Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
Organização de Computadores Autor: Jeanne Dobgenski Tema 01 Conceitos Básicos; Evolução Histórica dos Computadores Tema 02 Componentes de um sistema de computação Tema 01: Conceitos Básicos; Evolução Histórica dos Computadores 4 Tema 02: Componentes de um sistema de computação 20 Tema 01 Conceitos Básicos; Evolução Histórica dos Computadores Como citar este material: DOBGENSKI, Jeanne. Organização de Computadores: Conceitos Básicos; Evolução Histórica dos Computadores. Caderno de Atividades. Valinhos: Anhanguera Educacional, 2014. Tema 01 Conceitos Básos; Evolução Histórica dos Computadores Introdução ao Estudo da Disciplina Caro(a) aluno(a). Este Caderno de Atividades foi elaborado com base no livro Introdução à Organização de Computadores, do autor Mário A. Monteiro, editora LTC, PLT-580, 2012. Roteiro de Estudo: CONTEÚDOS E HABILIDADES Conteúdo Nessa aula você estudará: • O computador e sua composição. • Como dados, processamento e informações estão relacionados. • Como as instruções são organizadas num algoritmo. • Evolução histórica dos computadores. 7 Jeanne Dobgenski CONTEÚDOS E HABILIDADES Habilidades Ao final, você deverá ser capaz de responder as seguintes questões: • O que é um computador? • O que é hardware? • O que é software? • Como o computador entende uma linguagem de programação? LEITURA OBRIGATÓRIA Conceitos Básicos; Evolução Histórica dos Computadores O que você conhece sobre computadores? Do que ele é constituído fisicamente e como ele funciona internamente? Essas e outras questões dessa natureza serão tratadas nessa disciplina. É importante o conhecimento sobre a definição formal (aquela que foi proposta por algum estudioso da área) de computador e também sobre sua história, para entender quanto estudo e tecnologias têm sido desenvolvidos para aplicar nessa máquina tão importante. Podemos dizer simplesmente que um computador é uma máquina que lê dados, efetua tarefas predeterminadas e apresenta os resultados. Monteiro (2012, p. 1) explica que “um computador é uma máquina, composta de partes eletrônicas e eletromecânicas, capaz de sistematicamente coletar, manipular e fornecer os resultados da manipulação de informações para um ou mais objetivos”. Considere que a manipulação das informações é considerada processamento e as informações iniciais são geralmente chamadas de dados. 8 LEITURAOBRIGATÓRIA Define-se dado como uma cadeia de caracteres ou padrões sem interpretação, ou seja, qualquer elemento identificado em sua forma bruta que sozinho não possibilita uma compreensão de determinado fato ou situação. A informação é um conjunto de dados considerados significativos e úteis. Por exemplo: o volume mensal de consumo de água numa residência é um dado. A análise dos dados mensais de um período pode fornecer informações que indiquem se os moradores estiveram ausentes e quando (redução no consumo de água em determinado mês ou meses), se mantiveram o mesmo padrão de consumo de água ou ainda se há algum vazamento (aumento drástico no consumo de água em um período). O processamento de dados é composto por três funções básicas: • Entrada: a reunião e coleta de dados. • Processamento: a conversão e transformação dos dados de acordo com objetivos. • Saída: a transferência de informação útil em algum formato pré-definido. Observe que o processamento de dados pode ser feito de diversas formas que não necessariamente por um computador. Quando você resolve um problema, por exemplo, você executa um processamento de dados. O primeiro passo é coletar os dados que o problema possui (entrada), depois utilizar algum método que o resolva (processamento) e, por fim, apresentar a solução encontrada (saída). A diferença quando se fala em processamento computacional é a alta velocidade com que é realizado, a grande quantidade de dados e informações que o computador consegue armazenar/mostrar e o fato dele ser programável. Tendo em vista o que foi exposto fica claro identificar que o computador é composto por uma parte física (o equipamento palpável chamado de hardware) e outra lógica (responsável pelo armazenamento dos dados e seu processamento, chamada de software). Pode-se considerar como hardware o monitor, o teclado, o mouse, o disco rígido, a memória, a placa mãe, um pen drive, entre tantos outros dispositivos. Lembrando que se considerar apenas o hardware o computador não possui atividade alguma. Ele precisa de uma instrução ou comando para realizar qualquer atividade específica. Segundo Monteiro (2012, p. 3) “um motor de um disco rígido inicia sua rotação após receber uma instrução específica do fabricante”. Ou seja, para que um computador funcione adequadamente ele 9 LEITURAOBRIGATÓRIA precisa de um conjunto de instruções, ou programas de computador, ou ainda softwares. São essas instruções que permitirão que uma mesma máquina execute diferentes funções, dependendo do programa que estiver sendo utilizado. Todo programa de computador é construído seguindo algum algoritmo, que é definido como uma sequência lógica e finita de passos para se chegar a um resultado desejado. Considere o exemplo apresentado na Figura 1.1 que mostra um algoritmo para somar 100 números e imprimir o seu resultado. Figura 1.1 – Exemplo de algoritmo que soma 100 números e imprime o resultado. Fonte: Adaptado de Monteiro (2012, p. 9) Observe que essa ação de somar 100 números poderia ser executada de outras formas distintas, mas o importante é saber que o computador precisa de instruções precisas e exatas para processar uma tarefa. Por exemplo, se o Passo 4 do algoritmo fosse suprimido, essa execução nunca teria fim, pois N nunca seria atualizado, contando se os números somados já chegaram a 100. Além disso, é importante compreender que um programa de computador é a formalização de um algoritmo em linguagem inteligível pelo computador (MONTEIRO, 2012, p. 10). Pode-se afirmar que programar consiste na codificação precisa de um algoritmo – usando alguma linguagem de programação. Embora seja possível para nós entendermos o que foi apresentado no algoritmo da Figura 1.1, para uma máquina é necessário utilizar uma linguagem que ela compreenda, afinal os computadores só compreendem a linguagem de máquina que é composta por 0 e 1 – 10 Algoritmo para calcular e imprimir a soma de 100 número Passo 1 – Escrever e guardar N=0 e SOMA=0. Passo 2 – Ler número da entrada. Passo 3 – Somar o valor do número ao de SOMA e guardar o resultado como SOMA. Passo 4 – Somar 1 ao valor de N e guardar o resultado como novo N. Passo 5 – Se o valor de N for menor que 100, então voltar ao Passo 2; senão ir ao Passo 6. Passo 6 – Imprimir o valor de SOMA. Passo 7 – Parar. LEITURAOBRIGATÓRIA característica do sistema digital que armazena qualquer informação como uma sequência de valores negativos e positivos, ou zeros e uns. Portanto é necessário codificar o algoritmo com alguma linguagem de programação. Enquanto nosso alfabeto possui 26 letras, o alfabeto da máquina possui apenas duas. Nossas palavras são compostaspor combinações de letras, as palavras do computador são compostas por combinações de zeros e uns. Cada bit (Binary Digit) corresponde a um 0 ou a um 1 . Um byte é uma composição de oito bits. A palavra de um computador é um conjunto de bytes e o número de bits que uma palavra pode armazenar depende do sistema ou da máquina. E com relação à linguagem de programação, observe que elas são definidas por pessoas e que elas se assemelham à nossa língua. Sendo assim, os computadores entendem as linguagens de programação porque existem compiladores que funcionam como tradutores, convertendo o texto escrito numa certa linguagem de programação num arquivo em código de máquina, contendo apenas zeros e uns. Para que a tecnologia evoluísse até o que conhecemos atualmente como um computador, muito esforço foi feito. Vamos à uma breve retrospectiva histórica! • Máquina de Pascal (1642): calculadora mecânica que realizava operações de soma e subtração. • Máquina de Leibniz (1670): calculadora mecânica que realizava as quatro operações básicas: soma, subtração, multiplicação e divisão. • Uso de cartões perfurados em teares (1804): cartões perfurados eram usados para controlar máquinas de tecelagem. • Máquina analítica de Babbage (1822): aparelho que executava operações matemáticas numa sequência especificada. • Código de cartão perfurado de Hollerith (1890): sistema para codificar dados em cartões perfurados (tabulação estatística). • Computador Mark I (1944): primeiro computador moderno com 120 m3. Possuía 18 metros de comprimento, dois metros de largura e pesava 70 toneladas. Era constituído por 7 milhões de peças móveis e sua fiação alcançava 800 Km. Conseguia multiplicar dois números de 10 dígitos em 3 segundos. 