FUNDAMENTOS COMPUTACIONAIS

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FUNDAMENTOS COMPUTACIONAIS
O termo informática, historicamente, estar ligado a informação, e não a computação.
· Processamento de dados e sistemas de computação
Um computador é uma máquina feita para processar entradas e exibir saídas. Exemplo: você trabalha em um escritório especializado em finanças, que recebe diariamente centenas de documentos de empresas que contrataram os seus serviços (notas fiscais, recibos, relatório de vendas, relatório de investimentos, etc.). O seu computador recebe como ENTRADAS essas informações, as quais estão desorganizadas e sem uma estrutura padronizada; ele soma, multiplica, agrupa e transforma (processa) esses dados aparentemente desorganizados em informações que serão úteis para as empresas, como projeções financeiras e estimativas de custos futuros. Essas informações serão colocadas em um relatório e exibidas para o cliente (SAÍDA do processamento) (Figura 1).
O computador é uma combinação de hardware, software e inteligência humana. Hardware é a parte física do computador, o Software são os programas de computador e a Inteligência Humana é quem desenvolve o software. 
· Breve histórico da evolução dos computadores
A história dos computadores provavelmente começa com a tentativa do inglês Charles Babbage de construir dois computadores: o chamado dispositivo diferencial e o dispositivo analítico (Figura 2), no começo do século XIX. 
Geração zero (1642–1945)
As máquinas de Babbage pertencem à primeira das gerações, conhecida como geração zero. Além delas, temos ainda a máquina de somar e subtrair, de Blaise Pascal (1623–1662), construída com o intuito de ajudar o seu pai a calcular impostos. 
Essa geração é caracterizada por máquinas mecânicas e, já no final dessa época, eletromecânicas.
A Revolução Industrial foi a principal fonte de demanda para que a tecnologia pudesse finalmente decolar. Nessa época, temos a primeira programadora de computadores: Ada, a Condessa de Lovelace. Ela atuou com Babbage e sugeriu a ele o que é considerado hoje como o primeiro programa de computadores: um plano para que a sua máquina diferencial realizasse cálculos.
1a Geração (1945–1953)
As guerras sempre são precursoras de avanços tecnológicos, e foi nesse contexto que novas tecnologia surgiram. Os componentes mecânicos ou eletromecânicos foram substituídos por válvulas. Elas eram muito mais rápidas, mas não muito confiáveis. Elas ocupavam muito espaço, o seu processamento era lento e o consumo de energia era gigantesco.
Os primeiros computadores que utilizaram essa tecnologia foram o ENIAC (Figura 4), feito na Universidade da Pennsylvania (EUA). 
2a Geração (1954–1965)
O fato de as válvulas consumirem enormes quantidades de energia e serem pouco eficientes e confiáveis levou a comunidade científica e as indústrias a pesquisarem novas tecnologias.
Esse cenário favoreceu o aparecimento do transistor (Figura 5). No computador, o transistor atua como um interruptor eletrônico.
Descoberto em 1947 por cientistas da Bell Telephone, o transistor era mais barato, menor e mais confiável, possibilitando a redução de tamanho dos computadores. Em 1960, surgiu então o IBM 1401, um computador menor, mais rápido e mais eficiente.
Todavia, o transistor ainda não era pequeno o suficiente, uma vez que precisava ser conectado a fios e a outros componentes. Foi então que se iniciou a terceira geração, com o circuito integrado.
3a Geração (1965–1980)
O circuito integrado (Figura 6), é um componente que encapsula diversos transistores dentro dele. Isso trouxe várias vantagens em relação ao modelo anterior: por não possuir partes móveis, ele é mais confiável; contribui para a miniaturização dos componentes; é mais rápido e a um custo de fabricação muito menor. 
O IBM 360 é considerado um dos precursores dessa geração. Ele podia realizar 2 milhões de adições e 500 mil multiplicações por segundo. 
4a Geração (1980–?)
Essa geração é caracterizada, principalmente, pelo aperfeiçoamento de tecnologias existentes: o que era menor ficou ainda menor, o que era rápido ficou muito mais rápido.
5a Geração (2018?–??)
É provável que a quinta geração seja marcada pela conectividade entre computadores e entre pessoas. Nessa geração, ouvimos termos como big data, internet das coisas, cidades inteligentes, compartilhamento e armazenamento em nuvem. Todos eles têm algo em comum: conectividade e informação. Essa era é marcada por um dilema físico, uma vez que está cada vez mais difícil tornar os componentes do computador menores e mais rápidos. 
· Diferenças entre hardware e software
Hardware
Entre as contribuições de John von Neumann para a computação, está a ideia de armazenamento de informações. Ele desenvolveu uma nova arquitetura para computadores, baseada em uma unidade de processamento (CPU), um sistema de memória principal e um sistema de entrada e saída (Figura 7).
A arquitetura de Von Neumann define a CPU como unidade de processamentos das instruções, a memória principal (chamada também de memória RAM ou memória volátil) e os dispositivos de entrada (teclado) e saída (impressora). 
A CPU é formada por duas partes: a unidade de lógica e aritmética (ULA) e a unidade de controle (UC). A ULA é um dispositivo que realiza operações aritméticas e controla o fluxo de dados, enquanto a UC tem como função acessar, decodificar e executar instruções de um programa que está sendo armazenado em memória.
Software
O Windows e Linux, são exemplos de sistemas operacionais, eles têm a função de gerenciar os recursos do seu computador (memória, periféricos, programas, etc.) e fazer a mediação entre os aplicativos e o hardware do computador.
Há também softwares embarcados, isto é, programas embutidos cuja presença não é percebida pelo usuário, exemplo: ar-condicionado, geladeira, aviões, celulares e outros. Enfim, tudo aquilo que possui componentes eletrônicos possivelmente contém sistemas computacionais embarcados.
EXERCÍCIOS
1). Foi um marco na segunda geração de computadores e trouxe mais velocidade e confiabilidade.
A). Os transistores foram substituídos por válvulas.
B). As válvulas foram substituídas por circuitos integrados.
C). As válvulas foram substituídas por transistores.
D). As válvulas foram substituídas por válvulas mais eficientes.
2). Fazem parte da CPU:
A) a unidade de lógica e aritmética e as memórias.
B) a unidade de lógica e aritmética e a placa-mãe.
C) a placa-mãe e as memórias.
D) a unidade de controle e a unidade de lógica e aritmética.
3). Big data é um conceito melhor definido como:
A) o tratamento e exibição de toneladas de informações de fontes diferentes e com formatos padronizados.
B) o tratamento de imagens biométricas de fontes diferentes em formatos padronizados.
C) "grandes dados" são dados muito grandes e de difícil manipulação.
D) a produção, armazenamento, tratamento e exibição de grandes volumes de informação, de fontes diferentes e em formatos diferentes.
4). Qual o principal fato histórico que causou os avanços tecnológicos na primeira geração?
A) A Primeira Guerra Mundial.
B) O descobrimento da eletricidade.
C) A Segunda Guerra Mundial.
D) A ida do homem à Lua.
5). Tem como principal função executar os programas:
A) CPU.
B) Memória.
C) Válvulas.
D) Softwares de aplicativos.
Sistema de numeração
A necessidade de criação de um sistema numérico veio com a necessidade de contar, seja contar gado, plantas, porções de trigo ou qualquer outra coisa. 
· O sistema decimal
O sistema decimal é um sistema posicional de base 10. Os dez algarismos indo-arábicos (0 1 2 3 4 5 6 7 8 9) servem para contar unidades, dezenas, centenas, etc., da direita para a esquerda. 
Nesse sistema, o símbolo 0 (zero), quando posicionado à esquerda do número escrito, não altera o seu valor. Dessa forma, 1, 01, 001 ou 0001 representam a mesma coisa. Quando o símbolo zero é colocado à direita, devemos multiplicar a grandeza pela base, que nesse caso é 10.
· Os sistemas binário, octal e hexadecimal
Em computação, o sistema de números mais importante é de base 2 (0 ou 1). Esse sistema foi adotado porcausa da natureza do computador: todas as informações armazenadas ou processadas nele usam apenas duas grandezas, representadas pelos algarismos 0 e 1 (desligado ou ligado). 
Se temos apenas dois números, o elemento mínimo de informação nos computadores foi nomeado de bit (binary digit), ou dígito binário, que pode ser 1 ou 0. Cada conjunto de oito bits é chamado de um byte (binary term). Às vezes, para facilitar a visualização e manipulação de dados, são utilizadas as bases 8 (octal) e 16 (hexadecimal), mas o computador só opera na base 2 (Figura 2).
O sistema octal, ou sistema de base 8, possui oito algarismos (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 e 7). O hexadecimal utiliza os algarismos 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9, e as letras A, B, C, D, E, F.
 As equivalências funcionam da seguinte maneira:
A = 10, C = 12, E = 14,
B = 11, D = 13, F = 15. 
· Conversão entre bases
Convertendo decimal para binário, octal e hexadecimal
Para converter o número binário ao seu número decimal correspondente, são realizadas divisões sucessivas do número decimal por 2. Em seguida, o resto da divisão de cada operação é agrupado de forma invertida. 
Assim, caso você queira saber os números em binário, octal e hexadecimal dos números decimais 29, 140 e 260, respectivamente, basta fazer como na Figura 2 (divisões sucessivas pela base).
Convertendo binário, octal e hexadecimal para decimal
Para converter de binário, octal ou hexadecimal para o sistema de numeração decimal, utilizamos o somatório da base elevada de zero, até o número de dígitos menos um que queiramos converter. No exemplo da Figura 3, vemos o número binário 10010112, o qual possui sete dígitos; logo, multiplicamos 2 (base) pelo dígito correspondente e somamos os resultados. O mesmo procedimento é feito para números em octal ou hexadecimal.
Convertendo binário para octal e hexadecimal
Para converter de binário para as outras bases que possuem um relacionamento direto com a base 2, como é o caso do sistema numérico de base 8 (23) e o sistema numérico de base 16 (24), o procedimento é o mesmo (Figura 4). Digamos que você tenha o número binário 110101112 e queira convertê-lo para octal e hexadecimal. Os passos para realizar essa conversão são os seguintes:
1. Inicialmente, divide-se o número binário no número de bits correspondentes à base na qual se quer converter (p. ex., base 8 são 3 bits, ou seja, 23 = 8). Esse procedimento é feito da direita para a esquerda.
