Computação Aplicada - 1.2 Unidades Funcionais de um Computador

Computação AplicadaDavid Araújo [[email protected]]

Jeovane Reges [[email protected]]

Universidade Federal do CearáCentro Acadêmico FEAACBacharelado em Administração

.Roteiro

29/03/20122 Roteiro da Disciplina de Computação Aplicada

Primeira Etapa

1. Processamento de Dados1.1 Introdução

• Histórico

• Conceitos Básicos

• Evolução dos Computadores e Tipos de Tecnologias

• Funcionamento dos Computadores

• Classificação dos Computadores - Gerações

1.2 Unidades Funcionais de um Computador

• Unidades Básicas do Computador

• Comparativo de Desempenho dos Tipos de Memória

• Representação das Informações na Memória

• Sistema de Numeração Utilizado

1.3 Programas

• Aspectos Históricos, Evolução

• Programas Básicos

• Compiladores e Interpretadores

• Programas Aplicativos

29/03/2012Roteiro da Disciplina de Computação Aplicada3

.RoteiroPrimeira Etapa

1. Processamento de Dados1.4 Sistemas Operacionais

• Qual finalidade, Tipos, Vantagens e Desvantagens

• MS-DOS

• Windows

• Exercícios

Segunda Etapa

2. Algortimos – Linguagem de Programação (Primeira prova 26/04)• Conceituação

• Representação

• Construção de Algoritmos

• Comandos de Entrada e Saída

• Comando de Seleção entre Sequência de Passos

• Comando de Atribuição de Valores, Expressões Aritméticas

• Comando de Repetição de uma Sequência de Passos

• Comando de Especificação

• Construção de Exemplos de Algoritmos

29/03/2012Roteiro da Disciplina de Computação Aplicada4

.RoteiroSegunda Etapa

3. Aplicativo Excel (Segunda prova 29/05)• Estrutura do Aplicativo

• Fórmulas

• Funções

• Ferramentas

• Gráficos

• Exercícios

• Tipos de Dados

• Tabelas, Formulários, Consultas e Relatórios

• Exercícios

Bibliografia

. INTRODUÇÃO À CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃOGuimarães/Lages

. INTRODUCÃO À CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃOSergio E R Carvalho

. CIÊNCIA DOS COMPUTADORES - UMA ABORDAGEM ALGORITMICAJean - Paul Tremblay

. PASCAL E TÉCNICAS DE PROGRAMACÃOAntonio Aníbal de Souza Teles

29/03/2012Unidades Funcionais de um Computador5

.Unidades Básicas do Computador

O que é um computador?

• Uma máquina como qualquer outra…

• Processa informações, sejam elas númericas ou não, sons, imagens, qualquer tipo de dados…

• Mas possui uma grande diferença! Qual?

Como o computador processa as informações?

• Informações de entrada são fornecidas, é efetuado o processamento dessas informaçõesproduzindo informação de saída.

• Gerando um ciclo ENTRADA > PROCESSAMENTO > SAÍDA de informação, é chamado de clicode processamento de informação.

• Toda a supervisão do ciclo é controlada pelo programa que está em execução.

• Esse programa deve ser colocado em execução no computador antes dos dados de entrada serem fornecidos.



Existem computadores dos mais diferentes tipos e tamanhos, mas todos podem ser enfocadoscomo um conjunto de dispositivos interligadas, trabalhando em harmonia, para realizaratividades de processamento de dados.

Um sistema informático é composto por Hardwares e Softwares

Estes dispositivos que compõem o computador são geralmente reunidos, conforme suas funções, em:

• Unidade de entrada;

• Unidade de saída;

• Unidade de memória principal;

• Unidade de memória segundária;

• Unidade aritmétrica e lógica;

• Unidade de controle;

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.Unidades Básicas do ComputadorHardware

• Corresponde a parte física do computador.

• Limita-se a um conjunto de componentes eletrónicos que seguem ordens do software.

• Não se refere apenas aos computadores pessoais, mas também aos equipamentosembarcados em produtos que necessitam de processamento computacional, como osdispositivos encontrados em equipamentos hospitalares, automóveis, aparelhos celulares, entreoutros.

