Prof. Leonardo Augusto Casillo

UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-ÁRIDO

CURSO: CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO

SISTEMAS ANALÓGICOS X DIGITAIS

Representação Numérica

◦ Analógica Um valor (quantidade) é representado por um indicador

proporcional variável.

A quantidade pode variar de modo contínuo.

Sistemas Analógicos - São sistemas que manipulamquantidades físicas (peso, massa, etc)

◦ Digital A quantidade é representada por símbolos.

A quantidade varia de modo discreto (passo-a-passo).

Sistemas Digitais - São sistemas que manipulaminformações (bits, bytes, etc)

A leitura de uma quantidade analógicaapresenta uma interpretação livre, utilizandoa técnica de arredondamento.

Não existe ambiguidade na leitura de umaquantidade digital, já que a variação ocorreem saltos ou degraus.

“A representação digital é o resultado da atribuição de um número de precisão limitada a

uma quantidade continuamente variável”.

SISTEMAS ANALÓGICOS X DIGITAIS

SISTEMA DIGITAL

Combinação de dispositivos projetados paramanipular informações lógicas ouquantidades físicas que são representadas noformato digital.

É um circuito eletrônico que “processa”informação usando apenas dígitos (números)para implementar as suas operações ecálculos.

Os dígitos têm valor 0 ou 1.

SISTEMA DIGITAL

Mais fáceis de projetar – não importa o valor exato de tensão ou

corrente, mas a faixa de valores na qual se encontram.

Mais fácil armazenamento de informação – habilidade de guardar

uma informação e mantê-la pelo tempo necessário em um espaço

físico relativamente pequeno.

Mais fácil de ser programado – operações do sistema controlados

por um conjunto de instruções denominado programa.

Mais fácil manter a precisão e exatidão em todo o sistema –

informação não se deteriora após digitalizado.

Menos afetados por ruídos – desde que o ruído não tenha

amplitude suficiente que dificulte a distinção entre as faixas de

valores. 6

VANTAGENS DE SISTEMAS DIGITAIS

Conhecer dispositivos que integram processadores de informação

em nosso cotidiano.

Entender porque a informação digital é mais eficiente na

manipulação de técnicas para processar e utilizar informação.

Conhecer e utilizar técnicas modernas que permitam desenvolver

sistemas de tratamento de informação em problemas reais.

◦ Metodologias de projetos

◦ Ferramentas de CAD para desenvolver projetos

◦ Linguagem para descrição de hardware (VHDL)

Começar a entender o funcionamento de computadores digitais a

partir de seus fundamentos.

Desenvolver projetos de “circuitos embarcados” 7

POR QUE ESTUDAR SISTEMAS DIGITAIS?

Apenas umazinha só, bem básica...

O MUNDO REAL É QUASE

TOTALMENTE ANALÓGICO!

Temperatura, pressão, velocidade, aceleração, nível, vazão, áudio, etc

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LIMITAÇÕES DE SISTEMAS DIGITAIS

SISTEMA DIGITAL: COMO PROCEDER?

Converter a variável física em um sinal analógico por meio de sensores;

Converter as entradas analógicas para o formato digital por meio de circuitos conversores AD;

Realizar o processamento da informação digital;

Converter as saídas digitais de volta ao formato analógico por meio de circuitos conversores DA;

Enviar a informação analógica de volta ao mundo real (dispositivo físico) por meio de atuadores.

SISTEMA DIGITAL

Exemplo: sistema de controle de temperatura

CIRCUITOS DIGITAIS

Circuitos projetados para produzir tensões de saída

que se encontrem dentro das faixas de tensões

determinadas para os níveis 0 e 1, e para responder

a tensões de entrada previsíveis que estejam dentro

de faixas definidas para os níveis 0 e 1.

CIRCUITOS LÓGICOS

O modo como um circuito digital responde a uma

entrada é denominada lógica do circuito.

Cada tipo de circuito digital obedece a um

determinado conjunto de regras lógicas.

Circuitos digitais = circuitos lógicos

COMPUTADOR DIGITAL

É um sistema de hardware que realiza operações

aritméticas, manipula dados e toma decisões.

Cada unidade funcional de um computador

desempenha uma função específica:

EXERCÍCIOS

1 – Dentre as quantidades listadas, quais estão

relacionadas a quantidades analógicas e quais estão

relacionadas a quantidades digitais?

◦ A) chave de dez posições

◦ B) corrente que flui de uma tomada elétrica

◦ C) temperatura de um ambiente

◦ D) grãos de areia em uma praia

◦ E) velocímetro de um automóvel

EVOLUÇÃO DOS COMPUTADORES

Primórdios

EVOLUÇÃO DOS COMPUTADORES

EVOLUÇÃO DOS COMPUTADORES

Válvulas

Transistores

Circuitos Integrados

Microchips

Sua função é regular o fluxo de corrente

elétrica em um circuito. Completamente

fechada, ela interrompe o fluxo.

Inteiramente aberta, ela deixa passar toda a

corrente. E em posições intermediárias, ela

regula a intensidade deste fluxo.

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VALVULA ELETRÔNICA

Uma válvula parece uma lâmpada incandescente. Tanto aválvula eletrônica quanto as lâmpadas incandescentessão dispositivos constituídos de um bulbo de vidro nointerior do qual se faz o vácuo e que contém umfilamento de material condutor de alta resistência quese deixa atravessar por uma corrente elétrica.

Nas lâmpadas, isso é tudo: o filamento esquenta devido àpotência que a corrente elétrica dissipa ao atravessá-lo,essa liberação de calor faz com que o filamento fiqueincandescente e a luz liberada ilumina o ambiente.

