ARQUITECTURA DE COMPUTADORES

Professora: Ermelinda Teixeira

Módulos

Sistemas Digitais Montagem e Configuração de Computadores Técnicas de Detecção de Avarias Tema Opcional

Arquitectura de Microprocessadores Programação de Microprocessadores

Tema Opcional Instalação e Configuração de redes Locais Manufactura de circuitos impressos

Binário

Dois valores possíveis por digito 0 ou 1 Designa-se por bit Um byte é formado por 8 bits

Computador entende apenas binário Necessário definir standards de codificação

Ex: ASCII define codificação de caracteres Escola 010001010111001101100011011011110110110001100001

Ordens de Grandeza

Sistema Decimal 103

Informática 210

KB 1024 bytes MB 1024 KBytes GB 1024 MBytes

Codificação

Os computadores armazenam toda a informação na forma mais elementar designada por bits.Cada bit pode tomar dois valores distintos “1” ou “0”. Um conjunto de 8 bits designa-se por Byte.

1024 Bytes = 1kByte.1024 x 1024 Bytes = 1MByte.1024 x 1MByte = 1GByte.

Para armazenar informação proveniente das mais diversas fontes é necessário codificá-la.O conhecimento do código permite interpretar a informação armazenada na forma binária.

Capacidade de representação

1 Bit = 2 estados 2 Bits = 4 estados 3 Bits = 8 estados ... N Bits = 2N estados

:

:

:

:

8 Bits

256 palavras

8 Bits

256 palavras

Memória

Capacidade de representação

Exemplo do número de estados possíveis possíveis para 3 bits

b2 b1 b0

0 0 0

0 0 1

0 1 0

0 1 1

1 0 0

1 0 1

1 1 0

1 1 1

Codificação/Representação

Os vários tipos de informação são codificados de forma diferente. Para interpretar cada um dos formatos é necessário um descodificador.

CodificadorDescodifica

dor

Dadosem

Binário

ImagensVideoTextoSom

Desenhosetc

ImagensVideoTextoSom

Desenhosetc

Código ASCII (texto)

ASCII American Standard Code for Information

Interchange A primeira versão foi criada em 1963 para

normalizar a transmissão e armazenamento de texto.

Em 1967 foram incluídas as letras minúsculas no código que no essencial permaneceu inalterado até aos nossos dias.

Código ASCII

Exemplo de codificação para a letra “A”

4x16+1=64+1=65=100 0001

Letra “W”: 5x16+7=87=101 0111

32 48 0 64 @ 80 P 96 ` 112 p33 ! 49 1 65 A 81 Q 97 a 113 q

34 “ 50 2 66 B 82 R 98 b 114 r

35 # 51 3 67 C 83 S 99 c 115 s

36 $ 52 4 68 D 84 T 100 d 116 t

37 % 53 5 69 E 85 U 101 e 117 u

38 & 54 6 70 F 86 V 102 f 118 v

39 ‘ 55 7 71 G 87 W 103 g 119 w

40 ( 56 8 72 H 88 X 104 h 120 x

41 ) 57 9 73 I 89 Y 105 i 121 y

42 * 58 : 74 J 90 Z 106 j 122 z

43 + 59 ; 75 K 91 [ 107 k 123 {

44 , 60 < 76 L 92 \ 108 l 124 |

45 - 61 = 77 M 93 ] 109 m 125 }

46 . 62 > 78 N 94 ^ 110 n 126 ~

47 / 63 ? 79 O 95 _ 111 o 127 DEL

Código ASCII

Exemplo código ASCII

Código ASCII –

este código usa sete bits

27=128 caracteres diferentes 7 Bits = 128 Caracteres

:

:

:

:

Memória

1 0 0 1 1 0 10

1 0 0 0 0 0 10

1 0 1 0 1 0 00

1 0 1 1 1 0 00

1 0 0 0 0 1 00

MATLAB

1 0 0 0 0 0 10

77

65

84

76

65

66

UNICODE

O código ASCII possui a grande desvantagem de apenas permitir a representação de 28=256 símbolos diferentes.

O código UNICODE pretende normalizar a codificação dos caracteres utilizados por todas as escritas existentes no mundo.

Utiliza 16 bits para codificar cada caracter e encontra-se disponível nos sistemas informáticos mais recentes.

Códigos binários

Para representar números com bits é possível encontrar uma forma mais compacta do que a codificação ASCII.