11 LEITURAOBRIGATÓRIA • Computador Eniac à válvula eletrônica (1946): ocupava 1/3 de um campo de futebol. Foi o primeiro computador elétrico digital eletrônico de grande escala. O projeto era do Exército dos Estados Unidos e usava apenas válvulas. Tinha por objetivo calcular as trajetórias de mísseis com maior precisão, mas só foi terminado após o fim da guerra. Continha mais de 17.000 válvulas e 800 km de cabos. Pesava cerca de 30 toneladas e consumia uma quantidade enorme de eletricidade, além válvulas, que queimavam com frequência devido ao calor. Realizava cerca de 10.000 operações por segundo, muito rápido para a época. • Computador EDSAC (1949): primeiro computador que continha um programa armazenado para resolver problemas. • Transistores de silício (1954): a Texas Instruments anunciou o início da produção de transistores de silício, possibilitando o início da segunda geração na história dos computadores. • Mainframes (evolução acentuada e permanente a partir 1964): computadores de grande porte, com altíssimo poder de processamento, usados por algumas empresas. • Computadores pessoais (1968): a Intel em conjunto com outra empresa japonesa produziu o primeiro chip, tratava-se do surgimento do primeiro microprocessador que se tornou comercial em 1971. LINKSIMPORTANTES Quer saber mais sobre o assunto? Então: Sites O Guia do Hardware apresenta um bom tutorial sobre o funcionamento do computador. Disponível em <http://www.hardware.com.br/tutoriais/como-computadores-representam- informacao/linguagem-binaria.html>. Acesso em: 02 jan. 2014. Fonte com a evolução histórica do computador detalhada. Disponível em <http://www.algosobre.com.br/informatica/historia-do-computador-e-da- internet.html>. Acesso em: 02 jan. 2014. Para saber mais sobre a máquina analítica de Babbage acesse o site indicado. Disponível em: <http://pt.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quina_diferencial>. Acesso em: 02 jan. 2014. Fonte para conhecer mais da história da Pascalina, máquina de calcular mecânica de Pascal. Disponível em <http://www.educ.fc.ul.pt/docentes/opombo/seminario/pasca_l/ maquinadepascal.htm>. Acesso em 02 jan. 2014. Vídeos Assista ao vídeo: No canal Passe no Concurso, no youtube, há uma interessante aula com fundamentos de computação e noções de hardware e software. Disponível em: <http://www.youtube.com/watch?v=ihCR3019S5c>. Acesso em: 02 jan. 2014. 13 LINKSIMPORTANTES A Tv Escola disponibiliza um interessante vídeo sobre computadores, contando um pouco da história do computador e mostrando como funcionam suas principais partes. Disponível em: <http://tvescola.mec.gov.br/index.php?item_id=5899&option=com_ zoo&view=item>. Acesso em: 02 jan. 2014. AGORAÉASUAVEZ Instruções: Chegou a hora de você exercitar seu aprendizado por meio das resoluções das questões deste Caderno de Atividades. Essas atividades auxiliarão você no preparo para a avaliação desta disciplina. Leia cuidadosamente os enunciados e atente-se para o que está sendo pedido e para o modo de resolução de cada questão. Lembre-se: você pode consultar o Livro-Texto e fazer outras pesquisas relacionadas ao tema. Questão 1: Numa consultoria contábil, os contabilistas precisam utilizar uma planilha eletrônica para realizar os cálculos referentes aos impostos de seus clientes. Para isso usam planilha do tipo Excel na qual inserem os valores necessários, e então a planilha efetua os cálculos retornando os valores devidos pelos clientes.Considerando seu conhecimento prévio sobre computadores, indique o que representa uma entrada de dados, o que é um processamento de dados e o que é a saída de dados. Questão 2: Classifique as seguintes afirmações por verdadeira (V) ou falsa (F), e assinale a alternativa que corresponde a sequência correta. I. Informação significa a apresentação dos dados, tornando compreensíveis e úteis para utilização no sistema. II. Dado é qualquer elemento identificado em sua forma bruta que por si só não conduz a uma compreensão de determinado fato ou situação. III. Software é todo o equipamento e estrutura física, como computadores, cabos, antenas e transmissores. a) V, F, F. b) F, F, F. c) V, V, V. d) V, V, F. e) F, F, V. Questão 3: Assinale a alternativa que descreve orde- nadamente, as funções básicas do proces- samento de dados. a) Armazenamento, Entrada, Saída. b) Armazenamento, Processamento, Saída. c) Entrada, Processamento, Saída. d) Entrada, Armazenamento, Transmissão. e) Entrada, Saída, Transmissão. Questão 4: Quantos bits tem uma palavra do computador? a) 2. b) 8. c) 16. d) 64. e) O tamanho depende do sistema e da máquina. Questão 5: Assinale a alternativa incorreta. a) A máquina de Pascal era uma calculadora mecânica que realizava operações de soma e subtração. b) A máquina de Leibniz era uma calculadora analítica que realizava as quatro operações básicas: soma, subtração, multiplicação e divisão. c) O uso de cartões perfurados em teares controlavam as máquinas de tecelagem. d) A máquina analítica de Babbage era um aparelho que executava operações matemáticas numa sequencia especificada. e) Hollerith desenvolveu um sistema para codificar dados em cartões perfurados (tabulação estatística). Questão 6: Em que consiste um computador? 15 Questão 7: Como um computador compreende as ins- truções passadas num programa de com- putador. Questão 8: Considere a necessidade de utilizar o mes- mo computador para executar processa- mentos de tarefas diferentes, como calcu-lar a média de uma turma e tocar música. Explique se isso é possível e como pode ser realizado. Questão 9: Considerando o hardware e o software, defina-os e apresente as diferenças entre eles. Questão 10: Considere o fato de que o consumo de água pode indicar se os moradores estiveram au- sentes e quando ou se mantiveram o mes- mo padrão de consumo de água ou ainda se há algum vazamento. Indique, nesse exem- plo, o que é dado e o que é informação. FINALIZANDO Nesse tema você estudou sobre a composição dos computadores; as partes físicas e lógicas que o compõe; viu a importância de estabelecer instruções claras para garantir que o computador efetue corretamente a atividade que é proposta a ele; conheceu um pouco da história da evolução dos computadores, entre outros assuntos interessantes. Caro aluno, agora que o conteúdo dessa aula foi concluído, não se esqueça de acessar sua ATPS e verificar a etapa que deverá ser realizada. Bons estudos! 16 Introdução à Organização de Computadores MONTEIRO, Mário A. . Rio de Janeiro: LTC, 2012. PLT 580. GLOSSÁRIO Algoritmo: Em computação, pode-se dizer que é um procedimento para resolver um problema usando um número finito de instruções e que, frequentemente, envolve a repetição de uma ou mais operações. Bit: BInary digiT, corresponde a cada impulso elétrico, positivo ou negativo que são representados por 0 e 1. Byte: é um conjunto de bits. É a menor informação completa que pode ser transmitida ou recebida de um processador num dado tempo. O número de bits varia de acordo com a codificação usada. Dado: uma cadeia de caracteres ou padrões sem interpretação. Informação: conjunto de dados considerados significativos e úteis. GABARITO Questão 1 REFERÊNCIAS Resposta: Entrada de dados: inserção dos valores necessários. Processamento de dados:cálculos efetuados pela planilha. Saída de dados: retorno dos impostos devidos pelos clientes. Questão 2 Resposta: Alternativa D. Questão 3 Resposta: Alternativa C. Questão 4 Resposta: Alternativa E. Questão 5 Resposta: Alternativa B. Questão 6 Resposta: Um computador é uma máquina que lê dados, efetua cálculos e imprime resultados. Ou ainda, um computador é uma máquina, composta de partes eletrônicas e eletromecânicas, capaz de sistematicamente coletar, manipular e fornecer os resultados da manipulação de informações para um ou mais objetivos. Questão 7 Resposta: Os computadores entendem as linguagens de programação porque existem compiladores que funcionam como tradutores, convertendo o texto escrito numa certa linguagem de programação num arquivo em código de máquina, contendo apenas zeros e uns. Questão 8 Resposta: É possível, pois cada tarefa é feita por um programa de computador diferente. No exemplo citado, pode-se ter um programa específico para o cálculo da média da turma e outro que execute música. Questão 9 Resposta: Hardware: é a parte física, o equipamento palpável da máquina e software é a lógica, responsável pelo armazenamento dos dados e seu processamento. Questão 10 Resposta: Dado: é a quantidade de água consumida no mês. Informação: é o resultado da análise dos dados: se o consumo reduziu, então os moradores podem estar fora naquele mês; se permaneceu o mesmo é possível indicar que os moradores mantiveram seu padrão de consumo e se houve aumento pode existir um vazamento. 