vale ressaltar agora que a utilização de números binários e o agrupamento em 8 bits facilita bastante a representação de dados em um computador REPRESENTAÇÃO DE DADOS Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 II U N I D A D E 56 Como os bytes são escritos em base 2 e utilizase bastante as potências de dois costumase agrupar os bytes de 1024 em 1024 ao invés de 1000 em 1000 como fazemos com números na representação decimal já que 1024 equivale a 210 A seguir apresentamos uma tabela que você já deve conhecer pelo menos parcialmente de multiplicadores de bytes Tabela 1 Unidades de armazenamento e equivalências VALOR VALOR EM BYTES UNIDADE 1KB 1024 bytes kilobyte 1MB 1024 KB 1048576 bytes megabyte 1GB 1024 MB 1073741824 bytes gigabyte 1TB 1024 GB 109951162810¹² bytes terabyte 1PB 1024 TB 112589990710¹⁵ bytes petabyte 1EB 1024 PB 115292150510¹⁸ bytes exabyte 1ZB 1024 EB 118059162110²¹ bytes zettabyte 1YB 1024 ZB 12089258210²⁴ bytes yottabyte Fonte o autor REPRESENTAÇÃO DE DADOS Todos os dados manipulados pelo seu computador são convertidos em bits seja para serem guardados em memória principal secundária para serem processa dos transferidos em rede etc E como é que em uma imensidão de zeros e uns conseguem guardar números letras textos imagens e tudo mais Para guardar números a correlação é direta Nos próximos tópicos veremos como um número é transformado em binário e depois convertido de volta Para guardar um texto vejamos como os bits representam as letras os textos são ape nas sequências de letras ou melhor caracteres Existem diferentes sistemas de caracteres que podem ser usados mas o sis tema mais utilizado em computadores é conhecido como código ASCII O código ASCII American Standard Code for Information Interchange código americano Unidades de Informação Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 57 padrão para troca de informações utiliza 7 bits para representar um caractere o que possibilita utilizar 128 caracteres diferentes TANENBAUM 2013 Com mais 1 bit o padrão ganhou mais 128 caracteres completou um byte e também ficou conhecido como ASCII estendido Com isso cada caractere de um texto ocupa apenas 1 byte de informação e cada byte pode representar um caractere da tabela ASCII A tabela com 128 caracteres está apresentada a seguir Tabela 2 Tabela ASCII com 128 caracteres CHR CHR CHR CHR CHR CHR CHR CHR 0 NUL 16 DLE 32 SPC 48 0 64 80 P 96 112 p 1 SOH 17 D1 33 49 1 65 A 81 Q 97 a 113 q 2 STX 18 D2 34 50 2 66 B 82 R 98 b 114 r 3 ETX 19 D3 35 51 3 67 C 83 S 99 c 115 s 4 EOT 20 D4 36 52 4 68 D 84 T 100 d 116 t 5 ENQ 21 NAK 37 53 5 69 E 85 U 101 e 117 u 6 ACK 22 SYN 38 54 6 70 F 86 V 102 f 118 v 7 BEL 23 ETB 39 55 7 71 G 87 W 103 g 119 w 8 BS 24 CAN 40 56 8 72 H 88 X 104 h 120 x 9 HT 25 EM 41 57 9 73 I 89 Y 105 i 121 y 10 LF 26 SUB 42 58 74 J 90 Z 106 j 122 z 11 VT 27 ESC 43 59 75 K 91 107 k 123 12 FF 28 FS 44 60 76 L 92 108 l 124 13 CR 29 GS 45 61 77 M 93 109 m 125 14 SO 30 RS 46 62 78 N 94 110 n 126 15 SI 31 US 47 63 79 O 95 111 o 127 Del Fonte Arrigoni 2018 online1 Vários caracteres são nãoimprimíveis ou seja caracteres de controle que não vemos como quebras de linha por exemplo A partir do caractere 128 existem vários símbolos e algumas letras com acentuação REPRESENTAÇÃO DE DADOS Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 II U N I D A D E 58 Figura 1 Monalisa em caracteres ASCII Com a evolução dos computadores e da comunicação fezse necessária a inclu são de mais caracteres como diferentes acentuações e diferentes alfabetos como o cirílico chinês árabe e diversos outros Depois de diferentes tentativas de expandir o código ASCII um consórcio de empresas criou o padrão Unicode que conta com 16 bits 2 bytes podendo representar até 65536 caracteres dife rentes mas os diferentes idiomas do mundo usam cerca de 200 mil símbolos TANENBAUM 2013 Então foi criado o padrão UTF8 que é amplamente utilizado hoje Em essência é o Unicode armazenando caracteres em tamanho variável de 1 a 4 bytes Com isso para caracteres existentes na tabela ASCII mantém o mesmo código e usa apenas 1 byte sem desperdício mas ainda permite caracteres em até 32 bits ou seja 232 caracteres o que dá cerca de 2 bilhões de caracteres todos os seus emojis têm representação lá Assim representamos os textos Depois ainda temos imagens áudios vídeos e uma infinidade de formatos Cada um possui o seu padrão de registro de infor mações para isso possui conversores que tratam de converter a informação em bits de forma organizada É um assunto interessante mas demais para hoje Notação Posicional Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 59 NOTAÇÃO POSICIONAL Estamos acostumados a lidar com números desde crianças por isso não para mos muito para pensar no porquê de um número valer o que vale mas aquilo o que a gente aprendeu nos primeiros anos da escola vai nos ser útil agora Você já pensou no motivo de usarmos os números como usamos e por que costumamos dividir tudo de dez em dez Pense na resposta mais óbvia possível Você está certo porque costumamos contar até dez nos dedos No início as pessoas marcavam números com entalhes na pedra marca vam quantidades você já deve ter visto em filme ou desenho até que começou a ficar confuso para marcar números grandes ARAGÃO 2009 Começaram a contar e fazer correlações com as contagens nos dedos e nos pés então adotaram um sistema na base 10 Por curiosidade os índios Yuki da Califórnia usavam a base 4 ARAGÃO 2009 Será que eles precisavam ape nas de meio byte Diferentes povos tiveram diferentes formas de representar os números só lembrar dos números romanos mas não vamos aprofundar nisso vamos nos ater ao que conhecemos bem REPRESENTAÇÃO DE DADOS Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 II U N I D A D E 60 CADA POSIÇÃO IMPORTA No dia a dia nós utilizamos números no sistema de numeração decimal ou seja um sistema que usa a base 10 O que isso significa Significa que com apenas 10 números 0 1 2 3 4 5 6 7 8 e 9 conseguimos representar todos os outros Isso é possível graças à notação posicional Na representação posicional o algarismo que está mais à esquerda tem maior valor significativo e este depende da base numérica utilizada GUIMARÃES 2014 p 5 Isso você já sabia porque você usa todos os dias mas talvez não se lembrasse Importante perceber neste ponto que essa definição vale para qualquer base que utilizamos Sendo assim um número é representado da seguinte forma d t d 2 d 1 ß O qual ß base numérica d1 d2 dt dígitos da representação numérica t tamanho da representação mantissa GUIMARÃES 2014 As posições são contadas a partir da menos significativa para a mais sig nificativa iniciando em 0 Em nossa definição anterior o algarismo d1 está na posição 0 d2 está na posição 1 e assim por diante até dt que está na posição t1 E como esses números representam um determinado valor Da mesma forma que já fazemos automaticamente com os números cada algarismo de um número é multiplicado pela base numérica elevada pelo número da posição Hein Você disse neste momento Podemos representar em uma equação O valor N de um número pode ser obtido da seguinte forma N d1ß0 d2ß1 dtßt1 Não calma volte aqui Ainda podemos ser amigos Notação Posicional Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 61 Vejamos um exemplo tudo fica mais bonito com exemplos Vejamos o número 1542 Lembra de como você aprendeu na escola a separar unidade dezena cen tena e milhar O número ficaria assim Fonte o autor Agora que já estamos crescidos esqueceremos esses rótulos e enxergaremos as posições Fonte o autor Como nós sabemos o valor dessa representação Lembrase do que foi dito ante riormente Identificamos a base que no caso é a base 10 multiplicamos cada algarismo pela base elevada ao número da posição Fica assim N 1 103 5 102 4 101 2 100 N 1 1000 5 100 4 10 2 1 N 1000 500 40 2 N 1542 REPRESENTAÇÃO DE DADOS Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 II U N I D A D E 62 Realmente não é muito emocionante fazer essa resolução passo a passo para um número na base 10 porque nós olhamos para o número e já sabemos o resul tado Então vamos fazer o mesmo com outras bases para gastar um pouco os neurônios que estavam preguiçosos Praticaremos calculando o valor do número 3246 Lembrese identifique a base e as posições o resto é apenas fazer as contas Fonte o autor Nosso valor representado por N é obtido N 3 62 2 61 4 60 N 3 36 2 6 4 1 N 108 12 4 N 124 Por definição todo número que não está na base decimal deve ter a indica ção da base ao lado por exemplo 1012 1456 AB216 sim bases acima de 10 costumam usar letras Ainda note que a base indica quantos algarismos tem disponíveis logo a base 4 tem apenas 4 algarismos 0 1 2 3 então você nunca vai ter um número como 354 Fonte o autor Notação Posicional Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 63 Com isso verificamos que o número 124 na base 10 seria escrito como 324 na base 6 Já estamos então prontos para desmistificar os números binários já que sabemos que é um sistema que usa a base 2 e por isso só tem 2 algarismos 0 e 1 e que o método de cálculo do valor em notação posicional serve para qual quer base numérica Vamos analisar o número 11002 Usamos o mesmo método para descobrir o valor decimal desse número Comece identificando as posições visto que já identificou a base Fonte o autor O valor do número representado por N pode ser calculado da seguinte forma N 1 23 1 22 0 21 0 20 Lembrando que todo número elevado a zero equivale a 1 N 1 8 1 4 0 2 0 1 N 8 4 N 12 Percebemos com isso que na verdade a base binária é bem simples já que trabalha apenas com 0 e 1 e cada posição representa uma potência de 2 Sabendo isso já estamos prontos para trabalhar as conversões entre as bases numéricas e vamos trabalhar com as 4 bases principais utilizadas em computa dores decimal binário octal e hexadecimal REPRESENTAÇÃO DE DADOS Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 II U N I D A D E 64 CONVERSÕES ENTRE BASES NUMÉRICAS Nosso ponto de partida no estudo de bases numéricas e conversões sempre será o sistema decimal pois é o que estamos acostumados e é o que a maioria de nós que estamos lendo este livro utilizamos intrinsecamente menos vocês máqui nas que estão lendo e indexando essas informações Converter qualquer base numérica para a base decimal é justamente fazer o que fizemos no tópico anterior mas vamos ver que nem sempre é a melhor ideia CONVERSÃO DECIMALBINÁRIO O tempo todo o seu computador está fazendo conversões numéricas isso para o seu bem para que você entenda o que se passa dentro dele E não você não vai precisar ficar convertendo os números para trabalhar com programação o sistema vai fazer isso internamente Fonte o autor Nós vimos no início que em 1 byte um número de 8 algarismos binários conseguimos guardar números de 0 a 255 Mas como um número decimal é armazenado em uma estrutura binária Conversões Entre Bases Numéricas Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 65 A conversão de decimal para binário é feita dividindose o número decimal pela nova base 2 no caso armazenando o resto depois dividese o resultado novamente pela base armazenase o resto e assim sucessivamente até chegar em zero Note que isso funciona para converter um número decimal para qual quer base apenas mudando a base nas contas Vamos ao exemplo para entender melhor Vejamos o número decimal 1812 Para converter para binário dividimos por 2 1812 2 906 resto 0 Por que o resto da divisão é importante É ele que nos indica os números de nossa nova representação No caso o resto da divisão que é 0 será o dígito menos significativo ou seja d1 Seguimos dividindo para conseguir as demais posições 906 2 453 resto 0 posição d2 453 2 226 resto 1 posição d3 226 2 113 resto 0 posição d4 113 2 56 resto 1 posição d5 56 2 28 resto 0 posição d6 28 2 14 resto 0 posição d7 14 2 7 resto 0 posição d8 7 2 3 resto 1 posição d9 3 2 1 resto 1 posição d10 1 2 0 resto 1 posição d11 Agora precisamos apenas remontar o número lembrando que d11 será nossa posição mais significativa e d1 a posição menos significativa Chegamos à con clusão que 1812 111000101002 REPRESENTAÇÃO DE DADOS Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 II U N I D A D E 66 É muito mais fácil de observar quando fazemos a divisão no papel sim a gente já fez muita divisão na mão antigamente A seguir temos a mesma divi são Após terminar as divisões sucessivas ao chegar em 0 como resultado você obtém o número copiando os restos de baixo para cima Fonte o autor Para converter um número binário para decimal não precisamos ensinar pois já foi visto no tópico anterior mas podemos tirar a prova real convertendo sem entrar em muitos detalhes o número obtido de volta para decimal 111000101002 1 210 1 29 1 28 0 27 0 26 0 25 1 24 0 23 1 22 0 21 0 20 1024 512 256 0 0 0 16 0 4 0 0 1812 CONVERSÃO BINÁRIOOCTAL Com o que vimos até aqui já sabemos converter um número em qualquer base numérica para decimal e também um número decimal para qualquer base numé rica apenas trocando a base nos cálculos mas nem sempre essa conversão direta de e para decimal é a mais rápida ou mais simples Conversões Entre Bases Numéricas Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 67 As bases octal e hexadecimal bases 8 e 16 respectivamente são muito usa das em computação e o motivo é que elas usam bases em potência de 2 Essas bases são convertidas rapidamente para binário e de binário de volta para elas o que as torna atrativas ao uso Primeiro vamos ver como funciona a base 8 bem conhecida como sistema octal O sistema octal possui apenas 8 algarismos disponíveis para formar todos os números 0 1 2 3 4 5 6 e 7 A seguir há uma tabela de todos esses algaris mos representados em números binários Tabela 3 Equivalências entre números em octal e binário OCTAL BINÁRIO 0 000 1 001 2 010 3 011 4 100 5 101 6 110 7 111 Fonte o autor Percebese que com apenas 3 dígitos binários é possível representar todos os alga rismos do sistema octal Percebese também que com 3 dígitos binários todas as combinações possíveis que podem ser formadas são exatamente os algaris mos do sistema octal Resumindo toda a teoria que há por trás quando temos um número em binário qualquer que seja ele ao agruparmos os dígitos de 3 em 3 podemos converter diretamente cada agrupamento para um dígito em octal O número final será apenas a junção novamente de todos os agrupamentos Vamos de novo aos exemplos para ficar mais claro Imagine que temos um número 100110101102 Para converter para octal começamos separando os algarismos de 3 em 3 Comece sempre de trás para frente pois talvez um dos agrupamentos não fique com 3 algarismos 100110101102 10 011 010 110 REPRESENTAÇÃO DE DADOS Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 II U N I D A D E 68 Agora calcule o valor decimal de cada agrupamento como você já apren deu antes Ah mas eu não quero decimal eu quero converter para octal Neste ponto é a mesma coisa Lembrese que o maior número que cada agrupamento consegue formar é 111 que significa 7 10 2 011 3 010 2 110 6 Pronto agora que você agrupou de 3 em 3 junte os resultados e terá o número em octal 100110101102 23268 Da mesma forma podemos fazer o caminho inverso Se temos um número na base 8 podemos converter cada algarismo para binário e teremos o nosso equivalente em binário Por exemplo o número 7258 Obtemos o binário convertendo cada algarismo 7 111 2 10 5 101 Lembrese de que você vai ter que usar 3 dígitos binários para cada agrupa mento Então ao converter o número 2 não vai usar 10 mas 010 O número final fica 7258 111 010 101 1110101012 Conversões Entre Bases Numéricas Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 69 CONVERSÃO BINÁRIOHEXADECIMAL Da mesma forma que o sistema octal o sistema hexadecimal também tem sua base em potência de 2 base 16 e também possibilita uma conversão simples de e para binário com basicamente duas diferenças O sistema hexadecimal possui 16 algarismos Como não temos números suficientes para representar emprestamos letras Os algarismos são 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E e F O número binário equivalente a cada algarismo hexadecimal terá 4 dígi tos de 0000 a 1111 Segue a tabela mostrando os números em hexadecimal convertidos em binário com uma coluna mostrando o equivalente decimal para facilitar a vida Tabela 4 Equivalências entre números em decimal hexadecimal e binário DECIMAL HEXADECIMAL BINÁRIO DECIMAL HEXADECIMAL BINÁRIO 0 0 0000 8 8 1000 1 1 0001 9 9 1001 2 2 0010 10 A 1010 3 3 0011 11 B 1011 4 4 0100 12 C 1100 5 5 0101 13 D 1101 6 6 0110 14 E 1110 7 7 0111 15 F 1111 Fonte o autor Assim o método de conversão vai ser exatamente o mesmo usado para o octal apenas separando os dígitos binários de 4 em 4 ao invés de 3 em 3 E fique atento com as letras algarismos em hexadecimal a partir do 10 precisam ser troca dos pelas letras Vamos usar o mesmo número binário 100110101102 como exemplo 100110101102 100 1101 0110 REPRESENTAÇÃO DE DADOS Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 II U N I D A D E 70 Note que separamos de 4 em 4 Cada agrupamento então 100 4 1101 13 0110 6 Obtivemos os números 4 13 e 6 Você deve ter notado que 13 é maior que 9 então vamos trocálo pela letra correspondente Até você se acostumar eu deixo você voltar na tabela acima Temos então 100110101102 100 1101 0110 4 13 6 4 D 6 4D616 Sim o hexadecimal é o mais difícil de se acostumar mas você pega o jeito Pronto para fazer o caminho inverso Converteremos um número em hexadeci mal para binário Não teria graça se não tivesse letras então usaremos o número 7B216 em nossa conversão 7 111 B 1011 2 10 Números binários são frequentemente expressos em hexadecimal e al gumas vezes em octal para melhorar sua legibilidade Como 16 24 um grupo de 4 bits chamado de hexteto é facilmente reconhecido como um dígito hexadecimal De modo similar com 8 23 um grupo de 3 bits chama do de octeto pode ser expresso como um dígito octal NULL 2011 p 79 É comum encontrar essa simplificação de binários em octais no sistema de permissões do UnixLinux ou binários simplificados em hexadecimais no formato IPv6 ou em endereços MAC além de diversos outros lugares Fonte o autor Conversões Entre Bases Numéricas Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 71 Não nos esquecemos de que cada agrupamento deve ter 4 dígitos temos 7B216 0111 1011 0010 0111101100102 Assim como em qualquer base o zero à esquerda no número resultante é opcional podemos omitilo Com isso podemos encerrar o assunto de conversões numéricas dado que com simples extrapolações você já consegue converter de decimal para qualquer base de qualquer base para decimal de binário para qualquer base em potência de 2 e de qualquer base em potência de 2 para binário mas focamos aqui em dar a você as ferramentas para as bases mais utilizadas Existem ainda algumas particularidades para conversões de números reais não inteiros mas não iremos tratar isso neste conteúdo Espero que tenha gostado mas saiba que você só aprende realmente fazendo Não deixe de fazer as atividades