cap02 - Informática básica

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Capítulo 2 do grande livro hardware total.

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  • Captulo 2 Informtica bsicaEste um livro avanado, porm ao alcance dos leitores iniciantes, desdeque estejam dispostos a aprender tudo desde o incio. Por isso apresentamosconceitos bsicos sobre PCs no captulo 1, e vamos no presente captuloapresentar outros ensinamentos que permitiro a voc acompanhar oscaptulos seguintes, que sero de nvel mais especializado.

    Quem estuda em um curso superior de engenharia eletrnica, informtica,anlise de sistemas ou engenharia de computao (o nome varia de acordocom a universidade), ou um curso de ensino mdio na rea de hardware ouprocessamento de dados, sempre encontra pela frente a matria chamada deOrganizao de computadores. Pode aparecer com outros nomes, comoIntroduo computao digital, Fundamentos de computao digital ousimilar. A matria ensina desde o incio os fundamentos de computaodigital, explicando o que computador, CPU, memria, programa, etc. Esteser o objetivo deste captulo.

    Organizao de computadoresA organizao de computadores uma matria ministrada em todos oscursos de computao. Ensina uma srie de princpios sobre o fun-cionamento interno dos computadores. Esses princpios so vlidos paraqualquer tipo de computador, no importa o tamanho, a marca, o modelo,ou se trata de um computador novo ou antigo. Conhecendo a organizaode computadores, voc entender melhor o seu funcionamento e o estudodeste livro ter um melhor aproveitamento.

    Normalmente os cursos de organizao de computadores so genricos, ouseja, apresentam informaes que so vlidas para qualquer tipo decomputador. Mesmo assim, so apresentados exemplos ilustrando como as

  • 2-2 Hardware Total

    tcnicas de organizao so usadas por alguns modelos de computadoresfamosos. Neste livro, os exemplos sero totalmente voltados para oscomputadores tipo PC.

    Os primeiros computadores eletrnicos

    Desde muitos e muitos anos atrs, j existiam mquinas capazes de efetuarclculos. Essas mquinas eram tetra-tetra-tetra avs dos computadoresmodernos e eram chamadas de calculadoras. Eram na verdade rguas decalcular, tambm chamadas de bacos. Eram muito usadas pelos rabes echineses. No incio do sculo 20 j eram comuns as calculadoras mecnicas eeltricas. As calculadoras eltricas eram baseadas em um pequenodispositivo eltrico, chamado de rel. Os rels tinham aproximadamente otamanho de uma caixa de fsforos, bem maiores que os rels modernos,como os mostrados na figura 1. Calculadoras daquela poca eram muitograndes, pois para constru-las eram necessrios centenas de rels.

    Figura 2.1

    Rels.

    As calculadoras eltricas, construdas com rels, eram muito melhores que asmecnicas. Eram mais rpidas e mais difceis de apresentar defeitos. Ascalculadoras mecnicas apresentavam muitos defeitos, da mesma formacomo ocorre com qualquer mquina mecnica. As calculadoras a reltambm apresentavam defeitos, mas eram muito mais raros. Ainda existem,em pleno sculo 21, elevadores antigos cujo controle feito por rels.

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

    a) Mecnicas: Lentas, apresentavam muitos defeitos

  • Captulo 2 Informtica bsica 2-3

    b) Eltricas: Um pouco mais rpidas, e apresentavam defeitos, mas menosque as mecnicas.

    J nos anos 30 existiam as vlvulas eletrnicas, muito usadas em rdios. Umdaqueles antigos rdios dos tempos da vov possuam mais ou menos umadzia de vlvulas eletrnicas. As vlvulas funcionavam como rels maissofisticados. Eram muito mais rpidas que os rels, mas tinham oinconveniente de durarem pouco tempo. Aps cerca de 1000 horas de uso,as vlvulas queimavam, assim como ocorre com as lmpadas. Era entonecessrio trocar a vlvula queimada. Se um daqueles enormes rdios davov tinham uma dzia de vlvulas, imagine o tamanho que deveria ter umcomputador eletrnico, com milhares de vlvulas.

    Figura 2.2

    Vlvula eletrnica.

    Podemos ver na figura 2 uma vlvula eletrnica. Nos anos 30 e 40 foramconstrudos vrios computadores, ainda experimentais, utilizando as vlvulas.Esses computadores eram carssimos e eram usados para aplicaes militares,como por exemplo, clculos da balstica para lanamentos de projteis. Essescomputadores no eram tampouco fabricados em srie. Cada modelo eranormalmente um filho nico da sua categoria. Eram na verdade grandesjeringonas eletrnicas. Alguns eram to grandes que mediam do tamanhode um ginsio de esportes. Dentro da equipe de pessoas que trabalhavamcom esses computadores, havia sempre um sujeito que carregava umcarrinho cheio de vlvulas. Passava o dia inteiro procurando e trocandovlvulas queimadas. Para que uma vlvula queimada no afetasse o resultadodos clculos, esses computadores repetiam cada operao trs vezes, por trscircuitos diferentes, e a maioria vencia. Se uma vlvula queimasse durante

  • 2-4 Hardware Total

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

    Ao ter contato com os modernos computadores muito engraado sabercomo eram precrias as condies de funcionamento daqueles velhoscomputadores at o incio dos anos 50. Ainda nessa poca, os computadoreseram chamados de calculadoras. Um dos famosos computadores da pocaera chamado de ENIAC (Electronic Numeric Integrator and Calculator).

    Figura 2.3

    Uma parte docomputador ENIAC(1939).

    Computadores transistorizados

    Uma grande melhoria em todos os aparelhos eletrnicos ocorreu aps ainveno do transistor. Esses pequenos componentes serviam para substituiras vlvulas, mas com muitas vantagens. Eram muito menores, consumiammenos corrente eltrica e duravam muitos anos. Tornou-se possvel aconstruo de computadores de menor tamanho, mais rpidos, maisconfiveis e mais baratos. J no final dos anos 50, todos os computadoreseram construdos com transistores. Tambm passaram a serem fabricados emsrie. Cada computador no era mais um filho nico, e sim, fazia parte deuma srie de mquinas iguais. Esses computadores ainda custavam milhesde dlares, mas passaram a ser usados em aplicaes no militares:

    Aplicaes comerciais em grandes empresas Controle de processos industriais

    A indstria de computadores comeou a crescer, dando origem aodesenvolvimento dos grandes gigantes da informtica mundial, como a IBM.

  • Captulo 2 Informtica bsica 2-5

    Figura 2.4

    Transistores.

    Realmente os transistores causaram um grande impacto em todos osaparelhos eletrnicos, como rdios, TVs, vitrolas e tudo o mais que antesutilizava vlvulas. Mas foi nos computadores que esses pequenoscomponentes tiveram a maior repercusso. Isso no muito difcil deentender. Uma TV ou um rdio transistorizados no eram to pequenos emcomparao com os modelos a vlvula. Mas no caso dos computadores, essaminiaturizao era muito mais acentuada, j que os computadores a vlvulaeram verdadeiros gigantes. Computadores que ocupavam um salo inteiro,podiam ser construdos a transistor e ficavam do tamanho de uma estante.Computadores a vlvula que ocupavam um prdio inteiro, podiam serconstrudos com transistores, e passavam a ocupar apenas um andar. Assimforam os computadores at os anos 60.