19 Tema 02 Componentes de um sistema de computação Como citar este material: DOBGENSKI, Jeanne. Organização de Computadores: Componentes de um sistema de computação. Caderno de Atividades. Valinhos: Anhanguera Educacional, 2014. Tema 02 Componentes de um sistema de computação Introdução ao Estudo da Disciplina Caro(a) aluno(a). Este Caderno de Atividades foi elaborado com base no livro Introdução à Organização de Computadores, do autor Mário A. Monteiro, editora LTC, PLT-580, 2012. Roteiro de Estudo: CONTEÚDOSEHABILIDADES Conteúdo Nessa aula você estudará: • O que é um sistema computacional. • Os componentes básicos de um sistema computacional e suas funcionalidades. • Como os dados e as informações são inseridos, processados e retornados por meio de um sistema computacional. 23 Jeanne Dobgenski Organização de omputadores CONTEÚDOSEHABILIDADES Habilidades Ao final, você deverá ser capaz de responder as seguintes questões: • Quais são os dispositivos de entrada e saída de um sistema computacional? • Qual a função da unidade central de processamento? • Um sistema computacional possui uma memória única? • Como as informações são representadas internamente pelo computador? LEITURAOBRIGATÓRIA Componentes de um sistema de computação Um sistema de computação pode ser definido como um conjunto de componentes que são integrados para funcionar como se fossem um único elemento e que têm por objetivo realizar manipulações com dados, isto é, realizar algum tipo de operação com os dados para obter uma informação útil (MONTEIRO, 2012, p. 31). Como já foi visto no Tema 1, o computador é composto por hardware e software. Quando falamos de hardware devemos considerar todos os elementos físicos que compõem a máquina como vídeo, teclado, mouse, placas internas – som, vídeo, entre outras; memória, disco interno de armazenamento de dados (ou disco rígido – Hard Disk – HD) leitor de CD/ DVD, processador, e outras tantas. Veja que cada um desses dispositivos têm uma função específica: pelo teclado, por exemplo, podemos inserir informações/dados num computador, sendo possível armazená-los no disco rígido, identificando-os por um arquivo nomeado de acordo com a informação armazenada. Pensando apenas em termos de hardware, observe que usando apenas o teclado não teríamos o resultado esperado. É preciso do vídeo para acompanhar os dados que estão sendo inseridos, de memória para que esses dados sejam armazenados temporariamente e de um espaço interno (HD) para que eles sejam armazenados permanentemente ou por um período mais prolongado. 24 ) LEITURAOBRIGATÓRIA Agora analise outro aspecto. Uma máquina com apenas o hardware funcionaria de forma adequada? O que faz o computador ser completo? Os softwares que o compõem, claro! Lembre-se que o hardware é a parte física, palpável da máquina. O software é a parte lógica, que em conjunto do hardware disponível possibilitará que o computador efetue tarefas rápida e eficientemente. E como um software se relaciona com o hardware? É importante relembrar que o primeiro computador surgiu com os mesmos componentes necessários para realizar as etapas de processamento de dados, ou seja, com processador e com sistema de entrada/saída (E/S) – input/output (I/O). Mas, John Von Neumann aperfeiçoou a arquitetura inicial acrescentando a memória – que armazena tanto os programas (softwares) quanto os dados, tornando o processo de manipulação de dados mais rápido e eficaz (MONTEIRO, 2012, p. 31). Retornando ao Tema 1 você recordará que um programa de computador ou software é basicamente um conjunto de instruções precisase exatas que possibilitam que o computador execute uma tarefa, ou seja, processe dados. Para isso a máquina precisa identificar cada uma das operações que são solicitadas e também saber como realizá-las. Essas instruções são chamadas “instruções de máquina” e o componente que entende e realiza a operação definida pela instrução de máquina é a Unidade Central de Processamento (UCP) ou em inglês Central Processing Unit (CPU). São os milhões de minúsculos circuitos e componentes eletrônicos como transistores e resistores (encapsulados num chip que permitem que a CPU leia e interprete as instruções de máquina, realizando as operações definidas. Os resultados dessas operações, sejam eles intermediários ou finais, precisam ser armazenados num lugar em que possam ser recuperadas mais tarde – para continuarem a ser usados no decorrer do processamento (se não tiver sido finalizado) ou, simplesmente, para apresentar o resultado final. Observe que o processamento descrito apresenta as três funções básicas descritas no Tema 1: a entrada, o processamento e a saída dos dados. • A entrada (reunião e coleta de dados) ocorre por meio de um dos dispositivos de entrada do hardware: teclado, mouse, scanner, caneta, microfone, pen-drive, CD, DVD, sensor óptico, sensor magnético, entre outros; sendo os dados armazenados na memória da máquina. • O processamento (conversão e transformação dos dados de acordo com objetivos) ocorre na CPU, que busca os dados, os entende e executa as instruções determinadas, 25 LEITURAOBRIGATÓRIA utilizando a memória da máquina para armazenar os resultados parciais ou finais. E claro, ela controla essas funções de transporte, armazenamento e processamento dos dados. • A saída (transferência de informação útil em algum formato pré-definido) é realizada por meio de algum equipamento como: monitor, impressora, pen-drive, HD, entre outros. Um aspecto importante sobre a memória é que ela não é única, isto é, há diferentes tipos de memória num sistema de computação. Considere-a como um sistema de armazenamento que possui componentes distintos e com características diferentes de desempenho, mas com funções bem determinadas: armazenamento e recuperação. Os componentes de armazenamento são os registradores, memória cache, memória principal e memória secundária. Observe, ainda, que existem dispositivos que são exclusivamente de entrada de dados como o teclado; outros que são exclusivos de saída – a impressora, e aqueles que são de entrada e saída de dados, como o pen-drive. O importante é verificar que os dispositivos de entrada e saída permitem que o sistema de computação se comunique com o mundo exterior e que executam as conversões entre a linguagem do usuário e a linguagem de máquina. A informação inserida pelo teclado é feita usando a linguagem do usuário, mas internamente cada tecla pressionada, corresponderá a um grupo de sinais elétricos tendo alguns com voltagem alta (bit 1) e outros com voltagem baixa (bit 0), que, para o computador, será a representação do caractere indicado pela tecla pressionada. É com essa representação de zeros e uns (binária) que o computador trabalha internamente para processar as instruções solicitadas. Da mesma forma, a informação de saída apresentada para o usuário precisa estar num formato que ele compreenda. Logo as instruções de máquina são reconhecidas pela CPU durante o processamento e na saída são novamente decodificadas para a linguagem do usuário final. E isso é feito pelo dispositivo de saída que converterá os sinais elétricos internos nos símbolos/caracteres compreendidos pelo usuário final. Outro aspecto importante é que o processador encaminha um dado para a memória por meio de fios condutores, sendo que a memória principal também pode encaminhar ou receber dados do disco rígido por esses fios condutores. “Barramento” é o nome dado ao conjunto de fios que conduzem os sinais elétricos entre os diversos componentes do computador. Ainda segundo Monteiro (2012, p. 39), o barramento é único, mas dividido 26 LEITURAOBRIGATÓRIA em três conjuntos de fios com funcionalidades diferentes, dentro do mesmo processo de transferência. O conjunto BC (Barramento de Controle) serve para a função de transportar sinais de controle e comunicação. O conjunto BE (Barramento de Endereços) serve para transportar sinais (bits) que representam um número que é o endereço de um local de memória ou o indicativo de um dispositivo de E/S. O conjunto BD (Barramento de Dados) serve para transportar os sinais elétricos correspondentes aos bits dos dados. Vale relembrar que bit (BInary digiT), corresponde a cada impulso elétrico, positivo ou negativo que são representados por 0 e 1. O Byte é um conjunto de bits e é a menor informação completa que pode ser transmitida ou recebida de um processador num dado tempo. O número de bits varia de acordo com a codificação usada pelo sistema de computação, que é chamada de “código de representação de caracteres”, como os dois exemplos a seguir. • ASCII (American Standard Code for Information Interchange): o byte inicialmente era um conjunto de 7 bits. Atualmente usa um conjunto de 8 bytes. • EBCDIC (Extended, Binary Code with Decimal Interchanged Code): o byte é um conjunto de 8 bits. Inicialmente também era de 7 bits. Exemplos de bytes usados na codificação de 8 bits. 1. Possibilidades de combinação de zeros e uns – considerando 7 elementos zeros e um equivalente a um, tem-se uma combinação de 8 elementos, 1 a 1, ou seja: C 8,1 = 8. 