Por que os circuitos eletrônicos digitais trabalham com 0 e 1? Não seria menos complexo, para nós usuários de computador, usar a nossa própria base numérica fundamentada no sistema decimal?
Na realidade é possível usar diretamente
o sistema decimal em um tipo específico de computador conhecido como computador
analógico, e esse computador pode ser mecânico, eletromecânico ou eletrônico. No
caso dos computadores analógicos eletrônicos os dados são representados através
de uma grandeza física, e geralmente é usado uma tensão ou corrente elétrica
equivalente ao dado que se quer computar. Por exemplo, -1 volt equivale ao
número -1, 0 volt equivale o número 0, 1 volt equivale ao número 1, 2 volts
equivale o número 2, e assim por diante. Embora seja possível correlacionar
diretamente, e linearmente, uma tensão elétrica com um número isso não
significa que essa forma de uso seja um padrão nos computadores analógicos. É
possível usar uma correlação numérica baseada em um fator de multiplicação. Por
exemplo, 0,2 volts equivale ao número 2,
0,3 volts equivale ao número 3,
0,4 volts equivale ao número 4, e assim por diante. Fica evidente que
nesse caso específico o fator de multiplicação é 10 vezes.
E pra que serve um computador
analógico eletrônico?
Geralmente o termo computador
analógico está relacionado a circuitos específicos que realizam operações
matemáticas, como o caso do circuito abaixo que extrai uma raiz quadrada. Porém,
praticamente todos os circuitos baseados em eletrônica analógica poderiam ser
descritos como computadores analógicos.
Talvez você ache exagero descrever
todos os circuitos eletrônicos analógicos como se fossem computadores analógicos,
mas veja o que acontece no circuito abaixo.
Ou seja, esse amplificador de
áudio pode ser descrito como um computador analógico que pega o valor de
entrada, processa esse sinal, e apresenta na saída esse valor multiplicado por
10 vezes !
Logo, todos os circuitos
eletrônicos analógicos podem ser encaixados no tópico abrangente chamado
computador analógico, pois todos eles executam algum tipo de função
matemática.
Isso significa que a eletrônica poderia ser dividida em dois tópicos básicos, os computadores analógicos e os computadores digitais.
Mesmo que os computadores analógicos possam parecer antiquados para aqueles que adoram os modernos processadores digitais, esse tipo de tecnologia não deve ser desprezada, pois a eletrônica analógica, além de ser a base de toda a eletrônica, ainda é incrivelmente versátil e útil na atualidade, e vai continuar sendo útil no futuro. Muitas vezes é melhor usar um circuito analógico, para executar uma determinada função, do que recorrer a um circuito digital. Em determinados usos os circuitos analógicos são mais simples de serem implementados, e essa simplicidade possui, em si mesma, alta confiabilidade.
Porém os sistemas analógicos possuem limitações quando o assunto é a generalização de operações matemáticas no processamento de dados, e a precisão numérica gerada no processamento analógico também tem limitações. Os computadores analógicos precisam de circuitos específicos para implementar cada função matemática. E embora seja possível criar um sistema analógico, capaz de ser programado, isso tornaria o projeto desnecessariamente complexo, e suscetível a falhas. A precisão dos resultados de um computador analógico deixa a desejar quando precisamos de alta precisão numérica. O computador analógico eletrônico é muito sensível em relação a diversos fatores, como as variações de tensão elétrica em sua fonte de alimentação, a temperatura ambiente, interferência eletromagnética, desgaste e tolerância de seus componentes eletrônicos, etc. Ou seja, o computador analógico eletrônico não seria adequado em sistemas que necessitam de precisão absoluta nos resultados, pois qualquer um desses fatores que citei acima poderia causar erro no processamento de dados.
Para obter precisão nos cálculos,
e alta confiabilidade no processamento de dados, através de programas que
executam uma lista de instruções, precisamos dos computadores digitais. Esses
computadores operam através da numeração binário, onde cada bit representa um
dígito binário, e esse bit possui apenas dois estados possíveis, o 0 (zero) e o
1 (um). Projetar circuitos eletrônicos que diferenciam apenas dois estados é
mais simples e muito mais confiável. Dificilmente ocorre algum erro nos circuitos
digitais, pois a separação entre os dois estados possíveis é bem definida, e cada
um desses estados pode ser facilmente detectável pelo circuito eletrônico digital.
Grande parte dos erros graves que podem ocorrer no hardware do computador acontecem
devido a falhas de condução elétrica entre os componentes eletrônicos, o famoso
mal contato. Outras falhas que podem
ocorrer, com menor frequência, é devido a defeitos de fabricação nos
componentes. Mas, quando todos os componentes do hardware estão perfeitamente conectados, e tudo esta operando dentro dos parâmetros que hardware foi projetado para funcionar, é possível
afirmar que o processamento de dados ocorre com precisão absoluta. Claro, devemos
sempre levar em conta que para o hardware funcionar perfeitamente o software não
pode conter erros de programação.
Usualmente, como foi explicado acima, os circuitos eletrônicos digitais diferenciam duas tenções elétricas. Na tecnologia TTL, ou tecnologia lógica transistor-transistor, o número 0 é equivalente a uma tensão próxima de 0 volts, e o número 1 é equivalente a uma tensão próxima de 5 volts. Mas outras tensões podem ser usadas, tudo depende da tecnologia em questão.
Outra forma de descrever os
estados de um circuito digital é através dos termos ligado ou desligado, ou
seja, o número 0 significa desligado e o número 1 significa ligado.
Abaixo podemos ver o circuito eletrônico de uma porta digital chamada porta NAND, ou, em português, porta NÃO-E. O símbolo lógico equivalente acompanha o desenho.
No próximo tópico vou descrever
como funciona essa porta, e outras portas.
O que deve ficar claro é que para
representar o dígito binário, nos sistemas onde se usam bits paralelos, precisamos
de um sinal elétrico individual para cada bit.
No exemplo acima, uma porta NAND
de duas entradas, podemos ver o uso de 3 bits individuais. Na entrada temos 2
bits, o sinal A e o sinal B. E na saída (OUT) temos mais 1 bit.
Conversão binária em decimal e
vice versa
A equivalência numérica entre a
base binária e a base decimal de números inteiros, com o limite de 4 bits, pode
ser vista na tabela abaixo.
Número binário Número decimal
0
0
1
1
10
2
11
3
100
4
101
5
110
6
111
7
1000
8
1001
9
1010
10
1011
11
1100
12
1101
13
1110
14
1111
15
Na conversão de um número binário
para um número decimal é só levar em conta que cada digito binário, como o valor
igual a 1, possui uma equivalência de 2 elevado a posição do bit.
Vou converter o número binário
101110 em decimal para esclarecer essa conversão.
Número em binário: 1 0 1 1 1 0
Posição do bit: 5 4
3 2 1 0
Equivalência: 25 24
23 22 21
20
Valor em decimal (usa-se apenas
os valores onde o bit é 1):
25 + 23 + 22 + 21 = 32 + 8 + 4 + 2 = 46
O número binário 101110
convertido para decimal é 46.
Na conversão de decimais inteiros
para binário usa-se a divisão sucessiva por dois, e o resultado da conversão é
visualizado através dos restos da divisão.
Para exemplificar o processo vou
converter o número decimal 29 em binário.
Matemática binária
Em construção





Nenhum comentário:
Postar um comentário