2. Caso a quantidade dos últimos números binários da esquerda não tiver o número correspondente à base na qual se quer converter, preenche-se com zeros.
3. Depois de divididos os números em grupos de três (no caso da base 8) ou quatro (no caso da base 16), associa-se a cada número binário o seu valor em decimal. No exemplo da Figura 5, no número 011 010 111, o 011 corresponde a 22 + 21 + 20 = 4 + 2 + 1.
4. Por último, efetua-se a soma dos elementos e tem-se o valor na base 8 ou 16. Perceba que se um elemento decimal corresponde a um número 0 do binário, ele não é somado.
Convertendo octal para hexadecimal e vice-versa
Para converter números da base octal para hexadecimal e vice-versa, você precisa fazer um procedimento de duas etapas: converter o número para a base dois (2) e depois converter para a base que deseja. Não existe método direto para realizar essa conversão.
EXERCÍCIOS
1). Sobre o sistema de numeração hexadecimal, é correto afirmar:
A) Sistema inventado por Blaise Pascal no século XII para servir como base para a modelagem de projetos de máquinas de calcular da época.
B). É um sistema de numeração não muito utilizado hoje em dia e é estudado apenas porque é preciso conhecê-lo.
C). É um sistema de numeração muito utilizado na programação de impressoras.
D). É um sistema de numeração muito utilizado na programação de microprocessadores.
2). Assinale a alternativa que define corretamente o que é um bit.
A) Termo cunhado por Leibniz para servir como base para o sistema de numeração octal.
B) Unidade utilizada pelos franceses no século XIII para denotar uma unidade informativa.
C) É equivalente a três caracteres no teclado alfanumérico.
D) Elemento mínimo de informação nos computadores, nomeado de bit (binary digit) ou digito binário, que pode ser 1 ou 0.
3). Convertendo o número 10010012 para decimal, octal e hexadecimal, você obtém, consecutivamente:
A) 7310 1118 4916.
B) 7310 1418 4716.
C) 7510 1128 4916.
D) 7310 1918 4916.
4). Convertendo o número FA16 para decimal, octal e binário, você obtém, consecutivamente:
A) 25010 3728 111010102.
B) 25010 3728 111110102.
C) 25010 3718 111110102.
D) 26010 3728 111110102.
5) Leia atentamente as afirmativas a seguir a assinale a alternativa correta: 
I. O hexadecimal é um sistema de numeração muito utilizado na programação de microprocessadores.
II. O sistema decimal é um sistema posicional de base 10. Os dez algarismos indo-arábicos (1 2 3 4 5 6 7 8 9 10) servem para contar unidades, dezenas, centenas, etc., da direita para a esquerda.
III. Os egípcios desenvolveram um sistema de numeração aditivo, não posicional.
A) Somente as afirmativas I e II estão corretas.
B) Somente as afirmativas I e III estão corretas.
C) Somente a afirmativa I está correta.
D) Somente a afirmativa III está correta.
Sistemas digitais
O sinal digital também é conhecido como sinal discreto. Em comparação, um sinal analógico também é conhecido como sinal contínuo. Um sinal é um fenômeno físico, o qual tem um único valor em cada instante de tempo. Um sistema digital é aquele que recebe entradas digitais e gera saídas digitais. Um circuito digital é uma conexão de componentes digitais, os quais juntos constituem um sistema digital.
É praticamente impossível falar sobre sistemas digitais e entendê-los sem mencionar o seu passado — os sistemas analógicos. Um sistema analógico é composto por dispositivos que manipulam quantidades físicas representadas na forma analógica. Em sistemas analógicos, as quantidades físicas podem variar ao longo de uma faixa contínua de valores. Exemplos de sistemas analógicos são a amplitude do sinal de saída de um alto-falante, equipamentos de gravação/reprodução de fita magnética, reguladores de luminosidade (ou dimmers). Exemplos de sistemas analógicos são mostrados na Figura 2.
O problema é que o mundo é analógico: o som e a luz, por exemplo, são analógicos. Então por que transformá-los em sinais digitais? Esse processo de transformação de analógico para digital consiste em discretizar o sinal analógico, convertendo-o para uma representação digital que possa ser manipulada e armazenada, como um código binário.
· As vantagens e desvantagens dos sistemas digitais
Vantagens
· Em sistemas digitais, existe uma maior imunidade à distorção e à interferência (o sinal digital só tem dois estados). Com circuitos analógicos, até uma pequena perturbação pode tornar o sinal distorcido de forma inaceitável. 
· Em relação ao analógico, o sistema digital tem uma maior capacidade de compactação de dados. Como um sinal digital não passa de uma sequência de números, estes podem ser compactados para reduzir drasticamente o tamanho do arquivo. 
· Os sistemas digitais são mais fáceis de projetar, em função de os circuitos empregados nos sistemas digitais serem circuitos de chaveamento. Neles, os valores exatos da tensão ou da corrente dos sinais manipulados não são tão importantes, bastando resguardar a faixa de operação (ALTO ou BAIXO) desses sinais. 
· O armazenamento da informação é fácil. Circuitos especiais de chaveamento podem reter a informação pelo tempo que for necessário. 
· Precisão e exatidão são maiores. Os sistemas digitais podem trabalhar com qualquer quantidade necessária de dígitos de precisão, com a simples adição de mais circuitos de chaveamento. Nos sistemas analógicos, a precisão em geral é limitada a três ou quatro dígitos, porque os valores de tensão e corrente dependemdiretamente dos componentes empregados. 
· As operações podem ser programadas. É relativamente fácil e conveniente desenvolver sistemas digitais cuja operação possa ser controlada por um conjunto de instruções previamente armazenadas (programa). Os sistemas analógicos também podem ser programados, mas a variedade e a complexidade das operações envolvidas são bastante limitadas (LIMA, 2011). 
Desvantagens
A grande maioria das variáveis (quantidades) físicas são, em sua natureza, analógicas, e geralmente elas são as entradas e saídas que devem ser monitoradas, operadas e controladas por um sistema. Como exemplos, temos a temperatura, a pressão, a posição, a velocidade, o nível de um líquido, a Sistemas digitais vazão. Via de regra, expressamos essas variáveis digitalmente — como quando dizemos que a temperatura é de 64°. Na realidade, porém, estamos fazendo uma aproximação digital de uma quantidade analógica. 
Para tirarmos proveito das técnicas digitais, quando lidamos com entradas e saídas analógicas, precisamos executar três etapas: 
1. Converter o “mundo real” das entradas analógicas para a forma digital. 
2. Processar (ou operar) a informação digital. 
3. Converter as saídas digitais de volta para o mundo real, em sua forma analógica. 
A necessidade das conversões AD/DA da informação pode ser considerada uma desvantagem, porque introduz complexidade e maior custo aos sistemas. Outro fator muito importante é o tempo extra gasto na conversão (LIMA, 2011). 
Aritmética binária
VARIÁVEL é um símbolo (geralmente uma letra maiúscula em itálico) usado para representar uma grandeza lógica; qualquer variável simples pode ter um valor 1 ou 0. 
COMPLEMENTO é o inverso de uma variável e é indicado por uma barra sobre a variável (por exemplo, o complemento da variável A é Ā). Se A = 1, então Ā = 0; se A = 0, então Ā = 1. O complemento de uma variável A é lido como “A negado” ou “A barrado”. Às vezes é usado outro símbolo, em vez de uma barra, para indicar o complemento de uma variável (por exemplo, B’ indica o complemento de B). 
Soma de números binários
A Figura 3 mostra a soma de números binários: em A, vemos os dois números binários, os quais correspondem aos números decimais 41 e 44 em B, a soma procede normalmente, ou seja, 0 + 1 ou 1 + 0 será 1. Em decimal, quando somamos 5 + 8, por exemplo, o resultado é 3 e vai 1. Em C, podemos verificar que 1 + 1 = 0 e vai 1; em D, o processo é o mesmo que em C. 
Subtração de números binários
Na subtração, assim como na adição, a lógica não muda. Quando subtraímos 82 de 91, ou seja, 91 – 82, fazemos 1 – 2 primeiro; antes, porém, acrescentamos 10 ao 1 (então temos 11 – 2 = 9) e somamos 1 ao próximo número. Agora, 9 – (8 + 1) = 0; nesse caso, a resposta é 9. Em binário, como podemos verificar em B, 0 – 1 = 1 e vai 1. 
Multiplicação e divisão de números binários
A multiplicação envolve a formação de produtos parciais e deslocamento de cada produto parcial sucessivo uma posição à esquerda, seguidos da soma de todos os produtos parciais. A divisão binária usa o mesmo método de deslocamentos e subtrações utilizado no sistema decimal. 
Complementos de 1 e 2 (sistema binário)
O complemento de 1 e o complemento de 2 de um número binário são importantes, porque eles permitem a representação de números negativos. 
O complemento de 1 de um número binário é obtido simplesmente invertendo os bits do número, e o complemento de 2 é esse resultado + 1 
EXERCÍCIOS
1) É uma desvantagem dos sistemas digitais:
A). Menor precisão. 
B) Maior custo de produção. 
C) Necessidade de conversão constante de analógico para digital e de digital para analógico. 
D) Maior dificuldade de armazenamento. 
2) Qual o resultado da expressão em binário: (1002 + 11102) / 102? 
A) 10012. 
B) 11012. 
C) 10112. 
D) 10002. 
3). Qual o resultado da expressão em decimal: (1000102 – 11102) X 110112? 
A) 57010. 
B) 56210. 
C) 50010. 
D) 54010.
 
4) Qual o resultado da expressão em binário: [(10102 X 11002) + 110112] - 1102? 
A) 100011112. 
B) 100011012. 
C) 110011012. 
D) 100001012. 
5) Leia atentamente as asserções a seguir:
I. A maioria das variáveis (quantidades) físicas são, em sua natureza, analógicas e, geralmente, elas são as entradas e saídas que devem ser monitoradas, operadas e controladas por um sistema. 