propostas e se quiser você mesmo pode trei nar com qualquer número Boa diversão Quando estamos programando não utilizamos formatação de fonte nem números subscritos então não informamos da mesma forma que usamos uma base diferente Várias linguagens de programação dão suporte para os tipos numéricos serem trabalhados em binário octal ou hexadecimal Para isto há uma convenção de que números binários começam com 0b octais iniciam apenas com 0 e hexadecimais iniciam com 0x Assim a re presentação do número 20 em decimal binário octal e hexadecimal seria respectivamente 20 0b10100 024 e 0x14 Fonte o autor REPRESENTAÇÃO DE DADOS Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 II U N I D A D E 72 CONSIDERAÇÕES FINAIS Chegamos ao fim de mais uma unidade Obrigado pela sua companhia e cora gem até aqui Na verdade eu gosto muito desse assunto de conversões numéricas Em nossa área faz muito sentido usar números baseados em potências de 2 é reconfor tante ver um número na prática e saber de onde veio Às vezes você vê representações de cores RGB escritas em hexadecimal por exemplo e entende que FF0000 é vermelho porque sabe que a cada dois alga rismos em hexadecimal há as representações dos tons de vermelho verde e azul Nesta unidade nós conseguimos entender melhor como que as informações são armazenadas desde o pequeno bit de dados Depois entendemos como os números são representados para entender a relação com os bits Por fim nós vimos como converter números de uma base numérica para outra E por que tudo isso é importante Uma vez perguntaram a um amigo meu que trabalha com big data o que era importante estudar para começar a trabalhar com isso Ele respondeu que para trabalhar com muitos dados é importante saber trabalhar bem com pou cos dados com dados pequenos Não significa necessariamente descer ao nível dos bits mas faz diferença na sua carreira saber como o armazenamento de dados é feito Muitas vezes a diferença que um profissional traz em seu trabalho está em uma otimização de desempenho de um sistema de uma configuração de infra estrutura de uma criação de um componente de hardware com os recursos bem dimensionados Aí faz muita diferença entender qual é o impacto em um processador usar palavras de 32 ou 64 bits se eu vou usar um chip com apenas 128Kb de memória ou se preciso de mais se o meu sistema que vai rodar em um servidor acessado por milhões de usuários ao mesmo tempo vai conseguir economizar bytes de memória para aguentar o fluxo etc E como sempre deve ser feito aproveite o tempo de estudos para adquirir o máximo de conhecimento possível Nossa área valoriza muito os profissio nais completos 73 1 Quando trabalhamos a informação dentro do computador seja no pro cessador na memória ou na transmissão de dados trabalhamos com bits que são pequenas unidades de informação que aceitam apenas dois esta dos 1 ou 0 verdadeiro ou falso ligado ou desligado Por isso que a repre sentação em base 2 números binários é tão importante De certa forma a representação em hexadecimal pode ser entendida como uma abrevia ção do sistema binário tornandose também importante na computação Considerando o texto acima avalie equivalências numéricas a seguir e assinale a alternativa correta a 12 0x10 0b00010000 b 25 0x19 0b00011010 c 100 0x50 0b01010000 d 129 0x81 0b10000001 e 155 0x95 0b10010101 2 Ao trabalhar com programas com interface gráfica programas de edição de imagens ou mesmo uma formatação de páginas web podemos indicar as co res por meio do código RGB que representa valores para vermelho verde e azul respectivamente Esses valores vão de 0 a 255 e comumente são repre sentados em hexadecimal com dois dígitos de 00 a FF para cada uma das cores primárias Dada uma cor cujo código é 65d2f3 separe o número em blocos de 2 algaris mos e converta para decimal para descobrir qual é o valor de vermelho verde e azul em decimal 3 A conversão numérica entre diferentes bases podem envolver cálculos anota ções e a gente às vezes se perde na conta de cabeça A conversão de binário para hexadecimal ou de hexadecimal para binário acaba sendo simples quan do se agrupa os binários Considerando o texto acima converta o número binário a seguir para o núme ro equivalente em hexadecimal 0010 1101 1010 1000 1100 1010 74 4 A representação de todas as informações na memória é feita usando combina ções de bits que agrupados geram bytes kilobytes megabytes e etc Suponha que você vai gravar a frase Hello World na memória e suponha que o sistema de caracteres que você está utilizando seja um sistema de tamanho fixo de 4 bytes para cada caractere de texto Considerando o texto quantos bits não bytes você estaria utilizando ao arma zenar a frase Hello World as aspas não contam a 40 bits b 52 bits c 320 bits d 384 bits e 416 bits 5 Nós vimos que números em hexadecimal muitas vezes servem para abreviar números binários que podem ser muito grandes No caso o número em hexa decimal FADA poderia ser escrito em binário de forma direta Então converta e anote o resultado desse número em binário depois em decimal 75 Entendendo as Cores Hexadecimais RGB Muitas vezes encontramos as enigmáticas cores hexadecimais tanto em programas grá ficos como GIMP INKSCAPE como em programas para web Vamos decifrar o que elas significam Primeiro precisamos compreender como as cores são compostas na tela É utilizado o sistema chamado RGB A expressão RGB vem de red green blue ou seja vermelho verde azul As cores serão definidas pela quantidade de vermelho de verde e de azul que adicionarmos Um dos extremos é quando adicionarmos o máximo de cada cor onde teríamos 100 de cada uma delas Isto equivale ao branco quando temos todas as cores Por outro lado se não acrescentarmos nenhuma cor 0 de cada cor teremos a cor preta Vejamos alguns exemplos Se em um programa gráfico você definir a cor de um elemen to com a composição 80 vermelho 40 verde 0 azul você terá a cor laranja Se em outro elemento você definir a composição 55 vermelho 55 verde 55 azul obtém um tom de cinza Mas onde estão as cores hexadecimais As cores definidas nas indecifráveis combinações hexadecimais como c4b755 estão apenas escritas de forma diferente Mas ainda significam a mesma coisa cores Veja não vamos usar porcentagem para definir quanto vermelho verde e azul uma cor possui Vamos usar um número de 0 a 255 Assim se queremos usar 80 de vermelho usamos o número 204 Portanto podemos ver o exemplo do parágrafo anterior como 204ver melho 102verde 0azul concorda E novamente você pergunta onde estão as cores hexadecimais Veja agora o segredo para entender as cores hexadecimais Cada dois dígitos repre sentam apenas o componente de uma das cores ou vermelho ou verde ou azul Assim os dois primeiros dígitos representam a quantidade de vermelho os dois próximos a quantidade de verde e os dois últimos a quantidade de azul Como exemplo veja a cor cc6600 Você sempre começa com o caractere Depois o componente vermelho está em cc o componente verde está em 66 e o componente azul está em 00 O mais fácil de entender é o azul pois havíamos definido o azul como 0 e portanto ele está marcado na forma hexadecimal como 00 o que já seria espera do Mas e quanto ao cc e 66 76 Pode parecer estranho mas eles são dígitos só que escritos em forma hexadecimal Na verdade cc equivale a 204 e 66 equivale a 102 Na verdade a forma hexadecimal não usa apenas os dígitos 0 a 9 Além desses usamos também os seguintes dígitos a 10 b 11 c 12 d 13 e 14 f 15 Traduzindo quando vemos o dígito c na verdade ele significa o nosso velho e conheci do 12 Se você lembrar que no sistema hexadecimal não usamos os dígitos 0 a 9 e sim usamos os dígitos 0 a f tudo ficará mais fácil Então como compreender uma expressão como cc6600 Lembre que a cada dois dígitos temos uma cor No caso acima teremos cc para verme lho 66 para verde e 00 para azul Vejamos um deles o vermelho Para realizar a transfor mação pense da mesma forma como contamos no sistema decimal do diaadia Como fazemos normalmente Contamos do 0 ao 9 e depois passamos para outra casa e assim surge o 10 Quando usamos o número 32 queremos dizer que temos 2 duas unidades e 3 três dezenas Note que usamos dezenas em vista do sistema ser decimal Da mesma forma no sistema hexadecimal só que em vez de usarmos dezenas usaremos o número 16 Assim o primeiro à direita c equivale a um simples 12 Mas o segundo à esquerda equivale a 12 vezes 16 ou seja 192 Portanto cc equivale a 19212 204 ou 80 de vermelho Vamos praticar O código b5e144 equivale a b 11 16 176 b5 1765 181 e 14 16 224 e1 2241 225 4 4 16 64 44 644 68 Assim no código b5e144 em uma escala de 0 a 255 teremos 181 de vermelho 225 de verde e 68 de azul Teste em um programa gráfico e veja o resultado Agora os códigos hexadecimais não parecem tão indecifráveis concorda Fonte Silva Junior 2009 online2 Material Complementar MATERIAL COMPLEMENTAR Série de vídeos sobre sistemas de numeração do Vida de Programador mostrando de uma forma prática os diferentes sistemas de numeração e as conversões numéricas Web httpsvidadeprogramadorcombr20180315videosistemasdenumeracaouma introducao Curso online gratuito no YouTube sobre sistemas de numeração e conversões numéricas ministrado pelo Gustavo Guanabara Web httpswwwyoutubecomwatchvJ5q7s7l2EuIlistPLHzAreHm4dlmeSpWzJGWOmFnVF5k IYi O Fantástico Mundo dos Números A Matemática do Zero ao Infinito Ian Stewart Editora Zahar Sinopse um livro para todos que amam os números e a matemática e também para os que acham que não gostam provando mais uma vez que a matemática pode ser muito divertida o aclamado professor Ian Stewart é o guia perfeito para nos apresentar aos números seu desenvolvimento ao longo da história principais características e aplicações Com estrutura simples e direta cada capítulo enfoca um número seguindo a ordem cronológica de sua aparição na história da humanidade 123 4 pi v2 1 059463 e 43 252 003 274 489 856 000 que é o número de maneiras possíveis de rearranjar um cubo de Rubik são alguns dos números especiais apresentados no livro Dos mais comuns aos realmente complexos do maior número primo conhecido ao menor infinito de todos ficaremos maravilhados com as surpresas que eles nos revelam REFERÊNCIAS ARAGÃO M J História da matemática Rio de Janeiro Interciência 2009 212 p GUIMARÃES C H C Sistemas de numeração aplicação em computadores digitais 1 ed Rio de Janeiro Interciência 2014 154 p MONTEIRO M A Introdução à organização de computadores 4 ed Rio de Janei ro LTC 2001 498 p NULL L LOBUR J Princípios básicos de arquitetura e organização de computa dores 2 ed Porto Alegre Bookman 2011 822 p TANENBAUM A S Organização estruturada de computadores 6 ed São Paulo Pearson Prentice Hall 2013 REFERÊNCIAS ONLINE 1Emhttphttpswwwricardoarrigonicomtabelaasciicompleta Acesso em 21 ago 2018 2Em httpswwwvivaolinuxcombrdicaEntendendoascoreshexadecimaisR GB Acesso em 21 ago 2018 GABARITO 79 1 D 2 Vermelho 101 Verde 210 Azul 243 3 2DA8CA 4 E 5 FADA16 1111 1010 1101 10102 64218 GABARITO UNIDADE III Professor Me Andre Abdala Noel LÓGICA DIGITAL E CIRCUITOS Objetivos de Aprendizagem Entender os conceitos de lógica que permitem a criação de circuitos digitais Aprender a realizar as operações lógicas para manipular as entradas e saídas em portas lógicas Criar circuitos digitais simples e analisar o comportamento de circuitos Adquirir as ferramentas disponíveis para simplificar expressões e circuitos digitais Plano de Estudo A seguir apresentamse os tópicos que você estudará nesta unidade Conceitos de lógica digital Operadores lógicos e portas lógicas Expressões lógicas e circuitos digitais Noções de álgebra booleana INTRODUÇÃO Olá novamente colega de caminhada nas trilhas do conhecimento A cada passo que damos juntos crescemos ambos em nossa trilha e ficamos mais prontos para encarar novos desafios que vêm pela frente Até aqui você já viu a história da computação e a parte de representação do conhecimento que entende melhor os sistemas de numeração e a importância dos números binários Como já vimos alguns gigantes já quebraram a cabeça para transformarem grandes maquinários mecânicos em pequenos dispositi vos eletrônicos Nesta unidade iremos aproveitar desse conhecimento que nos foi deixado entendendo de uma forma um pouco melhor como funcionam os circuitos digi tais que movem o nosso computador Há muito conteúdo que a gente poderia aprofundar em qualquer uma das unidades porém como nossa disciplina cobre os fundamentos veremos o básico necessário para que você entenda melhor o conteúdo e que fique pronto para buscar mais conhecimento específico caso precise Começaremos nosso estudo cobrindo as bases da lógica digital que teremos conceitos importantes como o conceito de portas lógicas Em seguida veremos quais são os operadores lógicos e as portas lógicas que temos disponíveis exa minando o seu funcionamento A partir daí estaremos prontos para montar e analisar os circuitos digitais Por fim veremos as regras da álgebra booleana para podermos reduzir expressões lógicas a fim de criar circuitos equivalen tes mais simples Tais circuitos digitais estão presentes aos milhões em nossos computado res mas também são muito úteis para projetos menores como dispositivos para automação eou dispositivos que fazem parte da Internet das Coisas IoT Independente do caminho que você vai seguir no futuro espero que aproveite bem esse conhecimento Não só aprendemos a criar circuitos melhores mas tam bém a como otimizar a nossa lógica desenrolando um pouco nosso pensamento Introdução Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 83 LÓGICA DIGITAL E CIRCUITOS Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 III U N I D A D E 84 CONCEITOS DE LÓGICA DIGITAL Já vimos rapidamente na Unidade I como começou o conceito de lógica digital De forma resumida George Boole foi um matemático que publicou em 1854 os conceitos de lógica digital que apresenta relações lógicas com sentenças que podem ter apenas dois valores verdadeiro ou falso 85 anos depois esses con ceitos foram aplicados na computação NULL 2011 Os computadores eletrônicos foram projetados para armazenar em capa citores a informação armazenando energia ou não Os circuitos eletrônicos digitais trabalham basicamente com dois níveis de tensão Normalmente um sinal entre 0 e 05 volt representa um valor 0 e um sinal entre 1 e 15 volt repre senta o valor 1 TANENBAUM 2013 Na prática o valor real da tensão pode variar mas é convencionado usar baixa tensão representando o valor 0 e uma tensão mais alta representando o valor 1 Por trabalhar apenas com valores 0 e 1 uma máquina dessas é chamada de computador digital sistema digital ou apenas máquina digital binária Como na prática não há máquinas digitais nãobinárias como por exemplo máquinas digitais decimais é mais usual simplificarse o termo usando apenas computa dor digital a palavra binário fica implícita MONTEIRO 2002 p 64 A partir dessa noção de que um computador é uma máquina digital pode mos entender que ele é formado por diversos circuitos eletrônicos que trabalham com sinais binários Esses circuitos são conhecidos como circuitos digitais ou cir cuitos lógicos que possuem pequenos elementos chamados portas gates que permitem ou não a passagem de um sinal binário MONTEIRO 2002 Uma porta lógica é um circuito eletrônico portanto uma peça de hardware que se constitui no elemento básico e mais elementar em um sistema de computação Operadores Lógicos e Portas Lógicas Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 85 MONTEIRO 2002 p 65 Essas portas formam a base do hardware sobre a qual todos os computadores digitais são construídos TANENBAUM 2013 p 116 Já comentamos também na Unidade I sobre a importância dos transisto res no desenvolvimento do computador digital Basicamente os computadores são formados por vários componentes eletrônicos e o transistor é importante por ser um comutador binário muito rápido que vai permitir ou não a passa gem de energia o que é fundamental para o funcionamento das portas lógicas OPERADORES LÓGICOS E PORTAS LÓGICAS Bom até aqui você já entendeu que a eletricidade é importante que transisto res são importantes que binários são importantes E o que tudo isso tem a ver com a computação e com os cálculos Como que o computador pega uma infor mação que já sabemos que estará em bits e a transforma em outra informação que continuará fazendo sentido Como vimos no tópico anterior um computador é composto por milhões de combinações de portas lógicas Essas portas recebem bits de dados os com binam e geram uma saída também em bit Para entender o funcionamento lógico de uma dessas portas veremos como funcionam os operadores lógicos e consequentemente as expressões lógicas Você já sabe bem usar operadores aritméticos e por exemplo Os operadores lógicos são operadores que recebem operandos lógicos operandos que podem ter apenas os valores falso ou verdadeiro 0 ou 1 e produzem uma resposta que também tem uma saída lógica Pense em cada operando como se fosse uma afirmação Uma afirmação como hoje está chovendo só pode assumir dois valores é uma afirmação ver dadeira ou falsa mas eu posso realizar operações sobre afirmações Posso dizer Hoje está chovendo e a temperatura está abaixo dos 12C Neste caso juntei duas afirmações com uma conjunção representada pela letra e LÓGICA DIGITAL E CIRCUITOS Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 III U N I D A D E 86 Da mesma forma usaremos operadores sobre variáveis lógicas que não preci samos saber o que exatamente cada variável significa Trabalharemos com seis operadores lógicos começando pelos básicos E OU e NÃO depois as variações NÃOE NÃOOU e OUEXCLUSIVO Cada uma dessas operações possui uma porta lógica relacionada que é um circuito que permite ou não a passagem de energia de acordo com a combina ção dos valores nas entradas A partir deste ponto falaremos apenas em 0 ou 1 para representar falso ou verdadeiro respectivamente pois é a forma mais comum a ser utilizada quando falamos sobre circuitos PORTA E AND A operação E AND é representada pelo símbolo Ela analisa dois ou mais valores de entrada e retorna 1 apenas se todos os valores de entrada forem 1 A seguir o desenho utilizado para representar a porta E e a tabelaverdade calcu lando as possibilidades para a operação E Figura 1 Portalógica E AND Fonte o autor Para programar você precisa da lógica Para criar circuitos você precisa da lógica No dia a dia você precisa interpretar argumentos lógicos Não seria o estudo de lógica um prérequisito para a vida Operadores Lógicos e Portas Lógicas Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 87 Tabela 1 Tabelaverdade para a operação E com dois operandos A B AB 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 Fonte o autor A tabelaverdade é uma forma prática de chegarmos aos valores de saída de um circuito lógico Ela pode ser montada colocando à esquerda todas as possibili dades de combinação de valores de entrada para as variáveis envolvidas no caso anterior A e B enquanto à direita colocamos o valor de saída para cada com binação