• Exemplos: placa-mãe, teclado, mouse, monitor, processador, gabinente, etc.

Software

• Corresponde a parte lógica do computador.

• Conjunto de instruções e dados processados pelos circuitos eletrônicos do hardware.

• Toda interação dos usuários de computadores modernos é realizada através do software, que é a camada, colocada sobre o hardware, que transforma o computador em algo útil para o ser humano.

• Exemplos: sistemas operacionais, editores de texto, navagadores, messenger, etc.

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.Unidades Básicas do ComputadorUnidade de Entrada

• O nome genérico unidade de entrada se refere a qualquer dispositivo que possa captar dadosdo meio externo e transferi-los à o computador.

• Permite a comunicação do usuário com o computador.

• Com o emprego do computador nas mais diferentes áreas de atividade humana têm sidodesenvolvidos inúmeros tipos de unidades de entrada, compatíveis com as característicasdesejadas nas respectivas áreas de emprego.

• Exemplos:

Mouse

Teclado

Scanner

Unidade leitora de cartão magnético

Unidade leitora de caracteres óticos

Webcam

Unidades de disco magnético

Entre outros

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.Unidades Básicas do ComputadorUnidade de Saída

• Inversamente à unidade de entrada, o nome genérico unidade de saída é qualquer dispositivoque transfere dados gravados na memória para um meio externo ao computador.

• Os dispositivos de saída decodificam os dados em informação que é entendida pelo usuáriodo computador.

• Exemplos:

Monitor

Impressora

Caixas de Som

Data show

Entre outros


.Unidades Básicas do ComputadorUnidade de Entrada e Saída

• Podemos ter dispositivos que funcionam tanto para entrada como para saída de informações.

• Os dispositivos de entrada e saída, ou mistos, permitem que o usuário envie informações parao computador e que o computador envie informação para o usuário.

•Exemplos:

DVD

Blue-ray Disc

Pendrive

Modem

Disco Rígido (HD)

Telas Touch Screen

Joystick

Entre outros


.Unidades Básicas do ComputadorUnidade de Memória Principal

• Unidade de memória principal, ou interna, ou central ou simplesmente memória tem duasfunções básicas:

Armazenar dados em processamento

Armazenar a sequência lógica de passos a ser executada para processar os dados, isto é, o programa.

• Hoje a grande maioria dos computadores utiliza memória constituída de circuitos integrados,que, por sua vez, são construídos com materiais semicondutores, principalmente o silício. Por sertotalmente eletrônica, é um dos componentes mais rápidos do computador.

• Também chamadas de memória real, são memórias que o processador pode endereçardiretamente, sem as quais o computador não pode funcionar.

• Fornecem geralmente uma ponte para as secundárias, mas a sua função principal é a de contera informação necessária para o processador num determinado momento.

• A memória principal pode ser dividida em dois tipos:

Memória RAM

Memória ROM

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.Unidades Básicas do ComputadorMemória RAM (Random Access Memory)

• Permite leitura e escrita.

• Memória de acesso aleatório.

• É volátil e programável.

• O conteúdo desaparece com a falta de energia.

• Nesta memória encontram-se dados armazenados que estão “neste momento” à seremprocessadas.

Memória ROM (Read Only Memory)

• Memória só de leitura.

• Não volátil, ou seja, o conteúdo não desaparece com a falta de energia.

• Destina-se a armazenar uma parte do programa responsável pela gestão do sistema, quepermite iniciar o computador, bem como o reconhecimento de determinados dispositivos quefazem parte do mesmo.

• As ROM podem ser subdivididas em dois tipos: ROM simples e PROM.

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.Unidades Básicas do ComputadorUnidade de Memória Secundária

• Também conhecida por memória de massa ou memória auxiliar.

• Grande capacidade de armazenamento da informação.

• Não podem ser endereçada diretamente pela CPU.

• Tempo de acesso bastante superior ao das memórias do tipo primário, o acesso é do tiposequencial.

• Os dados precisam ser carregados na memória principal antes de eles serem tratados peloprocessador.

• Não são estritamente necessárias para a operação do computador.

• São geralmente não voláteis, permitindo guardar os dados permanentemente.