II. Uma variável é um símbolo (geralmente uma letra maiúscula em itálico) usado para representar uma grandeza lógica. 
III. Um sistema digital é aquele que recebe entradas analógicas e gera saídas digitais. 
Com relação às asserções acima podemos afirmar que: 
A) Somente as asserções I e II estão corretas. 
B). Somente as asserções I e III estão corretas. 
C). Somente a asserção I está correta. 
D). Somente a asserção III está correta. 
Portas Lógicas e Circuitos Digitais
Porta AND
A porta AND é uma porta que implementa o “E”, ou seja, ele só é verdadeiro (1) quando as duas entradas são verdadeiras (1 e 1). Todas as outras opções têm como saída falso (0). 
Independentemente de quantas entradas a porta tem (duas, três, quatro, n), a saída só será 1 se todas as entradas forem 1. 
 
Porta OR
A porta OR implementa o “OU”. Nesse caso, a saída será falsa (0) somente se todas as entradas forem falsas. Se pelo menos uma entrada for verdadeira (1), então a saída será verdadeira (Figura 2). 
Porta NOT
A porta NOT (NÃO) — ou inversor — implementa uma negação lógica: se a entrada é 1, a saída será 0; se a entrada for 0, a saída será 1. Essa função pode ser utilizada em conjunto com outras portas e, assim, serve para inverter o sinal de saída ou de uma entrada específica. 
Porta NAND e porta NOR
As portas AND e OR podem ser combinadas com o inversor lógico NOT, produzindo as portas lógicas NAND e NOR. O sinal de saída é o inverso ao sinal da porta sem o NOT. Essas portas podem ser vistas na Figura 4. 
Porta XOR
A porta XOR (ou OU EXCLUSIVO) fornece saída 1 quando as entradas forem diferentes entre si, e 0 em caso contrário. Veja a figura correspondente na Figura 5. 
A Figura 6 mostra um resumo das portas lógicas vistas até agora.
 
Circuitos integrados
Um circuito integrado, também chamados CI ou chip, é um pedaço quadrado de silício, contendo um conjunto de portas lógicas. 
Os CIs podem ser classificados, quanto à quantidade de portas lógicas, da seguinte forma:
· Circuito SSI (Small Integration Scale): de 1 a 10 portas lógicas (Figura 7). 
· Circuito MSI (Medium Integration Scale): de 10 a 100 portas lógicas. 
· Circuito LSI (Large Integration Scale): de 100 a 100.000 portas lógicas. 
· Circuito VLSI (Very Large Integration Scale): > 100.000 portas lógicas. 
Os circuitos lógicos dos sistemas digitais podem ser de dois tipos: circuitos combinacionais ou circuitos sequenciais. Um circuito combinacional é constituído por um conjunto de portas lógicas, as quais determinam os valores das saídas diretamente a partir dos valores atuais das entradas. Cada combinação de valores de entrada pode ser vista como uma informação diferente, e cada conjunto de valores de saída representa o resultado da operação. 
Um circuito sequencial, emprega elementos de armazenamento denominados latches e flip flops, além de portas lógicas. Os valores das saídas do circuito dependem dos valores das entradas e dos estados dos latches ou flip flops utilizados. Como os estados dos latches e flip flops é função dos valores anteriores das entradas, diz-se que as saídas de um circuito sequencial dependem dos valores das entradas e do histórico do próprio circuito. Logo, o comportamento de um circuito sequencial é especificado pela sequência temporal das entradas e de seus estados internos. 
Dado o circuito apresentado na Figura 8, começamos por dividi-lo em portas lógicas básicas — nesse caso, temos uma porta AND (E1) e uma porta OR (E2). A porta AND pode ser definida como E1 = A.B. Já na porta OR, uma de suas entradas é a saída de E1; logo, ela pode ser definida como E2 = E1 + C. Trocando as variáveis, obtemos então a expressão final:
 F = (A.B) + C. 
 Na Figura 9, temos duas portasAND e duas portas OR. A primeira porta AND tem três entradas (A, B e C); logo, temos A.B.C (E1). A porta OR tem duas entradas (A e B) e pode ser representada por A + B (E2). A segunda porta AND tem E2 como entrada e a entrada C; logo, a representação é (A + B).C (E3). A última porta (OR) tem duas entradas (E1 e E3); portanto, a sua representação é E1 + E3, ou seja, S = (A.B.C) + (A + B).C. 
	O inverso também é bastante útil, isto é, fazer o circuito a partir de dada representação. Por exemplo, digamos que temos a representação S = (() + ())’. 
A forma mais fácil é dividir a expressão em blocos: () é o primeiro bloco; () o segundo bloco; S seria o bloco final. O primeiro e o segundo blocos são portas AND com o inversor, ou seja, portas NAND. O bloco final S é a porta NOR com duas entradas: primeiro e segundo blocos. A Figura 10 mostra o resultado. 
Uma tabela verdade representa o comportamento tanto do circuito, como de sua expressão característica. Considere a expressão: S = A.B.C + A.D + A.B.D; como são quatro entradas, temos 24 = 16 possibilidades. Colocamos primeiro as possibilidades para cada variável, depois para cada expressão; no final, o resultado fica como mostra a Tabela 1. 
Vamos fazer um circuito que implemente a soma de dois binários A e B. O problema dessa soma é quando A é 1 e B é 1: sua soma será 0 e vai 1. Como fazemos isso? Na Figura 11, temos a tabela verdade e o circuito, que chamamos meio somador. 
Note que a saída do XOR corresponde à soma dos dois bits, enquanto a saída da porta AND corresponde ao transporte de bits, ou seja, “vai 1”. 
Circuitos sequências são aqueles que têm as saídas dependentes das variáveis de entrada e/ou de seus estados anteriores, que permanecem armazenados e que operam sob o comando de uma sequência de pulsos (clocks). Voltando aos flip flops, temos em seu circuito suas variáveis de entrada, uma entrada para o clock e duas saídas, normalmente denominadas Q e Q’. 
Quando falamos de clocks e circuitos sequências, precisamos entender apenas um conceito muito simples: as saídas se alteram de acordo com a entrada apenas quando damos um pulso no clock. 
O flip flop mais básico é o RS. Nele temos duas saídas Q e Q’, e as suas variáveis de entrada são um Set e um Reset — o Set seleciona o nível lógico 1 na saída do circuito, e o Reset seleciona o nível lógico 0 (Figura 12). 
EXERCÍCIOS
1) Determine a expressão da função lógica a seguir: 
(A+B) ’
(C)'
A) (A+B)’. (C+D).C’.(C+D)
B) (A+B)’.(C+D)+C’.
C) ((A+B)’.(C+D)’)’.
D) (A.B)’+(C.D)+C’.
2). Determine a expressão da função lógica a seguir:((A x B’) + (A’ x B) + C’) ’
(A’ x B) + (A x B’) + C)
 (A x B’)
 (A’ x B) 
(B+D)
 C'
A) ((A’. B) + (A.B’) ’+C’) ’. (C+D).((A’ x B) + (A x B’) + C) x (B+D)) ’
((A x B’) + (A’ x B) + C’) x (B’ + D’)
B) ((A’. B) ’+ (A.B’) ’+C’) ’. (C+D) ’.
C) (((A’. B) ’+ (A.B’) ’+C’) ’. (B+D)) ’.
D) ((A’. B) ’+ (A.B’) ’+C’) ’. (B’+D).
3) Qual a tabela verdade relativa ao circuito: S=A’. (B⊕A)?
4). Qual a tabela verdade relativa ao circuito: S= ((B⊕A) + (B.C)) ’?
5) Leia as afirmativas a seguir:
I. A porta OR implementa o “OU” lógico. Neste caso, a saída será falsa (0) somente se todas as entradas forem falsas. Se pelo menos uma entrada for verdade (1), então a saída será verdade.
II. A porta XOR ou “ou exclusivo”, fornece saída 0 quando as entradas forem diferentes entre si e 1 em caso contrário.
III. Um circuito combinacional é constituído por um conjunto de portas lógicas, as quais determinam os valores das saídas diretamente a partir dos valores atuais das entradas.
Com base nas asserções acima assinale a alternativa correta:
A). Somente as afirmações I e II estão corretas.
B). Somente as afirmações I e III estão corretas.
C). Somente as afirmações II e III estão corretas.
D). Somente a afirmação I está correta.
E). Somente a afirmação III está correta.
Hardware
Os hardwares são todas as partes físicas do computador. Essas partes podem ser subdividas em componentes, tais como memórias, unidades de processamento, dispositivos de entrada e saída, entre outros. As memórias são muito importantes, pois armazenam e manipulam informação, e a unidade central de processamento efetua cálculos e controla outros dispositivos do seu computador.
· CPU (Unidade Central de Processamento)
A CPU possui registradores, unidade lógica e aritmética (ULA) e unidade de controle (UC), e tem três funções básicas:
· Realizar cálculos de operações aritméticas e comparações lógicas; 
· Manter o funcionamento de todos os equipamentos e programas;
· Administrar na memória central (principal). 
A ULA é um circuito combinatório responsável pela execução de somas, subtrações e funções lógicas, em um sistema digital. A UC é a unidade que armazena a posição de memória que contém a instrução que o computador está executando nesse momento. Ela informa à ULA qual operação executar, buscando a informação (da memória) que a ULA precisa para executá-la. Depois, transfere o resultado de volta para o local apropriado da memória. 
Entre outros fatores, o que determina a “velocidade” de uma CPU é a quantidade de instruções que ela é capaz de executar por segundo. A essa “velocidade” se dá o nome de clock, e utiliza-se a medida Hertz (Hz) para calculá-la: um 1 Hz equivale a uma instrução por segundo. Uma CPU com clock de 500 Mhz, por exemplo, é capaz de executar 500 milhões de instruções por segundo. No entanto, o clock não é tudo em uma CPU; o desempenho dela depende também do conjunto de instruções capaz de processar, da quantidade de memória cachê, entre outros (KARAS, 2008). 