de entradas ou seja para cada linha da tabela Para duas variáveis nossa tabela terá 4 linhas de combinações de entradas para três variáveis teremos 8 linhas Resumindo para n variáveis de entrada teremos 2n linhas de combinações dos valores de entrada PORTA OU OR A operação OU OR é representada pelo símbolo sim o mesmo símbolo de adição Ela analisa dois ou mais valores de entrada e retorna 1 se qualquer um dos valores de entrada for 1 retorna zero apenas quando todos os valores de entrada forem zero A seguir o desenho utilizado para representar a porta OU e a tabelaverdade calculando as possibilidades para a operação OU Figura 2 Portalógica OU OR Fonte o autor LÓGICA DIGITAL E CIRCUITOS Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 III U N I D A D E 88 Tabela 2 Tabelaverdade para a operação OU com dois operandos A B AB 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 Fonte o autor Note quando todos os valores são 1 a saída também é 1 Quando estamos conversando muitas vezes entendemos implicitamente que quando dize mos uma coisa ou outra não estamos falando de ambas ao mesmo tempo Não é assim com a porta OU Para isso temos a porta OUEXCLUSIVO que veremos adiante PORTA NÃO NOT A operação NÃO NOT é representada pelo símbolo um traço acima da letra ou ainda por um til ou por um É um operador unário ou seja atua com apenas um operando Basicamente ela inverte o valor de entrada quando entra 0 retorna 1 quando entra 1 retorna 0 A seguir o desenho utilizado para representar a porta NÃO e a tabelaverdade calculando as possibilidades para a operação NÃO Figura 3 Portalógica NÃO NOT Fonte o autor Operadores Lógicos e Portas Lógicas Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 89 Tabela 3 Tabelaverdade para a operação NÃO A A 0 1 1 0 Fonte o autor PORTA NÃOE NAND A operação NÃOE NAND é representada com um traço sobre toda uma ope ração E ou com um til antes da operação E Ela é a mesma operação E vista anteriormente mas com o valor invertido ao final da operação A seguir o dese nho utilizado para representar a porta NÃOE e a tabelaverdade calculando as possibilidades para a operação NÃOE Figura 4 Portalógica NÃOE NAND Fonte o autor Tabela 4 Tabelaverdade para a operação NÃOE com dois operandos A B AB 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 Fonte o autor LÓGICA DIGITAL E CIRCUITOS Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 III U N I D A D E 90 PORTA NÃOOU NOR A operação NÃOOU NOR é representada com um traço sobre toda uma ope ração OU ou com um til antes da operação OU Ela é a mesma operação OU vista anteriormente mas com o valor invertido ao final da operação A seguir o desenho utilizado para representar a porta NÃOOU e a tabelaverdade calcu lando as possibilidades para a operação NÃOOU Figura 5 Portalógica NÃOOU NOR Fonte o autor Tabela 5 Tabelaverdade para a operação NÃOou com dois operandos A B AB 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 Fonte o autor PORTA OUEXCLUSIVO XOR A operação OUEXCLUSIVO XOR eXclusive OR é representada pelo símbolo um sinal de adição dentro de um círculo Ela analisa dois valores de entrada e retorna 1 se apenas um dos valores de entrada for 1 Se ambos forem 0 ou se ambos forem 1 a saída será 0 A seguir o desenho utilizado para representar a porta XOR e a tabelaverdade calculando as possibilidades para a operação XOR Operadores Lógicos e Portas Lógicas Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 91 Figura 6 Portalógica OUEXCLUSIVO XOR Fonte o autor Tabela 6 Tabelaverdade para a operação XOR com dois operandos A B AB 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 Fonte o autor Algumas linguagens de comparação permitem que você faça as compara ções dos dados bit a bit como se fossem as portas lógicas que estudamos Dessa forma duas informações de 32 bits por exemplo seriam comparadas bit a bit de acordo com a operação desejada Esse método também é chamado de bitwise e você encontra informações sobre os operadores de bitwise nos tutoriais da linguagem se ela tiver essa funcionalidade Fonte adaptado de Dias 2015 online1 LÓGICA DIGITAL E CIRCUITOS Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 III U N I D A D E 92 EXPRESSÕES LÓGICAS E CIRCUITOS DIGITAIS Mas essas portas lógicas são meio inúteis não Alguém que chegou atrasado na aula pode estar pensando isso Pode parecer que elas não fazem muita coisa mas pense em muitas delas juntas Pense em milhões delas juntas Agora pense que elas estão juntas e combinadas de uma forma muito inteligente que elas vão se complementando e trabalhando com muitos e muitos zeros e uns Os computadores são assim Agora chegou o momento de combinar essas portas e consequentemente suas operações lógicas Os circuitos são uma combinação de diversas portas essas portas podem ser representadas de forma gráfica por meio de um esquema de circuitos ou em forma de uma expressão a qual a saída depende de um con junto de operações que efetue sobre as entradas ESCREVENDO EXPRESSÕES A PARTIR DE CIRCUITOS Começando de uma forma bem simples veja o esquema de circuito expresso na figura Figura 7 Exemplo de um circuito lógico ou circuito digital Fonte o autor Expressões Lógicas e Circuitos Digitais Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 93 O circuito em questão possui três diferentes entradas A B e C e uma saída S Como se trata de um circuito digital cada entrada pode possuir apenas os valo res 0 ou 1 E esse circuito conta com três portas lógicas podendo ser escrito na forma de uma expressão lógica Mas como eu faço para descobrir a expressão lógica de um circuito desenhado Você acaba de se perguntar Então está com sorte Nós temos a solução para os seus problemas Ligue já para Desculpe hábito antigo Em primeiro lugar identifique as portas lógicas envolvidas no circuito Figura 8 Exemplo de um circuito lógico destacando as portas lógicas Fonte o autor Então temos uma porta NÃO uma OU e uma E Depois escreva as operações em função das entradas as entradas serão os operandos da operação Costuma ser bom começar pela esquerda do circuito Escreva saídas temporárias por exemplo vemos que a entrada B passa por uma porta NÃO o que gera Figura 9 Expressões lógicas a partir de circuitos Fonte o autor LÓGICA DIGITAL E CIRCUITOS Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 III U N I D A D E 94 Depois chegamos a uma porta OU que possui como entrada A e S1 que é a nossa saída temporária Podemos escrever uma outra saída temporária S2 da seguinte forma Figura 10 Expressões lógicas a partir de circuitos Fonte o autor Por fim chegamos à nossa saída S a saída do circuito completo que vem de uma porta E cujas entradas são S2 e C Figura 11 Expressões lógicas a partir de circuitos Fonte o autor Temos então 3 expressões S1 B S2 A S1 S S2 C Expressões Lógicas e Circuitos Digitais Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 95 Quase que terminamos Como nos interessa uma expressão que forneça a saída S em função das entradas A B e C eu preciso pegar a última expressão e substituir S2 pelo conteúdo dela Depois o mesmo com S1 Temos S A S1 C S A B C Chegamos então à expressão final de S Note que a precedência de opera ções ocorre como nas expressões aritméticas devendose respeitar os parêntesis Com a equação em mãos fica mais prático montar a tabelaverdade a qual podemos acompanhar o comportamento do circuito Para montar a tabela verdade as primeiras colunas são as entradas que faremos todas as combinações possí veis de entradas para A B e C Depois podemos fazer colunas com as equações temporárias ou subequações para facilitar Por fim a coluna com a saída final Tabela 7 Tabela verdade para a expressão A B C A B C B A B A B C 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 Fonte o autor ESCREVENDO CIRCUITOS A PARTIR DE PROBLEMAS Assim como os programas de computador os circuitos digitais também são feitos com o intuito de resolver algum problema Vários sistemas que usamos utilizam circuitos digitais e nem imaginamos LÓGICA DIGITAL E CIRCUITOS Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 III U N I D A D E 96 Imagine que você está desen volvendo o sistema de alarmes de um carro A princípio o alarme deve disparar apenas se este esti ver ligado e uma das portas for aberta ou se houver alguma movi mentação dentro do carro para o caso de alguém entrar no carro sem abrir as portas de algum jeito Com o que vimos até aqui já temos as ferramentas para mon tar esse circuito Temos três informações que nos fornecerão os dados de entrada A Alarme 0 para desligado ou 1 para ligado B Porta 0 para fechada ou 1 para aberta C Movimento 0 para sem movimento ou 1 para movimento Então quais seriam as situações nas quais o alarme seria disparado Seria disparado se o alarme estivesse ligado e uma porta estivesse aberta se o alarme estivesse ligado e houvesse movimento dentro do carro ou ainda se o alarme tivesse ligado uma porta estivesse aberta e houvesse movimento den tro do carro Resumindo podemos escrever isso em função das variáveis A B e C que escrevemos anteriormente e teríamos S A B C A B C A B C Essa expressão ainda nos ajuda a montar a tabelaverdade para o problema basta encontrar as linhas que equivalem a cada parte da expressão e marcar a saída como 1 Expressões Lógicas e Circuitos Digitais Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 97 Tabela 8 Tabela verdade para a expressão S A B C A B C A B C A B C S 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 Fonte o autor Essa expressão ainda poderia ser simplificada mas isso veremos no próximo tópico Uma expressão simplificada nos permite desenhar um circuito mais sim plificado De qualquer forma podemos já desenhar o circuito para esse problema da seguinte forma Figura 12 Representação do circuito Fonte o autor LÓGICA DIGITAL E CIRCUITOS Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 III U N I D A D E 98 NOÇÕES DE ÁLGEBRA BOOLEANA Da mesma forma que podemos simplificar expressões aritméticas algo que aprendemos na escola podemos simplificar também expressões lógicas A área de estudo das expressões lógicas e suas regras é chamada de álgebra booleana em homenagem a George Boole que foi quem propôs os princípios desta álge bra MONTEIRO 2002 De uma forma resumida vamos apresentar uma lista com as regras básicas da álgebra booleana A partir dessas regras é possível simplificar as expressões e consequentemente os circuitos Usaremos A B e C como variáveis além das constantes 0 e 1 Tabela 9 Regras da Álgebra Booleana NOME FORMA AND FORMA OR Identidade 1 A A 0 A A Elemento nulo 0 A 0 1 A 1 Idempotência A A A A A A Inverso A A 0 A A 1 Comutatividade A B B A A B B A Associatividade A B C A B C A B C A B C Distributividade A B C A B A C A B C A B A C Absorção A A B A A A B A De Morgan A B A B A B A B Fonte Tanenbaum 2013 Noções de Álgebra Booleana Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 99 Na unidade anterior chegamos a uma expressão que pode ser simplificada S A B C A B C A B C Veremos a seguir como podemos sim plificar a expressão usando as regras de álgebra booleana indicando qual regra foi utilizada em cada passagem S A B C A B C A B C S A B C B C B C Distributividade S A B C C B C Distributividade S A B 1 B C Inverso S A B B C Identidade S A B B B C Distributividade S A 1 B C Inverso S A B C Identidade Conseguimos então uma expressão bem mais simples Para confirmar se os circuitos são equivalentes basta elaborar a tabelaverdade para a nova expres são e verificar se as linhas das saídas dos circuitos são equivalentes Para nossa expressão simplificada a tabelaverdade é apresentada a seguir Tabela 10 Tabela verdade para a expressão S A B C A B C B C A B C 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 Fonte o autor LÓGICA DIGITAL E CIRCUITOS Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 III U N I D A D E 100 Observando a última coluna a coluna da saída da expressão podemos perceber como a expressão sem simplificar e a expressão simplificada são equivalentes Da expressão simplificada obtemos o seguinte circuito Figura 13 Circuito lógico da expressão S A B C Fonte o autor Não deixe de comparar esse circuito com o circuito obtido na seção anterior Assim como o conteúdo da unidade anterior a criação de circuitos lógicos expressões e a álgebra booleana são conteúdos que demandam um certo treino para serem bem assimilados Por isso não deixe de fazer os exercícios e tente por conta própria criar alguns circuitos para resolver problemas De uma forma simples vimos um bom conteúdo sobre circuitos digitais Pratique exercícios para manter o cérebro sempre em forma Circuitos sequenciais são aqueles que possuem memória Suas saídas são função tanto das entradas como dos valores da saída Dito de outro modo nos circuitos sequenciais o novo valor da saída depende do estado atual destas saídas Dois circuitos sequenciais bastante utilizados são os registradores e os con tadores Ambos são construídos com flipflops ou seja registradores capa zes de armazenar 1 único bit Dependendo da maneira exata como é contro lado um flipflop recebe várias denominações distintas Fonte Weber 2012 p 146 Considerações Finais Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 101 CONSIDERAÇÕES FINAIS Mais uma vez parabéns pela dedicação empenhada até aqui Em qualquer moda lidade de estudos o aluno é quem faz a maior diferença em seu aprendizado Então não deixe as oportunidades passarem Faça as atividades tire as dúvidas pesquise em material extra Nesta unidade nos dedicamos a mostrar como funcionam os circuitos digi tais e as portas lógicas Neste ponto você já consegue montar um circuito digital e também analisar o comportamento do circuito para diferentes entradas de dados digitais Na área de circuitos ainda há muito conteúdo e muitos componentes que poderiam ser abordados mas chegamos até onde era nosso objetivo Começamos analisando conceitos básicos de lógica digital a base para as operações em circuitos Em seguida vimos como manipular as informações recebidas nas entradas de circuitos utilizando portas lógicas Então aprendemos a criar circuitos digitais por meio da combinação de portas lógicas até chegar à álgebra booleana que nos permite manipular as ope rações de forma a simplificar expressões lógicas Com o que você aprendeu aqui você consegue criar o esquema para peque nos circuitos e já começa a resolver problemas pequenos de automação É claro que precisa também de uma prática em montagem de circuitos não apenas os diagramas Algo que ajuda também são os simuladores de circuitos digitais que você encontra para fazer o download pela internet Por meio deles você consegue montar circuitos e testálos de uma forma bem visual Consegue testar a passa gem de energia as combinações de portas etc Ainda que você não chegue a trabalhar com a montagem de circuitos e componentes a partir de nosso conhecimento sobre circuitos o domínio de entendimento sobre o computador e suas funções fica mais aprofundado Na próxima unidade trataremos sobre processadores e memória que são direta mente fruto de circuitos integrados 102 1 Ao encontrar uma expressão lógica que precisa ser resolvida a tabelaverdade é uma ótima ferramenta de apoio para encontrar a solução A tabelaverdade é uma forma de escrever todas as combinações de valores de entrada para descobrir qual será a saída em cada caso Considerando o texto acima avalie a expressão abaixo complete a tabelaver dade e assinale a alternativa com os valores da coluna S S A B A C Nota simboliza a operação OU simboliza a operação E simboliza a operação NÃO A B C A AB AC S 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 2 Dado o circuito a seguir desenvolva a expressão equivalente para S e faça a tabelaverdade para o circuito 103 3 Ao criar uma automação muitas vezes precisamos ir além dos programas de computador e criar dispositivos para interação com os usuários A criação de dispositivos eletrônicos capazes de microprocessamentos e também comuni cação têm se popularizado ainda mais com a chegada da Internet das Coisas Com isso a nossa noção de desenvolvimento de circuitos digitais se faz ainda mais importante Em termos gerais um circuito lógico ou digital é a Uma expressão lógica relacional que gera pulsos digitais positivos b Uma interconexão de portas digitais com sinais assíncronos digitais e saídas c Várias linhas de conexão combinadas em barramentos de uma placamãe d Uma ligação entre sinais positivos e negativos de baixa tensão que podem usar transistores e Uma combinação de entradas e portas lógicas digitais que produz uma saí da que pode ser 0 ou 1 4 Um circuito lógico pode ser representado como uma expressão ou como um diagrama indicando entradas saídas e portas lógicas Podemos desenhar o diagrama de um circuito a partir da expressão ou mesmo escrever a expressão a partir do diagrama Dessa forma dado o diagrama de circuito a seguir escreva a expressão corres pondente 104 5 Em meados do século passado George Boole um matemático inglês desen volveu uma teoria completamente diferente para a época baseada em uma série de postulados e operações simples para resolver uma infinidade de pro blemas Apesar da álgebra de Boole como foi chamada poder resolver pro blemas práticos de controle e fabricação de produtos na época não havia Eletrônica e nem as máquinas eram suficientemente avançadas para utilizar seus princípios A álgebra de Boole veio a se tornar importante com o advento da Eletrônica especificamente da Eletrônica Digital que gerou os modernos computadores BRAGA N C A Álgebra de Boole Online Disponível em httpwwwnew toncbragacombrindexphpeletronicadigital16291cursodeeletronicadi gitalaalgebradeboolecur5002 Acesso em 22 ago 2018 Veja a expressão a seguir S A B A B C B Essa expressão pode ser simplificada utilizando as regras básicas de álgebra booleana vistas na unidade Simplifique a expressão indicando quais regras foram utilizadas e escreva a expressão simplificada 105 Arduino Uma plataforma open source para desenvolvimento de eletrônica Quando pensamos em automação sensoriamento e controle normalmente fazemos uma associação com sistemas altamente complexos e caros Claro que sistemas que ne cessitam de muita precisão e controle tornamse mais caros mas o princípio básico é o mesmo coletar um dado do ambiente e a partir deste dado fazer alguma ação O projeto Arduino foi criado com este propósito oferecer um hardware e software li vre a um custo acessível Isto abriu possibilidades de muitos adeptos da eletrônica e da programação criarem sistemas de monitoramento e controle que até então só eram comercializados por empresas de tecnologia O Arduino foi criado na Itália por um grupo de desenvolvedores e especialistas em enge nharia eletrônica que criaram um hardware baseado no chip microcontrolador atmega da empresa Atmel Estes desenvolvedores criaram uma placa com os componentes para dar ao chip atmega uma estrutura própria para a prototipagem ou seja um ambiente de testes para o desenvolvimento de projetos Conhecendo a estrutura do Arduino O Arduino dispõe de