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 .... 1 0 0 0 0 0 0 0 2. Possibilidades de combinação de zeros e uns – considerando 6 elementos zeros e dois equivalentes a um, tem-se uma combinação de 8 elementos, 2 a 2, ou seja: C 8,2 = 28. 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 .... 1 1 0 0 0 0 0 0 27 LEITURAOBRIGATÓRIA 3. Continuando as combinações: C 8,3 = 56; C 8,4 = 70; C 8,5 = 56; C 8,6 = 28; C 8,7 = 8; C 8,8 = 1. O número total de combinações possíveis é de 256, o que significa que esta é a quantidade de bytes (sinais ou caracteres) que a máquina entende. Mas nem todas essas combinações têm significado atribuído, existindo folga, ou seja, a possibilidade de acrescentar caracteres ou símbolos. A Figura 2.1 apresenta a representação de alguns caracteres em ASCII e EBCDIC. Figura 2.1 – Exemplos de codificação de caracteres em código de máquina. Fonte: Extraído de Reocities (2006). 28 LEITURAOBRIGATÓRIA O termo “palavra” num sistema de computação significa um conjunto de bytes. O número de bits que uma palavra pode armazenar depende do sistema ou da máquina. O tamanho da palavra pode ser de 32 bits (4 bytes) ou 64 bits. A palavra define a quantidade de bits que o computador pode manusear de uma só vez. Logo, entende-se que são usados dois valores distintos: o byte que é relacionado à unidade de armazenamento e a palavra que indica a unidade de transferência e processamento. Essa última se refere à capacidade de processamento do sistema. Para finalizar, considere que as informações precisam ser armazenadas de uma forma lógica para depois serem recuperadas. Dessa forma, é possível individualizar grupos de informações diferentes e que são chamados de arquivos. Segundo Monteiro (2012, p. 49), arquivo é um conjunto formado por dados (ou informações) de um mesmo tipo ou para uma mesma aplicação, sendo constituídos por itens individuais de informaçãochamados registros. LINKSIMPORTANTES Quer saber mais sobre o assunto? Então: Sites Acesse a Apostila de Introdução à Informatica organizada pelos professores Maria Aparecida Castro Livi e José Carlos Scarpellini Silveira da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, que trata do assunto abordado nesse tema. Disponível em: <http://www.inf.ufrgs.br/~alvares/INF01040/ApostilaConceitosBasicos.pdf>. Acesso em: 02 jan. 2014. Acesse o documento elaborado pelo prof. Roberto Willrich sobre a representação interna de caracteres. Disponível em: <http://www.inf.ufsc.br/~willrich/Ensino/INE5602/restrito/ii-cap2.PDF> Acesso em: 02 jan. 2014. 29 LINKSIMPORTANTES Acesse o link e conheça um bom e ilustrativo conjunto de slides sobre dispositivos de entrada e saída. Disponível em: <http://www.reocities.com/ResearchTriangle/4480/classroom/sistemas_ computacao/2006_1/lecture_slides/aula06.pdf>. Acesso em: 02 jan. 2014. Acesse o link para ver outro conjunto interessante de slides que trata do sistema computacional. Disponível em: <http://www.reocities.com/ResearchTriangle/4480/classroom/sistemas_ computacao/2006_1/lecture_slides/aula03.pdf>. Acesso em: 02 jan. 2014. Vídeos Assista ao vídeo: No canal de Mateus C. P., no youtube, há uma série interessante de aulas com fundamentos de computação e noções básicas de informática. Disponível em: <http://www.youtube.com/watch?v=q4QxLJAjdIQ>. Acesso em: 02 jan. 2014. AGORAÉASUAVEZ Instruções: Chegou a hora de você exercitar seu aprendizado por meio das resoluções das questões deste Caderno de Atividades. Essas atividades auxiliarão você no preparo para a avaliação desta disciplina. Leia cuidadosamente os enunciados e atente-se para o que está sendo pedido e para o modo de resolução de cada questão. Lembre-se: você pode consultar o Livro-Texto e fazer outras pesquisas relacionadas ao tema. 30 AGORAÉASUAVEZ Questão 1: Tendo em vista seu conhecimento ante- rior sobre o assunto, é possível que um sistema computacional existir com ape- nas o hardware ou o software? Justifique sua resposta. Questão 2: Complete a frase. “Um sistema de pode ser definido como um conjunto de componentes que são inte- grados para funcionar como se fossem elemento e que têm por ob- jetivo realizar com dados, isto é, realizar algum tipo de operação com os dados para obter uma informação .” a) informática, um único, operações matemáticas, atual. b) computação, vários, manipulações, atual. c) informática, vários, manipulações, útil. d) computação, um único, operações matemáticas, útil. e) computação, um único, manipulações, útil. Questão 3: Classifique as seguintes afirmações por verdadeira (V) ou falsa (F), e assinale a alternativa que corresponde a sequência correta. I. Só há um tipo de memória num sistema de computação. II. A CPU busca os dados, os entende e executa as instruções determinadas, utilizando a memória da máquina para armazenar os resultados parciais ou finais. III. É a Unidade Central de Processamento que entende e realiza a operação definida pela instrução de máquina. a) V, F, F. b) F, V, V. c) V, V, V. d) V, V, F. e) F, F, F. Questão 4: Indique a alternativa que mostra qual dis- positivo é usado apenas para entrada de dados. a) Monitor. b) Pen-drive. c) DVD. d) Teclado. e) Impressora. 31 Questão 5: Indique a alternativa que apresenta apenas componentes de armazenamento? a) Registradores, memória cache,memória principal e memória secundária. b) CPU, memória cache, memória principal e memória secundária. c) CPU, Registradores, memória principal e disco rígido. d) Teclado, CPU, memória principal e memória secundária. e) Disco rígido, memória cache, memória principal e CPU. Questão 6: Indique um dispositivo de entrada, um de saída e um de entrada e saída. Questão 7: Como que o processador envia dados para a memória? Qual o nome do componente usado para essa tarefa? Questão 8: Quais são as três divisões que o barramen- to possui e quais são suas funcionalidades? Questão 9: Considere os dois códigos de represen- tação de caracteres apresentados: ASCII e EBCDIC. Explique porque é necessário adotar um deles num sistema computacio- nal e porque não podem ser adotados os dois no mesmo sistema computacional. Questão 10: Diferencie o uso de byte e da palavra num sistema computacional. Introdução à Organização de Computadores REFERÊNCIAS FINALIZANDO Nesse tema você estudou sobre sistema computacional; componentes de entrada e saída de dados; como os dados são representados internamente no computador; como ocorrem as transferências das informações entre os componentes do computador, entre outros assuntos interessantes. O livro texto da disciplina (MONTEIRO, 2012) apresenta um rico conteúdo sobre o assunto, sendo importante referência para o estudo e concretização do aprendizado. Avalie seu aprendizado e faça as atividades propostas! Caro aluno, agora que o conteúdo dessa aula foi concluído, não se esqueça de acessar sua ATPS e verificar a etapa que deverá ser realizada. Bons estudos! MONTEIRO, Mário A. . Rio de Janeiro: LTC, 2012. PLT 580. REOCITIES. Sistemas de Computação. Slides de aula. 2006. Disponível em <http://www. reocities.com/ResearchTriangle/4480/classroom/sistemas_computacao/2006_1/lecture_ slides/aula07.pdf>. Acesso em: 02 jan. 2014. GLOSSÁRIO Sistema computacional: consiste num conjunto de dispositivos eletrônicos (hardware) capazes de processar informações de acordo com um programa (software). Instrução, código ou ainda linguagem de máquina: todo computador possui um conjunto de instruções que seu processador é capaz de executar. Essas instruções, chamadas de código de máquina, são representadas por sequências de bits, normalmente limitadas pelo número de bits do registrador principal da CPU. Todos os fabricantes de processadores publicam a documentação necessária para compreender os detalhes da sua implementação da arquitetura von Neumann e o funcionamento de cada uma das instruções de máquina reconhecidas. Palavra: é a unidade natural de informação usada por cada tipo de computador em particular. É uma sequência de bits de tamanho fixo que é processada em conjunto numa máquina. O número de bits em uma palavra (o tamanho ou comprimento da palavra) é uma característica importante de uma arquitetura de computador. Ela é refletida em vários aspectos de sua estrutura e sua operação. Ela indica a unidade de transferência entre a CPU e memória principal. Arquivo: é um recurso para armazenamento de informação, que está disponível a um programa de computador e é normalmente baseado em algum tipo de armazenamento durável. Um arquivo é durável no sentido que permanece disponível aos programas para utilização após o programa em execução ter sido finalizado. Arquivos de computador podem ser considerados como o equivalente moderno dos documentos em papel que tradicionalmente são armazenados em arquivos de escritórios e bibliotecas, sendo esta a origem do termo. Código de representação de caracteres: é um esquema de codificação em que, por convenção, certos conjuntos de bits representam determinadoscaracteres. 