Conceitos básicos de computação gráfica

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Conceitos básicos
de computação gráfica
Organização do texto: Rudi Santos
2 Conceitos b‡sicos
Bibliografia:
Microsoft Press - Dicionário de informática: inglês-português e português-inglês (Editora Campus);
Computer graphics for designers e artists - Isaac Victor Kerlow e Judson Rosebush (Van Nostrand Reinhold);
Como funciona o computador - Ron White (Editora Quark);
Micros & multimídia, método rápido - Instituto Brasileiro e Pesquisa em Informática (Editora Infobook S.A.);
The Macintosh Bible - Arthur Naiman (Goldstein & Blair).
3Conceitos b‡sicos
Bits e bytes
Bits - Bits ou binary digits (d’gitos bin‡rios) s‹o as unidades indivis’veis que constituem a
informa‹o. Um bit Ž o resultado da escolha entre duas alternativas l—gicas e pode ser
representado por dois nœmeros: 0 ou 1.
Os dois estados de um bit correspondem ˆ diferencia‹o entre cheio e vazio, zero e um,
masculino e feminino, positivo e negativo, yin e o yang, por exemplo.
As informa›es em um computador s‹o armazenadas graas ˆ organiza‹o de uma sŽrie de
bits, organizados em unidades modulares.
Um byte Ž uma unidade modular composta de 8 bits, o que permite representar atŽ 256 diferentes
condi›es de informa‹o (00000000, 00000010, 00000100 etc., atŽ 11111111).
Um kilobyte (KB) Ž igual a 1.024 bytes (210).
Um megabyte (MB) Ž igual a 1.048.576 bytes (220)
Um gigabyte (GB) Ž igual a 1.073.741.824 bytes (230)
Um terabyte (TB) Ž igual a 1.099.511.627.776 bytes (240)
Os prefixos kilo, mega, giga e tera s‹o utilizados no sistema mŽtrico. Na inform‡tica,
que se baseia no sistema bin‡rio (base 2) de numera‹o, o prefixo kilo, por exemplo,
n‹o Ž igual a 1.000 (103) e sim igual a 2 elevado a potncia de 10 (210 = 2 x 2 x 2 x
2 x 2 x 2 x 2 x 2 x 2 x 2 = 1.024).
Os bytes s‹o usados tipicamente para representar caracteres (letras, nœmeros, pontua‹o e
outros s’mbolos). Esta representa‹o Ž efetuada atravŽs de um esquema de codifica‹o
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(conhecido como ASCII), que atribui valores numŽricos ˆs letras, nœmeros, sinais e caracteres
especiais.
O ASCII (American Standard Code for Information Interchange) tem 256 c—digos, representando
todas as combina›es poss’veis de 8 bits. O ASCII permite que os computadores e programas
de computadores troquem informa›es.
Os c—digos n‹o devem ser confundidos com nœmeros. O nœmero 1 pode ser adicionado ou
subtra’do, mas o c—digo alfanumŽrico para o nœmero 1 Ž simplesmente um s’mbolo. Por exemplo,
o nœmero 5 Ž expresso como 00000101 em bin‡rio e o caracter 5 Ž expresso como 00110101.
Microcomputadores
Os ÒmicrosÓ s‹o computadores constru’dos com base em um microprocessador montado em
um œnico chip. Menos poderosos que os minicomputadores, as workstantions e os mainframes,
os microcomputadores se transformaram, mesmo assim em m‡quinas poderosas capazes de
executar tarefas complexas. A tecnologia est‡ avanando com tanta rapidez que os
microcomputadores de topo de linha se tornaram t‹o poderosos quanto aos mainframes de
alguns anos atr‡s, a um custo muit’ssimo menor.
Caracteres CódigoASCII Caracteres
Código
ASCII
! 00100001 C 01000011
$ 00100100 D 01000100
( 00101000 a 01100001
+ 00101011 b 01100010
. 00101110 c 01100011
0 00110000 d 01100100
1 00110001 | 01111100
2 00110010 } 01111101
A 01000001 ~ 01111110
B 01000010 DEL 01111111
5Conceitos b‡sicos
No mercado de microcomputadores existem dois principais fabricantes: a IBM e a Apple. A IBM
(International Business Machines) criou, em meados de 1981, o primeiro microcomputador
pessoal, conhecido como PC (personal computer). Existem diversos fabricantes de PCs no
mercado, alŽm da IBM.