    Circuitos integrados

    Ao mesmo tempo que os computadores transistorizados eram cada vez maisutilizados em todo o mundo, um outro grande avano tecnolgico ocorria: acorrida espacial. Americanos e soviticos lanavam seus foguetes rumo aoespao. A miniaturizao de computadores era ainda mais importante, nocaso de um computador a ser colocado a bordo de um foguete. Seriatotalmente invivel levantar vo carregando um enorme computadorvalvulado. J para um computador transistorizado, isto era possvel, masse fosse conseguida uma miniaturizao ainda maior, computadores maispoderosos ou ento mais leves (ou ambas as coisas) poderiam serembarcados nos foguetes.

  • 2-6 Hardware Total

    Figura 2.5

    Vlvula, transistores e chip.

    A NASA (Agncia Espacial Norte-Americana) gastou bilhes de dlares comseu programa espacial, contratou empresas fabricantes de transistores paraque realizassem uma miniaturizao ainda maior. Uma dessas empresas, athoje uma lder mundial em microeletrnica, a Texas Instruments. Foramento criados os primeiros circuitos integrados, tambm chamados de chips.Um circuito integrado um pequeno componente eletrnico que possui emseu interior, centenas, ou at milhares de transistores. A figura 5 mostra acomparao de tamanhos entre uma vlvula, um transistor e um chip dosmais rudimentares. Enquanto um transistor equivalente a uma vlvula etem um tamanho muito menor, um chip dos mais simples temaproximadamente o mesmo tamanho que um transistor comum, mas em seuinterior existem, na verdade, centenas de transistores.

    Aqueles velhos chips dos anos 60 tinham em seu interior, dezenas oucentenas de transistores. J os chips modernos, como os processadoresusados nos microcomputadores, tm em seu interior algumas dezenas demilhes de transistores.

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

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

    MSI - Medium Scale of Integration, ou Integrao em Mdia Escala. Esseschips contm algumas centenas de transistores.

  • Captulo 2 Informtica bsica 2-7

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

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

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

    Os primeiros microprocessadores

    No confunda essas duas palavras:

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

    Microprocessador: um pequeno chip que cabe na palma da mo.Podemos dizer que esse chip o crebro do computador. ele que exe-cuta os programas, faz os clculos e toma as decises, de acordo com asinstrues armazenadas na memria.

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

    Figura 2.6

    Microcomputador.

  • 2-8 Hardware Total

    Figura 2.7

    Microprocessador.

    Os microprocessadores formam uma parte importantssima do computador,chamada de UCP (Unidade Central de Processamento), ou em ingls, CPU(Central Processing Unit). Antes da existncia dos microprocessadores, asCPUs dos computadores eram formadas por um grande nmero de chips,distribudos ao longo de uma ou diversas placas. Um microprocessador nadamais que uma CPU inteira, dentro de um nico CHIP. Podemos ver nafigura 8, um microprocessador e uma placa de circuito. Ummicroprocessador contm todos os circuitos que antigamente eram formadospor diversas placas.

    Figura 2.8

    Microprocessador e placas de circuito.

    Ligando-se um microprocessador a alguns chips de memria e alguns outroschips auxiliares, tornou-se possvel construir um computador inteiro em umanica placa de circuito. Esse computador, por ter um tamanho muito menorque os computadores da poca (incio dos anos 70), passou a ser conhecidocomo microcomputador. Esses primeiros microcomputadores eram bemdiferentes dos atuais. No tinham, por exemplo, teclado, nem vdeo, nem

  • Captulo 2 Informtica bsica 2-9

    impressora. Eram ligados a um aparelho chamado de TELETYPE (ouTELETIPO). O teletipo era uma mquina de escrever que continha umaleitora e uma perfuradora de fita de papel. Os programas no eramarmazenados em discos, como nos dias atuais. Eram gravados em fitas depapel. Os pequenos furos da fita de papel representavam as instrues dosprogramas.

    Figura 2.9

    Microcomputadores do incio dos anos 80.

    Uma famosa empresa americana, a Intel, foi uma das primeiras a produziremmicroprocessadores. Seu primeiro microprocessador era chamado de 4004.O 4004 era um microprocessador ainda muito limitado. Era capaz de realizaroperaes com apenas 4 bits de cada vez. Se voc ainda no sabe o que um bit, no se preocupe, pois mais adiante neste captulo explicaremos oque so bits e bytes. Para simplificar, um microprocessador de 4 bits s podeoperar com nmeros pequenos, de 0 a 15. Para usar nmeros maiores, ummicroprocessador de 4 bits precisa dividir o nmero em vrias partes e fazeras contas em vrias etapas. Podemos exemplificar isto, fazendo uma analogiacom o que acontece com o crebro humano:

    Pergunta: Quanto 37x21 ?

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

    37 1x7=7, 1x3=3

  • 2-10 Hardware Total

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

    777

    Como nosso crebro s sabe multiplicar nmeros menores que 10, dividimosa operao em vrias etapas, e encontramos assim o resultado 777. Estamultiplicao complexa precisou ser composta a partir de 4 multiplicaessimples e 4 adies. Um microprocessador de 4 bits como o 4004 faz essemesmo tipo de desmembramento para operar com nmeros maiores.

    Depois do 4004, a Intel lanou o 8008, que era um microprocessador de 8bits. Era muito mais rpido que o 4004, j que podia operar com nmerosmaiores. Com 8 bits, esse chip podia operar diretamente com nmeros entre0 e 255. O que o 4004 precisava de duas etapas para realizar, podia serrealizado em uma nica etapa pelo 8008. Esses chips eram carssimos.Custavam, na poca do seu lanamento, mais de 1000 dlares!

    Depois do 8008, a INTEL lanou um novo microprocessador de 8 bits,chamado de 8080. Era mais rpido e mais barato que o 8008. O 8080 foi oprimeiro microprocessador a ser usado em larga escala nos chamadoscomputadores pessoais. Antes deles, os microcomputadores eram usadosapenas em laboratrios cientficos, em fbricas e em universidades. O 8080popularizou o uso de microcomputadores por pequenas empresas e at parauso pessoal. J no final dos anos 70 eram comuns os micros pessoaisbaseados no 8080 e em outros microprocessadores rivais: o MC6800 daMotorola, o 6502, usando em um antigo microcomputador chamado deAPPLE, e o Z-80 fabricado pela ZILOG, usado em um antigo computadorchamado TRS-80. Surgia ento a indstria dos microcomputadores. Aomesmo tempo, surgia a indstria do software para microcomputadores, quecriava programas de vrios tipos para serem usados nessas mquinas. Osmicrocomputadores dessa poca j usavam teclado, vdeo e impressora. Seusdados e programas eram armazenados atravs de em gravadores de fita K-7adaptados para trabalhar com microcomputadores.

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

  • Captulo 2 Informtica bsica 2-11

    *** 100% ***Figura 2.10

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

    Diretamente do tnel do tempo (1981), a figura 10 mostra um dos primeirosmicrocomputadores brasileiros, o Schumec M-101/85. Tinha ummicroprocessador Intel 8085 de 6 MHz, 16 KB de memria e um gravadorde fita K-7 (Gradiente) para armazenamento de programas e dados. Seumonitor de vdeo era na verdade uma TV Philips adaptada, j que nestapoca o Brasil no fabricava monitores.