· Memórias
Existem diversos tipos de memórias (Figura 3), e quanto maior for o poder de armazenamento, menor o seu custo e a sua velocidade. As memórias se dividem em voláteis e não voláteis: as voláteis (como a memória RAM) dependem de uma fonte de energia, sem a qual tudo o que estava armazenado é perdido; a memória não volátil (como a memória ROM) não depende de fonte de energia e, portanto, não perde dados na ausência de energia elétrica. 
A memória ROM é um tipo de memória que permite armazenar os dados necessários para o arranque do computador.
Na Figura 4, podemos observar a pirâmide dos vários tipos de memória em termos de custo, velocidade e capacidade de armazenamento. 
Memória cache 
A memória cache armazena os dados mais usados pelo processador, reduzindo o número de operações em que é preciso buscar dados diretamente na lenta memória RAM. Mesmo uma pequena quantidade de memória cache é capaz de melhorar bastante o desempenho do processador. 
Memória RAM (ou memória principal) 
É um componente essencial não apenas nos PCs, mas em qualquer tipo de computador. Por mais que exista espaço de armazenamento disponível, na forma de um HD ou memória flash, é sempre necessária certa quantidade de memória RAM — e, naturalmente, quanto mais melhor. A sigla RAM vem de Random Access Memory, ou memória de acesso aleatório, indicando a principal característica da memória RAM: o fato de permitir o acesso direto a qualquer um dos endereços disponíveis, de forma bastante rápida (MORIMOTO, 2007). 
Com o passar do tempo, muitos tipos de memória RAM foram sendo desenvolvidos. Apesar das constantes evoluções no padrão DDR, as memórias nunca conseguiram atingir a mesma velocidade das CPUs. Isso forçou as principais empresas de informática a apelarem para um truque que possibilitaria o aumento do desempenho geral da máquina. 
Conhecido como Dual-Channel (canal duplo), o novo recurso possibilitou um aumento de duas vezes na velocidade entre a memória e o controlador. 
Memória secundária 
É a memória de armazenamento permanente, isto é, armazena os dados permanentemente no sistema, sem a necessidade de energia elétrica; por esse motivo, é conhecida como memória não volátil. Ela funciona como complemento da memória principal para guardar dados. 
· Dispositivos de entrada e saída
Dispositivos de entrada são dispositivos que fornecem informação para as operações num programa de computador, também chamados deunidades ou periféricos de entrada, por exemplo, microfone, teclado, mouse, scanner, leitor de código de barras, webcam, joystick, etc. 
Já os dispositivos de saída são dispositivos que exibem dados e informações processadas pelo computador, também chamados de unidades de saída. Em outras palavras, permitem a comunicação no sentido do computador para o utilizador, por exemplo, monitor, caixas de som, impressora, projetor de vídeo, etc. 
· Placa-mãe
A placa-mãe é o componente mais importante do micro, pois é ela a responsável pela comunicação entre todos os componentes. Pela enorme quantidade de chips, trilhas, capacitores e encaixes, a placa-mãe também é o componente que, de forma geral, apresenta a maior quantidade de defeitos. 
O componente básico da placa-mãe é o PCB, a placa de circuito impresso, na qual são soldados os demais componentes. Embora apenas duas faces sejam visíveis, o PCB da placa-mãe é composto por um total de 4 a 10 placas (totalizando de 8 a 20 faces). Cada uma das placas possui parte das trilhas necessárias, e elas são unidas por meio de pontos de solda estrategicamente posicionados. 
Placas de vídeo, rede e som
Placa de vídeo (ou gráfica) é o componente de um computador que envia sinais deste para o monitor, de forma que possam ser apresentadas imagens ao utilizador. Já em computadores aprimorados, o adaptador de vídeo pode ter um processador próprio — o GPU ou acelerador gráfico. As GPUs surgiram para “aliviar” o processador principal do computador (CPU) da pesada tarefa de gerar imagens. Por isso, são capazes de lidar com um grande volume de cálculos matemáticos e geométricos, condição trivial para o processamento de imagens 3D (utilizadas em jogos, exames médicos computadorizados, entre outros).
Uma placa de rede (também chamada de adaptadora de rede ou NIC) é o dispositivo de hardware responsável pela comunicação entre os computadores em uma rede. A placa de rede é o hardware que permite aos computadores conversarem entre si pela rede, e a sua função é controlar todo o envio e recebimento de dados. Cada arquitetura de rede exige um tipo específico de placa de rede; as arquiteturas mais comuns são a rede em anel Token Ring e a tipo Ethernet. 
Já a função principal da placa de som é converter sinais analógicos em digitais, repartindo-os em pacotes. Quanto maior a quantidade de pacotes que for criada por segundo na conversão de um sinal, melhor será a sua qualidade sonora.
EXERCÍCIOS
1) Sobre a memória cache, assinale a alternativa correta. 
A) A memória cache armazena os dados mais usados pelo processador, aumentando o número de operações em que é preciso buscar dados diretamente na lenta memória RAM. 
B) As Memórias programáveis de leitura somente apagáveis eletronicamente também são PROM apagáveis. 
C) A memória cache armazena os dados mais usados pelo processador, reduzindo o número de operações em que é preciso buscar dados diretamente na lenta memória RAM. 
D) São memórias não voláteis. 
2) Analise as afirmativas a seguir e assinale a alternativa correta: 
I. O componente básico da placa-mãe é o PCB, placa de circuito impresso onde são soldados os demais componentes. 
II. Dispositivos de entrada são dispositivos que exibem dados e informações processadas pelo computador. 
III. O disco rígido é conectado à placa-mãe através de um controlador de disco rígido, que atua como uma interface entre este e o processador. 
A). Somente as afirmativas I e II estão corretas. 
B). Somente as afirmativas I e III estão corretas. 
C). Somente a afirmativa I está correta. 
D). Somente a afirmativa III está correta. 
3) Analise as afirmativas a seguir e assinale a alternativa correta: 
I. Dispositivos de saída são dispositivos que exibem dados e informações processadas pelo computador 
II. Nos discos rígidos, existem milhões desses bits, armazenados muito próximos uns dos outros sobre uma fina camada magnética com alguns mícrons de espessura e revestida por um filme protetor. 
III. A maior parte dos problemas de instabilidade e travamentos são causados por defeitos diversos na placa-mãe, por isso, ela é o componente que deve ser escolhido com mais cuidado. 
A). Somente as afirmativas I e II estão corretas. 
B). Somente as afirmativas I e III estão corretas. 
C). Somente a afirmativa I está correta. 
D) Todas as afirmativas estão corretas
4) Analise as afirmativas a seguir e assinale a alternativa correta: 
I. A máquina de Turing foi construída para realizar apenas adições. 
Consequentemente, a sequência apropriada de passos estava embutida na estrutura da máquina propriamente dita. 
II. Em 1916, Von Neumann e sua equipe iniciaram o projeto de um novo computador de programa armazenado. 
III. Augusta Ada Byron (Ada Lovelace), que publicou um artigo no qual demonstrava como a Máquina Analítica de Babbage poderia ser programada para realizar diversas computações, é identificada, atualmente, como a primeira programadora do mundo. 
A). Somente as afirmativas I e II estão corretas. 
B). Somente as afirmativas I e III estão corretas. 
C). Somente a afirmativa I está correta. 
D). Somente a afirmativa III está correta. 
5). Analise as afirmativas a seguir e assinale a alternativa correta: 
I. Em discos rígidos, as cabeças de leitura e gravação são indutivas, isto é, podem 
gerar um campo elétrico. 
II. Nos discos rígidos, existem milhões desses bits armazenados muito próximos uns dos outros sobre uma fina camada magnética com alguns mícrons de espessura e revestida por um filme protetor. 
III. Todo microprocessador é um processador, mas nem todo processador é um microprocessador. 
A). Somente as afirmativas I e II estão corretas. 
B). Somente as afirmativas I e III estão corretas. 
C) Todas as alternativas estão corretas
D). Somente a afirmativa III está correta. 
Dispositivos de Entrada
Dispositivos de entrada são aqueles que fornecem alguma informação ao sistema computacional, para que ele as processe e execute alguma ação. 
Existem outros dispositivos de entrada que não são tão visíveis e que não têm os aspectos com os quais estamos acostumados, mas que desempenham funções mais voltadas para os especialistas — na maioria das vezes, eles não podem ser manipulados pelas pessoas. São, por exemplo, sensores de diversos tipos, como sensores de temperatura, sensores de umidade, sensores de luz e antenas, entre muitos outros. Todos eles podem fornecer informações que provêm da parte externa do sistema computacional à CPU, para processamento. 
Os dispositivos de entrada/saída em um computador normalmente têm funcionamentos diferentes uns dos outros, apesar de executarem a mesma função: a transformação de informações do mundo exterior para o interior do computador ou vice-versa. 
O conjunto de dispositivos de entrada/saída de um sistema de computação compõe o que se chama de subsistema de E/S. Cada subsistema de E/S precisa realizar as funções de receber ou enviar informações de fora do computador para o processador interno, e converter as informações de entrada em uma forma que o computador entenda e a saída em uma forma que seja compreendida no mundo exterior. 
Cada dispositivo de entrada exige uma interface que vai fazer a tradução das suas informações para um formato que o sistema computacional entenda. 
Isso acontece porque cada dispositivo funciona de uma forma diferente, além de trabalhar com velocidades diversas. Tabela 1 mostra a velocidade de alguns dispositivos de entrada. 
Atualmente, grande parte dos dispositivos estão migrando para a interface USB 2.0, que tem uma taxa de transmissão de 60 MB/s (480 Mbps), ou USB 3.0, cuja taxa é de até 0,6 GB/s (4,8 Gbps). 
A transmissão de vídeo para o computador ou do computador para um monitor ou televisão em HD (High Definition) exige uma interface mais rápida, daí a existência do HDMI (High-Definition Multimedia Interface), com taxas de transferência que variam de 0,6 GB/s (4,9 Gbps) para a HDMI 1.0 a 2,25 GB/s (18 Gbps). 
Existem diversas interfaces padronizadas, que funcionam de forma serial ou paralela. A interface USB (UniversalSerial Bus) é uma interface serial; assim, qualquer dispositivo com essa interface precisa transmitir de forma serial. As interfaces paralelas estão caindo em desuso, porque as seriais são mais baratas. 