vários modelos de placas cada uma com características próprias voltadas para o desenvolvimento de protótipos específicos Algumas placas são mui to pequenas como a Lily e a Nano Estas placas são extremamente pequenas sendo otimizadas para projetos que não têm muito espaço Outras placas têm muitas portas pinos como a placa Mega A Mega pode conectar um número bem expressivo de sen sores e relés muito útil para projetos que necessitam controlar muitos equipamentos e sensores A placa mais comum é a Uno Ela tem um número razoável de portas 13 portas digitais e 6 analógicas e podem na maioria das vezes suprir as necessidades dos projetos Veja mos na imagem como é o Arduino Uno suas especificações e portas 106 Vamos inicialmente observar 4 informações os pinos de conexões 1 Pinos de Eletricidade estes pinos são os responsáveis por fornecer energia para os sensores relés e outros dispositivos Nestes pinos temos voltagens de 33 volts 5 volts e também os pinos do groundnegativo 2 Pinos Analógicos estes pinos são os responsáveis por receber as leituras de vários sensores acoplados ao Arduino Um sensor de temperatura de luminosidade ou de distância podem ser conectados nestes pinos 3 Pinos Digitais estes pinos trabalham com os dois valores digitais ligado e desligado Dentre suas utilidades servem para ligar relés LEDs e receber informações de senso res que trabalham digitalmente Alguns pinos digitais recebem outros valores além do ligado ou desligado Estes pinos são chamados pinos PWM e são utilizados como pinos de entrada ou saída para sensores e LEDs que têm variações em suas correntes 4 Plug USB responsável pela conexão com o computador Esta conexão é a respon sável pelo upload do código que será rodado no Arduino Normalmente depois do projeto feito o cabo USB não é mais utilizado Existem algumas formas de enviar os dados coletados pelos sensores do Arduino com um computador que é o centro do sistema Fonte Pereira Junior 2015 online2 Material Complementar MATERIAL COMPLEMENTAR Hardware Versão Revisada e Atualizada Gabriel Torres Editora Novaterra Sinopse o maior autor de hardware e redes de computadores do Brasil Gabriel Torres está relançando por meio da parceria com a Editora NovaTerra o seu principal livro e que o tornou uma referência absoluta na área Hardware Versão Revisada e Atualizada Na obra Gabriel apresenta um conteúdo completamente revitalizado onde o leitor aprenderá com profundidade tudo o que precisa saber sobre o tema seja ele um estudante autodidata ou profissional da área de informática Tecnologia da Informação TI querendo se atualizar O livro também é importante para os usuários que desejam aprender mais sobre o funcionamento dos computadores Sistemas Digitais Princípios e Aplicações TocciRonald J WidmerNeal S Editora Pearson Sinopse sabemos que um dos maiores desafios dos autores de obras que tratam de tecnologia digital é encontrar o equilíbrio entre o material já existente e o novo decorrente das inovações Foi com isso em mente que os renomados autores Widmer Moss e Tocci trabalharam nesta 10ª edição de Sistemas Digitais disponibilizando agora uma obra atual sem no entanto deixar de lado os aspectos fundamentais que envolvem os sistemas digitais Considerando um verdadeiro clássico o livro oferece amplas condições para que o aluno desenvolva um sólido e moderno conhecimento na área de eletrônica digital Ele inclui novos exemplos e vários itens foram ampliados e atualizados Instituto Newton C Braga Centenas de materiais e artigos a respeito de eletrônica digital feitos pelo Prof Newton C Braga que tem sido referência na área há um bom tempo Web httpwwwnewtoncbragacombrindexphp REFERÊNCIAS MONTEIRO M A Introdução à organização de computadores 4 ed Rio de Janei ro LTC 2001 498 p NULL L LOBUR J Princípios básicos de arquitetura e organização de computa dores 2 ed Porto Alegre Bookman 2011 822 p TANENBAUM A S Organização estruturada de computadores 6 ed São Paulo Pearson Prentice Hall 2013 WEBER R F Fundamentos de arquitetura de computadores 4 ed Porto Alegre Bookman 2012 424 p REFERÊNCIAS ONLINE 1Em httpswwwvivaolinuxcombrartigoBitwiseEscovandoosbits Acesso em 22 ago 2018 2Em httpswwwvivaolinuxcombrartigoArduinoUmaplataformaopensour ceparadesenvolvimentodeeletronica Acesso em 22 ago 2018 GABARITO 109 GABARITO 1 A B C A AB AC S 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 2 Expressão S A B C Tabelaverdade A B C A AB S 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 3 E 4 S A B C D E 5 S A B A B C B S A B B C B Distributividade S A 0 C B Inverso S A C B Identidade UNIDADE IV Professor Me Andre Abdala Noel PROCESSADOR E MEMÓRIA Objetivos de Aprendizagem Detalhar a forma em que o processador é organizado e a função de cada uma das partes Aprender sobre os ciclos do processador para executar as instruções Conhecer as formas utilizadas pelo processador para executar instruções em paralelo Apresentar uma definição de memória e como ela funciona Descrever os diferentes tipos de memória e sua utilização Plano de Estudo A seguir apresentamse os tópicos que você estudará nesta unidade Organização do processador Funcionamento do processador Paralelismo Conceito de memória Hierarquia de memória INTRODUÇÃO Iniciamos agora uma nova unidade com uma nova etapa do conhecimento Talvez você fique mais tranquilo por não precisar fazer tantos exercícios Agora que já temos uma boa base sobre como são trabalhadas as informações em circuitos veremos melhor os componentes importantes de um computador que também são formados pelos circuitos Neste estudo não iremos nos preocupar muito com tamanhos e modelos de memórias e processadores porque sabemos que isso é algo que muda muito rapi damente Nos concentraremos em falar sobre a arquitetura e a organização dos computadores para que você tenha uma compreensão do papel de cada parte e de como se dá a comunicação entre elas Para começar veremos um pouco melhor sobre como funciona a arquite tura de von Neumann que é a nossa arquitetura básica de um computador e de que ela é composta Em seguida passaremos aos processadores Primeiramente veremos como o processador é dividido e o que cada parte faz para ver em seguida como se dá o funcionamento do processador e seus ciclos de instruções Então passaremos para o estudo das memórias conceituando as memórias de computador e seus diferentes tipos Veremos as diferenças entre elas e onde elas são aplicadas Portanto esta unidade é composta de um conteúdo um pouco mais teórico mas muito importante de ser assimilado na área de arquitetura de computadores Às vezes quando temos o foco em algo muito específico como a programação acreditamos que esse conhecimento é dispensável porque precisamos apenas de um ambiente de programação e uma interface legal Conhecer os detalhes con tidos nesta unidade nos ajuda a programar de forma melhor e mais otimizada sabendo como a informação é manipulada pela memória e pelo processador Prepare o seu café e vamos mergulhar mais um pouco pelas entranhas de nossos computadores Introdução Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 113 PROCESSADOR E MEMÓRIA Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 IV U N I D A D E 114 ORGANIZAÇÃO DO PROCESSADOR Nós já vimos anteriormente como funcionam os circuitos e também como a arquitetura de computadores foi organizada basicamente pelo trabalho de John von Neumann que dividiu o computador em Unidade Lógica e Aritmética Unidade de Controle memória e equipamentos de entrada e saída TANENBAUM 2013 Figura 1 Modelo de arquitetura de von Neumann Fonte o autor Neste momento nos dedicaremos apenas à Unidade Central de Processamento UCP ou CPU É comum vermos alguém se referir a um gabinete de computa dor chamandoo de CPU como se a CPU fosse a caixa de metal do computador A CPU é o cérebro é o processador do nosso computador Organização do Processador Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 115 E a CPU está subdividida em Unidade de Controle UC Unidade Lógica e Aritmética ULA e os registradores A comunicação entre a CPU e os demais componentes se dá por meio dos barramentos que veremos adiante A figura a seguir apresenta em esquema de CPU Figura 2 A organização de um computador simples com uma CPU e dois dispositivos de ES Fonte Tanenbaum 2013 UNIDADE DE CONTROLE UC A Unidade de Controle do processador é quem coordena como tudo vai fun cionar Ela monitora todas as instruções e as execuções mas ela mesma não executa as instruções A unidade de controle extrai as instruções da memória decodifica es tas instruções assegura que os dados estão no lugar certo diz para a ULA quais registradores usar atende interrupções e ativa o circuito apropriado da ULA para executar a operação desejada NULL 2011 p 210 adaptado Portanto a unidade de controle é quem cuida da lógica para realizar a movimen tação de dados para o processador A UC fica conectada aos outros elementos do processador e também ao barramento de controle MONTEIRO 2002 PROCESSADOR E MEMÓRIA Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 IV U N I D A D E 116 UNIDADE LÓGICA E ARITMÉTICA ULA A Unidade Lógica e Aritmética é responsável pela execução das instruções do computador Quando há uma instrução a ser executada essa instrução é copiada para a memória principal A UC busca as instruções e os dados na memória e os deixa prontos para a ULA realizar a instrução Então a ULA recebe os ope randos recebe a operação a ser executada e retorna o resultado da execução Figura 3 Funcionamento básico de uma ULA Fonte o autor As operações básicas que a ULA executa são as operações aritméticas soma sub tração multiplicação e divisão as operações lógicas AND OR NOT e XOR as operações de deslocamento à direita e à esquerda e as operações de incremento e decremento MONTEIRO 2002 REGISTRADORES Os registradores são unidades de memória muito pequenas e muito rápidas que existem dentro do processador e todo dado que vai ser transferido pela ULA pre cisa ser copiado para os registradores MONTEIRO 2002 Após a execução da operação o resultado também é armazenado em um registrador Funcionamento do Processador Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 117 Além dos registradores de dados os processadores ainda possuem registra dores com funções de controle como o registrador de instrução RI e o contador de instrução CI Esses não são os únicos componentes internos em uma CPU mas podemos não aprofundar muito em detalhes Alguns elementos como o clock da CPU vere mos no próximo tópico ao analisar o funcionamento do processador FUNCIONAMENTO DO PROCESSADOR Talvez alguém diga Ah o processador não faz nada de mais ele apenas busca a instrução executa e retorna o resultado Bom acho difícil concordar com a parte do nada demais mas o resto da frase de certa forma está certo Os processadores trabalham com um tamanho de palavra prédefinido Quando dizemos que um processador é 32 bits ou 64 bits estamos nos refe rindo ao tamanho de palavra que ele usa Aumentar o tamanho de palavra de um processador implica em aumentar o tamanho dos registradores o tamanho dos barramentos internos o tamanho da capacidade de operação da ULA etc Em computadores antigos o tamanho do barramento interno de dados ti nha exatamente o tamanho da palavra Em processadores modernos esse tamanho de barramento aumentou para 128 bits Em resumo aumentar o tamanho da palavra implica diretamente no desempenho de uma CPU Fonte Monteiro 2002 PROCESSADOR E MEMÓRIA Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 IV U N I D A D E 118 Lembramse de que os computadores foram criados quando as pessoas estavam buscando criar máquinas para automatizar os cálculos Então eles conseguiram O computador faz apenas isso cálculos o tempo todo A combi nação de cálculos porém se tornou tão imensa e tão complexa que a imensidão de cálculos executados por segundo nos proporciona tudo o que fazemos com nossos amados dispositivos CICLO DE INSTRUÇÃO O processador executa instruções e mais instruções Cada instrução é executada dentro de um ciclo que pode ser resumido em buscardecodificarexecutar TANENBAUM 2013 Basicamente a unidade de controle é a responsável por buscar as instruções e os dados e ainda decodificar as instruções deixando tudo pronto e entregue para a unidade lógica e aritmética executar essas instruções E ainda a unidade de controle é quem fica responsável por recuperar o resul tado e conduzilo à memória ou a outro destino Segundo Tanenbaum 2013 o ciclo de instrução compreende as seguin tes atividades 1 Trazer a próxima instrução da memória até o registrador de instrução 2 Alterar o contador de programa para que aponte para a próxima instrução 3 Determinar o tipo de instrução trazida 4 Se a instrução usar uma palavra na memória determinar onde essa pala vra está 5 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 Para facilitar a compreensão ainda podemos dividir o ciclo de instrução em duas partes o ciclo de busca e o ciclo de execução representados na figura a seguir MONTEIRO 2002 Funcionamento do Processador Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 119 Figura 4 Representação do ciclo de busca e do ciclo de execução Fonte o autor RELÓGIO CLOCK Dentro do processador há um dispositivo chamado relógio mas é mais comum encontrarmos no termo em inglês clock que gera pulsos cuja duração é chamada ciclo MONTEIRO 2002 O ciclo de relógio ou ciclo de clock é o intervalo entre o início de um ciclo de pulso e o início do pulso seguinte Esses ciclos de relógio servem para sincronizar as execuções de instruções no processador e se baseiam em operações elementares Como as operações ultrapassam o tempo do pulso são gerados subciclos que são pulsos atrasados para dividir as ope rações em microoperações Figura 5 Representação do ciclo de relógio e os cinco subciclos baseado no Intel 8085 Fonte Monteiro 2002 PROCESSADOR E MEMÓRIA Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 IV U N I D A D E 120 A medida de desempenho do processador é chamada de frequência e nada mais é do que a quantidade de ciclos de relógio que ocorrem em um segundo A uni dade de medida utilizada é o hertz Hz a qual 1 Hz significa 1 ciclo por segundo 100 Hz significa 100 ciclos por segundo BARRAMENTOS A comunicação realizada entre a CPU e outros componentes é feita via barramentos Um barramento é um conjunto de fios que atuam como um caminho de dados comum porém compartilhado para conectar vários subsis temas dentro do sistema Ele consiste de diversas linhas permitindo a transferência de bits em paralelo NULL 2011 p 210 Os barramentos que interligam a CPU com a memória principal MP são Barramento de dados um barramento bidirecional para a transferência de informações entre a CPU e a memória principal Barramento de endereços permite a transferência de bits que representam um determinado endereço na memória É unidirecional pois somente a CPU aciona a memória A quantidade de linhas do barramento é a quan tidade de bits que representam um endereço de memória Barramento de controle possibilita a passagem de sinais de controle entre a CPU e a memória principal de forma bidirecional A CPU envia sinais para a MP indicando se a operação é de leitura READ ou escrita WRITE e a memória pode enviar sinais de espera WAIT MONTEIRO 2002 A frequência não é a única característica que afeta o desempenho mas um processador moderno pode passar dos 4GHz Calcule de cabeça quantos ciclos ocorrem em um segundo nesses processadores Paralelismo Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 121 PARALELISMO Em 1965 Gordon Moore cofundador da Intel disse que o número de transis tores que poderia ser colocado dentro de um único chip estava dobrando a cada ano e que essa proporção se manteria num futuro próximo o que ficou conhe cido como Lei de Moore A previsão se cumpriu nos próximos anos e na década de 1970 o ritmo diminuiu para dobrar o número de transistores a cada 18 meses STALLINGS 2010 Há discussões e previsões dizendo que a Lei de Moore está chegando ao fim mas há muita pesquisa em relação a como aumentar o desempenho de processa dores Com a evolução dos processadores a velocidade do clock ou frequência aumentou muito mas há um limite que pode ser alcançado Definindo de uma maneira objetiva e simples overclocking não se usa uma tradução apropriada para esta palavra mencionandose de um modo geral a própria palavra em inglês significa a possibilidade de o usuário fazer o processador operar em uma frequência de relógio mais pulso por segundo maior do que sua especificação ou seja aumentar as batidas do pêndulo mais do que o fabricante considera tolerável É claro que procedendo assim realizando o overclocking o processador funcionará mais rápido porém este é um procedimento não recomendá vel principalmente para usuários que não dominem amplamente os co nhecimentos sobre o funcionamento dos processadores em particular e do sistema como um todo pois envenenar o motor o processador para acelerálo pode acarretar diversos tipos de problema no funcionamento do sistema a começar pelo seu travamento Fonte Monteiro 2002 p 251 PROCESSADOR E MEMÓRIA Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 IV U N I D A D E 122 Figura 6 Processador Intel Core i7 Vamos estudar aqui algumas estratégias de paralelismo ou seja a execução de mais de uma instrução ao mesmo tempo Veremos como funcionam o parale lismo em nível de instrução e o paralelismo de máquina PARALELISMO EM NÍVEL DE INSTRUÇÃO No paralelismo em nível de instrução a ideia é obter mais instruções executando em paralelo Para isto estudaremos a estratégia de pipelining e as arquiteturas superescalares Pipelining Já vimos que o ciclo de instrução pode ser dividido nas etapas de busca e exe cução A fase de busca costuma ser o gargalo na velocidade de execução de instruções Para resolver o problema os fabricantes incluíram nos processado res a capacidade de buscar as instruções de forma antecipada armazenando a em registradores prefetch buffers TANENBAUM 2013 O conceito de pipelining consiste em dividir o ciclo de instrução em várias etapas menores cada parte é tratada por partes diferentes do hardware de forma a executar partes de instruções diferentes de forma simultânea O conceito fica um pouco mais claro na imagem a seguir na qual temos uma representação de um pipelining de 4 estágios Paralelismo Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 123 Figura 7 Representação de pipeline de 4 estágios Fonte Stallings 2010 Percebemos na imagem que temos 6 instruções sendo executadas e que levam 4 ciclos de tempo cada Em sequência demoraria 24 ciclos para todas serem execu tadas mas nesse pipeline de 4 estágios todas são executadas dentro de 9 ciclos Vale ressaltar que as instruções intercaladas não podem depender do resul tado de uma das anteriores O processador deve possuir uma estratégia para evitar os conflitos Arquiteturas superescalares Enquanto o uso de uma pipeline pode fornecer um bom ganho de velocidade aos processadores um processador superescalar é um processador que possui múltiplos