No sistema decimal utilizado para realizar cálculo, os números são representados fazendo uso da sua posição relativa:

012310 1051091091011995

Base 10

Códigos binários

Se modificarmos a base de decimal para binária podemos utilizar o mesmo tipo de representação:

Note-se que o número anterior tem o valor em decimal de 8+0+0+1=9, sendo por isso uma das possíveis representações de números decimais em binário

01232 212020211001

Sistema posicional

O valor de cada digito tem um valor diferente consoante a posição Ex: 54 em decimal

4 vale 4 (4 * 100) 5 vale 50 (5 * 101)

Seja anan-1...a0 um número numa base b, o seu valor é an*bn+an-1*bn-1+...+a0*b0 Fórmula para converter um número de

qualquer base para decimal

Sistema posicional

É utilizado o mesmo raciocínio para números com parte fraccionária Ex: 0,14 1 vale 0,1 (1 * 10-1) 4 vale 0,04 (4 * 10-2)

Seja 0,a-1a-2...a-k um número numa base b, o seu valor é a-1*b-1+a-2*b-2+...+a-k*b-k Fórmula para converter a parte fraccionária de

um número de qualquer base para decimal

Conversão para qualquer base

Para converter de decimal para qualquer base, existem 2 métodos Divisões sucessivas

Multiplicações para a parte fraccionária Subtracções sucessivas

Exercícios

Converta os seguintes números de decimal para binário, utilizando ambos os métodos de conversão 41 2435 5716 4.625 12.43

Octal e Hexadecimal

Octal Base 8 Cada dígito pode ter os valores 0..7

Hexadecimal Base 16 Cada “dígito” pode ter os valores 0..9 e A..F

Exercícios

Converta de octal para decimal os seguintes números 37 56 302

Converta de hexadeximal para decimal os seguintes números F24 A3 ABC

Exercícios

Converta de decimal para octal e hexadecimal os seguintes números 53 234 872 4523

Conversão entre bases

Converte-se para decimal e depois para a base desejada

Mais simples nos seguintes casos: Binário ↔ Octal

Octal -> 8 -> 23

Binário ↔ Hexadecimal Hexadeximal -> 16 -> 24

Para converter Octal ↔ Hexadecimal é mais simples converter para binário primeiro

Exercícios

Converta para hexadecimal os seguintes números em octal: 432 2345 8743

Converta para octal os seguintes números em hexadecimal A53F 3C5E 48D6

Operações em binário

Adição 0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=0 e vai1

Exemplo: 1001011

+1101101

10111000

Operações em binário

Subtracção 0-0=0 0-1=1 e vai 1 1-0=1 1-1=0

Exemplo: 11000

-10001

00111

Operações em Hexadecimal e Octal

Adição Hexadecimal

D57

8F4

164B

Adição Octal

5354

645

6221

Códigos Numéricos Código BCD

O Código BCD(Binary Coded Decimal) utiliza a representação

binária de cada dígito de um número decimal.

Decimal BCD

0 0000

1 0001

2 0010

3 0011

4 0100

5 0101

6 0110

7 0111

8 1000

9 1001

Circuitos Lógicos

Circuitos digitais são circuitos electrónicos que baseiam o seu funcionamento na lógica binária, em que toda a informação é guardada e processada sob a forma de zeros (0) e uns (1). São os transitores os responsáveis pela

transmissão dos circuitos lógicos. Transitores: dispositivos semicondutores

usados para a representação dos estados 0 e 1

Operações Lógicas

AND (E) A saída só é verdade quando ambos os

valores de entrada forem verdadeiros

FFF

FVF

FFV

VVV

SaídaEntrada 2Entrada 1

Operações Lógicas OR (OU)

A saída só é verdade quando UM Dos valores de entrada forem verdadeiros

FFF

VVF

VFV

VVV

SaídaEntrada 2Entrada 1

Operações Lógicas NOT (Não)

Tem apenas uma entrada, sendo a saída verdadeira se a entrada for falsa

Entrada Saída

V F

F V

Notação Algébrica

Verdadeiro É representado pelo número 1

Falso É representado pelo número 0

Notação Algébrica

AND Pode ser representado por uma multiplicação

000

010

001

111

S = A.BBA

Notação Algébrica

OR Pode ser representado por uma soma

000

110

101

111

S = A+BBA

Notação Algébrica

NOT Pode ser representado pelo complemento

10

01

S = AA

Circuitos Lógicos

Circuitos que executam as operações lógicas Várias normas para representação dos circuitos

Norma MIL-STD-806B (Americana) Norma DIN 40700 (Alemã)

Norma IEC-117-15 (Europeia) A norma americana é a mais utilizada

NOT

OR

AND

EuropeiaAlemãAmericanaFunção

Operações lógicas

Utilizando as operações lógicas básicas podem-se definir novas operações NAND (NãoE) NOR (NãoOu) EXCLUSIVE OR ou XOR (OuExclusivo) EXCLUSIVE NOR ou XNOR (NãoOuExclusivo)

Tabela de verdade

Circuito Lógico

NAND

100

110

101

011

S = A.BBA

NOR

Tabela de verdade

Circuito Lógico

100

010

001

011

S = A+BBA

000

110

101

011

S = A + BBA

XOR

Tabela de verdade

Circuito Lógico

S = A.B + A.B

A

B

XNOR

Tabela de verdade

Circuito Lógico

100

010

001

111

S = A + BBA

S = A.B + A.B

B

A