Capítulo 1 - Conceitos Introdutórios

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Capítulo 1
Conceitos 
Introdutórios
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Os temas abordados nesse capítulo são:
▪ Representações analógicas e digitais.
▪ Representação da informação através de dois estados.
▪ Vantagens e desvantagens das técnicas digitais/ analógicas.
▪ Conversores analógico-digital e digital-analógico.
▪ Caracterizações básicas do sistema numérico binário.
▪ Conversão de números binários em decimais equivalentes.
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Os temas abordados nesse capítulo são:
• Identificação de sinais digitais típicos e de um diagrama de
temporização.
• Diferenciação entre a transmissão paralela e a serial.
• Partes principais de um computador digital e suas funções.
• Propriedades da memória.
• Distinção entre microcomputadores, microprocessadores e
microcontroladores.
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1.1 Introducão ao Digital 1s e 0s
▪ Grande parte dos sistemas de telecomunicações em todo o mundo
enquadra-se na categoria de sistemas digitais.
Começou-se com um sistema digital simples de dois estados para
representar informações.
Um sistema de telégrafo é composto por uma bateria, uma chave
de contato momentâneo (normalmente aberta), um fio de telégrafo
e um clacker eletromagnético.
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▪ O sistema do telégrafo usa dois “símbolos” distintos para
transmitir palavra ou número.
▪ Pulsos elétricos curtos e longos, que simbolizam pontos e traços
do código Morse, caracterizam uma representação digital da
informação.
▪ O sinal elétrico está ligado ou desligado, em todos os momentos.
1.1 Introducão ao Digital 1s e 0s
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▪ São os sistemas digitais modernos que utilizam sinais elétricos
para representar os 1s e 0s.
▪ Um diagrama de tempo mostra em que estado (1 ou 0) está o
sistema, em qualquer momento.
▪ Aponta, também, o momento exato em que ocorre uma mudança
de estado.
1.1 Introducão ao Digital 1s e 0s
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▪ Exibindo-se um ou mais sinais digitais com instrumentos de teste,
tais como o osciloscópio, podemos comparar sinais reais e
operações possíveis.
1.1 Introducão ao Digital 1s e 0s
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▪ Sistemas físicos usam quantidades, que devem ser manipuladas
aritmeticamente.
▪ As quantidades podem ser representadas numericamente, na forma
analógica ou na forma digital.
1.2 Representação Numérica
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▪ Representação analógica - a quantidade é representada por um
indicador proporcional continuamente variável.
▪ O som, através de um microfone, causa variações na tensão
(voltagem).
▪ O velocímetro do automóvel varia com a velocidade.
▪ O termômetro de mercúrio oscila em um intervalo de valores,
de acordo com a temperatura.
1.2 Representação Numérica
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▪ Em 1875, Alexander Graham Bell descobriu como mudar sua voz
em um sinal elétrico continuamente variável, enviá-lo através de
um fio e transformá-lo novamente em energia sonora na outra
extremidade.
▪ Atualmente, o dispositivo que converte energia sonora em sinal
analógico de voltagem é conhecido como microfone.
1.2 Representação Numérica
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▪ Representação digital - varia em diferentes etapas (separadas). As
quantidades são representadas por símbolos chamados dígitos.
▪ O passar do tempo é mostrado como uma mudança no
mostrador de um relógio digital em intervalos de um minuto.
▪ Uma mudança na temperatura é mostrada em um display
digital, quando há a oscilação de um grau, pelo menos.
1.2 Representação Numérica
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▪ Sistemas digitais:
▪ Combinação de dispositivos que manipulam valores
representados de forma digital.
▪ Sistemas analógicos:
▪ Combinação de dispositivos que manipulam valores
representados de forma analógica.
1.3 Sistemas Analógicos e Digitais
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▪ Vantagens do digital:
▪ Combinação de dispositivos
▪ Facilidades de design.
▪ Mais adaptado para armazenar informações.
▪ Maior facilidade em manter a exatidão e a precisão.
▪ Operação programável.
▪ Menos afetado pelo ruído.