pipelines independentes Esses múltiplos pipelines possibilitam múl tiplos fluxos de instruções ao mesmo tempo STALLINGS 2010 Usar múltiplas pipelines é interessante mas exige duplicar os recursos de har dware Para evitar o alto custo as CPUs topo de linha podem utilizar um único pipeline mas com várias unidades funcionais TANENBAUM 2013 A linha Core da Intel utiliza uma estrutura similar PROCESSADOR E MEMÓRIA Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 IV U N I D A D E 124 Figura 8 Processador superescalar com 5 unidades funcionais Fonte Tanenbaum 2013 PARALELISMO DE MÁQUINA As estratégias de paralelismo em nível de instrução fornecem um ganho de velo cidade mas em pequena escala Para aumentar centenas de vezes o desempenho a forma é utilizar várias CPUs TANENBAUM 2013 Existem formas diferentes para utilizar paralelismo de máquina Estudaremos três diferentes tipos de paralelismo de máquina Computadores paralelos Sabemos que podemos aumentar a capacidade de um processador se conse guirmos dobrar a quantidade de transistores dentro dele o que comentamos sobre a Lei de Moore mas os transistores ficam cada vez menores e há os seus limites De uma forma fácil de imaginar também podemos dobrar a capacidade se usarmos dois processadores em uma mesma máquina estou abstraindo as Paralelismo Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 125 partes difíceis em ajustar a arquitetura para isso Se tivermos dois processadores podemos usar a ideia que já aprendemos ao ver pipelines e dividir as instruções entre os processadores Essas instruções podem compartilhar o estágio de busca decodificação e o conjunto de lógica de controle Com isso surgiu o tipo de processadores SIMD Single Instructionstream Multiple Datastream fluxo único de instruções fluxo múltiplo de dados Esses processadores consistem em um grande número de processadores idênticos que efetuam a mesma sequência de instruções sobre diferentes conjuntos de dados TANENBAUM 2013 p 54 O primeiro processador SIMD foi feito na década de 1970 mas as GPUs unidades de processamento gráfico atuais utilizam a estratégia de processa mento do SIMD Multiprocessadores No conceito anterior as CPUs compartilham de uma mesma unidade de controle No conceito de multiprocessador um sistema possui múltiplas CPUs indepen dentes que acessam uma memória compartilhada via barramento Esse projeto ainda pode conter pequenas unidades de memória local para cada CPU para dimi nuir o tráfego e o conflito no acesso à memória principal TANENBAUM 2013 Dentre as vantagens no uso da memória compartilhada verificase que é mais simples acessar a memória em um único local além de não correr o risco de a memória estar duplicada em diferentes locais podendo até gerar conflito na realização de alterações Multicomputadores O conceito de multicomputadores é similar ao conceito de multiprocessadores mas sem utilizar memória compartilhada Ao invés de utilizarem memória com partilhada cada CPU conta com sua memória privada Costumase dizer que as CPUs em um multicomputador são fracamente acopladas para contrastálas com as CPUs fortemente acopladas de um multiprocessador TANENBAUM 2013 p 56 A comunicação entre essas CPUs é realizada por meio de troca de mensagens PROCESSADOR E MEMÓRIA Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 IV U N I D A D E 126 Assim temos que a programação em multiprocessadores é mais fácil por contarem com uma memória compartilhada e com uma forma compartilhada de acessar as informações enquanto os multicomputadores são mais fáceis de serem construídos Por isso há pesquisas a respeito de sistemas híbridos jun tando o melhor de cada abordagem RISC VS CISC O projeto de processadores envolve o conjunto de instruções que podem ser efetu adas nele o que é essencial para a programação de qualquer sistema Inicialmente os processadores seguiam a abordagem CISC Complex Instruction Set Computer Computador com conjunto de instruções complexas na qual as instruções eram mais complexas podiam englobar mais operações em uma instrução a fim de que os programas ficassem menores e o trabalho do programador fosse faci litado STALLINGS 2010 Os programas finais porém não ficavam tão pequenos e veio a proposta dos computadores RISC Reduced Instruction Set Computer Computador com conjunto de instruções reduzidas que teria como o nome diz um conjunto de instruções reduzidas e mais simples em que cada uma das execuções pudesse ser executada em apenas um ciclo do processador Com isso o RISC poderia obter um ganho de desempenho em relação ao CISC No começo da década de 80 a linha da Intel por exemplo estava utilizando a abordagem CISC enquanto PowerPC utilizava a abordagem RISC Apesar de ambas as abordagens terem adeptos e defensores logo os dois lados perceberam duas coisas primeiro o RISC pode se beneficiar de alguns recursos CISC segundo o CISC pode se beneficiar de alguns recursos RISC Assim o PowerPC passou a não ser mais um RISC puro e os Pentium da Intel passaram a incorporar algumas características RISC STALLINGS 2010 Ao final desta unidade na área da leitura complementar você vai encon trar um artigo chamado Controvérsia de RISC versus CISC que trata dessa questão de que as abordagens estão se misturando cada vez mais Conceito de Memória Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 127 CONCEITO DE MEMÓRIA Durante todo o texto falamos muito em memória armazenamento em memó ria representação de dados na memória comunicação do processador com a memória entre outras coisas Você já percebeu como a memória é importante para um sistema de computação Agora é a hora de dedicarmos nosso estudo a ela Figura 9 Tirinha O que ainda falta Fonte Noel 2014 online1 Basicamente a memória de um computador é onde são armazenados e recupe rados os dados Já vimos que são armazenados em bits e já vimos como os bits se juntam para formar informações maiores portanto não precisamos voltar a esse nível de detalhamento Podemos imaginar a memória como um armário onde colocamos nossa informação cada bloco de memória memórias modernas trabalham com blo cos de 8 bits 1 byte tem um endereço numérico para que a informação possa ser recuperada Se a informação possui por exemplo 4 bytes o endereço será relativo ao primeiro byte da informação PROCESSADOR E MEMÓRIA Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 IV U N I D A D E 128 Em programação quando armazenamos valores em uma variável é como se guardássemos a informação no grande armário da memória com uma eti queta que seria o nome da variável para facilitar a localização Figura 10 Representação do armazenamento de variáveis em memória Fonte o autor Existem apenas duas operações básicas que efetuamos na memória A primeira é a operação de escrita write também chamada de gravação ou armazenamento que é quando escrevemos a informação que desejamos na memória A segunda é a leitura read ou recuperação da informação MONTEIRO 2002 TIPOS DE MEMÓRIA Todo sistema de computador trabalha com diferentes tipos de memória ao mesmo tempo Como o custo de leitura e escrita de informações é alto ele pre cisa ser otimizado para cada fim Existem as memórias para armazenamento permanente que conhecemos como memória secundária que é onde você guarda seus documentos suas fotos os sistemas que você instala o sistema operacional resumindo tudo Hierarquia de Memória Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 129 Essa memória porém é geralmente muito muito muito mais lenta do que a velocidade em que o processador trabalha ou seja não compensaria executar os programas direto da memória secundária É aí que entra a memória principal que é uma memória muito mais rápida porém volátil ela não mantém a informação armazenada quando o sistema é des ligado e ela fica sem energia Dessa forma todo sistema instalado na memória secundária é copiado para a memória principal para ser executado O mesmo ocorre com os dados que são copiados para a memória principal para serem utilizados Por que não fazem a memória principal do mesmo tamanho da memória secundá ria para copiar tudo para a memória principal quando ligar o computador e executar tudo mais rápido O rapaz de camiseta cinza ali do fundo pode perguntar A ideia é boa mas o custo da memória principal é muito maior pensando em custo por bytes Pode ver que você encontra máquinas com 1Tb de armaze namento e apenas 8Gb de memória RAM Há memórias ainda menores e mais temporárias do que a memória princi pal como as caches e os registradores também há diversos tipos de memórias secundárias mas deixaremos para ver isso no próximo tópico HIERARQUIA DE MEMÓRIA Falamos há pouco sobre a importância da memória principal e como ela é utilizada porém ela ainda é mais lenta do que os processadores e a busca de informações pode causar um gargalo Para evitar isso há uma memória inter mediária chamada memória cache que é bem mais rápida mas muito menor Ela armazena informações que serão utilizadas pelo processador a fim de apres sar a recuperação de informações Ainda há nos processadores uma memória menor e mais rápida os regis tradores que armazenam informações pequenas como os operandos de uma instrução por exemplo PROCESSADOR E MEMÓRIA Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 IV U N I D A D E 130 Para entendermos melhor a relação entre os diferentes tipos de memória podemos traçar a hierarquia de memória colocando em ordem de velocidade as memórias como representado na figura a seguir Figura 11 Hierarquia de memória Fonte adaptado de Stallings 2010 REGISTRADORES Os registradores são unidades muito pequenas de memória que ficam dentro do processador que servem para armazenar pequenas unidades de informação basicamente 1 dado por registrador Os registradores são fabricados com capacidade de armazenar um único dado uma única instrução ou até mesmo um único endereço Dessa forma a quantidade de bits de cada um é de uns poucos bits de 8 a 64 MONTEIRO 2002 p 116 Hierarquia de Memória Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 131 São um tipo de memória volátil semicondutora e está no topo da pirâmide em relação ao custo A quantidade de registradores e o uso dado a cada um varia muito de acordo com a CPU Além dos registradores de dados o processador pode variar de acordo com o modelo ainda tem o registrador de instrução RI o controlador de instrução CI ou program counter PC o registrador de endereços de memória REM e o registrador de dados de memória RDM Na próxima unidade veremos o conceito de interrupções Para as interrupções o estado do programa é salvo em um registrador especial chamado de Program Status Word PSW ou registrador de estado da palavra MONTEIRO 2002 MEMÓRIA CACHE Como já dissemos a memória cache fica entre o processador e a memória princi pal conceitualmente Na prática os processadores incluem neles 1 ou 2 níveis de cache é mais rápida que a memória principal e serve para guardar informação tem porária da memória principal para diminuir o custo de recuperação da informação É comum o uso de memória cache em diferentes níveis Diversos sistemas utilizam três níveis de cache que são chamadas de cache L1 cache L2 e cache L3 a letra L vem de level nível Figura 12 Organização da cache em três níveis Fonte Stallings 2010 A cache L1 é a menor e mais rápida nos níveis seguintes elas aumentam mas ficam mais lentas Nem todos os processadores apresentam os mesmos níveis de cache ou trabalham com elas da mesma forma PROCESSADOR E MEMÓRIA Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 IV U N I D A D E 132 MEMÓRIA PRINCIPAL A memória principal também conhecida como memória principal semicon dutora é a forma mais comum de armazenamento de acesso aleatório por isso também é conhecida como RAM Random Access Memory Memória de Acesso Aleatório Ela consiste em células de memórias que apresentam dois estados estáveis ou semiestáveis para representar a informação 0 ou 1 podem ser escritas pelo menos uma vez e podem ser lidas STALLINGS 2010 A memória RAM utilizada nos computadores pode ser de um dos dois tipos DRAM ou SRAM A memória DRAM Dynamic RAM é uma memória que possui armazenamento de dados de forma dinâmica em capacitores Como os capacitores têm uma tendência de descarregar as memórias DRAM precisam ficar se recarregando para manter os dados STALLINGS 2010 Já a memória SRAM Static RAM é uma memória estática que mantém seu conteúdo mesmo quando não tem alimentação disponível Utiliza circuitos similares a flipflops tipo D e é muito mais rápida e mais cara do que a DRAM A DRAM porém é mais densa permitindo armazenar mais bits por chip usa menos energia o que gera menos calor do que a SRAM NULL 2011 ROM PROM EPROM EEPROM E MEMÓRIA FLASH Além das memórias de acesso aleatório existem as memórias utilizadas para armazenamento que vão desde a famosa memória da BIOS até os armazena mentos de dados pessoais A princípio a memória ROM ReadOnly Memory é uma memória somen teleitura uma memória que vem gravada de fábrica não permite modificação e é bastante usada em sistemas embarcados brinquedos e eletrodomésticos NULL 2011 A memória ROM possui variações A primeira a memória PROM Programmable ReadOnly Memory é um tipo que pode ser escrita com equipa mentos apropriados depois de programada não pode ser apagada NULL 2011 Hierarquia de Memória Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 133 Depois temos a EPROM Erasable PROM que funciona como a PROM mas pode ser apagada e reprogramada usando luz ultravioleta E ainda a EEPROM Electrically Erasable PROM que pode ser reescrita apenas com eletricidade byte a byte NULL 2011 Por fim temos a Memória Flash que é um tipo de memória EEPROM que pode ser escrita ou apagada em blocos sendo bem mais rápida do que a EEPROM e é ela a memória por trás dos pendrives USB que também são conhe cidos como USB flash drives DISCOS Os discos já são velhos conhecidos na área de armazenamento Temos os discos magnéticos que envolvem discos rígidos e disquetes que já não estão mais em uso mas vale a pena mencionálos e os discos óticos como CD DVD BluRay e todas as suas variações Um disco SSD SolidState Disks discos em estado sólido esses discos que estão substituindo os discos magnéticos é feito também a partir de memó ria flash Visto que os SSDs são basicamente memória eles possuem desempenho superior aos discos giratórios com tempo de busca zero Enquanto um dis co magnético típico pode acessar dados em até 100 MBs um SSD pode operar duas a três vezes mais rápido E como o dispositivo não possui partes móveis ele é muito adequado para uso em notebooks onde trepidações e movimentos não afetarão sua capacidade de acessar dados A desvantagem dos SSDs em comparação com discos magnéticos é o seu custo Enquanto os discos magnéticos custam centavos de dólar por gigabyte um SSD típi co custará de um a três dólares por gigabyte tornando seu uso apropriado apenas para aplicações com drive menor ou em situações em que o custo não é um problema O custo dos SSDs está caindo mas ainda há um longo caminho até que alcancem os discos magnéticos baratos Fonte Tanenbaum 2013 p 77 PROCESSADOR E MEMÓRIA Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 IV U N I D A D E 134 Os discos magnéticos como o nome já diz usam o campo magnético para leitura e gravação de dados Focando mais em discos rígidos HDs temos a seguinte descrição Um disco magnético é composto de um ou mais pratos de alumínio com um revestimento magnetizável No início esses pratos tinham até 50 cm de diâmetro mas agora têm normalmente de 3 a 9 cm e discos para notebooks já estão com menos de 3 cm e continuam en colhendo Um cabeçote de disco que contém uma bobina de indu ção flutua logo acima da superfície apoiado sobre um colchão de ar Quando uma corrente positiva ou negativa passa pelo cabeçote ele magnetiza a superfície logo abaixo dele alinhando as partículas mag néticas para a esquerda ou para a direita dependendo da polaridade da corrente Quando o cabeçote passa sobre uma área magnetizada uma corrente positiva ou negativa é induzida nele o que possibilita a leitura dos bits armazenados antes Assim à medida que o prato gira sob o cabeçote uma corrente de bits pode ser escrita e mais tarde lida TANENBAUM 2013 p 68 Figura 13 Representação de um disco magnético com 4 pratos Fonte Tanenbaum 2013 Hierarquia de Memória Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 135 A velocidade de leitura ou escrita nesses discos depende basicamente de 3 fato res o tempo de busca seek que é relativa à movimentação do braço de leitura o tempo de latência rotacional que é o tempo que o disco leva para girar até a posição correta e o tempo de transferência dos dados que é o tempo de ler ou escrever a informação efetivamente Não vamos nos estender com mais detalhes sobre os discos magnéticos mas eles possuem uma estrutura interessante de armazenamento separadas em tri lhas zonas e setores mas para nossa disciplina isso já é suficiente Os discos óticos possuem uma ideia similar de armazenamento mas utili zam feixes de laser para realizar a leitura e a escrita em discos que permitem a escrita Esses discos se popularizaram bastante mas perderam muito espaço para os pendrives seja para armazenamento ou para reprodução de multimídia Com isso chegamos ao fim do nosso estudo sobre as memórias e armaze namento Espero que a sua memória esteja bem afiada para armazenar toda essa informação PROCESSADOR E MEMÓRIA Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 IV U N I D A D E 136 CONSIDERAÇÕES FINAIS Meu caro amigo ou minha cara amiga nossa disciplina abrange conteúdos muito bons mas também muito densos e com muita informação Por se tratar de uma disciplina introdutória eu tenho filtrado o conteúdo deixando de fora muitos detalhes para que nenhuma cabeça exploda no percurso nem a de vocês nem a minha mas é um conteúdo muito intrigante e apaixonante quando se olha com olhos apaixonados Não sei você mas eu sempre fui muito encantado com o computador e com tudo a respeito Às vezes a minha angústia é a de não ter tempo de me apro fundar em todas as áreas da computação que são muitas para qualquer pessoa Eu espero que você esteja conseguindo acompanhar e entender bem o con teúdo Minha intenção é trazer os dados e as informações mas de uma forma que qualquer pessoa sem conhecimentos anteriores na área possa acompanhar É claro que sei que com uma certa bagagem o estudo fica bem mais tranquilo mas não dá para ser diferente Essa unidade foi mais teórica do que as duas anteriores De certa forma não exige da nossa parte do cérebro que faz cálculos mas exige uma boa capacidade de armazenamento em nossa memória secundária Vimos aqui como os processadores são divididos e qual é o papel da uni dade de controle da unidade lógica e aritmética e dos registradores Depois passamos pelo funcionamento do processador para entender como ele trata as execuções de instrução e como cada ciclo funciona E vimos conceitos de para lelismo no processamento para entender melhor como as instruções podem ser executadas de forma simultânea Depois passamos