Transmissão serial é o processo no qual conjuntos de bits são enviados, um após o outro, pelo mesmo fio. Transmissão paralela é o processo no qual conjuntos de bits são enviados ao mesmo tempo, por um conjunto de fios em paralelo. A transmissão paralela é mais rápida que a serial. 
· Principais dispositivos de entrada
A seguir, serão apresentados os principais dispositivos de entrada que você pode encontrar no dia a dia. 
Teclado
O teclado é um dos mais importantes dispositivos de entrada de um sistema computacional. O objetivo dele é permitir a entrada de caracteres e comandos no computador. 
Mouse
O mouse é um dispositivo de entrada que permite uma interação gráfica com quem o movimenta. 
Microfone
O microfone é o dispositivo de entrada que serve para transformar a onda acústica que é gerada por uma fonte sonora em sinais elétricos, que serão transformados em sinais digitais pela placa de som do computador. 
Webcam
A webcam — ou câmera web — é o dispositivo de entrada que capta as imagens estáticas ou dinâmicas do mundo exterior e as transmite para o computador. O mais importante nas webcams é a sua resolução, dada em número de pixels. 
Leitores biométricos
Os leitores biométricos são dispositivos de entrada que transformam determinadas características físicas de um indivíduo em sinais digitais, para serem processados pelo sistema computacional. 
Veja as principais características de cada um:
· Leitor de impressão digital ‒ é um dos mais antigos, além de ser barato e bastante seguro. Como não existem duas pessoas com a mesma impressão digital, é um método bem confiável. 
· Identificador de voz – é seguro porque cada pessoa tem a sua voz característica. Entretanto, o processo de cadastramento da voz é mais demorado e sensível ao ruído, e qualquer alteração na voz, por motivo de doença, estresse ou emoção, pode levar à sua não identificação. 
· Reconhecedor da face – devido ao processo de coleta dos pontos da face e do fato de que, em cada tentativa de reconhecimento facial, a posição varia, é mais susceptível a erros. 
· Reconhecedor de geometria da mão – também apresenta o mesmo problema do reconhecedor da face. Ele calcula o tamanho da mão e o comprimento dos dedos, além de analisar detalhes sobre as articulações, montando assim uma imagem da mão. 
· Reconhecedor de íris ‒ coleta informações da íris, por meio do infravermelho. É um método muito caro, mas bastante seguro. 
· Reconhecedor de retina – coleta informações dos vasos sanguíneos, por meio de infravermelho. É um método caro, mas extremamente confiável.
· Scanners ‒ scanners ou digitalizadores são dispositivos de entrada que transformam imagens ou textos em sinais digitais compreensíveis pelo sistema computacional. São semelhantes a um fotocopiadora; porém, em vez de imprimir o resultado em papel, salva-o na memória do computador ou em um arquivo. 
EXERCÍCIOS
1) Os dispositivos de entrada e saída são muitas vezes chamados de: 
A) Interfaces
B) Barramentos
C) Processadores
D) Periféricos
2) O dispositivo que exige maior velocidade (taxa de transmissão) de processamento é: 
A) Teclado
B) Mouse 
C) Câmeras de vídeo
D) Leitor de CD-ROM 
3) O teclado padrão ABNT 2 tem a seguinte tecla que habilita uma terceira função em uma de suas teclas: 
A) SHIFT 
B) ALt Gr
C) Scroll Lock 
D) CTRL
4) Considere um mouse com uma precisão de 5.600 dpi. Assinale a opção do mouse mais precisa. 
A) 300 dpi
B) 600 dpi
C) 2.600 dpi
D) 8.200 dpi
5) O leitor biométrico que coleta informações dos vasos sanguíneos é o: 
A) reconhecedor de geometria das mãos. 
B) reconhecedor de íris. 
C) reconhecedor de retina. 
D) reconhecedor de face. 
DISPOSITIVOS DE ARMAZENAMENTO
Um sistema computacional precisa ter à sua disposição informações, as quais serão utilizadas para realizar os diversos processamentos que permitem cumprir a sua finalidade. Essas informações (programas e dados) são guardadas nas memórias do sistema, as quais, dependendo do nível do processamento e de sua função, são chamadas de registradores, buffers, memórias RAM, ROM, cache, principal, etc. 
Buffer é uma parte da memória que os sistemas utilizam para armazenar dados temporariamente, durante um processamento de transferência de informações. 
Em qualquer sistema computacional, existe uma hierarquia de memórias, determinada pela velocidade com que elas podem responder a uma solicitação de leitura ou escrita e pela sua capacidade de armazenamento. 
A Figura 1 mostra uma pirâmide na qual, no sentido do topo para a base, o tempo de leitura e escrita no dispositivo aumenta, a capacidade de armazenamento aumenta, e o preço (em bits por real) diminui.
A literatura, de forma geral, divide as memórias em primárias e secundárias. As memórias primárias necessitam de energia para manterem os dados íntegros, ou seja, ao desligarmos o sistema computacional, todos os dados são apagados. 
A memória principal do computador, também chamada de memória RAM, os registradores, as memórias cache e os buffers são memórias primárias. 
Ao gravar áudios em seu computador, a sua placa de som precisa de algum tempo para processar as informações recebidas. A quantidade de tempo atribuída ao processamento é chamada de tamanho do buffer, porque define a duração da quantidade de dados que a memória permite armazenar. 
As memórias secundárias são aquelas que proporcionam armazenamento mais duradouro. Isso quer dizer que, ao desligarmos o computador, os dados são mantidos. 
Exemplos de memórias secundárias são os discos rígidos (HDs, ou Hard Disks), as fitas magnéticas, os discos ópticos e as memórias flash. 
A tecnologia de estado sólido baseada em EEPROM ou E2PROM, chamada de memória flash, tornou-se muito comum ultimamente, pois permite que as informações nela gravadas perdurem por um longo tempo (são não voláteis). Assim, esses dispositivos não necessitam de alimentação elétrica para manter seus dados e são muito pequenos. 
As memórias flash funcionam de modo um pouco diferente das memórias EEPROMs comuns. Enquanto as primeiras permitem apagar blocos de dados inteiros, as EEPROMs comuns funcionam apagando os dados à medida que escrevem — o que as torna mais lentas. 
Essas memórias consistem em milhares de células, compostas de dois transistores (Control Gate, porta de controle, e Floating Gate, porta flutuante) separados por uma camada fina de óxido, dispostas em forma matricial, que podem ser acessadas de modo individual ou em blocos. As escritas e leituras são todas efetuadas eletricamente. 
· Principais dispositivos de armazenamento
Existe uma quantidade enorme de dispositivos de armazenamento e arranjos de muitos deles para proporcionar espaço para armazenamento, redundância e segurança de dados, utilizando as tecnologias magnéticas, ópticas e de estado sólido. A seguir, serão apresentados os principais dispositivos de armazenamento que você pode encontrar no dia a dia. 
Discos magnéticos: discos rígidos
Os discos magnéticos, também chamados de discos rígidos ou HDs, são dispositivos de armazenamento que utilizam a tecnologia magnética de funcionamento. 
Os HDs são compostos de setores e trilhas. Cada setor possui normalmente 512 bytes e já sai da fábrica com a formatação física efetuada: é feito o mapeamento dos setores em uma tabela de endereçamento que é gravada na placa de controle do HD. As trilhas são compostas por setores e formam círculos concêntricos no disco. 
Discos magnéticos: fitas magnéticas
Outra mídia de armazenamento que utiliza a tecnologia magnética são as fitas magnéticas. Apesar de lentas, suas vantagens estão na alta capacidade de armazenamento, na sua longa duração (se bem manuseadas e acondicionadas, podem durar décadas), no seu baixo custo (um dos menores custos por bit) e no tamanho (normalmente 3,5 polegadas). Além disso, elas são mais resistentes a impactos que as outras mídias.Normalmente, são feitas com uma fita plástica coberta com algum material magnetizável. 
Discos magnéticos: discos flexíveis
Os discos flexíveis, também chamados de disquetes ou floppy disk, possuem funcionamento lógico similar a um prato do HD e possui baixa capacidade de armazenamento. 
Discos ópticos: CDs
Os primeiros discos ópticos foram desenvolvidos pela Phillips, em conjunto com a Sony, como CDs ( Compact Disc) para gravação de músicas, em substituição aos discos de vinil. Devido ao seu sucesso, a ISO ( International Organization for Standardization) publicou a IS 10149, com as especificações técnicas do drive e do disco, de modo que os discos de qualquer gravadora pudessem tocar em qualquer aparelho fabricado por empresas diferentes, desde que seguissem os padrões (TANENBAUM, 2007, p. 53). 
Com a disseminação da tecnologia do CD musical, a Phillips e a Sony padronizaram os CDs para o armazenamento de dados — os chamados CD--ROMs ( Compact Disk Read Only Memory). Para que fossem aproveitadas as mesmas máquinas do CD e para que eles tivessem compatibilidade mecânica, os CD-ROMs foram padronizados no mesmo tamanho dos CDs. Isso exigiu motores com velocidades variáveis e mais lentos. 
Discos ópticos: DVDs
Os DVDs ( Digital Versatile Disk), ou discos versáteis digitais, possuem uma capacidade muito maior que o CD-ROM, mantendo as características físicas. 
Discos ópticos: Blu-ray
O Blu-ray, ou BD ( Blu-ray Disk), é outro dispositivo que utiliza a tecnologia óptica. Ele possui as mesmas características físicas do CD-ROM/DVD, mas utiliza um laser azul, que tem o feixe muito mais fino e, por consequência, permite maior precisão — seu nome tem origem justamente na cor do seu laser. 
Esse tipo de disco óptico tem sido utilizado principalmente para gravações multimídias, como filmes em HD ou em 4K. Por isso, tem sido substituído pelo vídeo streaming e está desaparecendo do mercado. 
Dispositivos de estado sólido: SSDs
Uma das grandes desvantagens dos discos rígidos é a sua velocidade de leitura: a tecnologia estacionou em velocidades em torno 7.200 rpm e não tem avançado. 