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

    Os microcomputadores modernos

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

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

    Nessa ocasio, a IBM, maior fabricante de computadores em todo o mundo,ainda no fabricava microcomputadores. Seus produtos eram oscomputadores de grande porte usados nos grandes centros de processamentode dados, e custavam alguns milhes de dlares. A IBM decidiu ento entrarno mercado de computadores pessoais. Escolheu ento o processador 8088para usar em seu microcomputador, chamado de IBM Personal Computer,

  • 2-12 Hardware Total

    ou simplesmente, IBM PC. Era o primeiro microcomputador de 16 bits a serproduzido em grande escala, e passou logo a dominar o mercado. At osdias atuais, os modernos microcomputadores so compatveis com o IBM PCoriginal, lanado em 1981. O IBM PC tinha as seguintes caractersticas:

    Processador 8088, operando a 4.77 MHz Monitor de vdeo monocromtico 2 drives de disquetes de 320 kB 16 kB de memria, possibilitando expanso at 64 kB Conexo para gravador K-7

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

    Processador 8088, operando a 4.77 MHz Monitor de vdeo monocromtico ou colorido 2 drives de disquetes de 360 kB 64 kB de memria, possibilitando expanso at 256 kB Disco rgido de 10 MB

    A grande vantagem do IBM PC-XT (ou simplesmente XT) em relao aoIBM PC era a possibilidade de operar com um disco rgido de 10 MB, umaaltssima capacidade para aquela poca.

    O XT foi apenas o primeiro modelo de microcomputador a representar umaevoluo do velho IBM PC. Ano aps ano, at os dias atuais, so lanadosnovos modelos de microcomputadores, cada vez mais rpidos e com maisrecursos. Considere por exemplo, um computador de 2001, comconfigurao modesta, em comparao com o IBM PC-XT:

    IBM PC-XT Microcomputador moderno

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

    Disco rgido de 10 MB Disco rgido de 30 GB (30.000 MB). 64 kB de memria 128 MB de memriaMemria expansvel at 256 kB Memria expansvel at 1,5 GBVdeo de baixa resoluo, com 4 cores Vdeo de alta resoluo, com 16,8

    milhes de cores

  • Captulo 2 Informtica bsica 2-13

    Preo 5.000 dlares Preo: 1.500 dlares

    Todos esses computadores so chamados de PC compatveis. Mesmo essesmodelos mais modernos, que so milhares de vezes mais velozes que o IBMPC original, ainda so chamados de PCs. H muitos anos que a IBM jno mais a nica empresa a fabricar PCs. Atualmente existem diversasoutras grandes empresas que produzem seus prprios PCs, mas todos elesso compatveis com o IBM PC. No mundo inteiro existem centenas demilhes de microcomputadores tipo PC.

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

    Preo: Com o aumento da produo e o uso de chips VLSI, foi possvel re-duzir drasticamente o preo dos equipamentos.

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

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

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

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

    Os programas que eram executados nos antigos PCs XT no so maisusados, por isso no faz mais sentido comparar PCs modernos com o IBM

  • 2-14 Hardware Total

    XT. Por exemplo, os antigos processadores de texto simplesmente recebiamos caracteres do teclado e os colocavam na tela e na memria, depoisgravavam tudo em um arquivo. Os processadores de texto modernos fazemmuito mais que isso. Por exemplo, exibem o texto usando caracteres dediversos estilos e tamanhos, fazem correo gramatical automtica, de formasimultnea com a digitao, podem incluir grficos e fotos, alm de vriosoutros recursos avanados. No adianta portanto dizer que, por exemplo, umprocessador Athlon de 1000 MHz cerca de 8.000 vezes mais veloz que umXT. Ningum conseguir usar um programa moderno em um XT, e no fazsentido usar em um PC modernos, programas que eram usados no XT.

    *** 35% ***Figura 2.11

    Processador Athlon.

    Alm de processadores mais velozes, outros componentes dos PCs sofreramuma grande evoluo:

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

  • Captulo 2 Informtica bsica 2-15

    Figura 2.12

    Um disco rgido.

    Memria: Os primeiros PCs usavam 16 kB de memria. Os programas dapoca eram suficientemente pequenos para funcionar bem com esta pequenaquantidade de memria. Mas logo surgiram programas mais sofisticados, quenecessitavam de mais memria. Passaram a ser ento, mais comuns, os PCscom 64 kB de memria. De incio, 64 kB era uma quantidade de memriabem generosa, mas logo surgiram programas mais sofisticados, quenecessitavam de mais memria. E assim a coisa prosseguiu. Cada vez eramlanados PCs com mais memria, e logo a seguir, programas maissofisticados, que necessitavam de mais memria. Em 1985, 512 kB era umaquantidade de memria bem confortvel. J em 1990, 1 MB era a memriaencontrada na maioria dos micros. Em 1993, o padro passou a ser 4 MB.Em 1994 tornou-se cada vez mais comuns os micros com 8 MB. Em 1995 e1996 a maioria dos PCs tinha 16 MB. Ao final do ano 2000, os PCs maissimples tinham 32 MB de memria, e j em 2001, 64 MB era o mnimoencontrado nos PCs de menor custo, enquanto os PCs bem configuradostinham 128 MB ou 256 MB. Sempre teremos PCs com quantidades cada vezmaiores de memria, assim como programas cada vez mais sofisticados quefaro uso dessa memria.

    Figura 2.13

    Um mdulo de memria.

  • 2-16 Hardware Total

    Todos os PCs atuais, equipados com os processadores de ltima gerao, sona verdade sucessores do IBM PC-AT, que por sua vez, sucessor do IBMPC. muito comum escutar algum dizendo, por exemplo:

    Possuo um Pentium III/800.

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

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

    Por questes prticas, mais comum chamar um PC como este desimplesmente Pentium III/800, mas lembre-se que este o nome correto doprocessador, e no do PC.

    CPU, Entrada e Sada

    Estamos falando sobre organizao de computadores, mas at agora noentramos diretamente neste assunto. Vimos uma evoluo da histria doscomputadores, para entender como tiveram origem os PCs modernos. Agoraque sabemos como os PCs surgiram poderemos falar em organizao decomputadores de forma mais especfica.

    Todos os computadores possuem uma parte muito importante, chamada deunidade central de processamento (UCP). Em ingls, usamos a sigla CPU,que abreviatura de central processing unit. Nos computadores de grandeporte, a CPU formada por uma ou vrias placas. Cada uma dessas placascontm vrios chips. Nos microcomputadores a CPU nada mais que oprprio processador. tambm comum chamar a placa que contm oprocessador de placa de CPU ou placa me. No quer dizer que a CPU sejaa placa inteira. A placa de CPU a placa que contm a CPU, ou seja, quecontm o processador.

  • Captulo 2 Informtica bsica 2-17

    Figura 2.14

    Placa de CPU.