ao estudo da memória seus tipos e como funciona a ques tão de gravar e recuperar informações nela usando os endereços para acesso Por fim vimos a hierarquia de memória detalhando melhor cada tipo de memória utilizada em um sistema de computação Espero que você ainda esteja firme e forte para a última unidade que está chegando por aí 137 1 Uma CPU também conhecida como processador funciona como a parte central de um computador sendo responsável por todos os cálculos como se fosse o cérebro da máquina O tempo todo o processador trabalha com infor mações e as troca com a memória e com os dispositivos de entrada e saída Considerando o texto anterior assinale o que é usado para transferir as infor mações de um ponto a outro em um computador a Polling b Chipset c Interface d Registrador e Barramento 2 Todos os programas utilizados em um computador são copiados de forma temporária para a memória principal por ela ter uma velocidade muito maior do que a velocidade de memórias secundárias Ela não consegue porém arma zenar dados de forma permanente Considerando o texto anterior avalie as afirmações a seguir I Apesar de ser mais lenta a memória secundária é mais barata quando pensamos no preço por bytes Por isso que esse tipo de memória costuma ter uma capacidade de armazenamento bem maior do que o da memória principal II A memória principal sempre é mais veloz do que a memória secundária por conta do tempo despendido na busca de informações em disco Por ser sempre em formato de disco internamente há uma demora na rotação e posicionamento até a informação desejada III O tipo de armazenamento de dados em memória secundária pode ser mag nético ou não Como exemplos de armazenamento não magnético temos os CDs e os DVDs Assinale a alternativa que apresenta as afirmativas corretas a Somente as afirmativas I II e III estão corretas b Somente a afirmativa II está correta c Somente as afirmativas I e II estão corretas d Somente as afirmativas I e III estão corretas e Somente as afirmativas II e III estão corretas 138 3 Adaptado ENADE 2014 O barramento é o elemento de conexão entre to dos os componentes do computador como memória CPU e dispositivos de entrada e saída O barramento de dados é o meio por onde serão trafegados os dados o barramento de endereços transporta a informação do endereço do dispositivo que poderá acessar o barramento de dados e o barramento de controle serve para determinar o sentido do fluxo de dados se os dados são de entrada ou saída da CPU e se os dados devem ser destinados à memória ou a dispositivos de IO e também para controlar o clock no barramento STALLINGS W Arquitetura e Organização de Computadores 8 ed São Pau lo Pearson Pratice Hall 2010 adaptado Considerando um computador com um barramento de dados de 3 bits e barra mento de endereços de 4 bits ele poderá endereçar respectivamente quantas posições de memória e quantos dispositivos de IO a 16 e 16 b 16 e 8 c 8 e 8 d 8 e 4 e 4 e 8 139 4 Parte do problema de limitação de velocidade do processador referese à dife rença de velocidade entre o ciclo de tempo do processador e o ciclo de tempo da memória principal Ou seja a memória transfere bits ao processador em velocidades sempre inferiores às que o processador pode receber e operar os dados o que acarreta muitas vezes a necessidade de acrescentar um tempo de espera para o processador MONTEIRO Mario A Introdução à organização de computadores 4 ed Rio de Janeiro LTC 2002 adaptado Considerando o texto anterior assinale a afirmativa correta em relação à fun ção da memória cache a A memória cache é uma memória flash muito mais rápida que a RAM e de acesso nãovolátil b A memória cache é uma espécie de memória virtual que aumenta a capaci dade da memória RAM c A memória cache fica dentro do processador para aumentar a velocidade dos ciclos de clock de informações d A memória cache copia blocos de dados muito utilizados da memória RAM para oferecer a informação mais rápido ao processador e A memória cache mantém um registro de todas as operações já executadas pelo processador para indicar mais rápido o que fazer no caso de repetir operações 140 5 Registradores são usados em sistemas de computação como lugares para ar mazenar uma grande variedade de dados tais como endereços contadores de programa ou dados necessários para a execução do programa Colocando de forma simples um registrador é um dispositivo de hardware que armazena dados binários NULL L LOBUR J Princípios básicos de arquitetura e organização de com putadores 2 ed Porto Alegre Bookman 2011 p 209 Considerando o texto anterior assinale a alternativa correta a Os registradores são pequenos componentes de memória que funcionam de forma muito rápida e ficam instalados dentro da memória principal b Por serem muito pequenos e para usos muito específicos os registradores são componentes baratos já que sua velocidade não causa impacto no res to do sistema c Os registradores ficam dentro do processador e armazenam por exemplo as instruções logo antes dela ser executada pela ULA d Registradores são os componentes de softwares escritos dentro do proces sador que indicam como e onde a informação será armazenada e O uso de registradores em um sistema computacional significa um grande impacto no armazenamento pois muito mais espaço é garantido para a me mória por conta do tamanho dos registradores 141 Controvérsia de RISC versus CISC Durante muitos anos a tendência geral na arquitetura e organização de computadores foi aumentar a complexidade do processador mais instruções mais modos de ende reçamento mais registradores especializados e assim por diante O movimento RISC representa uma quebra fundamental com a filosofia por trás desta tendência Natural mente o aparecimento de sistemas RISC e a publicação de artigos pelos seus proponen tes exaltando as virtudes de RISC levaram a uma reação por parte daqueles envolvidos no projeto de arquiteturas CISC O trabalho que foi feito avaliando os méritos da abordagem RISC pode ser agrupado em duas categorias Quantitativa tenta comparar o tamanho do programa e a velocidade de execução dos programas em máquinas RISC e CISC que usam tecnologias comparáveis Qualitativa analisa questões como suporte para linguagem de alto nível e uso otimi zado do estado atual de VLSI A maior parte do trabalho em avaliações quantitativas foi feito por aqueles que traba lham em sistemas RISC PATTERSON e PIEPHO 1982 HEATH 1984 PATTERSON 1984 e foi em grande parte favorável à abordagem RISC Outros analisaram a questão e não ficaram convencidos COLWELL et al 1985 FLYNN MITCHELL e MULDER 1987 DAVID SON e VAUGHAN 1987 Existem vários problemas ao se tentar fazer tais comparações SERLIN 1986 Não existem pares de máquinas RISC e CISC que sejam comparáveis em custo de ciclo de vida nível de tecnologia sofisticação do compilador suporte de sistema operacio nal e assim por diante Não existe nenhum conjunto de programas de teste definitivo Os desempenhos va riam com o programa É difícil separar os efeitos de hardware dos efeitos provenientes da capacidade em escrever compiladores A maioria das análises comparativas sobre RISC foram feitas em máquinas brinque dos em vez de produtos comerciais Além disso a maioria das máquinas comercial mente disponíveis possui propagandas que as destacam como uma mistura de carac terísticas RISC e CISC Assim uma comparação justa com uma máquina comercial real CISC por exemplo VAX Pentium é difícil 142 A avaliação qualitativa é quase que por definição subjetiva Vários pesquisadores vol taram a sua atenção para tal avaliação COLWELL et al 1985 WALLICH 1985 mas os resultados são na melhor das hipóteses ambíguos e certamente sujeitos à réplica PAT TERSON HENNESSY 1985 e é claro à tréplica COLWELL et al 1985 Em anos mais recentes a controvérsia RISC versus CISC sumiu quase que totalmente Isso aconteceu porque houve uma convergência gradual das tecnologias Com o au mento da densidade dos chips e da velocidade do hardware os sistemas RISC se torna ram mais complexos Ao mesmo tempo em um esforço para obter o máximo desem penho os modelos CISC focaram em questões tradicionalmente associadas com RISC como um aumento no número de registradores de uso geral e mais ênfase no projeto do pipeline de instruções Fonte Stallings 2010 p 424425 Material Complementar MATERIAL COMPLEMENTAR Como funciona um processador Vídeo de animação humorística que ilustra bem o comportamento de um processador durante o funcionamento do computador O vídeo é dos anos 2000 tem termos antigos mas é muito bom Web httpswwwyoutubecomwatchvVwguixRZsbo Como funciona o Pen Drive ART 614 Artigo do Prof Newton C Braga explicando com detalhes como funciona um pendrive e como os dados são armazenados na memória flash Web httpwwwnewtoncbragacombrindexphpcomofunciona3619art614 Cientistas explicam como armazenar 700 TB de dados em um grama de DNA Esse artigo fala um pouco a respeito de uma técnica de armazenamento de dados em DNA e quanto de de dados podem ser armazenados Web httpstecnoblognet110981armazenamentodadosgramadna REFERÊNCIAS MONTEIRO M A Introdução à organização de computadores 4 ed Rio de Janei ro LTC 2001 498 p NULL L LOBUR J Princípios básicos de arquitetura e organização de computa dores 2 ed Porto Alegre Bookman 2011 822 p STALLINGS W Arquitetura e organização de computadores 8 ed São Paulo Pe arson Prentice Hall 2010 TANENBAUM A S Organização estruturada de computadores 6 ed São Paulo Pearson Prentice Hall 2013 REFERÊNCIAS ONLINE 1Em httpsvidadeprogramadorcombr20140219oqueaindafalta GABARITO 145 1 E 2 D 3 A 4 D 5 C GABARITO UNIDADE V Professor Me Andre Abdala Noel INTERAÇÃO HOMEMMÁQUINA Objetivos de Aprendizagem Conhecer como se dá a entrada e saída de dados de um computador e seus dispositivos Entender qual é a função do sistema operacional de uma máquina Analisar como os aplicativos são executados e como podem ser desenvolvidos Estudar um pouco sobre diferentes licenças de software e sua importância Plano de Estudo A seguir apresentamse os tópicos que você estudará nesta unidade Entrada e Saída ES Sistemas operacionais Aplicativos e desenvolvimento Licenças de software INTRODUÇÃO Chegamos à nossa última unidade Aaaaaahhhhhh A plateia emite um som de tristeza Eu sei eu também estava me divertindo bastante mas eu tenho algo a dizer que vai alegrar o seu coração essa não é uma daquelas disciplinas que o mais difícil fica pro final Essa unidade é um tanto light e é bem mais próxima à sua realidade assumindo mais uma vez que você não seja uma máquina que está lendo e indexando este livro Existe uma área de estudo chamada Interação HumanoComputador ou Interação HomemMáquina que visa estudar questões de usabilidade para per ceber como o homem tem interagido com a máquina e como isso pode melhorar mas não é isso o que estudaremos nesta unidade Escolhi esse nome para a unidade porque sairemos lá das entranhas do com putador para chegar mais próximo ao ser humano ao usuário Veremos algumas formas em hardware e software que são usadas para as pessoas efetivamente utilizarem as máquinas interagirem com elas Primeiro veremos como funciona a entrada e saída de um computador É uma parte muito importante do estudo porque sem a entrada e saída pessoas e máquinas não conversariam um seria um inútil para o outro Depois passaremos a falar de software iniciando pelos sistemas operacio nais Um sistema operacional é um pedaço de software que utilizamos todos os dias e muitas vezes não sabemos exatamente pra que ele serve e o que ele faz sabemos que é o nome dele que aparece quando ligamos a máquina Em seguida passaremos aos programassistemasaplicativos que são o que a gente quer usar quando pega um computador ou smartphone mas vou gene ralizar em computador o que são esses programas e como eles rodam Por fim veremos um pouco sobre as licenças de software que implicam em como o aplicativo é distribuído e como as pessoas podem fazer uso deles Bom como você já sabe é hora de preparar aquele café gostoso para rechear o nosso cérebro de conhecimento Introdução Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 149 INTERAÇÃO HOMEMMÁQUINA Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 V U N I D A D E 150 ENTRADA E SAÍDA ES Agora você está lendo esse livro na versão digital Ou na versão impressa Neste exato momento em que estou escrevendo o livro estou utilizando muito a entrada de dados para colocar esse monte de letrinhas em um sistema computacional e a saída para conferir se as letras foram para os lugares certos Você que está lendo o que escrevi você já está no futuro para mim utilizou o processo de saída de dados do computador seja para a versão digital ou para a versão impressa Vamos relembrar mais uma vez a arquitetura de computadores proposta por von Neumann lá nas primeiras gerações de computadores Figura 1 Modelo de arquitetura de von Neumann Fonte o autor Resumindo qualquer computador pode ser resumido em três partes entrada processamento e saída Já gastamos um bom tempo falando sobre a parte de processamento agora vamos falar um pouco sobre a entrada e saída de dados Na imagem pomposa anterior parece que a entrada e a saída são apenas detalhes mas elas são muito importantes no uso de um computador Eu cos tumo dizer que para um usuário comum um computador é melhor representado pela seguinte imagem Entrada e Saída ES Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 151 Figura 2 Modelo de arquitetura segundo o usuário Fonte o autor Para um usuário leigo o importante é que ele possa entrar os dados necessá rios o computador faz sua mágica e retorna os dados esperados Portanto a entrada e a saída podem ser enxergadas por ele como as partes mais importan tes de um sistema de computação De uma forma mais elegante O sistema de entrada e saída ES em um computador é responsável pela ligação do processador ao mundo externo Essa ligação fazse através de dados entre dispositivos periféricos e o processador ou diretamente entre dispositivos periféricos e a memória WEBER 2000 p 85 SISTEMA DE ENTRADA E SAÍDA Um sistema de ES é composto de vários componentes diferentes Não focare mos o nosso estudo em dispositivos de ES porque eles mudam muito de acordo com os equipamentos do momento Direcionaremos nosso estudo a entender o que compõe um sistema de ES e como se dá a comunicação com o computador Periféricos são definidos como periféricos quaisquer dispositivos que possam ser conectados e que efetuem troca de dados com o computador Podemos ter periféricos de entrada que são aqueles que só transferem dados ao computador mouse teclado joystick etc periféricos de saída aqueles que recebem os dados do processador monitor impressora placa de som etc periféricos de entrada e saída que enviam e recebem dados pendrives CDRW cartões de memória etc ou ainda os periféricos de comunicação que permitem a comunicação com outras máquinas eou pessoas modem placa de rede etc INTERAÇÃO HOMEMMÁQUINA Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 V U N I D A D E 152 Interface é o componente de hardware que fica entre o processador e o periférico A interface é quem define como os dados serão transferidos Controlador parte da interface que controla a transferência de dados O controlador e a interface muitas vezes são considerados sinônimos Driver elemento de software que contém as funções para a comunica ção da interface com o sistema operacional Porta de ES o processador possui um determinado número de portas ou endereços de ES destinados à comunicação com os periféricos por via de suas interfaces e controladores Barramento já vimos que são conjuntos de fios que transportam dados endereços e sinais de controle Há barramentos dentro do processador e barramentos externos Assim como há o barramento de memória que liga o processador à memória há o barramento de expansão que conecta o processador às interfaces e controladores de ES WEBER 2000 TRANSFERÊNCIA DE DADOS DE ES Os dados trafegados pela entrada e saída precisam ser transferidos do computador ou para o computador Essa transferência de dados pode ser com o processador por interrupção ou polling ou pode ser direto com a memória Estudaremos esses três tipos de transferência Interrupções Os sinais de entrada e saída muitas vezes precisam ser tratados de forma ime diata pelo processador Ninguém gosta quando acontece de digitar uma tecla no teclado e ela demora para aparecer na tela Ainda a resposta no monitor precisa ser imediata Para isso o processador precisa tratar algumas entradas e saídas no momento em que são requisitadas Por outro lado o processador não pode ficar o tempo todo atento aos sinais de entrada e saída senão ele desperdiça tempo de processamento esperando sinais que podem nem ocorrer Não tem como prever quando o usuário vai mexer o mouse quando vai clicar quando vai digitar ou parar de digitar Entrada e Saída ES Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 153 Nesse ponto é que entram as interrupções que são os mecanismos que o processador usa para tratar eventos de ES Essencialmente as interrupções per mitem que os dispositivos solicitem que o processador pare o que está fazendo no momento e execute um software para processar a solicitação do dispositivo CARTER 2003 p 204 Esse processo é parecido com uma chamada de pro cedimento de software mas iniciada pelo dispositivo externo Figura 3 Processamento de interrupção simples Fonte Stallings 2010 INTERAÇÃO HOMEMMÁQUINA Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 V U N I D A D E 154 Além das interrupções de hardware o termo interrupção também foi ado tado para interrupções de software e interrupções internas ao processador Uma interrupção de software é resultado de uma instrução que provoca a ativação do mecanismo de tratamento de interrupção Uma interrupção do processa dor pode ser também classificada como interrupção de software porque são resultados de instruções e síncronas ao programa em execução As interrupções do processador porém são resultados da ocorrência de exceções que estudamos em tratamento de exceções em programação WEBER 2000 Polling Vimos que as interrupções de hardware ocorrem de forma assíncrona e o processador trata a entrada ou a saída apenas quando recebe a requisição de interrupção Uma alternativa a essa forma é o polling que funciona basicamente de forma oposta às interrupções O processo de polling consiste em deixar o processador atento verificando periodicamente os dispositivos de ES para identificar se há dados a serem tra tados Isso pode melhorar o desempenho do sistema se o processador não tiver realizando outros trabalhos durante as operações de ES CARTER 2003 Ainda para tratar uma exceção o processador precisa guardar o estado do que está fazendo parar e tratar a interrupção o que ocasiona uma espera ainda que pequena para tratar ES Em relação ao sistema como um todo as desvantagens trazidas pelo polling fazem com que as interrupções sejam preferidas na maioria dos casos Em resumo as vantagens do polling são sentidas apenas durante as transferências de dados