Os SSDs não possuem nenhum disco em seu interior. Eles são formados por memórias flash (memórias EEPROMs com transistor em base flutuante) e não possuem partes internas móveis. 
Dispositivos de estado sólido: pen drives
Outro dispositivo que utiliza as memórias flash são os famosos pen drives. Os pen drives funcionam da mesma maneira que um SSD, com algumas diferenças. 
Os pen drives são um ótimo meio de armazenamento, não só pela sua praticidade, como também pela sua capacidade e facilidade de utilização. Entretanto, o que os torna práticos prejudica a velocidade de leitura/escrita, pois a maioria deles utiliza uma interface USB 2.0, que só permite velocidades de até 480 Mbps — embora já exista a versão USB 3.0, que permite velocidades até 4,8 Gbps. 
Dispositivos de estado sólido: cartões de memória 
Um dispositivo de armazenamento bastante utilizado em câmeras, filmadoras, celulares, teclados musicais e diversos outros equipamentos são os cartões de memória. Eles são úteis porque são extremamente pequenos e finos, e utilizam a tecnologia da memória flash, tornando-se ideais para aumentar a capacidade de armazenamento de dispositivos móveis. 
Seu funcionamento é idêntico ao funcionamento de um SSD ou de um pen drive, já que utilizam memórias flash. Porém, a sua desvantagem é a falta de padronização: existem vários tipos de cartão de memória, cada um com características específicas de capacidade de gravação, velocidade de transferência de dados e tamanho. 
EXERCÍCIOS
1) Como se chama a parte da memória que os sistemas utilizam para armazenar temporariamente os dados durante um processamento de transferência de informações? 
A) Memória RAM. 
B) Buffer. 
C) EEPROM. 
D) Memória Flash. 
2) O Pen Drive utiliza memórias de qual tipo? 
A). Primárias. 
B) Secure Digital. 
C) EEPROM com transistor em base flutuante. 
D) Memory Stick. 
3) Ao se dividir um HD em duas partições, o SO apresentará as partições de qual maneira? 
A) A: e B:
B) A: e C:
C) B: e C:
D) C: e D:
4). Um arquivo de 27,5 GB pode ser armazenado como um arquivo completo em um: 
A) CD-ROM dupla camada. 
B) DVD de duas faces e duas camadas. 
C) Blu-Ray de uma face. 
D) Blu-Ray de duas faces
5) Com relação à hierarquia de memórias, qual é a memória mais rápida? 
A) Memória cache. 
B) Memória RAM. 
C) Disco óptico. 
D). Registrador. 
Dispositivos de saída
O processamento de dados, dentro do computador, ocorre a partir da entrada de alguma informação. Então, computador recebe os dados, faz o processamento e realiza alguma ação, produzindo uma saída. Portanto, dispositivos de saída são aqueles que, após alguma ação do sistema computacional, apresentam alguma saída para o mundo exterior. 
Monitores
Os monitores podem ser do tipo CRT (Cathode Ray Tube – tubo de raios cató-dicos) ou de tela plana, os quais utilizam mais frequentemente o LCD ( Liquid Crystal Display – tela de cristal líquido). 
Os tubos dos monitores CRT são grandes válvulas que contêm canhões, os quais podem emitir elétrons em direção a uma tela fosforescente na parte frontal do tubo. Eles constroem a imagem por linhas quase horizontais, varrendo da parte superior para a parte inferior. Normalmente, ele varre as linhas ímpares 60 vezes por segundo, e depois as pares 60 vezes por segundo, formando imagens a uma taxa de 30 quadros por segundo. 
Impressoras
A importância das impressoras está no fato de que elas produzem informações no papel. Existem diversos tipos de impressoras: monocromáticas, a cores, 3D, jato de tinta, laser, cera e vários outros. Além disso, há dois métodos para imprimir no papel: o de impacto e o de não impacto. Na impressora de impacto, a cabeça de impressão entra em contato com o papel e imprime utilizando pequenas agulhas dispostas em uma matriz. Na impressora de não impacto, as cabeças não tocam fisicamente o papel. 
Enquanto os monitores e as TVs utilizam as três cores primárias aditivas RGB (Red – vermelho, Green – verde, Blue – azul) para compor todas as cores, as impressoras utilizam as cores complementares ou subtrativas primárias CYMK (Cyan – ciano, Yellow – amarelo, Magenta – magenta, blacK – preto), que são absorvidas e refletem o resto. As impressoras utilizam um quarto cartucho (o preto), porque combinar as três cores complementares para produzir o preto é muito difícil, já que exige um grau de pureza muito grande — daí a utilização do cartucho na cor preta separadamente. 
Dispositivos sonoros
Outro dispositivo de saída muito comum nos sistemas computacionais são as caixas de som e os fones de ouvido, cujo modo de funcionamento é semelhante. 
A caixa mais simples possui apenas um alto-falante e o seu modo de funcionamento também é simples: uma bobina enrolada em um canudo de papelão que está colado a um cone, e é circulada por um ímã que cria um campo magnético. Quando uma corrente proporcional ao nível de um som passa pela bobina, o campo magnético criado na bobina interage com o campo magnético do ímã, impelindo ou recuando o cone. Com isso, o cone empurra ou puxa o ar, produzindo o sinal acústico, ou seja, o som. 
Projetores multimídia
Os projetores são dispositivos de saída que até pouco tempo atrás eram utilizados em eventos, palestras, apresentações, reuniões de trabalho, escolas e universidades. Entretanto, ultimamente estão cada vez mais frequentes também em residências os chamados home theaters, ou cinema em casa. 
O projetor multimídia é um dispositivo capaz de projetar imagens em uma superfície utilizando componentes ópticos e mecânicos. É composto de uma matriz ativa na qual a imagem é formada, uma fonte de luz, lentes esféricas e espelhos côncavos. 
· Principais dispositivos de saída
Existe uma quantidade enorme de dispositivos de saída, cada um com as suas características. 
Monitores
Dentro da gama enorme de monitores existentes, o primeiro aspecto a se observar é a resolução máxima permitida. A resolução de vídeo é definida a partir da quantidade depixels, dada pelo número de linhas na altura e pelo número de colunas na largura. 
Na resolução full HD, existem 1.920 colunas de largura por 1.080 linhas de altura, resultando em 1.920 x 1.080 = 2.073.600 pixels, ou aproximadamente 2 Mpixels. 
No full HD, se cada pixel for codificado com 32 bits, ou seja, 4 bytes, isso quer dizer que a placa de vídeo deverá ter, no mínimo, uma memória de 8 MB para armazenar uma tela (uma imagem). Se for em uma placa on-board (aquela que utiliza a memória RAM da máquina como armazenamento parcial da memória de vídeo), teremos 8 MB a menos da memória disponível para outros processamentos. 
Pixel é a menor parte que pode ser exibida numa tela. Uma imagem é formada por um conjunto de pixels; desse modo, quanto mais pixels, maior será a definição da tela para uma mesma dimensão. Por exemplo, uma tela de 27 polegadas com 1.920 x 1.080 pixels terá uma resolução maior que uma tela de 27 polegadas com 1.080 x 720 pixels. 
Outro aspecto bastante interessante é o PPI ( Pixels Per Inch – pixels por polegada), que indica a concentração de pixels, ou seja, a quantidade de pixels de um monitor por polegada. Isso tem uma ligação direta com a qualidade do monitor, uma vez que, quanto mais PPIs para uma quantidade de polegadas de um monitor, maior a sua nitidez e melhor a sua qualidade de imagem (Figura 1). 
O tamanho de um monitor é medido na sua diagonal, e o seu comprimento é dado em polegadas. Assim, um monitor de 18 polegadas possui a medida equivalente a 18 polegadas em sua diagonal. 
O PPI é definido como a relação entre a resolução da diagonal pelo tamanho do monitor. Então, o número de PPIs é dado por:
Onde:
A = número de pixels da altura; 
L = número de pixels na largura; 
D = tamanho do monitor. 
Assim, para um monitor de 27 polegadas e full HD, Usando a mesma resolução em um monitor de 32 polegadas, teremos 68 PPI, o que significa uma qualidade menor da imagem. A conclusão é que não adianta ter um monitor grande, com muitas polegadas, mas baixa resolução. 
Os monitores têm uma série de interfaces para serem conectados. A mais antiga delas é o padrão VGA, que é um conector analógico o qual não transporta áudio, só vídeo. Além disso, ele pode ter interferência de ondas eletromagnéticas — ainda que existam versões blindadas, para proteger o sinal das interferências. Sua qualidade é razoável e suporta RGB com 24 bits/pixel com 8 bits por canal. 
O DVI é um padrão digital que também só transporta vídeo e suporta 24 bits/pixel com 8 bits por canal. Sua qualidade geral não é afetada por interferências, porque qualquer perturbação normalmente é corrigida no receptor. A qualidade é semelhante à conseguida pelas interfaces HDMI e Display Port, com as mesmas configurações. 
O HDMI é um padrão digital e, diferentemente dos padrões anteriores, suporta áudio. Existem diversas versões dos conectores da interface, mas o funcionamento e as características elétricas são os mesmos. Sua qualidade é semelhante ao DVI para as mesmas configurações. 
O Display Port é um padrão digital que também suporta áudio. Ele foi pensado como um substituto do DVI e do VGA, e atualmente tem vindo nas placas de vídeo mais modernas, nos monitores topo de linha e nos notebooks mais recentes. Suporta RGB com 24 bits/pixel com 8 bits por canal e possui o Multi-Stream Transport, que permite utilizar divisores ( splitters) para alimentar vários monitores independentes. 
Impressoras
Dentro da gama enorme de impressoras existentes, o primeiro aspecto a se observar é a sua resolução máxima permitida, dada em DPI. À semelhança do PPI, o DPI ( Dots Per Inch) significa pontos por polegada. Se a resolução de uma impressora é 1.200 x 1.200, significa que ela pode imprimir 1.200 pontos na horizontal e 1.200 pontos na vertical em uma polegada (2,54 cm). É óbvio que quanto mais DPIs uma impressora for capaz de imprimir, melhor será a qualidade da sua impressão. 