A Apple foi uma companhia que surgiu, em 1976, numa garagem localizada no Silicon Valley
(Vale do Sil’cio) a partir da venda de um velho motor de Volkswagen (US$ 1,300.00).
Em 1984 a Apple lanou seu modelo de computador pessoal conhecido como
Macintosh. Apesar de ser um computador pessoal (personal computer), os computadores
Macintosh n‹o s‹o chamados de PCs. Esta terminologia (PC) s— se aplica aos clones e
computadores fabricados pela IBM e outros fabricantes que utilizam o Windows.
Anal—gico e digital
Na tecnologia de um computador, os conceitos de anal—gico e digital s‹o as chaves para
entender as opera›es relacionadas com a cria‹o de imagens.
A m’dia anal—gica propaga as mensagens como sinais cont’nuos; por exemplo, em uma caixa
acœstica a press‹o do ar Ž continuamente modulada pelas vibra›es dos alto-falantes. Os
dispositivos anal—gicos podem representar um nœmero infinito de valores dentro da faixa
operacional que atuam. O sistema telef™nico Ž um dispositivo anal—gico, projetado para transmitir
os diversos sons e tons da voz humana. Estes sons s‹o convertidos eletronicamente em um
sinal anal—gico como uma corrente cont’nua que varia gradualmente de freqŸncia e potncia.
O sinal anal—gico pode ser descrito, atravŽs de um oscilosc—pio, como uma linha ondulada
indicada na ilustra‹o abaixo.
Por outro lado, a representa‹o digital mapeia os valores sob a forma de nœmeros discretos.
Na inform‡tica, ÒdigitalÓ Ž praticamente sin™nimo de bin‡rio porque os computadores processam
informa›es codificadas como combina›es de d’gitos bin‡rios (bits). Um 0 bin‡rio indica o
bot‹o desligado. Um 1 bin‡rio indica um bot‹o ligado. A representa‹o de um c—digo digital
seria assim:
01100101011101001
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Hardware
Todos os computadores, independentemente de suas dimens›es e prop—sitos, compartilham
de uma estrutura b‡sica para a execu‹o de suas fun›es. A express‹o hardware refere-se a
todos os componentes f’sicos do sistema, incluindo as fia›es e circuitos internos da m‡quina.
Um computador tem cinco componentes b‡sicos:
. o bus (ou barramento)
. o clock
. a CPU
. as portas de entrada e sa’da
. a mem—ria
O bus
 O bus ou barramento (em portugus, ambos os termos s‹o utilizados, com alguma preferncia
por bus) Ž o conjunto de fios que conecta as partes do computador (na realidade, traos
met‡licos na placa de circuitos impressos). Esta fia‹o serve para transferir instru›es e dados.
O clock
Em um computador, o tempo Ž controlado pelo clock - um dispositivo que produz impulsos
elŽtricos, zeros e uns, a uma determinada freqŸncia. TambŽm chamado de system clock
(clock do systema). O clock gera uma sŽrie cont’nua de pulsos de sincroniza‹o - os sinais
digitais que coordenam todas as opera›es do computador. O sinal do clock do sistema costuma
ter uma freqŸncia espec’fica entre 1 milh‹o e 100 milh›es de ciclos por segundo (megahertz,
ou MHz). A velocidade do clock do computador Ž um dos principais determinantes da velocidade
global de processamento. Quanto maior o nœmero de megahertz mais r‡pido Ž o processador.
A CPU
A Central Process Unit (Unidade Central de Processamento) executa todas as instru›es dos
programas e controla todo o sistema.
As portas de entrada e sa’da
As portas de entrada e sa’da (input/output port) s‹o as partes do circuito que permitem a
conex‹o de diversos tipos de perifŽricos e de outros computadores.
A mem—ria
Um conjunto de circuitos que permite o armazenamento e a recupera‹o de informa›es. No
sentido mais genŽrico, mem—ria pode se referir a sistemas externos, como unidades de disco
ou fita; no entanto, existe a tendncia de se usar este termo apenas para as ‡reas de
armazenamento formadas por semicondutores r‡pidos (RAM) conectados diretamente ao
microprocessador.
RAM - acr™nimo de random acess memory (mem—ria de acesso aleat—rio). Uma mem—ria
baseada em chips semicondutores que podem ser lidos e gravados (escritos) pelo
microprocessador e outros dispositivos. Pode-se dizer que a RAM Ž uma espŽcie de mem—ria
vol‡til, pois as informa›es armazenadas nesta mem—ria s— s‹o mantidas enquanto o
computador estiver ligado.