    Note que CPU no a mesma coisa que processador, j que emcomputadores de maior porte (os supercomputadores, por exemplo), a CPU formada por uma ou mais placas, com vrios chips. Entretanto nos PCs correto dizer que o processador a CPU do computador, e que a placa deCPU de um microcomputador a placa onde est localizado o processador.

    *** 35% ***Figura 2.15

    Processador.

    No importa de que tipo de CPU estamos falando, seja ummicroprocessador, ou uma das vrias placas que formam a CPU de umcomputador de grande porte, podemos dizer que a CPU realiza as seguintestarefas:

    a) Busca e executa as instrues existentes na memria.Os programas e os dados que ficam gravados no disco (seja ele um discorgido, disquetes ou outro meio de armazenamento), so transferidos para a

  • 2-18 Hardware Total

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

    b) Comanda todos os outros chips do computador.A CPU auxiliada por vrios circuitos que desempenham diversas funes.Por exemplo, quando voc pressiona uma tecla, faz com que o tecladotransmita o cdigo da tecla pressionada. Este cdigo recebido por umcircuito chamado de interface de teclado. Ao receber o cdigo de uma tecla,a interface de teclado avisa a CPU que existe um caracter recebido. Poroutro lado, quando a CPU precisa enviar uma mensagem para o usurio,precisa que a mensagem seja colocada na tela. Isto feito com auxlio de umcircuito chamado de interface de vdeo. A CPU envia para a interface devdeo, a mensagem, seja ela em forma de texto ou figura. A interface devdeo coloca ento a mensagem na tela.

    Quando a CPU executa instrues e processa dados, dizemos que estprocessando. A CPU passa, na verdade, o tempo todo executando instruese processando dados. Quando um circuito recebe um dado e o transmitepara a CPU, como no caso do teclado, dizemos que trata-se de umaoperao de entrada de dados (Input). Quando um circuito transmite umdado, como no caso do vdeo, ou da impressora, dizemos que trata-se deuma operao de sada de dados (Output). Podemos dizer que ocomputador uma mquina que passa o tempo todo realizando trsoperaes:

    Entrada / Processamento / Sada

    A entrada de dados realizada por diversos dispositivos coordenados pelaCPU. Entre eles podemos citar o teclado e o mouse. O processamento realizado pela prpria CPU. Lembre-se que CPU significa Unidade Centralde Processamento. A sada de dados realizada por vrios dispositivos, sob acoordenao da CPU. Entre eles podemos citar o vdeo e a impressora.

    Vejamos ento um pequeno resumo dos conceitos apresentados aqui:

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

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

  • Captulo 2 Informtica bsica 2-19

    Processamento - a principal funo da CPU. Alm de realizar o pro-cessamento dos dados. A CPU tambm comanda as operaes de entrada esada, que so realizadas por circuitos auxiliares chamados de interfaces.

    Bits e Bytes

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

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

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

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

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

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

    A explicao em meias palavras est muito deficiente, mas melhor sabermais ou menos que no saber nada. Vamos agora apresentar umaexplicao decente do que so essas coisas.

    Estamos acostumados a utilizar o sistema decimal de numerao. Essesistema usa 10 algarismos para formar todos os nmeros: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7,8, e 9. O sistema de numerao decimal usa exatamente 10 algarismos,devido ao fato dos seres humanos terem 10 dedos. Historicamente o nmero10 foi escolhido, pois os nmeros eram usados na vida cotidiana para contar.Contar carneiros, bois, pes, pessoas, etc. Nada mais natural que contar comos dedos. Pergunte a uma criana de 3 anos, quantos anos ela tem, e vocver que ela responder mostrando 3 dedos da mo.

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

  • 2-20 Hardware Total

    Os computadores podem receber valores decimais, atravs do teclado, eescrever valores decimais, atravs do vdeo, por exemplo. Mas internamente,ou seja, no interior da CPU e da memria, os valores so armazenados emum outro sistema, mas adequado aos circuitos do computador. Trata-se dosistema binrio. Enquanto no sistema decimal cada dgito pode assumir 10valores (0, 1, 2, 3, ..., 9), no sistema binrio cada dgito pode assumir apenas2 valores: 0 e 1. Para ns complicado raciocinar com nmeros binrios,mas para os circuitos do computador, esta a forma mais simples. Porexemplo, o nmero 13, que no sistema decimal representado apenas comdois dgitos (1 e 3), no sistema binrio representado com 4 dgitos, naforma: 1011.

    Muitos cursos de organizao de computadores ou introduo informtica,ensinam neste ponto como transformar nmeros do sistema decimal para osistema binrio, e vice-versa. Muitos principiantes ficam at assustados comtantas contas. A dificuldade de muitas pessoas com matemtica, acabafazendo essas pessoas terem medo da informtica. Para sua felicidade, noser feito nada disso aqui. Nosso objetivo no momento explicar o que umBIT. Apresentaremos entretanto no final deste captulo, as clssicasconverses entre os sistemas de numerao decimal e binrio.

    BIT nada mais que a abreviatura de BInary digiT, ou seja, dgito binrio.Talvez os nossos conhecidos algarismos do sistema decimal devessem serchamados de DET (DEcimal digiT). Poderamos dizer nesse caso que osDETS existentes so 0, 1, 2, 3, ... 9. No existe o termo DET que estamosapresentando aqui, apenas para fazer uma analogia. Dessa forma voc podeentender melhor que os BITS podem assumir dois valores: 0 e 1.

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

    Sempre que um processador, uma memria ou outro chip qualquer precisarreceber ou transmitir dados, esses dados so transferidos na forma de BITS.Entretanto, para que a transferncia seja mais rpida, esses bits no so

  • Captulo 2 Informtica bsica 2-21

    transferidos um de cada vez, e sim, vrios de uma s vez. Com um nico fios possvel transmitir um bit de cada vez. Com 8 fios possvel transmitir 8bits de cada vez, o que muito mais rpido. Nos PCs, os bits sotransmitidos em grupos de 4, 8, 16, 32 ou 64 bits simultneos.

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

    Voc no precisa decorar todas essas palavras. Basta saber que um BYTE(l-se bite) um grupo formado por 8 bits. Esses 8 bits caminham semprejuntos, como se fossem pssaros de um mesmo bando. Toda vez que um bit transferido de um lugar para outro, os 8 bits seguem o mesmo caminho,cada um por um fio diferente.

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

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

    Ningum precisa decorar esses nmeros. Na verdade, alguns micreiros(pessoa que gosta de conhecer a fundo o funcionamento interno dosmicrocomputadores) acabam, de forma imperceptvel, decorando essesvalores. Mas no necessrio decorar esses nmeros para saber usar ocomputador. importante que voc saiba que, por exemplo, quando vocpressiona a tecla T, o teclado transmitir para o computador um cdigonumrico que representa esta letra. No importante saber qual o cdigo,mas importante saber que formado por 8 bits, e que ficaro armazenadosna memria do computador, ocupando exatamente 1 byte.

  • 2-22 Hardware Total

    Vamos agora fazer um teste, para ver se voc entendeu. A seguir esto duaspiadas. Se voc no entender as pidadas, significa que no entendeu nadasobre BITS e BYTES.