Quanto maior a quantidade de DPIs em uma impressão, mais demorada ela será e mais tinta vai gastar, embora a qualidade seja melhor. Outro parâmetro importante é o PPM ( Pages Per Minute – páginas por minuto), que indica a velocidade de impressão de uma dada impressora. O PPM não é uma medida padronizada. Um fabricante pode informar a velocidade de impressão no modo econômico, que é mais rápido, e não chamar a atenção para esse detalhe. 
O CPS ( Characters Per Seconds – caracteres por segundo) é um parâmetro utilizado em impressoras matriciais, que indica o número de caracteres que ela pode imprimir por segundo. Assim, é lógico que quanto maior o número de CPS, mais rápida é a impressora. 
Caixas acústicas e fones de ouvido
As caixas acústicas e os fones de ouvido (headphones) são os principais dispositivos de saída sonoros. Existe uma gama enorme desses dispositivos, variando em qualidade e preço. 
O principal aspecto a se observar nesses dispositivos é a sua resposta em frequência: quanto mais larga for a faixa de frequência que o dispositivo pode reproduzir, melhor. Outro fator importante é a resposta aos graves e agudos — as caixas e os fones com respostas pobres nessas duas faixas apresentam uma qualidade de som muito ruim. 
Com relação às interfaces, encontramos nas placas essencialmente três ou seis conectores: no primeiro modelo, há o verde para caixas frontais e fone de ouvido, o azul para entrada de linhas e o rosa para microfone; no segundo, há esses três e mais o laranja para o subwoofer e o central, e os cinzas para as caixas laterais. O pino mais utilizado é o P2, apesar de existirem soluções com interface USB — atualmente, estão se tornando bastante populares as soluções sem fio e bluetooth. 
Existe ainda uma interface chamada de S/PDIF, que transmite somente áudio (de excelente qualidade), a qual pode ser do tipo coaxial ou óptica. 
EXERCÍCIOS
1). Um monitor de 32 polegadas em resolução Full HD terá quantos PPI? 
A) 62. 
B) 68. 
C) 92. 
D) 95. 
2). Uma impressora que utiliza a tecnologia de impacto é a impressora? 
A). Térmica. 
B) Laser. 
C). Matricial. 
D). À cera. 
3). Na sigla CYMK, o K representa a cor? 
A) Preta. 
B) Ciano. 
C). Magenta. CYMK (Cyan – ciano, Yellow – amarelo, Magenta – magenta, blacK – preto)
D). Amarela. 
4) O que as caixas acústicas utilizam como principal meio de conversão da corrente elétrica em som? 
A). Um cone de papelão. 
B) A interação entre dois campos magnéticos. 
C). Um ímã. 
D) A sublimação. 
5) Qual dos conectores a seguir é um conector somente de áudio? 
A) HDMI. 
B) USB. 
C) DVI. 
D) S/PDIF. 
Tipos de Memórias
Os sistemas computacionais necessitam armazenar os dados em lugares onde fiquem disponíveis para processamento a qualquer momento. Este é o papel das memórias: armazenar dados. Esse armazenamento pode ser temporário ou permanente, e vai depender do objetivo do processamento em um dado momento. 
Essas informações são guardadas nas memórias do sistema que, dependendo do nível do processamento e da sua função, são chamadas de registradores, buffers, memórias RAM, ROM, cache, principal, etc. 
· Conceito de memória
Vamos examinar o seu funcionamento das memórias, começando com as formas de armazenar um bit. Uma forma de armazenar um bit é utilizando um Latch D, composto de uma configuração especial de portas NOT, AND e NOR, como mostrado na Figura 1. 
Um flip flop D nada mais é do que um Latch D para as transições que ocorrem comandadas pelas bordas dos pulsos do relógio (clock). Em um Latch, as transições ocorrem comandadas pelos níveis.
Relógio (clock) é um tipo de circuito que gera uma série de pulsos retangulares em determinada frequência.
A Fig. 2 apresenta uma configuração para uma memória de 8 bits, utilizando flip flops D. 
O arranjo mostrado na Figura 2 pode ser utilizado como um registrador de 8 bits. Se dois deles forem utilizados em paralelo, com um comando único para o pino 1 e outro para o pino 11, consegue-se um registrador de 16 bits. Entretanto, para construir memórias muito grandes, é necessário outro arranjo. A Figura 3 mostra uma organização bastante utilizada,com quatro palavras de 3 bits. 
Essa memória tem oito entradas e três saídas. I0, I1 e I2 são as entradas de dados, A0 e A1 são os endereços, CS (Chip Select) é onde se faz a seleção do chip de memória, RD serve para selecionar escrita ou leitura e OE (Output Enable), para habilitar as saídas O0 , O1 e O2
A organização mostrada na Figura 3 é muito flexível e pode ser expandida para qualquer número de palavras de potência de 2. As Figuras 4 mostra duas organizações de memórias, uma com 4 Mbits e outra com 512 Mbits. 
· Diferenças entre memórias de leitura e escrita
As memórias apresentadas anteriormente podem ser lidas e escritas. Esse tipo de memória é conhecido como memórias RAM (Random Access Memories), ou seja, memórias de acesso aleatório. Esse nome deve ser interpretado com cuidado, uma vez que todas as memórias que você verá têm acesso aleatório. 
As memórias RAM podem ser de dois tipos: estáticas ou dinâmicas. As memórias estáticas, chamadas de SRAM (Static Random Access Memories), são extremamente rápidas e conseguem manter os dados enquanto houver energia fornecida. Seu principal emprego é como memória cache de segundo nível. 
Memória cache é um tipo de memória que armazena temporariamente as instruções e os dados que são utilizados mais frequentemente pelo processador. 
Antes de buscar uma instrução ou um dado na memória RAM, o processador acessa primeiro a memória cache, para verificar se a instrução ou o dado encontra-se armazenado nela. 
As memórias dinâmicas DRAM (Dynamic Random Access Memories) não utilizam os arranjos de flip flops apresentados anteriormente, e sim um conjunto de células que consistem em um capacitor e um transistor. O armazenamento se dá pela carga ou descarga do capacitor. Esse tipo de memória tem o inconveniente de que, de tempos em tempos os bits devem ser recarregados, devido a vazamentos da carga elétrica do capacitor. Como o controle dessa recarga é feito externamente à memória, o seu circuito de controle é mais complexo que o das memórias estáticas. Sua vantagem está na capacidade de maior quantidade de memória. 
As DRAMs, por serem mais simples que as SRAMs (apenas um capacitor e um transistor), podem conter maior quantidade de bits por chip; por isso, são muito utilizadas como memórias principais dos computadores. Entretanto, o grande número de bits nesses chips de memórias as torna mais lentas. Em função disso, os computadores utilizam as memórias DRAM como memórias principais. 
As memórias apresentadas anteriormente são chamadas de memórias voláteis, porque, se não forem energizadas, as informações se apagam. Quando o computador é desligado, toda a informação armazenada desaparece. 
Existe outro tipo de memória chamado de memória não volátil, na qual, após o carregamento da informação, esta permanece por bastante tempo, mesmo que a energia seja desligada. Essas memórias são chamadas de memórias somente de leitura, ou ROMs ( Read Only Memories). Elas são muito úteis em brinquedos, computadores, eletrodomésticos, carros e outros produtos nos quais a programação e os dados já devem vir carregados de fábrica e não precisam ser alterados. 
Os bits nas ROMs são gravados na fábrica e não podem ser alterados. Portanto, elas precisam ser produzidas sob medida. 
Devido a isso foi desenvolvida uma ROM que fosse programável, ou seja, que permitisse que as empresas pudessem gravar essa memória. Surgiu assim a PROM (Programmable Read Only Memory). Esse tipo de memória é constituído de pequenos fusíveis, que podem ser queimados aplicando-se determinada tensão em um pino especial e indicando a linha e a coluna do fusível a ser queimada. 
A evolução seguinte foi o desenvolvimento da EPROM ( Erasable Programmable Read Only Memory), que pode ter os seus dados apagados ou programados por meio da sua exposição a uma luz ultravioleta. As EPROMs podem ser reutilizadas; assim, são muito úteis em projetos que precisam de várias alterações durante o seu desenvolvimento. 
A EEPROM (Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory) é mais versátil que a EPROM, porque, em vez de luz ultravioleta, utiliza pulsos de tensão para apagar o seu conteúdo e pode ser reprogramada. Entretanto, ela não admite grandes capacidades, é muita mais lenta que a EPROM, muito mais lenta ainda que a DRAM e SRAM, além de ser muito cara. 
Um tipo especial de EEPROM são as atuais memórias flash, que podem ser apagadas e reescritas quando conectadas a um dispositivo. 
· Identificando os tipos de memórias
As memórias RAM são vendidas no mercado em forma de pentes, e dispostas de mais de uma maneira, cada uma com terminologia própria. 
A primeira terminologia a aprender é memória DDR ( Double Data Rate), ou memória de taxa dupla de (transferência de) dados: ela permite a transferência de dois dados ao mesmo tempo (no mesmo ciclo de relógio). A memória DDR é uma memória SDRAM ( Synchronous Dynamics Random Access Memory), ou seja, memória RAM dinâmica de acesso síncrono. Em outras palavras, ela é uma DRAM que atualiza os dados (escrita/leitura) de forma síncrona. 
A ideia da sincronia é utilizar um relógio para controlar a leitura ou gravação dos dados em ciclos. Isso exige um tempo mínimo para acessar um endereço e garantir a gravação ou leitura correta dos dados, pois a SDRAM precisa aguardar uns poucos nanossegundos antes de efetuar uma operação de leitura/escrita. 
Quem controla esse retardo é a CPU. Como ela normalmente tem uma frequência de trabalho muito maior que a memória, a consequência é que ela precisará aguardar algum tempo antes de obter os dados que solicitou. 
Outro detalhe que merece atenção são as siglas SIMM (Single Inline Memory Module), módulo de memórias em linha simples, e DIMM ( Dual Inline Memory Module), módulo de memória em linha dupla. As SIMM possuem somente uma linha de memórias e trabalham com palavras de 32 bits, enquanto DIMM significa que os chips de memória são instalados em linha dupla e trabalham com palavras de 64 bits. 