Uma desvantagem significativa é que ele ocupa os recursos de processamento mesmo quando não há operações de ES Outra desvantagem é que o polling exige que o sistema operacional ou o programa em execução fique fazendo a sonda gem nas entradas e saídas na frequência específica CARTER 2003 Portanto as interrupções são os métodos mais usados mas os sistemas podem entrar em modo de polling quando precisarem de um tratamento mais exclusivo para ES Entrada e Saída ES Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 155 Acesso direto à memória DMA Nem todas as informações de entrada e saída precisam passar pelo processador existe também uma forma de comunicação direta entre os componentes de ES e a memória chamada de acesso direto à memória DMA Para que o DMA seja utilizado é preciso que o computador tenha um módulo adicional no barramento de sistema o módulo de DMA Esse módulo conse gue simular o processador e assumir o controle do barramento de sistema para transferir a informação direto da ES para a memória e da memória para ES STALLINGS 2010 A transferência de dados exige que a DMA controle o barramento de siste mas quando não está sendo utilizado pelo processador ou ainda o DMA pode usar uma técnica conhecida como roubo de ciclo forçando o processador a sus pender a operação que estava fazendo para controlar o barramento pelo menos por um ciclo STALLINGS 2010 Muitos barramentos podem operar em dois modos modo palavra e modo bloco Alguns controladores de DMA também são capazes de operar em ou tro modo No modo palavra operação funciona como descrita anteriormen te o controlador de DMA solicita a transferência de uma palavra e consegue Se a CPU também quer o barramento ela tem que esperar O mecanismo é chamado de roubo de ciclo pois o controlador de dispositivo rouba da CPU um ciclo do barramento a cada vez alternando No modo bloco o controlador do DMA diz ao dispositivo para obter o barra mento emite uma serie de transferências e então libera o barramento Esse modo de operação é chamado de modo surto Este é mais eficiente que o anterior pois várias palavras podem ser transferidas com uma aquisição do barramento A única desvantagem do modo surto é que ele pode bloquear a CPU e outros dispositivos por um período grande de tempo caso um lon go surto tenha de ser transferido Fonte Moreno 2013 online¹ INTERAÇÃO HOMEMMÁQUINA Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 V U N I D A D E 156 INTERFACES PARA PERIFÉRICOS Sabemos que os periféricos são componentes externos ao computador e que precisam ser conectados de alguma forma Cada periférico tem as suas parti cularidades por isso a forma de conexão pode ser diferente Percebese isso ao olhar um computador por trás e ver a quantidade de conectores diferentes Em geral essas interfaces podem ser de forma serial ou paralela A diferencia ção de ambas é simples Uma interface paralela é uma interface que possui uma ligação por meio de várias linhas que transmitem os bits em paralelo A quanti dade de linhas varia de acordo com o tamanho de palavra que a interface transfere Já a interface serial utiliza apenas uma linha e os bits são transferidos de forma serial ou seja um depois do outro STALLINGS 2010 Figura 4 Vista dos conectores das interfaces ligadas à placamãe Em geral as interfaces paralelas eram mais utilizadas para dispositivos que precisa vam de uma transferência de dados mais rápida porém com o avanço das interfaces seriais de alta velocidade as interfaces paralelas foram sendo deixadas de lado Entrada e Saída ES Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 157 Essa interface serial de alta velocidade é conhecida como barramento serial universal mas é mais conhecida pela sua sigla em inglês USB Universal Serial Bus Em 1993 representantes de sete empresas Compaq DEC IBM Intel Microsoft NEC e Northem Telecom se reuniram para buscar a melhor maneira de anexar dispositivos de ES a um computador Desde então centenas de outras empresas se juntaram a elas O padrão resultante lançado oficialmente em 1998 é denominado USB Universal Serial Bus barramento serial universal e é amplamente executado em computadores pessoais Alguns dos objetivos das empresas que conceberam o USB original e iniciaram o projeto eram os seguintes 1 Usuários não terão de ajustar comutadores ou pontes em placas ou dispositivos 2 Usuários não terão de abrir a torre para instalar novos dispositivos de ES 3 Haverá apenas um tipo de cabo que servirá para conectar todos os dispositivos 4 A energia para os dispositivos de ES deve ser fornecida por esse cabo 5 Até 127 dispositivos poderão ser ligados a um único computador 6 O sistema deve suportar dispositivos de tempo real por exemplo som telefone 7 Os dispositivos poderão ser instalados com o computador em fun cionamento 8 Não será preciso reiniciar o computador após a instalação do dispo sitivo 9 O custo de produção do novo barramento e de seus dispositivos de ES não deve ser alto TANENBAUM 2013 p 180 Sabemos que o padrão deu certo e hoje estamos aproveitando a versão 30 do padrão USB que permite velocidade de transferência de até 5 Gbps gigabits por segundo INTERAÇÃO HOMEMMÁQUINA Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 V U N I D A D E 158 SISTEMAS OPERACIONAIS Alguém disse uma vez que um sistema operacional está funcionando bem quando não se percebe que ele está ali E é verdade o mau funcionamento do sistema operacional é o que mais nos faz lembrar de sua existência Então qual é a real função de um sistema operacional Resposta curta ele possibilita o funcionamento do seu Whatsapp ou qual quer outro programa que você usa Em uma resposta mais longa nós utilizamos o computador por causa dos programas que queremos utilizar editor de textos navegador player de vídeos etc e esses programas precisam ser escritos de uma forma que o computador entenda ou seja precisa rodar na arquitetura que já estudamos Escrever programas para uma determinada arquitetura porém é demasiado e trabalhoso Você precisa aprender as operações do processador na arquite tura específica precisa lidar com as entradas e saídas manipular os dados em memória e o pior de tudo você precisa criar uma versão de código para cada arquitetura que desejar utilizar A função do sistema operacional é estar entre a arquitetura e os programas aplicativos de forma que o sistema operacional é quem cuida de toda essa parte de comunicação com a arquitetura e fornece bibliotecas de funções e interfa ces que podem ser utilizadas pelos programas Assim um programa pode ser escrito para um sistema operacional e o sistema operacional cuida de executar o programa corretamente para todas as arquiteturas que o SO dê suporte Você pode usar diferentes periféricos ou diferentes organizações de computador para um mesmo software Sistemas Operacionais Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 159 Se você imaginou o sistema operacional como um hambúrguer entre dois pães sendo o pão de baixo o hardware e o pão de cima sendo os programas aplicativos é basicamente assim que funciona Por cima do pão superior ainda podemos ter o gergelim que seriam os usuários que possuem contato com os aplicativos que têm contato com o sistema operacional que tem contato com a parte de hardware Figura 5 Representação de relacionamento entre usuários aplicativos sistema operacional e hardware Fonte o autor Ou ainda pensando na troca de informações entre as partes podemos pensar no seguinte diagrama Figura 6 Representação de relacionamento entre usuários aplicativos sistema operacional e hardware com suas trocas de informação Fonte o autor INTERAÇÃO HOMEMMÁQUINA Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 V U N I D A D E 160 FUNÇÕES DO SISTEMA OPERACIONAL Formalmente um sistema operacional é um conjunto de programas que geren ciam os recursos do computador e o funcionamento dos programas De forma geral o sistema operacional tem três funções básicas Controlar os recursos do sistema de computação Executar os programas do computador Gerenciar dados WEBER 2012 EXEMPLOS DE SISTEMAS OPERACIONAIS Quando pensamos em sistemas opera cionais costumamos pensar em um ou dois principais Se pararmos para contar provavelmente listaremos 5 principais Windows Linux MacOS Android e iOS mas existem muitos sistemas operacionais diferentes com diferentes caracterís ticas Vamos listar alguns UNIX e Linux O UNIX é um sistema operacional bem conhecido e bem confiável na área de redes e servidores Ele foi desenvolvido na década de 1970 por Ken Thompson nos Laboratórios Bell Bell Labs que fez a primeira versão depois aprimo rou junto com Dennis Ritchie que é o criador da linguagem C Um artigo de Thompson e Ritchie sobre o UNIX foi publicado em 1974 TANENBAUM 2013 Em 1987 o professor Andrew Tanenbaum criou uma versão simplificada do UNIX chamada MINIX para ser utilizada para fins acadêmicos Um de seus alunos Linus Torvalds após se familiarizar com o MINIX resolveu escrever um sistema similar baseado em UNIX o Linux TANENBAUM 2013 Sistemas Operacionais Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 161 O Linux foi publicado online em 1991 era um kernel livre utilizando os progra mas GNU e logo conseguiu voluntários pelo mundo todo Hoje em dia o Linux é um sistema em software livre bem estabelecido no mercado de servidores e tem ganhado muitos usuários de sistema desktop graças às suas versões cha madas distribuições Windows Não é preciso apresentar o sistema operacional Windows pois ele é o mais uti lizado em computadores pessoais e também já falamos um pouco sobre ele na primeira unidade Podemos ressaltar que o Windows porém começou como uma interface grá fica para o MSDOS que era um sistema monousuário e monotarefa ganhando boa parte das características mais modernas a partir do Windows 9 enquanto o UNIX trabalhava com multiusuários e multitarefas desde as versões iniciais Em muitas decisões de projeto o Windows e o UNIX seguem caminhos bem diferentes que podem afetar a forma de programação como a forma de realizar chamadas ao sistema Na década de 1980 diversas universidades pelo mundo usavam sistemas com UNIX Como ele tem uma licença proprietária em 1984 um rapaz cha mado Richard Stallman decidiu criar uma versão livre do UNIX e o batizou de GNU um acrônimo recursivo para Gnu is Not Unix o que começou com todo o movimento de software livre porém ele começou criando os progra mas que eram compatíveis com o kernel núcleo do UNIX para depois criar o kernel que foi chamado de GNU Hurd O GNU Hurd nunca chegou a ficar pronto em um nível competitivo mas os programas do projeto GNU foram o que possibilitou a vida do Linux que co meçou a ser criado direto pelo kernel já que haviam os programas compa tíveis com o padrão POSIX que é o padrão do UNIX É por isso que até hoje muita gente incluindo o Richard Stallman insistem de que o Linux deve ser chamado sempre de GNULinux Fonte o autor INTERAÇÃO HOMEMMÁQUINA Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 V U N I D A D E 162 Fora do núcleo estão os programas do usuário e a biblioteca do siste ma usada como interface para o sistema operacional Ao contrário dos sistemas UNIX a Microsoft não encoraja os programas do usuário a fazerem chamadas diretas ao sistema Em vez disso eles devem fazer chamadas de procedimento na biblioteca Para padronizar as diferentes versões do Windows a Microsoft definiu um conjunto de chamadas denominado API Win32 Mais tarde quando o Windows foi por tado para máquinas de 64 bits a Microsoft mudou o nome Win32 para abranger ambas as versões de 32 bits e 64 bits mas para nossa finali dade é suficiente examinar a versão de 32 bits A filosofia da API Win32 é completamente diferente da filosofia do UNIX Nessa última as chamadas de sistema são todas conhecidas do público e formam uma interface mínima remover ainda que uma só delas reduziria a funcionalidade do sistema operacional A filosofia da Win32 é proporcionar uma interface muito abrangente que muitas ve zes oferece três ou quatro modos de fazer a mesma coisa e inclui mui tas funções que claramente não deveriam ser e não são chamadas de sistema tal como uma chamada da API para copiar um arquivo inteiro TANENBAUM 2013 p 384 O sistema Windows passou por diversas versões algumas mais populares como a versão XP que passou mais de 7 anos como a versão principal de muitos com putadores ainda com o Windows 10 como a versão mais atual diversos usuários ainda utilizam a versão XP também passou por versões menos populares como o Windows Me que ficou muito pouco tempo em atividade Ainda assim o Windows é o sistema operacional mais utilizado entre os sistemas desktop Mac OS X Já vimos alguns rumos da Apple durante a unidade I Vale ressaltar aqui que quando Steve Jobs retornou à Apple com sua empresa NeXT ele utilizava em seus sistemas um kernel chamado Mach que também era derivado do UNIX Com o seu retorno o sistema operacional da Apple foi todo remodelado e deu origem ao Mac OS X passando também a ter seu kernel baseado em UNIX MUHAMMAD 2002 Com isso o Mac OS X herdou as boas propriedades do UNIX em seu sistema Os sistemas da Apple são conhecidos por terem um bom desempenho princi palmente para processamento de imagens e vídeos Em parte o bom desempenho Aplicativos e Desenvolvimento Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 163 se deve ao fato de que o sistema operacional roda apenas em hardware próprio com hardware bem dimensionado e controlado enquanto a plataforma PC pos sui diversos clones como já vimos e diferentes configurações e periféricos que precisa dar conta iOS e Android Às vezes falamos sobre sistemas operacionais e nos esquecemos das plataformas móveis como é uma tecnologia recente a maioria dos livros sobre arquitetura de computadores ou sistemas operacionais nem os menciona Já comentamos anteriormente que dispositivos móveis como smartphones ou tablets também podem ser considerados como computadores e seguem um padrão de arquitetura que pode ser resumido em entradaprocessamentosaída O sistema operacional iOS da Apple é executado apenas em dispositivos da própria Apple basicamente nas versões do iPhone e iPad É um sistema ope racional proprietário e segue a mesma ideia do Mac OS X que tem ganhos de desempenho ao não ter que lidar com muitas variações de hardware Enquanto isso o Android é um sistema operacional em código aberto Licença Apache 20 baseado em Linux e mantido pela Google Ele roda em dispositivos de diversas fabricantes em smartphones tablets e ainda diversos outros disposi tivos É um sistema que também tem que dar suporte a diversos dispositivos e a qualidade às vezes depende de como os fabricantes o implementam e o man têm mas não perde para a linha da Apple em aparelhos tops de linha APLICATIVOS E DESENVOLVIMENTO Como já foi dito a parte dos aplicativos é a parte que realmente importa ao usuário no dia a dia Já vimos também que um aplicativo é um software que geralmente roda sobre o sistema operacional INTERAÇÃO HOMEMMÁQUINA Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 V U N I D A D E 164 Um aplicativo pode usar termos diferentes para definilo e isso muda com o passar do tempo Pode ser chamado de programa sistema aplicação app abreviação ou simplesmente software O sistema operacional é quem cuida da execução de um aplicativo Para ser executado o aplicativo pode estar em um arquivo binário que é reconhecido com um arquivo executável pelo sistema operacional ou pode ser executado sobre um interpretador de software que lê o programa e o executa LINGUAGENS DE PROGRAMAÇÃO Software ou programa de computador é um conjunto de instruções passado ao computador para que este resolva um determinado problema Esse conjunto de instruções precisa ser escrito em alguma linguagem de programação a fim de que o computador entenda as instruções Uma linguagem de programação se assemelha em muitos fatores às lin guagens utilizadas pelas pessoas Ela possui um conjunto de palavras válidas uma gramática um emissor e um receptor etc A linguagem de programação mais primitiva seria a linguagem de máquina que basicamente consiste em utilizar as instruções do processador direto em código binário Pelo que aprendemos sobre binários dá pra perceber como não seria legal programar em linguagem de máquina mas é o que era utilizado na primeira geração de programadores MONTEIRO 2002 Depois temos diferentes níveis de linguagens de pro gramação Dizemos que uma linguagem é de baixo nível se ela se aproxima mais da lingua gem de máquina e de alto nível se é mais próxima da lingua gem natural linguagem que falamos se afastando bastante da linguagem de máquina Aplicativos e Desenvolvimento Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 165 COMPILAÇÃO X INTERPRETAÇÃO Não existe uma linguagem que seja melhor do que as outras as linguagens cos tumam ser melhores em alguns aspectos e piores em outros Existem vários aspectos que precisam ser analisados na hora de escolher uma linguagem sendo o principal o tipo de problema que queremos resolver Durante o processo de programação existe uma parte onde o programa dor é o responsável e outra parte que fica por conta do computador A parte do programador é basicamente a escrita do códigofonte enquanto o com putador é responsável por fazer esse código virar um programa executável O códigofonte é um arquivo em texto puro plain text que contém as ins truções de acordo com a sintaxe de uma linguagem de programação De acordo com a linguagem esse código pode ser compilado ou interpretado Em linhas gerais o processo de compilação consiste em transformar o códigofonte que você escreveu em um arquivo executável aqueles arquivos exe caso você use Windows Esse processo é utilizado por linguagens como C Pascal Java e ObjectiveC O processo de compilação está detalhado na ima gem a seguir Existem centenas talvez milhares de linguagens de programação e suas derivadas então pode ter certeza de que você nunca vai aprender todas O ranking Tiobe tiobecom lista quais são as linguagens mais populares no momento pelo mundo vale a pena conhecer Uma outra boa ferramenta é o replit esse é o nome e também a URL que é um ambiente de desenvolvimento que roda direto no navegador e permite você usar 30 linguagens de programação diferentes Você não vai usar para projetos grandes mas é interessante para testar código e até mesmo conhe cer outras linguagens Fonte o autor INTERAÇÃO HOMEMMÁQUINA Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 V U N I D A D E 166 Figura Processo de compilação de um programa Fonte o autor O processo de interpretação é similar com a diferença que ele não gera um arquivo executável final o códigofonte é interpretado toda vez que o sistema precisa ser executado Pode parecer estranho e nãousual mas é o processo uti lizado por linguagens como Python JavaScript PHP Lua e Ruby O processo de compilação de um programa é feito de acordo com a arqui tetura onde o programa deve rodar Programas que serão executados em Windows 32 e 64 bits por exemplo devem ser compilados para o Windows 32 e também compilados