    Piada 1:O sujeito chegou na banca de revistas e pediu ao jornaleiro:- Por favor, eu quero comprar uma revista BYTE.O jornaleiro no tinha mais nenhum exemplar da revista BYTE, e falou:- A revista BYTE acabou. Agora s tem a revista BIT.O sujeito falou ento (de brincadeira):- Ento vou levar oito revistas BIT.

    Piada 2:Ao terminar um curso de organizao de computadores, o aluno perguntou:- Professor, eu gostei muito do curso, entendi tudo, mas s ficou uma dvida.Afinal de contas, qual a pronncia correta; BIT ou BYTE ?

    No precisa rir das piadas, basta entender.

    Vejamos agora o que kB, MB e GB. Dissemos anteriormente que 1 kB aproximadamente 1000 bytes. Na verdade, 1 kB so 1024 bytes. Este nmerofoi escolhido porque sua representao binria muito mais simples que arepresentao do nmero 1000:

    1000 = 01111101000 em binrio1024 = 10000000000 em binrio

    Por razes de simplificao de hardware, o nmero 1024 foi o escolhido pararepresentar o k da computao. Na vida cotidiana e na fsica, o k vale1000:

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

    Entretanto, na informtica, o multiplicador k (l-se quilo ou k) vale1024. Da mesma forma, o multiplicador M (l-se mega), quenormalmente vale 1.000.000, na computao vale:

    1 M = 1024 k = 1024x1024 = 1.048.576

  • Captulo 2 Informtica bsica 2-23

    Portanto, 1 MB (l-se um megabyte) so exatamente 1.048.576 bytes. Maspara efeitos prticos, podemos dizer que 1 MB aproximadamente 1 milhode bytes.

    O multiplicador G (l-se giga), que normalmente vale 1 bilho, nacomputao vale:

    1 G = 1024 M = 1024x1024x1024 = 1.073.741.824

    Portanto, 1 GB (l-se um gigabyte) so exatamente 1.073.741.824 bytes,mas para efeitos prticos podemos dizer que 1 GB aproximadamente 1bilho de bytes.

    Memria principal

    A CPU a parte mais importante de um computador. Essa importncia togrande que comum ouvir pessoas chamando seus computadores pelonome do processador: ... possuo um Pentium III....

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

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

    Figura 2.16

    Exemplos de chips e mdulos de memria.

    Alm da memria principal, que diretamente acessada pela CPU, existetambm a memria secundria, que ser estudada na prxima sesso. Amemria secundria no acessada diretamente pela CPU. Seu acesso

  • 2-24 Hardware Total

    feito atravs de interfaces ou controladoras especiais. Podemos citar comoexemplo de memria secundria, o disco rgido. A memria secundria no formada por chips, e sim, por dispositivos que utilizam outras tecnologiasde armazenamento. O disco rgido, assim como os disquetes e as unidadesde fita, usam a tecnologia magntica para armazenar dados. Os discos CD-ROM usam tecnologia tica.

    Figura 2.17

    Mdulos de memria instalados em umaplaca de CPU.

    Figura 2.18

    Memrias de uma placa devdeo.

    No caso dos microcomputadores, quase toda a memria principal ficalocalizada na placa de CPU. Entretanto, algumas outras placas, chamadas deplacas de expanso, tambm podem conter mais memria. o caso da placade vdeo.

    Os chips de memria podem ser divididos em duas categorias:

    RAM - So chips de memria que podem ser lidos e gravados pela CPU aqualquer instante. A CPU usa a RAM para armazenar e executar programasvindos do disco, para ler e escrever os dados que esto sendo processados.Uma outra caracterstica da RAM, que se trata de uma memria voltil.Isso significa que quando o computador desligado, todos os seus dados so

    RAM

    ROM

  • Captulo 2 Informtica bsica 2-25

    apagados. Por essa razo, necessrio que os programas e dados fiquemgravados no disco, que uma memria permanente.

    ROM - a abreviatura de read only memory, ou seja, memria para leituraapenas. So chips de memria que podem ser lidos pela CPU a qualquerinstante, mas no podem ser gravados. Sua gravao feita apenas pelofabricante do computador, ou pelo fabricante de memrias. A outracaracterstica importante de ROM que trata-se de uma memriapermanente. Seu contedo nunca perdido, mesmo com o computadordesligado. Nos microcomputadores, existe um programa muito importantechamado de BIOS (Basic Input-Output System - Sistema Bsico de Entrada eSada). O BIOS tem vrias funes, entre as quais, a de realizar a partidado computador. Quando ligamos o computador, o BIOS realiza a contagemde memria, faz uma rpida checagem do funcionamento do computadore realiza a carga do Sistema Operacional que deve estar armazenado nodisco. O BIOS est gravado em uma memria ROM localizada na placa deCPU. Existem tipos de ROM que podem ser gravados atravs de programasespeciais. Por exemplo as do tipo Flash ROM. Tambm ficam disponveisapenas para leitura, mas utilizando um programa especial fornecido pelofabricante da placa de CPU, o BIOS pode ser regravado.

    Como j mostramos, a placa de CPU contm quase toda a memria de umPC, mas outras placas tambm podem conter memrias, do tipo RAM e dotipo ROM. Por exemplo, as placas de vdeo contm uma ROM com o seuprprio BIOS, e contm uma RAM chamada de memria de vdeo, quearmazena os caracteres e grficos que so mostrados na tela.

    Memria secundria

    A memria secundria tambm chamada de memria de massa. umamemria do tipo permanente (no se apaga quando o computador estdesligado), que tem uma alta capacidade de armazenamento, e um customuito mais baixo que o da memria principal. Considere por exemplo, umcomputador com 64 MB de RAM (que faz parte da memria principal) e umdisco rgido de 40 GB (que faz parte da memria secundria). Os 40 GB dodisco rgido servem para armazenar diversos programas e diversos dados. Os64 MB de RAM servem para manter apenas os programas e os dados queesto sendo processados em um dado instante. Podemos tambm mostrarcomo o custo da memria secundria muito mais baixo que o da memriaprincipal. Enquanto 64 MB de RAM custam cerca de $30 (preos de 2001),um disco rgido de 40 GB custa cerca de $200. Dividindo o preo pelacapacidade, constatamos que 1 MB de RAM custam cerca de 50 centavos dedlar, enquanto 1 MB de espao no disco rgido custam menos de 1 centavo

  • 2-26 Hardware Total

    de dlar. A tabela abaixo mostra os preos, as capacidades e o custo de ar-mazenamento por cada MB armazenado (preos relativos a 2001). Observecomo o custo do armazenamento da memria secundria muito maisbaixo.

    Dispositivo Tipo Capacidade derefernica

    Custototal

    Custo por MBaproximado

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

    De acordo com a tabela, a memria RAM o tipo mais caro, custando cercade 50 centavos por MB (preos de 2001). Outro custo por MB elevado odo disquete, que apesar de barato, tem capacidade muito baixa, apenas 1.44MB. O prximo na escala de valores o ZIP Disk, com custo de cerca de 10centavos por MB armazenado. O disco rgido tem custo por MB ainda maisbaixo, abaixo de 1 centavo de dlar. Os demais meios citados tm custo porMB inferior a 1 centavo. O CD-RW uma espcie de disco, similar ao CD-ROM, mas pode ser gravado e apagado sucessivas vezes. O CD-R um CDque tambm pode ser gravado, porm uma nica vez. O CD-ROM temcusto por MB ainda menor, mas para que fique barato precisa ser produzidoem srie, em milhares de cpias iguais. Para volumes de dados muitograndes, as unidades de fita so a melhor opo, com custo da ordem de 1dcimo de centavo.