Na válvula, o filamento também esquenta, mas sua funçãonão é iluminar, mas sim aquecer uma pequena placametálica chamada catodo.

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VALVULA ELETRÔNICA

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VALVULA ELETRÔNICA

Abaixo do catodo está o filamento, cuja única função é liberarcalor. Na extremidade oposta está o anodo, uma outra placametálica semelhante ao catodo. Catodo e anodo estão ligados auma bateria, o primeiro ao pólo negativo, o segundo ao positivo.

Como está ligado ao pólo negativo, o catodo fica saturado deelétrons. Já o anodo, ligado ao pólo positivo, carrega-sepositivamente (ou seja, seus elétrons livres são drenados para opólo positivo da bateria). Portanto, forma-se uma diferença depotencial elétrico entre catodo e anodo. Entre eles não há ar,portanto a resistência elétrica é baixa.

Os elétrons que se acumulam no catodo são atraídos pelascargas positivas do anodo que, por estar aquecido, liberaelétrons com facilidade. Os elétrons então saltam através dovazio, do anodo para o catodo, estabelecendo uma correnteelétrica que atravessa a válvula.

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VALVULA ELETRÔNICA

A grade está ligada ao pólo negativo da mesma bateria queaquece o filamento através de um potenciômetro (resistorvariável).

Com o potenciômetro ajustado para sua resistência máxima,não há tensão aplicada à grade e os elétrons a atravessamfacilmente em sua jornada do catodo para anodo.

Já com ele ajustado para resistência mínima, uma grande tensãonegativa é aplicada à grade, que se satura de elétrons. Esseselétrons repelem os que tentam saltar do catodo para o anodoque, portanto, não conseguem atravessar a grade.

E regulando-se o potenciômetro para resistênciasintermediárias, reduz-se a polarização negativa da grade,permitindo a passagem de mais ou menos elétrons. Portanto,regulando a corrente elétrica.

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VALVULA ELETRÔNICA

O transistor foi desenvolvido em 1948 nos EUA. É

um pequeno pedaço de material semicondutor,

contendo três ou mais terminais.

http://pt.wikipedia.org/wiki/Transistor

Há diversos tipos de transistores. No tipo mais

simples, transistor bipolar, os terminais são

denominados “emissor”,“coletor” e “base”.

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TRANSISTOR

O emissor tem exatamente a mesma

função que o catodo de uma válvula.

O coletor é análogo ao anodo. E a

base faz o papel da grade.

Polarizando-se diretamente coletor e

emissor (p.ex. ligando-se aos pólos

de uma bateria) e aplicando-se uma

tensão à base, haverá uma corrente

entre coletor e emissor cuja

intensidade é proporcional à tensão

aplicada à base. 24

TRANSISTOR

Uma das características dos transistores é a

que permite estes serem empregados como

“chaves”, ou seja, um dispositivo que

permite ou não a passagem de uma

corrente elétrica. Essa é sua principal

utilização nos circuitos digitais, os que

dizem respeito aos computadores.

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TRANSISTOR

Na figura, o emissor está ligado a terra, enquanto o coletor e abase estão ligados aos pólos positivos de duas baterias. Entre abase e sua bateria, há um interruptor que na figura está aberto.Enquanto este interruptor estiver aberto, não haverá tensãoalguma aplicada à base. Nessas condições o transistor secomporta como um resistor de resistência praticamente infinita,ou seja, não conduz corrente elétrica. Portanto, não haverácorrente entre o coletor e o emissor mesmo havendo umatensão aplicada entre eles, pois a resistência do transistorimpede que ela se estabeleça.

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TRANSISTOR

Se o interruptor situado entre a base e a bateria se fecha, istoaplicará à base a mesma tensão da bateria. A presença de umatensão na base fará uma pequena corrente fluir entre base eemissor. Devido às características próprias do transistor, apresença desta corrente, mesmo pequena, provocará umabrusca redução da resistência elétrica entre coletor e emissor.Nessas condições o transistor passa a se comportar como umresistor de resistência praticamente nula, ou seja, não exerceránenhum obstáculo à corrente elétrica. Uma corrente passaráentão a fluir entre coletor e emissor devido à tensão aplicadaentre eles. 27

TRANSISTOR

É um conjunto de elementos básicos:

resistores, capacitores, diodos e

transistores, fabricados sobre um pedaço

de material semicondutor (normalmente

Silício), que pode implementar funções

lógicas digitais e/ou funções analógicas

integradas.

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CIRCUITO INTEGRADO

Grande número de circuitos inseridos em um pequeno dispositivo (redução de área);

Produção em larga escala (economia no custo de produção);

Redução de interconexões externas (confiabilidade);

Miniaturização de circuitos (redução no consumo de energia);

Refrigeração reduzida (baixa potência dissipada).29

VANTAGENS DO CIRCUITO INTEGRADO

Em geral não podem trabalhar com altascorrentes devido a dissipação térmicaexcessiva.

Não podem implementar facilmente certosdispositivos elétricos como indutores,transformadores e grandes capacitâncias.

◦ Devido as características de baixa potência dos CIsde uma maneira geral estes dispositivos são mais

apropriados para processamento de dados.

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DESVANTAGENS DO CIRCUITO

INTEGRADO

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APLICAÇÕES DE CIRCUITOS

INTEGRADOS

ÁREAS DE ATUAÇÃO

Redes de computadores

Projetista de Hardware e/ou equipamentos eletrônicos

Sistemas Embarcados

Processamento de sinais e/ou imagens

Robótica

Controle e automação

Indústrias (ex: automobilística)

Biotecnologia

Jogos

E-commerce

Telecomunicações