• Exemplos:

Disco Rígido (HD)

Fita Magnética

CD, DVD, Blue-ray Disc

Entre outros

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.Unidades Básicas do ComputadorUnidade Central de Processamento

• A unidade de processamento, ou processador, ou CPU (do inglês Central Processing Unit).

• O processador é responsável pela execução das instruções e pelo controle do sistema. A CPU tem papel parecido ao cérebro no computado.

• A CPU é composta por:

Uma unidade aritmética e lógica (ULA)

Uma unidade de controle (UC)

E uma memória central (registradores e cache)

• A CPU é considerada a parte mais importante de um computador, pois é responsável peloprocessamento de todos os tipos de dados e pela apresentação do resultado do processamento, poisé onde são interpretadas e executadas as instruções fornecidas pelos aplicativos (softwares), comoo sistema operacional, editor de textos, etc.

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.Unidades Básicas do ComputadorUnidade Aritmética e Lógica (ULA)

• É o verdadeiro coração do computador.

• Os dados são trazidos a essa unidade e manipulados aritmeticamente por processos tais como: (além da potenciação).

Adição

Subtração

Multiplicação

Divisão

• Operações lógicas são também processadas nesta unidade, tais como teste de certas condições, comparações de diferentes partes de um dado, etc.

• Essas diferentes possibilidades de operações aritméticas e lógicas podem ser realizadas muitorapidamente e repetidas milhares de vezes, se necessário, sem a intervenção de nenhum operador.

• Os dados são levados à Unidade Aritmética e Lógica, onde é executada a operação desejada e seu resultado volta à memória para análise ou armazenamento.

• Assim como a memória, a Unidade Aritmética e Lógica é constituída unicamente de circuitos eletrônicos.

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.Unidades Básicas do ComputadorUnidade de Controle (UC)

• Efetua o controle das transferências de dados das unidades periféricas para a memória principal e vice-versa.

• É a unidade que armazena a posição de memória que contém a instrução que o computador está executando nesse momento.

• Ela informa à ULA qual operação a executar, buscando a informação (da memória) que a ULA precisa para executá-la.

• Depois, transfere o resultado de volta para o local apropriado da memória.

• A unidade de controle executa três ações básicas intrínsecas e pré-programadas pelo próprio fabricante do processador, são elas: busca, decodificação e execução.

• Por exemplo, em uma operação de soma deve acionar a Unidade de Memória para que entregue à unidade aritmética e lógica as parcelas a somar, para que seja feita a soma e por fim seja devolvido à unidade de memoria o resultado. Em uma operação de impressão deve acionar a unidade de memória para que entregue à impressora a informação a ser impressa.

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Primeira Etapa


• Histórico










1.3 Programas






.Unidades Básicas do ComputadorComparativo de Desempenho dos Tipos de Memória

• A CPU vê nesta ordem e acessa primeiro a que está mais próxima. Subindo na hierarquia, quanto mais próximo da CPU, maior velocidade, maior custo, porém menor capacidade de armazenamento.

Tipo Capacidade Velocidade Custo Localização Volatilidade

Registrador Bytes Muito alta Muito alto CPU Volátil

Cache Mbytes Alta Alto CPU/Placa Volátil

Principal Gbytes Média Médio Placa Volátil

Secundária Tbytes Baixa Baixo Externa Não Volátil

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.Unidades Básicas do ComputadorSistema de Numeração Utilizado

• Existiram e existem diversos sistemas de numeração.

• No computador, serve para questões de endereçamento, armazenamento, conteúdo de tabelas e representações gráficas.

• Bases diferentes usadas nos mais diversos computadores.

• Exemplos:

Binária: 0, 1

Octal: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7

Decimal: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9

Hexadecimal: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F

Até a próxima aula…

Tiago

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• Histórico










1.3 Programas






.Unidades Básicas do ComputadorRepresentação das Informações na Memória

• A quantidade de memória de um computador é tradicionalmente medida em bytes. Mais precisamente, são utilizadas as abreviações KB (Kilobytes, ou seja, milhares de bytes), MB (Megabytes, ou milhões de bytes), GB (Gigabytes, ou bilhões de bytes) e TB (Terabytes, ou trilhões de bytes), etc.