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

  • Captulo 2 Informtica bsica 2-27

    Figura 2.19

    Dispositivos dearmazenamento secundrio.

    A memria secundria muito mais barata, de maior capacidade, e ainda permanente, ou seja, no apaga os dados quando o computador desligado.Por que ento esse tipo de memria no usado no lugar da memriaprincipal? O problema que infelizmente, os dispositivos de armazenamentosecundrio so extremamente lentos, se comparados com a RAM. So lentosdemais para serem acoplados diretamente ao processador. Alm disso, nopermitem acessos a seus bytes individuais, como um processador precisarealizar. Os meios de armazenamento secundrio s permitem o acesso ablocos de dados. Em um disquete ou em um disco rgido, por exemplo, asleituras so feitas em unidades mnimas chamadas de setores. Cada setor tem512 bytes. Para ter acesso a um nico byte, preciso ler o setor inteiro. Issofaz com que seu acoplamento direto CPU seja invivel. As memrias RAMe ROM so milhares de vezes mais rpidas e permitem que sejam feitosacessos a qualquer um de seus bytes, de forma individual. Por isso sousadas para formar a memria principal.

    A tabela abaixo mostra o tempo que o processador precisa para ter acesso aum byte qualquer, em cada um dos tipos de memria. Os valores mostradosso aproximados, mas so suficientes para mostrar como as memrias ROMe RAM so muito mais rpidas.

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

  • 2-28 Hardware Total

    Os meios de armazenamento secundrio so mais lentos porque envolvemmovimento de suas partes mecnicas. O disco rgido, o drive de disquete e odrive de CD-ROM, citados na tabela acima, precisam mover as cabeas deleitura at o ponto onde ser feita a leitura. A unidade de fita precisa girar afita at o ponto a ser acessado. As memrias ROM e RAM no precisamdesses movimentos, pois seu acesso inteiramente eletrnico. Por isso sousadas como memria principal.

    Dispositivos de entrada e sada

    J vimos que um computador passa o tempo todo realizando trs tarefas:

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

    b) Processamento Feito pela CPU

    c) Sada Feita por chips e dispositivos especializados emtransmisso ou gravao de dados, sob a coordenaoda CPU.

    Existem portanto no computador, os chamados dispositivos de entrada esada, tambm chamados de perifricos. Atravs desses dispositivos, ocomputador pode armazenar, ler, transmitir e receber dados. A memriasecundria, j estudada na seo anterior, formada por diversos dispositivosde entrada e sada.

    O termo Entrada e Sada abreviado por E/S, ou para quem preferir alngua inglesa, I/O (Input/Output). Dentre os diversos dispositivos de E/S,existem alguns que so especializados apenas em entrada, outrosespecializados apenas em sada e outros em ambos. Podemos citar osseguintes exemplos:

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

  • Captulo 2 Informtica bsica 2-29

    Sada: Vdeo - Mostra na tela caracteres e grficosImpressora - Imprime caracteres e grficosAlto-falante - Emite som

    Entrada esada:

    Disco rgido - Grava e l dados Drive de disquete - Grava e l dados em disquetesUnidade de fita - Grava e l em fitas magnticasModem - Transmite e recebe dados pela linha telefnica

    A CPU no pode comunicar-se diretamente com os perifricos. Estacomunicao feita com a ajuda de circuitos chamados de interfaces. Porexemplo, os dados que so recebidos do mouse chegam at a CPU atravsda interface serial. Os dados a serem impressos so transmitidos at aimpressora atravs de um circuito chamado de interface paralela. Os dadosprovenientes de um microfone chegam at a CPU atravs de uma interface,chamada de conversor analgico-digital, localizado na placa de som.

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

    Figura 2.20

    Dispositivos de entrada:

    Teclado ScannerDrive de CD-ROMMouse

    Figura 2.21

    Dispositivos de sada:

    ImpressoraMonitorAlto falantes

  • 2-30 Hardware Total

    Figura 2.22

    Dispositivos de entrada e sada:

    Disco rgidoDrive de disquetesUnidade de fitaModem

    Os PCs modernos saem da fbrica j acompanhados de vrios dispositivosde entrada e sada:

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

    O usurio pode, nesse caso, adquirir novos perifricos e placas e realizar suainstalao. Essa tarefa pode ser realizada por usurios mais experientes, ouento por tcnicos especializados. Quando instalamos novos perifricos eplacas em um computador, dizemos que estamos realizando um expanso.Nesse caso, podem ser instalados, por exemplo:

    Impressora Scanner Joystick ZIP Drive Gravador de CDs DVD

    Arquivos

    Arquivo uma das palavras mais importantes em computao. Em ingls,sua traduo File. Arquivo nada mais que um conjunto de dados

  • Captulo 2 Informtica bsica 2-31

    gravados na memria secundria (disco rgido, disquete, fita magntica, CD-ROM, etc). Os arquivos so uma forma de organizar os dados dentro damemria secundria. Se os dados estivessem todos espalhados, por exemplo,ao longo de um disquete, seu acesso seria extremamente complicado.Podemos fazer uma analogia entre dados, arquivos, casas e ruas. Os dadoscorresponderiam s casas, enquanto que os arquivos corresponderiam sruas. Seria dificlimo localizar uma casa, sabendo apenas os nomes de seusmoradores. Sabendo o nome da rua, o acesso bem mais imediato. Por essarazo, os dados so agrupados em arquivos. Sabendo o nome do arquivo,fica mais fcil localizar os dados.

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

    CARTA.DOC

    Neste caso, o nome CARTA, e a extenso DOC. comum nesse caso,dizer que o nome do arquivo CARTA, ou ento CARTA.DOC. Damesma forma, dizemos que o nome de uma pessoa , por exemplo, JOODA COSTA, mas podemos dizer tambm que o nome apenas JOO.

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

    Relatrio Mensal.DOCFoto do passeio 001.JPGRugido do leo.WAV

    Os arquivos podem armazenar diversos tipos de dados:

    Instrues para a CPU:Dizemos que se trata de um arquivo executvel. Os arquivos executveis,nos microcomputadores, normalmente usam a extenso EXE. Por exemplo:

    DXDIAG.EXEMPLAYER.EXE

  • 2-32 Hardware Total

    EXPLORER.EXEPBRUSH.EXE

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

    CURRIC.DOCLISTA.TXTREUNIO.DOC

    Grficos:So arquivos que representam figuras. Essas figuras podem ser vistas na telaou na impressora, com o auxlio de programas apropriados.