34 GABARITO Questão 1 Resposta: A resposta poderá variar, mas basicamente deve mencionar os aspectos que somente com o hardware ou com o software não é possível ter um sistema computacional, pois esse depende dos dois. “Ao considerar apenas o hardware o computador não possui atividade alguma. Ele precisa de uma instrução ou comando para realizar qualquer atividade específica. Ou seja, para que um computador funcione adequadamente ele precisa de um conjunto de instruções, ou programas de computador, ou ainda softwares.” Questão 2 Resposta: Alternativa E. Questão 3 Resposta: Alternativa B. Questão 4 Resposta: Alternativa D. Questão 5 Resposta: Alternativa A. Questão 6 Resposta: Dispositivos que são exclusivamente de entrada de dados: o teclado; exclusivos de saída: a impressora, e de entrada e saída de dados: o pen-drive. 35 GABARITO Questão 7 Resposta: O processador encaminha um dado para a memória por meio de fios condutores, sendo que a memória principal também pode encaminhar ou receber dados do disco rígido por esses fios condutores. “Barramento” é o nome dado ao conjunto de fios que conduzem os sinais elétricos entre os diversos componentes do computador. Questão 8 Resposta: O conjunto BC (Barramento de Controle) serve para a função de transportar sinais de controle e comunicação. O conjunto BE (Barramento de Endereços) serve para transportar sinais (bits) que representam um número que é o endereço de um local de memória ou o indicativo de um dispositivo de E/S. O conjunto BD (Barramento de Dados) serve para transportar os sinais elétricos correspondentes aos bits dos dados. Questão 9 Resposta: É necessário adotar um código de representação de caractere padrão para que seja possível representar em linguagem de máquina a linguagem do usuário e, consequentemente, possibilitar que o computador efetue as tarefas predeterminadas. Não é possível usar dois códigos de representação de caracteres distintos na mesma máquina porque um mesmo símbolo teria duas representações possíveis (ver Figura 2.1) e invalidaria o sistema. Questão 10 Resposta: O byte que é relacionado à unidade de armazenamento e a palavra que indica a unidade de transferência e processamento. 36 Tema 1: Conceitos Básicos, Evolução Histórica dos Computadores Tema 2: Componentes de um Sistema de Computação PROFESSOR: Jean Clei da Silva CURSO: Tecnologia em Análise e Desenvolvimento de Sistemas COORDENADOR: MSc. Emir Mansur Smaka DISCIPLINA: Organização de Computa dores PROFESSOR: Jean Clei da Silva Organização de Computadores Ementa: Conceitos Básicos Evolução Histórica dos Computadores. Componentes de um sistema de computação. Conversão de bases e aritmética em binário. Subsistemas de memória. Unidade central de processamento. Representação de dados. Representação de instruções e execução Entrada e saída (E/S). Objetivos: • Reconhecer tipos computadores e componentes de um microcomputador. • Reconhecer e realizar cálculos com diferentes bases aritméticas. • Reconhecer o funcionamento e a arquitetura do subsistema de memória, processadores e dispositivos de entrada e saída de um microcomputador. • Conhecer comandos básicos de linguagem de montagem. Organização de Computadores CURSO: Tecnologia em Análise e Desenvolvimento de Sistemas Vamos lá! Organização de Computadores AULA 1 - TEMA 1 PROFESSOR: Jean Clei da Silva Organização de Computadores • INTRODUÇÃO ➢ PROCESSAMENTO DE DADOS ➢ Dados – “Matéria prima”, dados originais. ➢ Informação – Resultado do processamento de um conjunto de dados. DADOS > PROCESSAMENTO > INFORMAÇÃO Organização de Computadores • INTRODUÇÃO ➢ PROCESSAMENTO DE DADOS - Computadores ➢ Bit – Binary digiT ➢ Menor unidade de informação do computador, pode assumir os valores 0 ou 1. ➢ Byte – Conjunto de 8 bits b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0 1 0 1 1 0 1 1 ➢ SISTEMAS ➢ Conjunto de partes coordenadas que concorrem para realização de um determinado objetivo (MONTEIRO) ➢ Sistema de Informação – É o resultado da implementação sistemática de métodos, utilizando uma linguagem de programação, para resolver um determinado problema. SISTEMA DE INFORMAÇÃO SAÍDA ENTRADA • HISTÓRIA E EVOLUÇÃO DOS COMPUTADORES • Mecânicos (500 a.C. – 1880) ➢ Ábaco – Babilônicos ( 7 alg. – I,V,X,C,D,M) ➢ 1642 – Blaise Pascal – Mecânico (+ e -) ➢ Gottfried Leibniz – Mecânico (4 operações) 1801 – Joseph Jacquard – Máquina de tecelagem (Cartões perfurados - Retrato De Joseph – 24.000 cartões) • Mecânicos (500 a.C. – 1880) ➢ 1823 – Charles Babbage (Inglês) ➢ Máquina de diferenças (Marinha Real Inglesa) Repetidas operações ➢ Máquina Analítica (Cálculos com até 50 alg, armazenamento, cartões perfurados,desvio de ações e outros) ➢ Programada por Ada Lovelace (Depart. Defesa dos EUA) • Época dos dispositivos Eletromecânicos (1880 – 1930) ➢ 1880 – Motor elétrico - Grande número de máquina de calcular ➢ 1889 – Herman Hollerith (1924 foi para IBM) ➢ Máquina tabuladora - Cartão perfurado ➢ O censo de 1890/USA - Apurado em 2,5 anos (63 milhões de habitantes. Anterior – 10 anos). • Época dos dispositivos Eletromecânicos (1880– 1930) ➢ 1935 – Konrad Zuse (Alemão) ➢ 1ª máquina de calcular Z1 (Usava relês) ➢ Inicio da utilização do sistema binário ➢ Em 1941 Zuse cria a Z3 (perdido na guerra) ➢ ±1936 – Howard Aiken (Americano – IBM) ➢ Criou a Mark 1 – Mistura de Babbage e Zuse ➢ Problemas? x • Epoca dos dispositivos Eletrônicos (1930- 1945) ➢ 1906 – Válvula e explorado apenas em 1930 ➢ ± 1939 – John Vincent Atanasoff projetou uma máquina calculadora capaz de realizar equações lineares com válvulas ➢ 1937 Alan Turing desenvolveu a teoria da computação denominada “Máquina de turing” • Época dos dispositivos Eletrônicos (1930- 1945) ➢ 1943 Alan Turing o Colossus – Dados divulgados recentemente, antes eram tidos como dados sigilosos do governo britânico ➢ Quebra de códigos secretos de comunicação Alemães ➢ Desvantagem – Propósito único. • Evolução dos dispositivos Eletrônicos (1945-?) ➢ 1º Geração de Computadores - Válvula ➢ 1943-1946 ENIAC – John Mauchly e John P. Eckert (Exercito americano) ➢ 1945 EDVAC – John Mauchly, John P. Eckert e John Von Neuman ➢ Em 1946, Neuman divulgou o projeto IAS 4 unidades principais (UCP, UC, memória e E/S) ➢ 1º Geração de Computadores - Válvula ➢ 1949 – UNIVAC 1- Mauchly e Eckert criaram o UNIVAC 1 - Fins Comerciais ➢ Após 1950, Mauchly e Eckert criaram diversos computadores com fins científicos – Univac II e a série 1100. ➢ 1953 IBM – IBM-701 (ciêntífico) ➢ Com o lançamento do IBM-701 a IBM supera a UNIVAC ➢ 2º Geração de Computadores- transistores ➢ ± 1950 a NCR lança o 1º computador com transistor, assistidos de perto pela IBM ➢ A IBM transforma a série 700 em 7000 e o primeiro deles, o 7090, depois o 7094 e então IBM-1401. ➢ 1965-1980 - 3º Geração de Computadores - circuitos integrados (CI) ➢ A IBM lança o OS/360, que executava no: ➢ 1401 – substituindo os cartõesperfurados ➢ 7094 – grande programas utilizados na previsão tempo ➢ Começou então a idéia – “familia de máquinas” Organização de Computadores ➢ 1965-1980 - 3º Geração de Computadores - circuitos integrados (CI) ➢ Anseio dos sistemas de temp o compartilhado (Timesharing) ➢ 1º sistema foi o CTSS – Compartible Times Sharing System ➢ MULTICS – Computador (MIT, Bell Labs e General Electric) ➢ Não foi bem sucedida por estar a frente de seu tempo ➢ Surgiram diversos sistemas operacionais: ➢ Unix , System V, BSD e Outros ➢ Posix – Portable Operating System (IEEE) ➢ Tanenbaum cria o MINIX ➢ 1980-? - 4º Geração