ROM - acr™nimo de read-only memory (mem—ria de leitura). Uma mem—riabaseada em
chips semicondutores que contŽm instru›es e dados cujo conteœdo pode ser lido mas n‹o
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modificado. A mem—ria ROM Ž uma mem—ria do tipo fixa que j‡ vem instalada na pr—pria
f‡brica. ƒ uma mem—ria praticamente de teste. Sua fun‹o Ž, assim que se liga o computador,
testar a mem—ria RAM, inicializar o hardware e fazer a carga do sistema operacional. A esse
conjunto de tarefas damos o nome de processo de boot. A mem—ria ROM n‹o se perde
quando o computador Ž desligado.
Mem—ria virtual (virtual memory) - uma tŽcnica que permite a uma aplica‹o trabalhar
como se o sistema fosse dotado de uma grande mem—ria principal uniforme embora, na
realidade, ela seja bem menor.
Monitor
Teclado
Porta
de saída
Memória
CPU
Clock
Porta
de entrada
Bus
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Frame buffer - Ž uma mem—ria especial, utilizada para armazenar e exibir mapas de bits
(bitmaps) na tela do computador.
Mem—ria de massa (mass storage) - um termo genŽrico para o armazenamento de dados
do computador em disco ou fita, pelo fato de que grandes massas de dados podem ser
gravadas nesses meios, em compara‹o com a capacidade relativamente bem menor da
mem—ria. As mem—rias de massa s‹o dispositivos eletromagnŽticos, —ticos ou unidades
magneto-—pticas (MO), cuja principal finalidade Ž a mesma que a RAM, armazenar
informa›es, s— que as mem—rias de massa guardam informa›es de forma ÒpermanenteÓ.
Com as mem—rias de massa pode-se efetuar opera›es de leitura e grava‹o. Entre os
dispositivos de mem—ria de massa magnŽticos est‹o os disquetes (floppy disks) e o
winchester ou disco r’gido (hard disk - HD).
Obs: para quem interessa saber, a denomina‹o Winchester originou de uma unidade de
armazenamento em discos magnŽticos criada pela IBM em 1973. Essas unidades possuiam
dois discos de 30 MB, eram chamadas de 30-30 e posteriormente de Winchester em analogia
ao rifle Winchester de cano duplo de calibre 30, tambŽm chamado de 30-30, pois os
americanos gostam muito de armas de fogo. Os usu‡rios dos computadores Macintosh
jamais (mas jamais mesmo!!!) chamam o disco r’gido dos computadores da Apple de Win-
chester.
Alguns exemplos de dispositivos de mem—ria de massa
Disquetes - os disquetes, quanto ao formato, podem ser divididos em dois tipos: os de
formato (tamanho f’sico em polegadas) 5 1/4 e o formato 3 1/2. Os disquetes 5 1/4
apesar de serem maiores, possuem uma capacidade de armazenar informa›es menor
do que os de 3 1/2.
Hard disk (HD) - uma ou mais l‰minas inflex’veis revestidas com um material que permita
a grava‹o magnŽtica de dados digitais. Os discos r’gidos s‹o componentes selados
(vedados) com a finalidade de impedir a penetra‹o de contaminantes que se interponham
ˆs r’gidas toler‰ncias entre os cabeotes e as l‰minas. Os discos r’gidos propiciam um
acesso mais r‡pido que os disquetes, e armazenam uma quantidade de informa›es
muito maior. Como as l‰minas s‹o r’gidas, elas podem ficar ÒempilhadasÓ e, portanto, as
unidades de disco costumam ter mais de uma l‰mina.
Tape drive - unidade de fita. Um dispositivo usado para a grava‹o e leitura de fitas
magnŽticas. Como a fita Ž um meio de armazenamento cont’nuo, e como o cabeote de
leitura/grava‹o n‹o pode ÒpularÓ para determinado ponto da fita sem que a mesma
avance atŽ ele, a leitura e grava‹o das fitas magnŽticas Ž sempre seqŸencial, e n‹o
aleat—ria (como nos disquetes e discos r’gidos). Os cartuchos utilizados pelas unidades
de fita s‹o utilizados, normalmente, para fazer backup de discos r’gidos. Fitas DAT e de
8mm s‹o atualmente a m’dia mais econ™mica para efetuar o backup de grandes arquivos.