para Windows 64 o que resulta em arquivos exe cutáveis diferentes A linguagem Java foi criada com o propósito de ser multiplataforma Para isso ela possui o conceito de máquina virtual Os programas em Java ainda são compilados mas não para um executável final A compilação gera um arquivo que será executado pela máquina virtual O mesmo código com pilado pode ser executado em qualquer arquitetura desde que possua a máquina virtual Java instalada Fonte o autor Licenças de Software Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 167 LICENÇAS DE SOFTWARE No início da computação o que realmente tinha valor era o hardware o software era apenas algo necessário para o hardware funcionar O preço dos computa dores era definido basicamente pelo maquinário Esse conceito começou a mudar na década de 1980 com Bill Gates e a Microsoft que foi criada exclusivamente para trabalhar com software e ven der as suas soluções Sua principal concorrente a Apple sempre trabalhou com hardware e software juntos então não estavam muito preocupados com isso A Microsoft conseguiu licenciar seus sistemas para a IBM o que a fez crescer muito no início e foi quem popularizou muito as licenças de software aque las que você nunca lê e clica no botão eu concordo com os termos da licença O próprio UNIX era um software proprietário Richard Stallman que começou o movimento software livre certa vez disse como antes não existia essa noção de propriedade de software as pessoas utilizavam copiavam para quem precisava e só Estudaremos aqui algumas classificações de software em termos de suas licenças SOFTWARE PROPRIETÁRIO Iniciamos pelo software proprietário por já termos comentado sobre ele Basicamente é a forma mais comum o criador do software é o seu dono e define os termos de como o software pode ser utilizado ou revendido INTERAÇÃO HOMEMMÁQUINA Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 V U N I D A D E 168 Cada software pode ter os seus próprios termos de licença por isso é impor tante ler os termos com atenção FREEWARESHAREWARE Freewares e sharewares são parecidos Ambos são softwares proprietários mas distribuídos de forma gratuita A diferença é que o freeware não confunda freeware com free software é simplesmente distribuído de forma gratuita enquanto o shareware é uma versão de demonstração às vezes com limitação de funcionalidades e outras vezes com limitação de tempo de uso que podem ser liberados mediante a compra da licença SOFTWARE LIVRE E CÓDIGO ABERTO Programas distribuídos como software livre ou código aberto não são progra mas sem licença mas possuem uma licença que garante a qualquer um algumas liberdades dentre elas a de ter acesso ao códigofonte do programa Licenças de software livre e código aberto são bem parecidas mas não são a mesma coisa Um software livre garante o que são chamadas de 4 liberda des básicas 0 A liberdade de executar o software para qualquer uso 1 A liberdade de estudar o funcionamento de um programa e de adaptálo às próprias necessidades 2 A liberdade de redistribuir cópias do software 3 A liberdade de melhorar o programa e de tornar as modificações públi cas de modo que a comunidade inteira beneficie da melhoria As liberdades 1 e 3 exigem que haja acesso ao códigofonte Na declaração ori ginal são descritas assim começando em zero Projeto GNU 2018 Licenças de Software Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 169 O código aberto é muito parecido mas com o foco mais comercial e menos na filosofia A ideia é basi camente a mesma a Open Source Initiative que mantém o movimento código aberto garante que é a mesma coisa apenas com o foco um pouco diferente e o código open source não restringe a licença de outros softwares distribuí dos juntos Como os termos são muito parecidos também é comum encontrar o termo FLOSS FreeLibre and Open Source Software que é simples mente uma junção de todas as definições em torno de sof tware livre e open source para que englobe os diferentes pontos de vista DOMÍNIO PÚBLICO Um software em domínio público é simplesmente um software que não possui autoria Com isso pode ser usado por qualquer um e para quaisquer fins Na prática o autor abre mão de qualquer forma de licença e autoria Era a forma mais comum de software nas décadas de 1970 e 1980 os sof twares simplesmente existiam Hoje em dia as licenças de software desempenham um papel muito impor tante assim como os termos de uso e política de privacidade que costumamos ver gerando alguns problemas e escândalos mas que seriam um ótimo assunto para um outro momento INTERAÇÃO HOMEMMÁQUINA Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 V U N I D A D E 170 CONSIDERAÇÕES FINAIS Assim terminamos essa etapa em nossa jornada de conhecimento Espero ter aju dado e despertado em você pelo menos uma pequena curiosidade uma pequena chama para que você continue sempre estudando e se atualizando Nossa área está em constante mudança em constante evolução Muita gente quer começar a estudar pelas últimas tecnologias e linguagens de programa ção Você fez bem e veio aprender as bases isso fortalece muito as estruturas do nosso conhecimento Nós vimos nesta última unidade como funcionam os dispositivos de entrada e saída como se dá a comunicação deles com o processador e com a memória O tempo todo em que estamos utilizando um computador estamos utilizando entrada e saída Depois vimos para que servem os sistemas operacionais e quais são as suas funções vimos que ele é o responsável por fazer os programas funcionarem e faz toda a parte de gerenciamento de hardware fornecendo aos programas as funções que eles precisam Então passamos aos softwares aplicativos como são executados e como desenvolvêlos com uma noção inicial de compilação e interpretação Para quem está começando logo vai aprender nas aulas de algoritmos e de programação sobre todo o processo na prática Por fim fechamos com as diferentes licenças de software pois é impor tante para quem desenvolve e para quem usa saber como funcionam as licenças e permissões de uso de software O mercado de software está bem aberto e é importante saber como funciona para conhecer também qual estratégia de licenciamento utilizar Vários dos assuntos vistos aqui você vai rever e se aprofundar em futuras disciplinas A intenção é que você aprenda bem os fundamentos para que eles abram as portas por toda a carga de conhecimento que vem pela frente Continue firme continue estudando e se aprimorando e seja o melhor que você puder em tudo o que você fizer 171 1 Além da velocidade do processador e a velocidade de acesso à memória prin cipal as entradas e saídas de um dispositivo podem impactar no desempenho do sistema Como as requisições de entrada e saída não possuem um momen to certo para acontecer há um mecanismo utilizado pelos processadores para tratar essas requisições Considerando o texto anterior assinale a afirmativa com o nome dado a esse mecanismo de tratamento das entradas e saídas em um processador a Eventos b Requisições c Interrupções d Módulo de ES e Barramento de ES 2 Existem diferentes interfaces de comunicação utilizadas para entrada e saída de dados Todas elas são projetadas para transmitir bits de dados mas a forma de transmissão pode variar Um dos tipos de interface transmite conjuntos de bits geralmente 8 bits de forma simultânea e eles devem chegar no destino também de forma simultânea Considerando o texto anterior assinale o tipo de interface referenciada pelo texto a Interface USB b Interface COM c Interface serial d Interface paralela e Interface dinâmica 172 3 Chamamos de dispositivos de entrada e saída aos dispositivos encarregados de incorporar e extrair informação de um computador Eles se enquadram dentro da denominada Arquitetura de Von Neumann que explica as principais partes de um computador estes periféricos operam através de interrup ções que fazem com que os processos executados sejam suspendidos tempo rariamente Assim os dispositivos de entrada e saída enviam interrupções ao processador Conceitos Dispositivos de Entrada e Saída Conceito o que é significado Online Disponível em httpsconceitoscomdispositivosdeentradae saida Acesso em 23 ago 2018 Considerando o texto associe os dispositivos indicando se o determinado dis positivo é de entrada ou saída coloque 1 para entrada e 2 para saída 1 Entrada 2 Saída Monitor Mouse Teclado Impressora Scanner 4 Um computador nunca sabe quando será gerado um evento de entrada ou saída Um dispositivo de entrada por exemplo mouse ou teclado pode ser acionado ou não a qualquer momento O processador constantemente fica realizando operações de cálculos e trocas de dados ele não pode perder tem po verificando a todo instante se há entrada ou saída Para tratar a entrada e sa ída de dados os processadores podem se utilizar de interrupções ou do polling Explique o que são interrupções e polling deixando clara a diferença entre ambos 173 5 Observe a tira Fonte vidadeprogramadorcombr Considerando a tira anterior assinale a alternativa correta a Um software livre é um programa que é distribuído gratuitamente b Um software livre é um programa de computador que foi disponibilizado sem nenhum tipo de licença c Um software livre é um programa que foi disponibilizado gratuitamente ou não que contém o códigofonte e cuja licença permite a alteração do códi gofonte assim como a redistribuição d Um software livre é um programa que foi disponibilizado gratuitamente ou não que contém o códigofonte e cuja licença permite o estudo do código fonte desde que não seja modificado e Um software livre é um programa que foi disponibilizado gratuitamente ou não que contém o códigofonte e cuja licença permite a alteração do códi gofonte desde que não seja redistribuído 174 6 O desenvolvimento de sistemas para computadores modernos não é feito mais em linguagem de máquina ou seja usando diretamente as instruções do processador a menos que seja necessário para algum fim específico Para isso utilizase linguagens de programação que possuem suas instruções que serão convertidas em algum momento para a linguagem de máquina sem que o programador precise conhecer a linguagem de máquina especificamente Considerando o texto assinale a afirmativa que contém qual é a camada que fica entre o programa desenvolvido e o hardware realizando essa ponte entre as instruções a Software b Compilador c Montador assembly d Sistema operacional e Camada de aplicação 175 5 linguagens de programação promissoras para se estudar Que tal aproveitar esse início de ano e traçar uma meta de estudos envolvendo as lin guagens mais promissoras para esse ano Se você é iniciante é uma ótima maneira de começar para poder estar apto ao que o mercado está pedindo Para você que já é da área nunca é demais estudar e se aprimo rar nas linguagens que você já conhece ou se aventurar em uma nova pois sabemos que em nossa área o estudo é constante então vamos começar JavaScript O JavaScript é uma linguagem que está praticamente em tudo Esse já é um bom motivo para o qual você não estará perdendo tempo estudando ele Vai chegar uma hora que você precisará saber nem que seja um pouco Além disso ele funciona tanto do lado do cliente como do servidor assim você também poderá criar aplicativos e até executálos em dispositivos IoT Internet das coisas O JavaScript é uma linguagem de programação universal e continuará sendo Caso você já domine ele pode dar uma olhada no TypeScript um superset de JavaScript Python O Python sempre foi uma linguagem popular para se aprender a programar justamente por ter uma sintaxe bem clara e fácil de se aprender Além do Python ser uma ótima linguagem de programação para iniciantes ela também se aplica para programadores mais experientes pois é uma linguagem vastamente uti lizada no mercado de trabalho O Python é uma linguagem que está em expansão principalmente na área de Machine Learning com R além de poder ser utilizada com vários propósitos É possível desen volver desde scripts até aplicações web e mobile C O C é uma das linguagens de programação mais modernas e populares hoje em dia e esse ano não será diferente Você pode utilizála para desenvolver para plataformas web dispositivos móveis e aplicações desktop Com a praticidade dessa linguagem você pode de forma relativamente fácil desenvol ver desde projetos mais simples até projetos complexos e multiplataforma Além disso o C é usado em Unity então se você deseja se aprofundar na área de games será realmente valioso para que assim você possa se aventurar nas experiências de AR Realidade Aumentada e VR Realidade Virtual 176 Go O Go é uma linguagem que vem subindo rapidamente sua popularidade É uma lin guagem simples mas muito poderosa Ela foi criada pela Google com o objetivo de ser uma linguagem de programação ideal e você poderá se surpreender do tanto que essa linguagem pode atender às suas expectativas Se você já tiver uma base de conhecimentos em programação se sentirá mais confortá vel em aprender Go Kotlin com Android O Kotlin é uma linguagem recente onde você pode desenvolver aplicativos para An droid com ela Agora a Kotlin é a linguagem oficial suportada na plataforma Android se tornando uma substituição gradual ao Java Com o apoio do Google e JetBrains não é surpresa que o Kotlin tenha tido um aumen to tão grande em popularidade Então se você deseja criar aplicativos para Android já pode começar a estudar o Kotlin Concluindo Vale lembrar que essas são as linguagens que julgamos promissoras para este ano Se você gosta eou precisa aprender alguma outra não há problema nenhum o importante é o estudo constante Fonte Guedes 2018 online² Material Complementar MATERIAL COMPLEMENTAR Revolutions OS Ano 2001 Sinopse com a participação de algumas das pessoas mais influentes da história como Richard Stallman Eric Raymond e Linus Torvalds o documentário começa no início da década de 80 com o projeto GNU passando pela definição de software livre e código aberto o papel do Apache na adoção inicial do Linux a liberação do códigofonte do navegador Netscape para combater o monopólio do Internet Explorer da Microsoft o IPO da Red Hat e a adoção do Linux e do software aberto de forma geral como modelo viável de negócios Comentário vale muito a pena assistir esse documentário porque é feito com depoimento das próprias pessoas que fazem parte da história da computação e mais especificamente de software Piratas da Informática Pirates of Silicon Valley Ano 1999 Sinopse a ascensão da Apple e da Microsoft as duas maiores empresas de informática do planeta Em busca da liderança do mercado Steve Jobs Noah Wyle e Bill Gates Anthony Michael Hall fundadores das empresas enfrentamse em uma guerra de bastidores Comentário um filme ótimo para entender o começo da era dos PCs as parcerias as intrigas e as personalidades marcantes de Bill Gates e Steve Jobs MATERIAL COMPLEMENTAR Sujeito a Termos e Condições Terms and Conditions May Apply Ano 2013 Sinopse o que acontece quando o usuário clica em aceitar um contrato de termo de uso na internet O documentário busca revelar o que vem sendo feito pelas corporações e os governos que possuem acesso ilimitado às informações dos usuários por meio de bancos de dados em computadores e celulares permitidos de serem acessados ao se clicar aceitar em um termo de uso Comentário em 2018 essa discussão de reacendeu com força após o escândalo do vazamento de dados do Facebook para a Cambridge Analytica e outras A gente realmente não sabe o que estão fazendo com os nossos dados REFERÊNCIAS 179 CARTER N Teoria e problemas de arquitetura de computadores Porto Alegre Bookman 2003 MONTEIRO M A Introdução à organização de computadores 4 ed Rio de Janei ro LTC 2001 498 p MUHAMMAD H DETSCH A Uma nova proposta para a árvore de diretórios UNIX III WSL Workshop em Software Livre Porto Alegre 2002 NULL L LOBUR J Princípios básicos de arquitetura e organização de computa dores 2 ed Porto Alegre Bookman 2011 822 p STALLINGS W Arquitetura e organização de computadores 8 ed São Paulo Pe arson Prentice Hall 2010 TANENBAUM A S Organização estruturada de computadores 6 ed São Paulo Pearson Prentice Hall 2013 WEBER R F Arquitetura de computadores pessoais 2 ed Porto Alegre Sagra Luzzatto 2000 272 p WEBER R F Fundamentos de arquitetura de computadores 4 ed Porto Alegre Bookman 2012 424 p REFERÊNCIAS ONLINE 1Emhttpswwwdevmediacombrcomofuncionamosdispositivosdeentra daesaida28275 Acesso em 03 set 2018 ²Em httpswwwtreinawebcombrblog5linguagensdeprogramacaopromis sorasparaseestudarem2018 Acesso em 23 ago 2018 REFERÊNCIAS GABARITO 1 C 2 D 3 2 1 1 2 1 4 As interrupções são um mecanismo usado pelos processadores onde um dis positivo de entrada quando acionado dispara um comando de interrupção para o processador para que a entrada seja tratada no momento em que ocorre O polling é uma alternativa na qual o processador fica verificando sistematica mente as entradas e saídas para ver se há solicitações a serem tratadas É como se fosse uma trava de interrupções na qual o processador fica verificando o tem po todo se há entrada ou saída 5 C 6 D GABARITO CONCLUSÃO 181 Meus parabéns por chegar até aqui ao final de nossa jornada E seria talvez um duplo parabéns parabéns pelo conhecimento adquirido e parabéns pela perseve rança de aguentar essas minhas linhas infindáveis Gostaria de dizer que agora você está pronto para qualquer desafio que vier pela frente mas eu mesmo já disse algumas vezes neste livro que nossa área exige um estudo constante e que muitas coisas novas surgem a todo momento Você pode ver a sua vida de estudos na área de TI como a aventura da Caverna do Dragão referência vinda de um professor velho sempre que você acha que vai acabar não acaba E você tem que continuar se esforçando e continuar aprendendo lidando também com os problemas gerados pelos bugs representados pelo unicórnio Uni Fico muito feliz de termos chegado até aqui Aprendemos com as lendas do passa do quando estudamos a história da computação Aprendemos que algumas dessas lendas nem são tão do passado assim mas ainda estão conosco escrevendo arti gos escrevendo tweets palestrando em eventos Aprendemos a converter nossa informação em números e nossos números em bi nários para guardar de uma forma mais coerente com a forma de operar dos com putadores Aprendemos a criar pequenos circuitos digitais que já nos possibilitam a entender melhor os computadores e a criar pequenos componentes de automação para diversos usos Entendemos melhor como funcionam os processadores a memória e os sistemas de entrada e saída o que já vai nos possibilitar desenvolver sistemas bem mais gen tis e respeitosos com os recursos computacionais E aprendemos bastante também sobre o software desde os sistemas operacionais até os softwares aplicativos que você usa ou pode vir a desenvolver Você poderá se aprofundar mais nesses assuntos em outros estudos e outras disci plinas Espero apenas duas coisas que você tenha um futuro brilhante seja qual for e que a gente possa se encontrar pelo caminho Sucesso CONCLUSÃO ANOTAÇÕES ANOTAÇÕES 183 ANOTAÇÕES