• Os primeiros computadores pessoais possuíam apenas algumas centenas de milhares de bytes de memória. Computadores pessoais modernos possuem alguns gigabytes de memória.

• Quanto maior ela for, mais informação poderá guardar. Ou seja, quanto mais bytes a memória tiver, mais caracteres poderá conter e, consequentemente, maior o número de informação que guardará.

1 quilobyte = 1 kB = 2^10 bytes = 1.024 bytes

1 megabyte = 1 MB = 2^20 bytes = 10.485.76 bytes

1 gigabyte = 1 GB = 2^30 bytes = 1.073.741.824 bytes

1 terabyte = 1 TB = 2^40 bytes = …

Tiago

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• Estamos familiarizados com o sistema decimal para representar os números, porém os computadoresutilizam o sistema binário, devido às facilidades desse sistema, quando desenvolvidos em circuitoseletrônicos.

• Devido à simplicidade de projeto e construção, acarretando na redução de seu custo e maior confiabilidade, os circuitos eletrônicos que formam os computadores digitais atuais são capazes de distinguir apenas dois níveis de tensão. Estes sinais elétricos são tensões que assumem dois diferentes valores: um valor positivo (hoje, nos PC's, cerca de +3 V - três volts positivos) para representar o valor binário 1 e um valor aproximado a 0 V (zero volt) para representar o valor binário 0.

• A unidade de informação que pode assumir esses dois valores (0 ou 1) em sistemas digitais é o bit.

• É a menor partícula de informação no computador. Esses dois símbolos são opostos e mutuamenteexclusivos. São os únicos elementos do sistema de numeração de base 2, sendo então chamados de dígitos binários.

• O computador só pode identificar a informação através de sua restrita capacidade de distinguir entre dois estados, por exemplo, algo está imantado num sentido ou está imantado no sentido oposto.

• Existe uma quantidade mínima de informação que pode estar sendo lida, sendo escrita, ou sendoprocessada internamente. Esta quantidade mínima é denominada uma palavra.

• A memória do computador é composta de um número enorme de circuitos de bits, organizados empalavras.

Tiago

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• Uma palavra é um conjunto de tamanho fixo de bits. Esse tamanho difere entre os computadores.

• Se uma palavra tem um comprimento de k bits, ela pode assumir 2 diferentes combinações de bits, isto é, ela

pode representar 2 números diferentes ou diferentes combinações de código de caracteres.

• Cada palavra deve ficar num local certo e conhecido, ou seja, a cada palavra associa-se um número chamado de seu endereço. Só assim torna-se possível a busca na memória exatamente do que se estiver querendo a cada momento (acesso aleatório).

• Alguns computadores só podem endereçar uma palavra inteira e não uma porção menor da mesma (um byte), diretamente.

• Outros permitem o endereçamento direto de partes de suas palavras.

• Podemos dividir uma palavra em cadeias de oito bits, chamadas de bytes, isto é, cada byte endereçável é constituído de 8 bits.

• Os primeiros computadores pessoais utilizavam palavras de oito bits. Computadores pessoais atuais utilizam palavras de 32 ou 64 bits, enquanto estações de trabalho e computadores de maior porte utilizam palavras de 128 bits.

k

k

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1.3 Programas






.Unidades Básicas do ComputadorSistemas de Numeração Posicionais

• Desde quando se começou a registrar informações sobre quantidades, foram criados diversos métodos de representar as quantidades. (Ex.: sistema romano, sistema de numeração posicionais, alfabeto, ábaco, os algarismos e o zero, etc.)

• O método ao qual estamos acostumados usa um sistema de numeração posicional. Isso significa que a posição ocupada por cada algarismo em um número altera seu valor de uma potência de 10 (na base 10) para cada casa à esquerda.

• Por exemplo, no sistema decimal (base 10), no número 125 o algarismo 1 representa 100 (uma centena ou 10²) , o 2 representa 20 (duas dezenas ou 1x10¹) e o 5 representa 5 mesmo (5 unidades ou 5x10°). Assim, em nossa notação, 125 = 1x10² + 2x10¹ + 5x10°.