No entanto, h‡ duas desvantagens em sistemas de backup em fitas: velocidade e
fragilidade. Realizar o backup de um disco de 1GB pode levar algumas horas ou muito
mais tempo se diversas unidades estiverem ocupadas com acessos via rede. As fitas
DAT e de 8mm s‹o t‹o fr‡geis quanto as fitas cassete, de forma que o calor,a poeira e
campos magnŽticos externos podem causar a perda de dados.
9Conceitos b‡sicos
CD-ROM - acr™nimo de compact-disc read-only-memory (mem—ria de leitura em CD,
embora o termo n‹o seja usado por extenso em portugus). Um meio armazenamento
com aproximadamente 600 megabytes utiliza tŽcnicas —ticas de laser em vez do
eletromagnetismo para a leitura dos dados.
Outros dispositivos: DVDs e Pen drives.
Quando se criam dados ou imagens em um sistema de computa‹o, a comunica‹o enviada
ao computador Ž realizada aravŽs de perifŽricos. As instru›es s‹o fornecidas atravŽs de
perifŽricos de entrada e os resultados (nœmeros, imagens ou objetos) s‹o recebidos atravŽs
de perifŽricos de sa’da. Embora perifŽrico d a idŽia de Òcomplementar mas n‹o essencialÓ,
alguns dispositivos perifŽricos s‹o cr’ticos para que se tenha um sistema de computador
completo e œtil. Por exemplo, pouca gente argumentaria que unidades de disco n‹o s‹o
essenciais, embora os computadores possam funcionar sem elas. Os teclados, monitores e
mouses, a rigor, tambŽm s‹o considerados dispositivos perifŽricos; no entanto, como
representam as principais fontes de entrada e sa’da na maioria dos sistemas de computadores,
eles podem ser considerados mais extens›es da unidade do sistema do que perifŽricos.
Principais perifŽricos de entrada:
Keyboard ou teclado - a parte do computador que se assemelha ao teclado de uma m‡quina
de datilografia e permite que o usu‡rio controle alguns aspectos do computador.
Mouse - um dispositivo de indica‹o, popularizado a partir do instante em que foi inclu’do
como equipamento standard do Apple Macintosh. Com o aumento da popularidade das
interfaces gr‡ficas no MS-DOS, UNIX e OS/2, o uso dos mouses tem crescido bastante nos
microcomputadores e nas esta›es de trabalho (workstations).
Trackball - um dispositivo de indica‹o bastante comum, que se assemelha a um mouse
virado de cabea para baixo. A œnica diferena funcional entre um mouse mec‰nico e um
trackball est‡ na forma como a esfera Ž movimentada. No mouse ela gira quando a unidade
inteira Ž deslocada sobre uma superf’cie plana; no trackball, o conjunto permanece fixo na
mesma posi‹o, e a esfera Ž girada com a m‹o.
Joystick - um dispositivo de indica‹o muito popular, usado principalmente nos jogos de
computador. Em geral, os joysticks tm uma base pl‡stica quadrada ou retangular ˆ qual
fica presa uma haste vertical. Os bot›es de controle ficam localizados na base ou na
extremidade da haste. A haste pode ser movimentada em todas as dire›es para controlar
o movimento de um objeto na tela.
Scanner - um dispositivo de entrada que usa sensores de luz para ler o papel ou algum
outro meio. A sofistica‹o do scanner est‡ na capacidade de converter uma grande
quantidade de n’veis de tens‹o anal—gica em valores digitais. Um dos tipos mais comuns
de scanner Ž a chamada flatbed scanner (scanner de mesa). Em equipamentos deste tipo,
como nas copiadoras reprogr‡ficas comuns, o papel Ž colocado com a face para baixo
sobre uma l‰mina de vidro plano e lido por um mecanismo que passa sobre o vidro. Um
outro tipo muito popular de scanner Ž o scanner de m‹o (hand-held scanner), cujo o nome
deriva do fato de que, para fazer a leitura, o usu‡rio pega o scanner com uma das m‹os e
faz com que passe pelas linhas ou figuras a serem lidas. Os scanners de m‹o tm como
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pincipal vantagem o baixo custo; entretanto sua capacidade est‡ limitada a ‡reas de leitura
com, no m‡ximo, alguns poucos cent’metros de largura.