▪ Facilidade de fabricação em chips IC.
1.3 Sistemas Analógicos e Digitais
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▪ Existem limites para as técnicas digitais.
▪ A natureza analógica do mundo exige um processo de
conversão demorado, composto por várias etapas:
1. Converter a variável física em um sinal elétrico (analógico).
2. Converter o sinal analógico para formato digital.
3. Processar (operar) a informação digital.
4. Converter a saída digital de volta para a forma analógica do
mundo real.
1.3 Sistemas Analógicos e Digitais
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▪ O sistema digital é uma combinação de dispositivos projetados
para manipular informações lógicas ou quantidades físicas
representadas na forma digital.
▪ As quantidades podem assumir apenas valores discretos.
▪ O sistema analógico manipula quantidades físicas representadas
na forma analógica.
▪ As quantidades podem variar em uma faixa contínua de
valores.
1.3 Sistemas Analógicos e Digitais
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▪ Os telefones funcionavam em rede, através de um gerador elétrico
à manivela.
Cada pessoa na rede recebia um código único de toques longos e
curtos (como pulsos digitais). A parte que recebia a ligação
codificava a sua identidade pela maneira que tocava seu telefone.
A sinalização (toques) usava a representação digital, mas a
comunicação por voz era puramente analógica.
1.3 Sistemas Analógicos e Digitais
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▪ O telefone de discagem rotativa utiliza uma série de pulsos,
representando os dez dígitos decimais.
▪ Nos telefones de “tom de toque”, as informações de comutação
digital são enviadas por meio de sinais de tom analógico.
▪ O telefone celular tem componentes digitais e analógicos e usa
ambos os tipos de sinais.
1.3 Sistemas Analógicos e Digitais
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▪ Sistema de regulagem da temperatura utilizando-se um conversor
analógico-digital.
1.3 Sistemas Analógicos e Digitais
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▪ Principais razões para a mudança para a tecnologia digital:
▪ Geralmente, os sistemas digitais são mais facilmente
projetados.
▪ O armazenamento da informação é simples.
▪ Mantêm-se, com tranquilidade, a exatidão e a precisão do
sistema.
1.3 Sistemas Analógicos e Digitais
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▪ As operações podem ser programadas.
▪ Os circuitos digitais são menos afetados por ruídos.
▪ Um maior número de circuitos digitais pode ser fabricado em
chips IC.
1.3 Sistemas Analógicos e Digitais
Têm ocorrido notáveis avanços na tecnologia
digital.
Os avanços continuarão, na medida em que a
tecnologia digital se expandir e melhorar.
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▪ Compreender os sistemas digitais requer um entendimento dos
sistemas decimal, binário, octal e hexadecimal.
▪ Decimal – dez símbolos (base 10)
▪ Binário – dois símbolos (base 2)
▪ Octal – oito símbolos (base 8)
▪ Hexadecimal – dezesseis símbolos (base 16)
1.4 Sistemas de Números Digitais
slide 27 © 2011 Pearson. Todos os direitos reservados.▪ O Sistema Decimal:
▪ Dez símbolos: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9.
▪ Cada número é um dígito (do latim, dedo).
▪ Dígitos mais significantes (MSD) e dígitos menos significantes
(LSD).
▪ Valor posicional pode ser declarado como um dígito multiplicado
por uma potência de 10.
1.4 Sistemas de Números Digitais
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▪ O Sistema Binário (base 02) :
▪ Dois símbolos: 0 e 1.
▪ Empresta-se ao projeto de circuitos eletrônicos com apenas
dois diferentes níveis de tensão obrigatórios.
▪ Valor posicional pode ser indicado como um dígito multiplicado
por uma potência de 2.
1.4 Sistemas de Números Digitais
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▪ Os sinais analógicos podem ser convertidos para digital por meio
de medidas ou “amostras” do sinal, que varia continuamente em
intervalos regulares.
▪ O tempo adequado entre as amostras depende da taxa máxima de
mudança do sinal analógico.
1.5 Representação de Quantidades Binárias
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▪ Representação típica dos dois estados de um sinal digital.