de Computadores - PC ➢ 1974 – intel 8080, 8085 ➢ 1977 – Digital Research Z80 ➢ 1980 – IBM projeta o PC x86 – Surgiu o DOS ➢ 1983 – IBM Lança o PC 80286 com MS- DOS ➢ 1980-? - 4º Geração de Computadores - PC ➢ A família x86 e SO ➢ IBM 80386 – DOS/WIN 3.11 ➢ IBM 80486 – DOS/WIN 3.11 e WIN95 ➢ IBM 80586 – Win 3.11/Win95 e Win98 ➢ Intel lança o pentium ➢ Pentium 66 MHz – Win 3.11 - Win95 ➢ Pentium 100 Mhz - – Win 3.11 - Win98 ➢ Pentium 133 e 166 Mhz – Win - Win98 ➢ Intel lança o pentium ➢ Pentium 1 GHz – Windows 2000 ➢ Pentium 1.8 GHz – Windows Me, Vista e XP ➢ Pentium 2 e 3 GHz – XP e Windows 7 ➢ Intel a família Ix ➢ I3, I5 e I7 – Windows 7 e windows 8 ➢ Intel ATOM – Windows Mobile CURSO: Tecnologia em Análise e Desenvolvimento de Sistemas Vamos lá! Organização de Computadores AULA 1 - TEMA 2 Organização de Computadores ➢ Sistema Computacional “Um conjunto de componentes que são integrados para funcionar como se fossem um único elemento e que têm por objetivo realizar manipulações com dados” (Mario Monteiro). ➢ Barramentos ➢ Controle ➢ Endereço ➢ Dados Descrição dos componentes • Observação importante: “A única linguagem que um computador entende é o binário, ou seja, apenas 0 e 1”. Memória Representação das Informações ➢ Bit – Binary Digit é a menor unidade de informação em um computador. ➢ Caracter – é a menor unidade de informação da linguagem dos humanos ➢ Byte – Conjunto ordenado de 8 bits, capaz de representa um caracter (Definido pela IBM). ➢ Palavra – A palavra define a quantidade de bits que o computador pode manusear de uma só vez. Conversão – byte -> Caracter ➢ ASCII – American Stantard Code For Information Interchange ➢ EBCDIC – Extended, Binary Code with Decimal Interchange Code Representação das Informações – Grandezas em computação ➢ Byte – 8 bits ➢ KB – KiloByte – 210= 1024 Bytes ➢ MB – MegaByte – 1KB x 1024 = 1MB ➢ GB – GigaByte – 1MB x 1024= 1GB ➢ TB – TeraByte – 1GB x 1024 = 1TB ➢ PB – PetaByte – 1TB x 1024 = 1PB ➢ HB - HexaByte – 1PB x 1024 = 1HB ➢ ZB – ZetaByte – 1HB x 1024 ➢ YB – YottaByte – 1ZB x 1024 Descrição dos componentes ➢ Algoritmos (Receita de bolo); Algoritmo soma Inicio Leia numero1; Leia numero2; Resultado <- numero1 + numero2; Escreva resultado Fim algoritmo Organização de Computadores Descrição dos componentes • Tradutores – Linguagens de programação; Descrição dos componentes ➢ Arquivo ➢ Sistema de Arquivo Organização de Computadores ➢ O que conduziu os pesquisadores a projetar computadores que usam somente o sistema binário e não o sistema decimal, que faz parte do aprendizado escolar dos humanos? “Por que o sistema binário pode facilmente representar os 2(dois) estados de em um circuito elétrico, sendo: ligado ou desligado (1 – ligado e 0 Desligado).” Organização de Computadores ➢ Quem desenvolveu a máquina analítica que realizava as quatro operações básicas: soma, subtração, multiplicação e divisão. ❑ Gottfried W. Leibniz. ❑ Charles Babbage ❑ Konrad Zuse ❑ John Von Neuman ❑ Herman Hollerith Organização de Computadores ➢ Defina: hardware e Software Hardware: é a parte física, o equipamento palpável da máquina Software é a parte lógica, ou uma sequência de instruções a serem executadas, na manipulação, redirecionamento ou modificação de um dado/evento. Organização de Computadores ➢ Nos sistemas computacionais temos os bits, bytes e palavras. Para os computadores pessoais, um byte é igual: ❑ Um conjunto de 8 palavras. ❑ Um conjunto de 16 bits. ❑ Um conjunto de 16 palavras. ❑ Um conjunto de 8 Bits. ❑ Uma palavra. ➢ Quem foi o inventor do cartão perfurado? Qual foi o primeiro invento a utilizar cartão perfurado? Joseph Jacquard inventou a máquina de tecelagem, que utilizava cartão perfurado, capaz de tecer seu retrato. Utilizavam 24.000 cartões. Organização de Computadores ➢ Qual o tamanho de uma palavra? Depende diretamente de cada computador. Organização de Computadores ➢ Como é possível representar os caracteres do alfabeto humano em um sistema computacional? Na verdade o que esta armazenado na memória são 0 e 1, que agrupados e utilizando uma tabela (ASCII ou UNICODE) podem ser convertidos para caracteres. Organização de Computadores ➢ Como é possível representar os caracteres do alfabeto humano em um sistema computacional? Na verdade o que esta armazenado na memória são 0 e 1, que agrupados e utilizando uma tabela (ASCII ou UNICODE) podem ser convertidos para caracteres. Organização de Computadores Aula 1 – tema 1 e tema 2 FIM! Até a próxima Organização de Computadores Autor: Jeanne Dobgenski Tema 03 Conversão de bases e aritmética computacional Tema 03 Conversão de bases e aritmética computacional Como citar este material: DOBGENSKI, Jeanne. Organização de Computadores: Conversão de bases e aritmética computacional. Caderno de Atividades. Valinhos: Anhanguera Educacional, 2014. Tema 03 Conversão de bases e aritmética computacional Introdução ao Estudo da Disciplina Caro(a) aluno(a). Este Caderno de Atividades foi elaborado com base no livro Introdução à Organização de Computadores, do autor Mário A. Monteiro, editora LTC, PLT-580, 2012. Roteiro de Estudo: CONTEÚDOSEHABILIDADES Conteúdo Nessa aula você estudará: • Sistemas de numeração binário, decimal e hexadecimal. • Conversão entre os sistemas de numeração. • Como é possível escrever um número numa base qualquer. 5 Jeanne Dobgenski CONTEÚDOSEHABILIDADES Habilidades Ao final, você deverá ser capaz de responder as seguintes questões: • O que é um sistema de numeração com notação posicional? • Como transformar um número decimal em binário? • Como transformar um número binário em decimal? • Como transformar um número hexadecimal em decimal? LEITURAOBRIGATÓRIA Conversão de bases e aritmética computacional Um sistema de numeração é uma forma lógica adotada para representar simbolicamente quantidades numéricas. Povos antigos já utilizavam seus próprios sistemas de numeração, como os chineses, babilônicos e egípcios. A representação numérica mais usada é a decimal, ou seja, um sistema de numeração de base 10. Existe também o sistema binário, cuja base é 2 ou o hexadecimal que tem base 16. Logo, verifica-se que “base” é a quantidade de algarismos disponíveis no sistema. Em geral, subscrito ao númerovem a indicação da base, mas não se usa essa notação no sistema decimal por ser a mais utilizada. Para melhor compreensão é preciso verificar que a representação numérica desses sistemas de numeração é feita por notação posicional. Segundo Monteiro (2012, p. 54) nessa notação os algarismos componentes de um número assumem valores diferentes, dependendo de sua posição relativa no número. Ou seja, o valor total do número é a soma dos valores relativos de cada algarismo, sendo, então, a posição do algarismo ou do dígito que determina seu valor. De forma geral, um número pode ser escrito numa base qualquer “b” como exemplificado a seguir. 6 Sendo: • a = algarismo; • (n+1) = posição que o algarismo ocupa, n = 0,1, 2...; • b = base do sistema de notação. Considere a decomposição de número no sistema decimal, base 10, que contém os algarismos 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9. Exemplo 1: Exemplo 2: 7 LEITURAOBRIGATÓRIA Exemplo 3: Agora considere o sistema binário, base 2, composto dos algarismos 0 e 1, que também é um sistema com notação posicional. Nesse exemplo, poderia ter sido escrito apenas 0 2 que é o mesmo que 0 10 , isto é, “zero na base 2 é igual a zero na base 10”. Esse exemplo mostra que 1011 2 que é o mesmo que 11 10 . Observe que no sistema binário a representação de um número que seja equivalente a uma centena no sistema decimal, não é possível usando somente 3 dígitos (ou algarismos) para representá-lo. Será necessário um número binário com pelo menos 7 dígitos, pois o maior número decimal (inteiro) que pode ser representado com “n” bits (dígitos binários) é 2n-1. E a conversão de decimal para binário, como ocorre? Simplesmente pela divisão sucessiva do número decimal e seus quocientes por 2, até que o quociente final seja 1. O número binário equivalente será o resultado do resto das divisões realizadas. Exemplo 8: conversão de decimal para binário. Volte ao exemplo 5 e veja que 101 2 = 5 10 . Agora observe como funciona o processo inverso, ou seja, como encontrar o equivalente binário de 5 10 . 