Memórias DDR-DIMM
Encontrada em módulos com linha dupla de memórias SDRAM, são DDRs, SDRAMs e DIMMs. Devido às características do DDR, em tese, o módulo deve ser capaz de transferir dados duas vezes mais rápido que uma SDRAM comum. As memórias DDR-DIMM — ou apenas DDR — possuem 184 pinos. 
Com o aumento do poder de processamento dos microprocessadores, as memórias também tiveram de acompanhar essa evolução e, assim, começaram a surgir módulos de memória com velocidades e capacidades cada vez maiores. 
Dessa forma, o próximo módulo a surgir foi a DDR2. 
Memórias DDR2
As DDR2 foram lançadas trabalhando com o dobro da frequência das DDR, com 240 pinos e capacidade de transferir o dobro de dados, ou seja, quatro por ciclo do relógio. Melhoraram o consumo de energia e a sensibilidade à interferência eletromagnética, mas a latência aumentou. A próxima evolução foi a DDR3. 
Memórias DDR3
As DDR3 podem trabalhar com relógios de até 2,8 GHz, com taxas de transferência um pouco inferiores ao dobro das taxas conseguidas pelas DDR2. A latência também aumentou, em relação à DDR2, e foram lançadas com 204 pinos. 
Memórias DDR4
A DDR4 oferece melhor desempenho (2 Gbps por pino) e até 50% de aumento de desempenho em relação à DDR3, maiores capacidades DIMM, maior integridade de dados (CRC) e menor consumo de energia (40%). 
Atualmente, fabricantes já anunciam que estão em processo de desenvolvimento acelerado da nova geração de memórias, chamadas de DDR5, que deverá duplicar as velocidades de funcionamento em relação às memórias atuais. 
EXERCÍCIOS
1) A memória com maiores taxas de processamento por pino é a: 
A) SDRM
B) DDR
C) DDR2
D) DDR4
2) São módulos de memórias em linha simples:
A) DIMM
B) DDR
C) SIMM
D) SDRAM
E) DRAM
3) Memórias constituídas de portas AND e NOR são as: 
A) SRAM
B) DRAM
C) SDRAM
D) ROM
E) EEPROM
4) A EPROM é uma memória que:
A) precisa ser energizada para manter os dados. 
B) pode ser regravada após a aplicação de um pulso em um determinado pino. 
C) pode ser regravada após a aplicação de luz ultravioleta. 
D) é encontrada emmódulos chamados DDR. 
E) é composta por um transistor e um capacitor. 
5) Uma aplicação típica das memórias SRAM é:
A) memória cache. 
B) memória principal. 
C) disco óptico. 
D) disco magnético. 
E) registrador. 
Memória RAM e CACHE
· Conceitos sobre memórias de escrita e de leitura
Em um sistema computacional, existe um conjunto de dispositivos que servem para armazenar grandes quantidades de dados binários. As memórias geralmente são organizadas em forma matricial de um conjunto de latches, flip flops ou capacitores. 
Em geral, as matrizes são compostas de células que armazenam 1 bit e são organizadas em unidades de 1 a 8 bits. A combinação de 8 bits é chamada de byte. Cada bloco ou posição de memória pode ser acessado por meio da especificação de sua linha e coluna. 
Um arranjo de 256 células de memória pode ser organizado de várias maneiras, dependendo da sua unidade de dados. Por exemplo, pode ser uma memória com 16 posições de 2 bytes (16 bits) cada, uma de 32 posições com 1 byte (8 bits) cada, ou uma de 256 posições de 1 bit cada. 
Especifica-se uma memória pelo tamanho da palavra vezes o número de palavras que ela pode armazenar. 
Uma memória de 16 k × 8 significa que ela pode armazenar 16.384 palavras com tamanho de 8 bits. O número 16.384 advém do cálculo de 214, pois, no mundo binário, a base é sempre 2. Na representação, no entanto, costuma-se arredondar para o número mais próximo de mil — nesse caso, 16.000 ou 16 k. 
A localização de uma célula em uma memória é dada pelo endereço. Entretanto, devemos notar que, para acessar um bit, o endereço será dado pela linha e coluna correspondentes, mas se o endereço for da palavra, ele será só o da linha correspondente. Assim, a forma de endereçamento depende de como a memória está organizada. Nos computadores atuais, as memórias de acesso aleatório estão organizadas em bytes ou múltiplos deles. Desse modo, a menor palavras acessada em um computador é 1 byte ou 8 bits. 
Em um sistema computacional, após o microprocessador, a memória é o componente mais importante. Em princípio, ela deveria ser tão ou mais rápida do que o processador, para que não houvesse atraso na execução das instruções. Entretanto, as tecnologias existentes não conseguem produzir memórias tão rápidas; assim, adota-se uma hierarquia de camadas na qual as camadas superiores são as mais rápidas, mas de menor capacidade e mais caras. 
O topo da hierarquia é ocupado pelos registradores, que são memórias especiais, feitas com o mesmo material do processador, e que ficam dentro da CPU (Central Processing Unit). Portanto, elas são tão velozes quanto o processador, não havendo nenhum atraso. Essas memórias normalmente têm capacidades muito pequenas — da ordem de 1 kB — e são gerenciadas pelas instruções dos programas. 
Em uma CPU de 32 bits, os registradores são matrizes de 32 por 32 bits. Em CPUs de 64 bits, as matrizes de memórias dos registradores são 64 por 64 bits. 
Memórias cache
Em seguida, como memórias mais rápidas, temos as memórias cache, normalmente controladas pelo hardware da máquina. As memórias cache são blocos com linhas de bytes, nos quais as linhas mais utilizadas ficam localizadas ou internamente à CPU, ou muito próximas a ela, dentro do encapsulamento. 
Quando um programa em execução precisa realizar a leitura de uma palavra na memória, o hardware primeiro verifica se ela existe na memória cache. Se existir, o programa não fará nenhuma requisição à memória principal (RAM – Random Acess Memories), economizando assim um tempo precioso. 
Se aquela palavra não existir na memória cache, então será efetuada uma requisição à memória principal, por meio do barramento, que é uma operação mais demorada. 
O conceito de caching é muito utilizado em computação, nas mais variadas tarefas. O computador o utiliza o tempo todo, seja armazenando instruções muito frequentes em sua memória principal, a fim de evitar a busca constante no disco magnético; seja armazenando diretórios de arquivos com nomes muito longos, para evitar repetições de busca; seja guardando o endereço e a página principal de um site muito visitado, de modo a evitar a buscar e o carregamento repetidos. 
Os caches precisam de dois tipos de endereço para que cumpram a sua finalidade. O primeiro refere-se à localização espacial, ou seja, se um endereço de memória foi acessado recentemente, espera-se que os similares a essa localização sejam acessados em seguida. Assim, os caches trazem os dados próximos a esse endereço recentemente acessado, procurando antecipar-se a uma futura requisição. 
O outro endereço importante refere-se à localização temporal, ou seja, espera-se que uma localização de memória acessada recentemente seja acessada de novo. Isso acontece com frequência quando o computador está executando uma instrução “FOR” ou “WHILE”. Essa propriedade é bastante explorada pelos caches no momento de decidir qual posição vai ser descartada. Normalmente, eles descartam aquelas posições que estão há um longo tempo sem serem acessadas. 
Os caches geralmente funcionam dividindo a memória principal em linhas de cache, que são blocos de tamanho fixo. Uma linha típica possui de 4 a 64 bytes consecutivos, e cada linha é numerada começando do zero. Assim, por exemplo, se cada linha tiver 64 bytes consecutivos, a primeira linha começará com 0 até o byte 63, a segunda linha começa no byte 64 e vai até o byte 127, e assim por diante. Sempre haverá linhas no cache. 
Em um dos tipos de cache, se aparecer uma requisição, o dispositivo de controle verifica se os dados solicitados estão em alguma linha do cache. Se estiverem, o cache é lido, e uma solicitação à memória principal é evitada. Se os dados não estiverem no cache, uma de suas linhas é retirada, e a informação é buscada na memória principal, ocupando o espaço da que foi retirada. 
Existem caches de vários tipos, mas os principais são o de mapeamento direto, em que se mapeia cada bloco da memória principal em uma linha do cache (como explicado no parágrafo anterior); o de mapeamento associativo, em que os blocos da memória principal podem ser carregados em qualquer linha do cache; e o de mapeamento associativo por conjunto, que é uma mistura dos dois anteriores. 
O importante é ter em mente que existem muitos algoritmos para lidar com essa troca de informações entre memória principal, cache e CPU; porém, em todos os algoritmos, a ideia é sempre manter no cache as linhas mais utilizadas no maior tempo possível. 
Os processadores modernos utilizam bastante o caching, fornecendo memórias cache de dois níveis: um cache L1, que está sempre dentro da unidade central de processamento e cujo acesso não apresenta retardo, e um cache L2, que apresenta retardo de um a dois ciclos de clock (relógio). O cache L1 geralmente é da ordem de 16 kB a 64 kB, e o cache L2 é da ordem de 512 kB a vários megabytes. 
Memórias RAM
O nível seguinte, em termos de velocidade de processamento, é o da memória principal. Ela é o centro das memórias. Toda vez que o processador, ao fazer uma requisição, não encontra o solicitado no cache, passa a requisição para a memória principal. 
A memória principal também é chamada de RAM ( Random Access Memory), o que conceitualmente está correto, uma vez que, no conjunto de memórias que fazem parte da memória principal, as memórias ROM também são de acesso aleatório. As controladoras dos dispositivos de entrada e saída, dos dispositivos de armazenamento, dos dispositivos de comunicação e BIOS ( Basic Input Output System) têm memórias ROM ( Read Only Memories), que são gravadas em fábrica, não podem ser alteradas e permitem o funcionamento desses dispositivos — mas continuam sendo de acesso aleatório. 
O BIOS desempenha um importante papel na maioria dos computadores: quando este é ligado, quem primeiro entra em ação é o programa gravado no BIOS, chamado de bootstrap. Ele vai executar a inicialização do computador e fazer a verificação das interfaces e os testes das memórias; se estiver tudo certo, ele passa o controle para o sistema operacional (SO).