Light pen - um dispositivo de indica‹o, como o mouse, no qual o usu‡rio aproxima da tela
um bast‹o conectado ao computador e, com ele, seleciona objetos ou comandos na tela
pressionando um bot‹o na parte lateral da caneta, ou pressionando a caneta de encontro ˆ
superf’cie da tela.
Graphics tablet - mesa gr‡fica. TambŽm chamada de digitizing tablet (mesa
digitalizadora). Um ret‰ngulo plano de pl‡stico com componenteseletr™nicos
subsuperficiais, usado juntamente com um dispositivo de indica‹o em diversas
aplica›es de engenharia e desenho tŽcnico, e tambŽm na ilustra‹o gr‡fica.
Quando o dispositivo de indica‹o Ž movimentado sobre a superf’cie da mesa, a
posi‹o do dispositivo Ž traduzida em termos das coordenadas do cursor na tela.
O dispositivo de indica‹o utilizado com as mesas gr‡ficas Ž, geralmente, uma
pena (tambŽm chamada de caneta) ou um puck (cursor digitalizador).
Touch Screen - tela sens’vel ao toque. Uma tela de computador projetada ou
modificada para reconhecer a posi‹o de um toque em sua superf’cie. Tocando a
tela, o usu‡rio pode selecionar uma op‹o ou movimentar um cursor. A popularidade
das touch screens entre os usu‡rios de computadores pessoais Ž pequena porque
obrigam os usu‡rios a manter os dedos suspensos no ar durante longos per’odos,
o que Ž extremamente cansativo. Entretanto, elas tornaram-se onipre-sentes nas
caixas autom‡ticas e nos quiosques de multim’dia por permitirem a realiza‹o de
uma sŽrie de opera›es sem o uso de equipamentos com partes m—veis, e por
possibilitarem uma utiliza‹o intuitiva mesmo por quem n‹o domina o teclado.
Principais perifŽricos de sa’da:
Monitor- O dispositivo no qual s‹o apresentadas as imagens geradas pelo adaptador de
v’deo. O termo ÒmonitorÓ se refere, geralmente, ao v’deo e seu gabinete.
Impressora - (printer). Um perifŽrico do computador que reproduz, em papel ou
em algum outro meio (como o acetato), textos e imagens geradas pelo computador.
Os tipos de impressora mais conhecidos s‹o: matricial (dot-matrix printer), a jato-
de tinta (ink-jet printer), de transferncia de cera tŽrmica (thermal wax-transfer)
e a laser (laser printer).
Film recorder - um dispositivo que captura em filme de 35mm as imagens apresentadas na
tela do computador.
Caixas acœsticas - (speakers). Permitem que o ‡udio seja reproduzido atravŽs de alto-
falantes.
Principal perifŽrico de entrada e sa’da:
Modem - forma abreviada de modulador/demodulador (modulator/demodulator), um
equipamento de comunica›es que permite a um computador transmitir informa›es por
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linhas telef™nicas comuns. Como o computador Ž digital (ou seja, opera com sinais elŽtricos
discretos que representam os valores bin‡rios 1 e 0) e as linhas telefionicas s‹o anal—gicas
(ou sejam, transportam sinais que podem variar dentro de uma faixa cont’nua de valores),
os modems s‹o necess‡rios para converter informa›es digitais em anal—gicas e vice-
versa. Durante a transmiss‹o, o modem imp›e (modula) os sinais digitais do computador
sobre uma freqŸncia portadora cont’nua de linha telef™nica. Na ponta receptora, outro
modem extrai (demodula) as informa›es da portadora e as transfere em forma digital par
outro computador. Os modems que operam em linhas telef™nicas costumam transmitir a
velocidades indicadas em bauds.
Software
O software Ž uma seqŸncia codificada de instru›es, que especificam as opera›es l—gicas a
serem executadas pelo hardware do computador. Na pr‡tica as express›es software e programa
significam a mesma coisa. Um computador sem software Ž como um cŽrebro sem pensamentos.
Os softwares podem ser divididos em dois grandes grupos:
. Softwares b‡sicos:
linguagens de programa‹o
sistemas operacionais
. Softwares aplicativos (application, aplicativo ou aplica‹o):
processadores de texto
planilhas eletr™nicas
bancos de dados
processadores de ilustra›es
aplicativos para computa‹o gr‡fica