9 O número binário é composto pelos restos das divisões, sendo que o primeiro dígito binário é o último resto encontrado e o último dígito binário é o primeiro resto da divisão, conforme indica o sentido da seta vermelha. Logo 5 10 = 101 2 . Exemplo 9: conversão de decimal fracionário para binário. Volte ao exemplo 7 e veja que 110,11001 2 = 6,78125 10 . Agora observe como funciona o processo inverso, ou seja, como encontrar o equivalente binário de 6,78125 10 . Para isso, será necessário decompor o número na parte inteira e fracionária: 6 + 0,78125. Já foi mostrado como encontrar o binário de um número decimal inteiro, por meio de divisões sucessivas por 2, considerando o resto como número binário (Exemplo 8). A parte fracionária do número decimal, será transformada em binário pela multiplicação de sucessiva por 2. Quando o resultado dessa multiplicação fornecer na parte inteira do número “0” ou “1”, eles serão colocados à direita da fração binária. Quando for “1”, esse número é subtraído do número decimal fracionário para que seja novamente multiplicado por 2. Esse processo se repete até finalizar com zero. 6 + 0,78125 Conversão da parte inteira do número decimal: Logo 6 10 = 110 2 . Conversão da parte fracionária do número decimal: 10 Seguindo a ordem das multiplicações sucessivas, deve-se usar o primeiro dígito como primeiro dígito fracionário binário, conforme indica a seta mais à direita. Logo, 0,78125 10 = 0,11001 2 sendo o número final a soma das parcelas inteiras e fracionárias. 6,0 10 + 0,78125 10 = 110 2 + 0,11001 2 6,78125 10 = 110,11001 2 Exemplo 10: conversão de número hexadecimal para decimal. Outro sistema numérico importante para o estudo computacional é o hexadecimal, ou seja, base = 16. Isso porque também é de potência de 2 (assim como o octal que é base 8). Os algarismos que compõem esse sistema são todos os números da base decimal, acrescidos por letras até completar os 16 algarismos necessários. Logo, são usados: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F. Sendo que os correspondentes das letras em decimal são A = 10; B = 11; C = 12; D = 13; E = 14; F = 15. Exemplo 11: conversão de número decimal para hexadecimal. 11 LEITURAOBRIGATÓRIA Agora que já são conhecidas outras bases numéricas é importante verificar como ocorrem as operações aritméticas como soma, subtração, divisão e multiplicação de números binários inteiros, sem sinal e sem limite de tamanho. Soma binária: é realizada de forma similar à decimal, lembrando apenas que o resultado da soma só pode ser zero ou um. Na soma binária, deve-se lembrar que: 0 + 0 = 0 0 + 1 = 1 1 + 0 = 1 1 + 1 = 10 1 + 1 + 1 = 11 Exemplo 12: somar 4510 e 4710 e seus equivalentes binários. Subtração binária: é um pouco mais complicada que a decimal por que quando há a necessidade de “emprestar”, na base decimal somamos mais 10 e na binária 2. Na subtração binária, deve-se lembrar que: 0 - 0 = 0 0 - 1 = não é possível. Ver solução no exemplo 13. 1 - 0 = 1 1 - 1 = 0 12 LEITURAOBRIGATÓRIA Multiplicação binária: possui as mesmas regras de multiplicação decimal. Na multiplicação binária, deve-se lembrar que: 0 x 0 = 0 0 x 1 = 0 1 x 0 = 0 1 x 1 = 1 Divisão binária: é realizada de forma semelhante à divisão decimal. 13 Quer saber mais sobre o assunto? Então: Sites O documento elaborado pelo prof. Roberto Willrich apresenta as operações de conversões de bases e cálculos de soma, subtração, multiplicação e divisão. Disponível em: <http://www.inf.ufsc.br/~willrich/Ensino/INE5602/restrito/ii-cap2.PDF>. Acesso em: 02 jan. 2014. Acesse o trabalho Sistemas de Numeração. O trabalho contém dados históricos, mostrando vários sistemas de numeração, como realizar conversões e cálculos. Disponível em <http://wwwp.fc.unesp.br/~mauri/TN/SistNum.pdf>. Acesso em: 02 jan. 2014. 14 LINKSIMPORTANTES Existem muitas calculadoras que fazem a conversão entre bases numéricas. Nesse link há uma app para o sistema Android que realiza essa função. Disponível em <http://www.androidz.com.br/forum/topic/984-app-conversor-de-base- numerica/>. Acesso em: 02 jan. 2014. Um estudo específico sobre a base hexadecimal está disponível em <http://www.b0b0labs. xpg.com.br/textos/h3x4.txt>. Acesso em: 02 jan. 2014. Vídeos Assista ao vídeo: Conversão de Base (decimal - binário) Wagner Barros (1 de 2). Nesta primeira aula, o prof. Wagner Barros explica sobre conversão de decimal em binário. Disponível em: <http://www.youtube.com/watch?v=Y9Pus8mmUcI>. Acesso em: 02 jan. 2014. Aula 2 do prof. Wagner Barros sobre conversão de decimal em binário. Disponível em: <http://www.youtube.com/watch?v=IjYMJeR5L_U>. Acesso em: 02 jan. 2014. AGORAÉASUAVEZ Instruções: Chegou a hora de você exercitar seu aprendizado por meio das resoluções das questões deste Caderno de Atividades. Essas atividades auxiliarão você no preparo para a avaliação desta disciplina. Leia cuidadosamente os enunciados e atente-se para o que está sendo pedido e para o modo de resoluçãode cada questão. Lembre-se: você pode consultar o Livro-Texto e fazer outras pesquisas relacionadas ao tema. 15 AGORAÉASUAVEZ Questão 1: Leia atentamente o trecho a seguir para responder a questão. “A informação inserida pelo teclado é feita usando a linguagem do usuário, mas internamente cada tecla pressionada, corresponderá a um grupo de sinais elétricos tendo alguns com voltagem alta (bit 1) e outros com voltagem baixa (bit 0), que para o computador será a representação do caractere indicado pela tecla pressionada”. Esse texto, apresentado no Tema 2, explica como um dado comum ao usuário é entendido pelo computador. Explique o que o “grupo de sinais elétricos” é para o computador e como ele entende que certo grupo corresponde a um caractere indicado pela tecla pressionada. Questão 2: Assinale a alternativa que apresenta a conversão errada de decimal para binário. a) 32910 = 1010010012 b) 28410 = 100111002 c) 47310 = 1110110012 d) 6910 = 10001012 e) 13510 = 10001112 Questão 3: Assinale a alternativa que apresenta a conversão errada de binário para decimal. a) 1110011010012 = 368910 b) 111110000112 = 403510 c) 1011000110002 = 284010 d) 1000000001102 = 205210 e) 100000011112 = 103910 Questão 4: Assinale a alternativa que apresenta a conversão correta de decimal para hexadecimal. a) 44710 = 1BF16 b) 54410 = 22016 c) 22310 = DF16 d) 7110 = 4716 e) 62210 = 26D16 Questão 5: Assinale a alternativa que apresenta a conversão errada de hexadecimal para decimal. a) 32A16 = 93010 b) 33B16 = 82610 c) 62116 = 156910 d) 9916 = 15310 e) 1ED416 = 789210 Questão 6: Efetue as conversões dos números decimais 215, 581 e 197 para os números binários equivalentes. Questão 7: Efetue as conversões dos números decimais 97, 121 e 297 para os números hexadecimais equivalentes. Questão 8: Efetue as conversões dos números 1100011, 101101 e 1101110 apresentados para os números decimais equivalentes. Questão 9: Efetue as conversões dos números hexadecimais 7EF, 22C e 110A para os números decimais equivalentes. Questão 10: Efetue os cálculos indicados dos números binários, sendo que a resposta deverá estar na mesma base. 1. 101 x 111 = ( )2 2. 11001110 / 1101 = ( )2 3. 111110001 x 10011 = ( )2 4. 1101101 / 100 = ( )2 5. 1001001 – 111100 = ( )2 6. 1011101 + 1111001 = ( )2 FINALIZANDO, Nesse tema você estudou sobre os sistemas numéricos. Aprendeu que há um esquema padrão para gerar um número numa base “b” qualquer, mas concentrou a atenção nos números dos sistemas decimal, binário e hexadecimal. Foi apresentado às conversões de base e à aritmética computacional. O livro texto da disciplina (MONTEIRO, 2012) apresenta um rico conteúdo sobre o assunto, sendo importante referência para o estudo e concretização do aprendizado. Avalie seu aprendizado e faça as atividades propostas! Caro aluno, agora que o conteúdo dessa aula foi concluído, não se esqueça de acessar sua ATPS e verificar a etapa que deverá ser realizada. Bons estudos! REFERÊNCIAS MONTEIRO, Mário A. Introdução à Organização de Computadores. Rio de Janeiro: LTC, 2012. PLT 580. GLOSSÁRIO Base: a base numérica é um conjunto de símbolos (ou algarismos) com o qual podemos representar uma quantidade ou número. Sistema decimal: é um sistema numérico com base 10 e que contém os algarismos 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9. É o sistema mais utilizado. Sistema binário: é um sistema numérico com base 2 e que contém os algarismos 0, 1. É o sistema utilizado pelos computadores. Sistema hexadecimal: é um sistema numérico com base 16 e que contém os algarismos 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F. É um sistema também utilizado em computação. Conversão de base: é o nome dado à passagem de um valor de uma base para outra mantendo o valor quantitativo, mas alterando a simbologia para se adequar a nova base numérica. GABARITO Questão 1 Resposta: O grupo de sinais elétricos é representado pelo byte (conjunto de 8 bits) e cada tecla pressionada possui um byte correspondente que foi pré-definido num código de representação de caracteres que é usado pelo fabricante da máquina (computador) como a ASCII ou a EBCDIC. Questão 2 Resposta: Alternativa E. Questão 3 Resposta: Alternativa D. Questão 4 Resposta: Alternativa E. Questão 5 Resposta: Alternativa B. Questão 6 Resposta: 215 10 = 11010111 2 581 10 = 1001000101 2 197 10 = 11000101 2 Questão 7 Resposta: 97 10 = 61 16 121 10 = 79 16 297 10 = 129 16 Questão 8 Resposta: 1100011 2 = 99 10 101101 2 = 45 10 1101110 2 = 110 10 20 GABARITO Questão 9 Resposta: 7EF 16 = 2031 10 22C 16 = 556 10 110A 16 = 4362 10 Questão 10 Resposta: 1. 