    Dados genricos:Muitas vezes os programas precisam manipular uma quantidade de dadosto grande que no cabem na memria principal. Nesse caso, esses dadosso armazenados em arquivos que so lidos da memria secundria eprocessados por partes. Muitas vezes esses dados podem at caber namemria principal, mas por uma questo de organizao ficam armazenadosem arquivos. Por exemplo, podemos ter um arquivo que contm os nomesdos alunos de um colgio, assim como as notas que cada aluno obteve nasprovas j realizadas.

    fcil ver um disquete, uma fita magntica, um CD-ROM ou at mesmo umdisco rgido (para isto preciso abrir o computador). Mas no podemosver os arquivos, j que so gravados magneticamente (ou oticamente, nocaso do CD-ROM e outros meios ticos). Os olhos usados para ver osarquivos so as cabeas de leitura, localizadas dentro dos respectivosperifricos. Atravs das cabeas de leitura, os dados podem ser lidos etransformados em impulsos eletrnicos e enviados para a CPU e para amemria. A CPU, por sua vez, pode acessar os dados originrios dosarquivos e envi-los para os dispositivos de sada, como o monitor e aimpressora, para que possamos v-los com nossos prprios olhos. Porexemplo, se um arquivo contm uma carta, s poderemos ver esta cartadepois que o arquivo for lido pela CPU e enviado para a impressora.

  • Captulo 2 Informtica bsica 2-33

    Figura 2.23

    Arquivos vistos na tela e na impressora.

    Programas

    Os computadores passam o tempo todo executando programas. Osprogramas nada mais so que grupos de instrues e dados. Por exemplo,quando voc est executando um jogo no computador, est na verdadeexecutando um programa. Se voc deixa o computador parado, porexemplo, na hora do almoo, pode pensar que nessa hora o computador noest executando nenhum programa. Engana-se. Na verdade, mesmo quevoc no tenha dado nenhum comando, o computador est na verdadeexecutando um programa interno. O que este programa faz monitorarcontinuamente o teclado e o mouse, para checar se voc envia um novocomando. A nica hora em que o computador no est executandoprograma nenhum quando est desligado ou em estado de espera.

    Para que um programa possa ser executado, preciso que seja transferidopara a memria RAM. A maioria dos programas ficam armazenados emdisco (disco rgido, CD-ROM, etc.), mas a CPU no pode executar nenhumprograma diretamente a partir do disco. O programa precisa ser antes lidodo disco e carregado na RAM. Por exemplo, para executar o programaBloco de Notas (pequeno editor de textos que acompanha o Windows), preciso que voc clique os menus do Windows na seqncia:

    Iniciar / Programas / Acessrios / Bloco de Notas

  • 2-34 Hardware Total

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

    Uma vez usada esta seqncia de cliques, o NOTEPAD.EXE lido do discorgido e carregado na RAM. A CPU pode ento executar o programa. Afigura 24 simboliza a leitura do programa NOTEPAD.EXE a partir do discopara a memria RAM (essa operao chamada de carga), e seuprocessamento pela CPU (essa operao chamada de execuo).

    Figura 2.24

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

    Voc poder estar pensando como que feita a mgica da leitura do arquivoNOTEPAD.EXE do disco para a memria, e a seguir sua execuo. Naverdade, quem leu o arquivo NOTEPAD.EXE e providenciou sua execuofoi um outro programa. Trata-se de um programa que fica o tempo todo namemria, chamado de sistema operacional. No nosso exemplo, trata-se dosistema operacional Windows. Uma das vrias funes do sistemaoperacional ficar o tempo todo ativo na memria RAM, esperando que ousurio comande a execuo de algum programa.

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

  • Captulo 2 Informtica bsica 2-35

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

    1) Inicialmente o EXPLORER.EXE est checando se voc fornece algumcomando pelo teclado ou pelo mouse.

    2) Voc clica em Iniciar / Programas / Acessrios / Bloco de Notas.

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

    4) O Windows um sistema operacional que permite que vrios programaspossam ser executados ao mesmo tempo. Na verdade o processador dedicauma frao do seu tempo para cada um dos programas em execuo. Porexemplo, enquanto a rea de trabalho do Windows continua na tela e novoscomandos podem ser usados (ou seja, o programa EXPLORER.EXE estativo), o processador tambm exibe a janela do programa NOTEPAD.EXE.Voc pode ento utilizar o NOTEPAD.EXE, digitando um texto e salvando-o em um arquivo.

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

    Podemos entender ento que nenhum programa chega at a memria pormgica, e sim, atravs do controle feito pelo sistema operacional. Algummais observador pode ento ficar com a seguinte dvida: Se o sistemaoperacional quem l para a RAM todos os programas a serem executados,como ento que o prprio sistema operacional chegou na RAM?.

    Realmente uma dvida muito interessante. No instante em que ligamos ocomputador, a RAM no contm programa algum (lembre-se que os dadosexistentes na RAM so apagados quando o computador desligado). Nesseinstante, o sistema operacional est armazenado no disco rgido e precisa sercarregado na memria. Quem faz a carga do sistema operacional para amemria um programa chamado BIOS, que fica gravado na memriaROM. Lembre-se que a memria ROM no perde seus dados quando ocomputador desligado.

  • 2-36 Hardware Total

    Portanto, no instante em que ligamos o computador, o BIOS j est namemria, e imediatamente processado pela CPU. O processamento doBIOS comea com uma contagem de memria, seguido de alguns testesrpidos no hardware, e finalmente a leitura do sistema operacional do discopara a memria RAM. Esse processo, ou seja, a carga do sistema operacionalna memria RAM, chamado de boot. A figura 25 mostra o processo deboot com maior clareza:

    Figura 2.25

    Boot e carga de um programa.

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

    2) Mostra o instante em que termina a operao de boot. O sistema ope-racional j est carregado na memria e j est sendo executado pela CPU.

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

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

    Sistema Operacional

    Vimos que o sistema operacional um conjunto de programas que socarregados na memria quando o computador ligado, e que tem comouma de suas responsabilidades, providenciar a execuo dos comandos

  • Captulo 2 Informtica bsica 2-37

    solicitados pelo usurio. No fique achando que s isso o que o sistemaoperacional faz. Essa apenas uma de suas funes.

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

    Uma das atribuies do sistema operacional, como vimos, fazer a carga eprovidenciar a execuo dos programas que o usurio solicita. Mesmoquando um programa qualquer est em execuo, o sistema operacionalcontinua ajudando. Por exemplo, muitos programas precisam realizar acessoao teclado, vdeo e impressora, assim como acessos ao disco para ler e gravararquivos. Todos esses acessos so realizados pelo sistema operacional, quefica o tempo todo ativo, prestando servios aos programas que esto sendoexecutados.

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

    Converses de bases de numeraoEste tpico mais ligado matemtica que informtica. um assunto quefaz parte do programa de matemtica do ensino fundamental (antigoprimeiro grau), mas muitas escolas acabam deixando-o de lado. Para usarum computador no preciso conhecer as bases de numerao, mas paraquem vai desenvolver programas ou trabalhar com hardware,freqentemente necessrio us-las.

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

  • 2-38 Hardware Total

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

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

    A contagem de nmeros sucessivos consiste em aumentar o dgito dasunidades at o valor mximo (no caso da base decimal, o mximo 9). Aochegarmos no mximo, o dgito das unidades passa a ser zero, e o dgito dasdezenas aumentado. Quando o dtigo das dezenas chega ao valor mximo,ele se torna zero e o das centenas aumentado, e assim por diante. Semmuito aprofundamento matemtico, note que s faz sentido em chamar asposies de unidades, dezenas e centenas se estivermos usando a base 10.