▪ Um intervalo de tensões mais alto representa um 1 válido, e um
intervalo de tensões mais baixo representa um 0 válido.
▪ Muitas vezes, ALTO e BAIXO são utilizados para descrever os
estados de um sistema digital em vez de 1 e 0.
O osciloscópio e o analisador lógico são utilizados para produzir
diagramas de tempo.
Os diagramas de tempo mostram a tensão versus o tempo. São
usados para demonstrar como os sinais digitais evoluem com o
tempo, ou para comparar dois ou mais sinais digitais.
1.5 Representação de Quantidades Binárias
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▪ Os circuitos digitais produzem e respondem às variações
predefinidas da tensão.
▪ O termo circuitos lógicos é usado alternativamente.
1-6 Circuitos Digitais / Circuitos Lógicos 
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Um circuito digital responde a uma entrada binário de nível 0 ou 1,
mas não a sua tensão real.
1.6 Circuitos Digitais / Circuitos Lógicos 
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▪ Na transmissão paralela, todos os bits em um número binário são
transmitidos simultaneamente.
▪ Uma linha separada é exigida para cada bit.
▪ Na transmissão serial, cada bit em um número binário é
transmitido em algum intervalo de tempo.
1.7 Transmissão Paralela e Serial
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A transmissão paralela é mais rápida, porém requer mais caminhos.
A transmissão serial é mais
lenta, mas requer um único
caminho.
1.7 Transmissão Paralela e Serial
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A memória é exibida através de um circuito que mantém uma
resposta a uma entrada momentânea.
Ela é importante porque proporciona uma maneira de armazenar
números binários, temporária ou permanentemente.
Elementos de memória: magnéticos, ópticos e circuitos eletrônicos de travamento.
1.8 Memória
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▪ O computador é um sistema de hardware que executa operações
aritméticas, manipula dados e toma decisões.
▪ Realiza operações com base nas instruções sob a forma de um
programa em alta velocidade e com alto grau de precisão.
1.9 Computadores Digitais
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Principais partes de um computador:
▪ Unidade de entrada - processa instruções e dados na memória.
▪ Unidade de memória - armazena dados e instruções.
▪ Unidade de controle - interpreta instruções e envia sinais
apropriados para outras unidades.
▪ Unidade de lógica/ aritmética - executa cálculos aritméticos e
decisões lógicas.
▪ Unidade de saída - apresenta informações da memória para o
operador ou para o processo.
1.9 Computadores Digitais
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Muitas vezes, as unidades de controle e de aritmética/ lógica são tratadas como
uma coisa só. Chama-se, então, unidade central de processamento (CPU).
1.9 Computadores Digitais
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Tipos de computadores:
- Microcomputador – mais comum (desktops). Tornou-se muito
poderoso.
- Minicomputador (workstation).
- Mainframe.
- Microcontrolador – projetado para uma aplicação específica, com
controles dedicados ou embutidos. Utilizado em equipamentos,
processos de manufaturamento, sistemas de autoignição, sistemas
ABS e muitas outras aplicações.
1.9 Computadores Digitais
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As funções básicas dos subsistemas digitais de um telefone celular –
e todas as outras aplicações integradas – são controladas por um
sistema de microcomputador completo embutido em cada telefone.
1.9 Computadores Digitais
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▪ Ao fotografar, o telefone converte o brilho dos pontos individuais
no CCD em números binários e os armazena na memória (linha x
coluna x).
Mostrar uma imagem em uma tela de LCD é o processo inverso ao de armazenar
uma imagem na memória.
1.9 Computadores Digitais
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▪ Quando você fala ao telefone, o sinal de voz é convertido para
uma sequência de números digitais (binário).
▪ Os sinais são separados e encaminhados para um local adequado
pelos multiplexadores e demultiplexadores digitais.
1.9 Computadores Digitais
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Progresso digital hoje e amanhã
▪ Muitas necessidades do mundo atual são atendidas pela tecnologia
digital.
▪ Você será capaz de se tornar um pioneiro nessas novas fronteiras
da tecnologia.