101 x 111 = (10011) 2 2. 11001110 / 1101 = (101001110110) 2 3. 111110001 x 10011 = (1001001111011) 2 4. 1101101 / 100 = (110110100) 2 5. 1001001 – 111100 = (0001101) 2 6. 1011101 + 1111001 = (11010110) 2 21 Tema 3: Conversão de bases e aritmética computacional PROFESSOR: Jean Clei da Silva Organização de Computadores Dica 1 Desapegar da base numérica decimal Cuidado, todas as bases tem suas vantagens e desvantagens Organização de Computadores Notação posicional Os algarismos componentes de um número assume valores diferentes conforme sua posição Exemplo: 397 na base 10 7 x 10 0 = 7 x 1=7 9 x 10 1 = 9 x 10 =90 3 x 10 2 = 3 x 100 = 300 Organização de Computadores Notação posicional Em geral, temos a expressão: Nb = an.b n +a n-1 .b n-1 + ..................................... +a1.b 1 +a0.b 0 Exemplo: 89310 893 = 8.10 2 + 9.10 1 +3.10 0 Outras bases de numeração Binário ( 0 e 1) – 2 símbolos Octal ( 0, 1, 2, 3, 4 , 5, 6 e 7) - 8 símbolos Hexadecimal (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E & F) - 16 símbolos Binário ( 0 e 1) – Linguagem de máquina Problema? Números muito longo. Exemplo: 2 bytes: 1001000010001011. Confuso? Exemplo: 1001000010001011 Idéia dos projetistas de Sistemas operacionais: Exibir em bases maiores ( Base 16 - hexadecimal) Por que? Simplicidade de conversão: Exemplo: 10010000100010112 = 908B16 Outras bases de numeração Exemplo: Erro de acesso a memória, posição: 0AxBD0A Binário: 00001010x1011110100001010 Obs.: Esta transformação é só para simplificar a leitura Bases : 2, 8 e 16 também utilizam a notação posicional. Exemplo: 10112 Conforme expressão: 1.2 3 +0.2 2 +1.2 1 +1.2 0 = 1110 Organização de Computadores Outras bases de numeração Outros exemplos, nas bases 8 e 16 Exemplo: 3758 Conforme expressão: 3.8 2 +7.8 1 +5.8 0 = 25310 Exemplo: A7E16 Conforme expressão: A.16 2 +7.16 1 +14.16 0 = 268610 Organização de Computadores Conversão de bases Conforme notação posicional, a conversão da base 2 para base 10 pode ser realizada. Conversão entrebases potências de 2 2 3 = 8 (Octal) 2 4 =16 (hexadecimal) Conversão entre bases potências de 2 Entendendo o modelo: A melhor forma de explicar o modelo é utilizando a base numérica comum a todos (decimal). Elementos Qtde Algarismos 10 1 (10 1 ) 0-9 100 2 (10 2 ) 00-99 1000 2 (10 3 ) 000-999 10000 2 (10 4 ) 0000-9999 Então, temos a seguinte expressão matemática: b na =nc (na – numero de algarismos) (nc – Numero de combinações) Sendo: 10 1 = 10 (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 ,7 ,8 e 9) 10 2 = 100 (00 até 99) 10 3 = 1000 (000 até 999) x Organização de Computadores Conversão entre bases potências de 2 Então, utilizando a base 2, temos: b n a = n c S e n d o : 2 3 = 8 (3 alg. binário pode representar 8 combinações – 1 para cada símbolo octal) 2 4 = 16 (4 alg. binário pode representar 16 combinações – 1 para cada símbolo hexa) Então, utilizando a base 2, temos: b n a = n c S e n d o : 2 3 = 8 (3 alg. binário pode representar 8 combinações – 1 para cada símbolo octal) 2 4 = 16 (4 alg. binário pode representar 16 combinações – 1 para cada símbolo hexa) Tabela de conversão Binário Octal Decimal Hexadecimal 0000 0 0 0 0001 1 1 1 0010 2 2 2 0011 3 3 3 0100 4 4 4 0101 5 5 5 0110 6 6 6 0111 7 7 7 1000 10 8 8 1001 11 9 9 1010 12 10 A 1011 13 11 B 1100 14 12 C 1101 15 13 D 1110 16 14 E 1111 17 15 F Organização de Computadores Conversão entre bases 8 para 16 8 para 16 =>Utilizar-se a base binária como intermediária 16 para 8 => Idem Organização de Computadores De qualquer base B para base 10 • Podemos utilizar para qualquer base, sendo que o resultado está na base 10 Exemplo 1: Base 2 para base 10 Nb = an.b n +a n-1 .b n-1 + .................................... +a1.b 1 +a0.b 0 Exemplo: 101102 1.2 4 + 0.2 3 +1.2 2 + 1.2 1 +0.2 0 => 16 + 0 + 4 + 2 +0 => 2210 Organização de Computadores De qualquer base B para base 10 Lembrem-se: Notação posicional Em geral, temos a expressão: Nb = an.b n +a n-1 .b n-1 + ..................................... +a1.b 1 +a0.b 0 Exemplo: 89310 893 = 8.10 2 + 9.10 1 +3.10 0 Organização de Computadores Dica: Notem que na conversão, utilizamos apenas as potencias de 2 nos algarismo 1 1.2 4 + 0.2 3 +1.2 2 + 1.2 1 +0.2 0 => 16 + 0 + 4 + 2 +0 => 2210 Então, podemos colocar a seqüência de potências de 2, da direita para esquerda. Colocar o valor binário, cada bit na sua respectiva posição e somar onde for 1. Organização de Computadores Exemplo 1: 101001 ..... 256 128 64 32 16 8 4 2 1 0 1 0 0 32+8+1=4110 Organização de Computadores Exemplo 2: 1101010 .... 256 128 64 32 16 8 4 2 1 1 0 1 0 1 64+32+8+2=10610 Organização de Computadores • Base 8 para base 10 Exemplo 1: Base 8 para base 10 Nb = an.b n +a n-1 .b n-1 + .................................... +a1.b 1 +a0.b 0 Exemplo: 5638 5.8 2 + 6.8 1 +3.8 0 = 5.64+6.8+3.1= 37110 Organização de Computadores • Base 16 para base 10 Exemplo 1: Base 16 para base 10 Nb = an.b n +a n-1 .b n-1 + .................................... +a1.b 1 +a0.b 0 Exemplo: AB3C16 10.16 3 + 11.16 2 +3.16 1 +12.16 0 => 10.4096+11.256+3.16+12.1= 4383610 Organização de Computadores De base 10 para qualquer base B Método: Divisão sucessiva O resto de cada divisão ocupará sucessivamente as posições de ordem 0, 1, 2 e assim por diante até que o resto da última divisão (que resulta em quociente zero) ocupe a posição de mais alta ordem. Organização de Computadores De base 10 para qualquer base 2 Exemplo 1: 3510 = X2 Organização de Computadores De base 10 para qualquer base 2 Também podemos utilizar o método apresentado com as potências de 2, mas subtraindo os valores, quando possível, até zero. Exemplo 1: 3510 = X2 = 1000112 Organização de Computadores De base 10 para qualquer base 2 Exemplo 2: 19810 = X2 = 110001102 ..... 256 128 64 32 16 8 4 2 0 1 1 0 0 0 1 1 70 6 2 0 Organização de Computadores De base 10 para qualquer base 8 Exemplo 1: 35110 = X8 Organização de Computadores De base 10 para qualquer base 8 Organização de Computadores De base 10 para qualquer base 16 Exemplo 1: 86210 = X16 Organização de Computadores De base 10 para qualquer base 16 Exemplo 1: 230010 = X16 Organização de Computadores Aritmética em binário Adição: 0+0 = 0 0+1 = 1 1+0 = 1 1+1 = 0 e vai 1 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 1 0 Organização de Computadores Aritmética em binário Subtração: 0-0 = 0 0-1 = 1 e vem 1 1-0 = 1 1-1 = 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 1 0 0 0 Organização de Computadores Aritmética em binário Multiplicação: 0*0 = 0 0*1 = 0 1*0 = 0 1*1 = 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 + 1 0 1 0 1+ + 1 1 0 1 0 0 1 Organização de Computadores Aritmética em binário Divisão: 0/0 = imp 0/1 = imp 1/0 = imp 1/1 = 1 1010 / 101 10 Organização de Computadores Atividade Faça a conversão dos valores representados na base 10 para base 2 a)98 b) 1201 Organização de Computadores Atividade Faça a conversão dos valores representados na base 2 para base 10 a)10011 b) 0010101110 Organização de Computadores Atividade Faça a conversão dos valores representados na base 8 para base 2 a)176 b) 25 Organização de Computadores Atividade Faça a conversão dos valores representados na base 2 para base 8 a) 10011 b) 0010101110 Organização de Computadores Atividade Faça a conversão dos valores representados na base 16 para base 2 a) C76 b) 2A Organização de Computadores Atividade Faça a conversão dos valores representados na base 2 para base 16 a) 01100110 b) 101010111 Organização de Computadores Atividade Faça a conversão dos valores representados na respectiva base Xb , sendo X o valor e b a sua base. a) C7616 = X10 b) 2368 = X10 Organização de Computadores Atividade Faça a conversão dos valores representados na respectiva base Xb , sendo X o valor e b a sua base. a) 3C16 = X8 b) 2368 = X16 Organização de Computadores Aula 2 – tema 3 FIM! Até a próxima Organização de Computadores Autor: Jeanne Dobgenski Tema 04 Subsistemas de memória Tema 04 Subsistemas de memória Como citar este material: DOBGENSKI, Jeanne. Organização de Computadores:
Compartilhar