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

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

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

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

    Na base hexadecimal temos 16 dgitos. So usados alm dos tradicionias 0 a9, novos dtigos com maiores valores. Convencionou-se utilizar letras doalfabeto latino, ao invs de criar novos algarismos. A contagem dos 20primeiros nmeros na base hexadecimal seria ento:

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

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

    Parece estranho, mas todas as bases tem algo em comum, que o mtodo decontagem. Chegando ao dgito mximo (1 no caso da base binria, 7 no caso

  • Captulo 2 Informtica bsica 2-39

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

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

    Note que se no tomarmos cuidado, podemos fazer confuso entre as bases.Por exemplo, o nmero 13 tem valores diferentes quando usamos basesdecimal, octal e hexadecimal. Quando no feita ressalva alguma,consideramos que um nmero est expresso em decimal. Quando usadauma base diferente, devemos usar um indicador apropriado. Por exemplo, o13 em hexadecimal pode ser escrito de duas formas:

    13h ou 1316

    Em octal usamos indicadores como:13q ou 138

    Em binrio usamos um b ou um ndice 2 ao seu final. Por exemplo:

    1001b ou 10012

    De acordo com a tabela, vemos por exemplo que:

    19 = 10011b = 23q = 13h

    Muitas calculadoras cientficas possuem funes para converses de bases denumerao. A prpria calculadora virtual que acompanha o Windows tem

  • 2-40 Hardware Total

    essas funes. Use Iniciar / Programas / Acessrios / Calculadora paraexecutar o programa. Use ento o comando Exibir / Cientfica. Digite agoraum nmero decimal qualquer e use as opes Hex, Dec, Oct e Bin parafazer as converses. Na figura 26, digitamos o nmero 2002 em decimal e aseguir marcamos a opo Hex. O nmero automaticamente convertido,resultando em 7D2. Portanto 2002 = 7D2h.

    Figura 2.26

    A calculadora do Windows faz mudanas de base.

    Quando no temos uma calculadora, podemos fazer mudanas de baseatravs de clculos manuais. Vejamos como.

    Converso de uma base qualquer para a base decimal

    Dado um nmero expresso em uma base qualquer, tudo o que temos quefazer somar as parcelas relativas a cada dgito. Cada parcela igual aovalor do dtigo multiplicado pelo seu peso. Os pesos so potncias da baseusada. Veja por exemplo o que significa o nmer 2375 na base 10:

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

    ou seja:

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

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

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

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

  • Captulo 2 Informtica bsica 2-41

    7x162 + Dx16 + 2

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

    por 256 (16x16), ficaramos com:

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

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

    Em um outro exemplo, vamos converter o nmero binrio 10011101b paradecimal. Ficaramos com:

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

    Substituindo as potncias de 2 ficamos com:

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

    Converso da base decimal para uma base qualquer

    A converso de um nmero decimal para uma base qualquer consiste emrealizar divises sucessivas e tomar os restos dessas divises. Os valores dosrestos formaro os dgitos na nova base. Vamos mostrar o mtodo atravs doexemplo de converso do nmero 2002 decimal para a base 16. Devemosento fazer divises sucessivas por 16. Cada quociente deve ser a seguirdividido por 16, at que o quociente fique menor que a base.

    *** 35% ***Figura 2.27

    Exemplo de converso de base 10 parabase 16.

    A figura 27 mostra a operao completa. O nmero decimal 2002 a serconvertido dividido pela base desejada, no caso 16. O resultado da divisofoi 125, e o resto foi 2. O nmero 125 agora dividido por 16, eencontramos o resultado 7 e resto 13. Enquanto o resultado maior ou igual base, continuamos a diviso. Terminadas todas as divises, o resultado final(no caso, 7) o primeiro dgito do valor convertido. Os dgitos seguintes so

  • 2-42 Hardware Total

    os restos das divises. Note que o resto 13 expresso como D emhexadecimal. Conclumos portanto que 2002 = 7D2h.

    Os processos de converso de base so relativamente trabalhosos devido aoelevado nmero de clculos. Muitas pessoas no gostam de matemtica, emuitos estudantes desistem da informtica quando comeam um curso porconceitos numricos como este. Se voc achou complicado fazer mudanasde base, no desanime. Voc no precisar fazer isso no dia a dia.

    Converso entre duas bases quaisquer

    Uma forma simples de fazer esta converso, apesar de trabalhosa paraexecutar, converter primeiro para a base 10, para depois converter para abase desejada. Vamos exemplificar mostrando como converter o nmero10011101b para hexadecimal. Inicialmente convertemos 10011101b paradecimal. J vimos em um exemplo anterior que este valor 157. Agoravamos fazer as divises sucessivas de 157 para chegarmos base 16.Dividindo 157 por 16 ficamos com 9 e resto 13.

    *** 35% ***Figura 2.28

    Convertendo 157 decimal para a base 16.

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

    Converses simplificadas entre binrio, octal e hexadecimal

    Essas converses so complicadas quando so feitas em duas etapas, comono exemplo anterior. Felizmente existem formas mais simples de faz-las,sem praticamente clculo algum. Para converter de binrio parahexadecimal, divida o nmero a partir da direita, em grupos de 4. Cadagrupo de 4 dgitos deve ser ento transformado em um dgito hexadecimal.Vamos tomar como exemplo o nmero binrio 10011101b mostrado noexemplo anterior. Dividindo em grupos de 4 dgitos, da direita para aesquerda, ficamos com:

    1001 1101

  • Captulo 2 Informtica bsica 2-43

    Agora basta saber que 1001 vale 9, e que 1101 vale D, e temos o valorconvertido, 7D. Assim no preciso fazer clculos exaustivos, basta conheceras representaes binrias e hexadecimais de nmeros de 0 a 15:

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

    Fica fcil fazer a converso at mesmo de nmeros grandes. Por exemplo,para converter 11011001011011101001101b para hexadecimal, temos:

    110 1100 1011 0111 0100 1101 = 6CB74Dh

    Note que o primeiro grupo ficou com apenas 3 dgitos, j que a separao feita da direita para a esquerda. Devemos completar com zeros esquerdaat formar 4 dgitos, portanto 110 fica como 0110, que vale 6 de acordo coma tabela.

    A converso de hexadecimal para binrio ainda mais simples. Bastaescrever cada dgito hexadecimal na sua forma binria. Por exemplo, paraconverter 57CFh para binrio temos 5=0101, 7=0111, C=1100 e F=1111:

    0101 0111 1100 1111

    Podemos agora suprimir os espaos em branco e remover os zeros esquerda, ficando com 101011111001111b

    A base octal pouco usada, mas suas converses para binrio so simples.Para converter de binrio para octal, separamos o nmero em grupos de 3dgitos, da direita para a esquerda, e a seguir usamos a tabela:

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

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

  • 2-44 Hardware Total

    10 011 101 000 110 = 23506q

    Para converter de octal para binrio, basta escrever cada dgito octal na suarepresentao binria. Por exemplo para converter o nmero 32613q parabinrio, usamos 3=011, 2=010, 6=110, 1=001 e 3=011. Ficamos ento com:

    32613q = 011 010 110 001 011

    O zero esquerda suprimido e ficamos com 11010110001011b.

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