Base de um Sistema de Numeração

• A base de um sistema é a quantidade de algarismos disponível na representação. A base 10 é hoje a mais usualmente empregada, embora não seja a única utilizada. No comércio pedimos uma dúzia de rosas ou uma grosa de parafusos (base 12) e também marcamos o tempo em minutos e segundos (base 60).

• Os computadores utilizam a base 2 (sistema binário) e os programadores, por facilidade, usam em geral uma base que seja uma potência de 2, tal como 2 (base 16 ou sistema hexadecimal) ou eventualmente ainda 2 (base 8 ou sistema octal).

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.Unidades Básicas do ComputadorBase de um Sistema de Numeração

• Na base 10, dispomos de 10 algarismos para a representação do número: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 e 9. Na base 2, seriam apenas 2 algarismos: 0 e 1. Na base 16, seriam 16: os 10 algarismos aos quais estamos acostumados, mais os símbolos A, B, C, D, E e F, representando respectivamente 10, 11, 12, 13, 14 e 15 unidades. Generalizando, temos que uma base b qualquer disporá de b algarismos, variando entre 0 e (b-1).

• Intuitivamente, sabemos que o maior número que podemos representar, com n algarismos, na base b, será o número composto n vezes pelo maior algarismo disponível naquela base (ou seja, b-1). Por exemplo, o maior número que pode ser representado na base 10 usando 3 algarismos será 999 (ou seja, 10³ - 1 = 999).

Representação Binária

• Os computadores modernos utilizam apenas o sistema binário, isto é, todas as informações armazenadas ou processadas no computador usam apenas DUAS grandezas, representadas pelos algarismos 0 e 1.

• Na base 2, o número "10" vale dois. Mas se 102 = 210, então dez é igual a dois?

Não, dez não é e nunca será igual a dois!




• Na realidade, "10" não significa necessariamente "dez". Nós estamos acostumados a associar "10" a "dez" porque estamos acostumados a usar o sistema de numeração decimal.

• O número...

102 seria lido "um-zero" na base 2 e vale 210 (convertido para "dois" na base dez),

105 seria lido "um-zero" na base 5 e vale 510 (convertido para "cinco" na base dez),

1010 pode ser lido como "um-zero" na base 10 ou então como "dez" na base dez,

1016 seria lido "um-zero" na base 16 e vale 1610 (convertido para "dezesseis" na base dez), etc.

• Obs.: Toda vez que um número for apresentado sem que seja indicado em qual sistema de numeração ele está representado, estenderemos que a base é dez. Sempre que outra base for utilizada, a base será obrigatoriamente indicada.

Portanto, 10 só será igual a dez se - e somente se - o número estiver representado na base dez!




• Vamos começar entendendo as potências de dois:

• A representação binária é perfeitamente adequada para utilização pelos computadores.

• No entanto, um número representado em binário apresenta muitos bits, ficando longo e passível de erros quando manipulado por seres humanos normais como por exemplo os programadores, analistas e engenheiros de sistemas.

• Para facilitar a visualização e manipulação por programadores de grandezas processadas em computadores, são usualmente adotadas as representações octal (base 8) e principalmente hexadecimal (base 16).

• Ressaltamos mais uma vez que o computador opera apenas na base 2 e as representações octal e hexadecimal não são usadas no computador, elas se destinam apenas à manipulação de grandezas pelos programadores.

(calma, isso é só o começo, depois piora!)

Binário Potência Decimal

1 20 1

10 21 2

100 22 4

1000 23 8

10000 24 16

100000 25 32

1000000 26 64

10000000 27 128

100000000 28 256

1000000000 29 512

10000000000 210 1.024



Representação em Octal e em Hexadecimal

• Em projetos de informática, é usual representar quantidades usando sistemas em potências do binário (octal e principalmente hexadecimal), para reduzir o número de algarismos da representação e conseqüentemente facilitar a compreensão da grandeza e evitar erros.

•No sistema octal (base 8), cada três bits são representados por apenas um algarismo octal (de 0 a 7). No sistema hexadecimal (base 16), cada quatro bits são representados por apenas um algarismo hexadecimal (de 0 a F).

Base 10 Base 2 Base 8 Base 16

0 0 0 0

1 1 1 1

2 10 2 2

3 11 3 3

4 100 4 4

5 101 5 5

6 110 6 6

7 111 7 7

8 1000 10 8

9 1001 11 9

10 1010 12 A

11 1011 13 B

12 1100 14 C

13 1101 15 D

14 1110 16 E

15 1111 17 F


.Unidades Básicas do ComputadorConversões entre Bases

• Vamos analisar agora as regras gerais para converter números entre duas bases quaisquer.

Conversões entre as bases 2, 8 e 16:

• As conversões mais simples são as que envolvem bases que são potências entre si.

• Vamos exemplificar com a conversão entre a base 2 e a base 8. Como 2³ = 8, separando os bits de um número

binário em grupos de três bits (começando sempre da direita para a esquerda!) e convertendo cada grupo de três bits para seu equivalente em octal, teremos a representação do número em octal.

Por exemplo:

• 101010012 = 10.101.0012 (separando em grupos de 3, sempre começando da direita para a esquerda)

• Sabemos que 0102 = 28 ; 1012 = 58 ; 0012 = 18 portanto 101010012 = 2518

• Vamos agora exemplificar com uma conversão entre as bases 2 e 16. Como 24 = 16, basta separarmos em grupos de 4 bits (começando sempre da direita para a esquerda!) e converter.

Por exemplo:

• 110101011012 = 110.1010.11012 (separando em grupos de 4 bits, sempre começando da direita para a esquerda)

• Sabemos que 1102 = 616; 10102 = A16 ; 11012 = D16 ; portanto 110101011012 = 6AD16


.Unidades Básicas do ComputadorConversões entre Bases

• Vamos agora exercitar a conversão inversa. Quanto seria 3F5H (lembrar que o H está designando "hexadecimal") em octal? O método mais prático seria converter para binário e em seguida para octal.

3F5H = 11.1111.01012 (convertendo cada dígito hexadecimal em 4 dígitos binários)

1.111.110.1012 (agrupando de três em três bits)

17658 (convertendo cada grupo de três bits para seu valor equivalente em octal)

Conversão de Números da Base 10 para uma Base b qualquer

• A conversão de números da base dez para uma base qualquer emprega algoritmos que serão o inverso dos acima apresentados. Os algoritmos serão melhor entendidos pelo exemplo que por uma descrição formal.

• Vamos a seguir apresentar os algoritmos para converter números inteiros.



• O número decimal será dividido sucessivas vezes pela base; 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.

• Veja o exemplo da conversão do número 1910 para a base 2.

Conversão do número 19 para a base 2:

19 2

(1) 9 2

(1) 4 2

(0) 2 2

(0) 1 2

(1) 0

Resultado: 1910 = 100112


.Unidades Básicas do ComputadorAritmética em Binário

• A adição binária é realizada como a adição decimal. Se dois números decimais 56719 e 31863, sãoadicionados, a soma 88582 é obtida. Você pode analisar os detalhes desta operação da seguintemaneira:

Transporte: 0 0 1 0 1

Parcelas: 5 6 7 1 9

+ 3 1 8 6 3

Soma: 8 8 5 8 2

• A taboada da soma aritmética em binário é muito simples. São poucas regras:

0 + 0 = 0

0 + 1 = 1

1 + 0 = 1

1 + 1 = 0 (com transporte de 1)

1 + 1 + 1 = 1 (com transporte de 1)


.Unidades Básicas do ComputadorAritmética em Binário

• Realizamos agora uma adição binária com os números 1101 e 1101:

Transporte: 1 1 0 1

Parcelas: 1 1 0 1

+ 1 1 0 1

Soma: 1 1 0 1 0

• Para melhor entendimento vejam os vídeos a seguir:

Adição e Subtração: http://www.youtube.com/watch?v=5GOL-qg3420

Multiplicação e Divisão: http://www.youtube.com/watch?v=WOFKKTUWFd0

http://www.youtube.com/watch?v=5GOL-qg3420



http://www.youtube.com/watch?v=WOFKKTUWFd0

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