Computadores e Informação Digital

Sérgio Nunes

Comunicações Digitais e InternetCiências da Comunicação, U.Porto 2011/12

Computadores

Computador

• O que é um computador?

• Um computador é uma máquina programável, desenhada para processar informação de acordo com uma sequência de instruções.

• O processamento de informação envolve quatro operações básicas:entrada, processamento, armazenamento e saída.

Componentes

• A expressão "sistema informático" (computer system) é utilizada para designar o conjunto de componentes envolvidos no processamento de informação.

• Os componentes de um sistema informático dividem-se em dois grupos: suporte físico (hardware) e suporte lógico (software).

• O suporte físico inclui o CPU (unidade central de processamento), o teclado, o monitor, os disco externo, as placas de rede, a impressora, etc.

• O suporte lógico inclui os programas que são executados pelo sistema.

Operações Básicas

Entrada Processamento Saída

Armazenamento

Operações de Entrada

• As operações de entrada de dados são as primeiras a serem levadas a cabo e permitem o acesso aos dados por parte do sistema informático.

• A designação "dados" refere-se ao conjunto de blocos de informação (p.e. números, palavras, imagens) não processados e não organizados.

• Num sistema informático tradicional, o teclado e o rato são os componentes responsáveis pelas operações de entrada. Outros exemplos são: microfone, câmara de vídeo, ecrã tátil, etc.

Operações de Processamento

• As operações de processamento transformam os dados recebidos em informação — i.e. dados contextualizados, organizados e consolidados.

• A Unidade Central de Processamento (CPU) de um computador processa os dados através da execução de operações lógicas ou aritméticas.

• A Memória de Acesso Aleatório (RAM) armazena temporariamente os programas e os dados que o CPU necessita durante o processamento.

CPU

RAM

Operações de Saída

• As operações de saída apresentam os resultados do processamento numa forma compreensível aos utilizadores. Requerem a existência de dispositivos de saída, sendo os mais comuns os monitores e as impressoras.

Operações de Armazenamento

• As operações de armazenamento permitem arquivar os dados e os programas informáticos (instruções) usados pelo sistema informático.

• Os dispositivos de armazenamento podem arquivar os dados de entrada iniciais ou os resultados do processamento para uso posterior. São exemplos, os discos rígidos, os leitores de CD e os discos USB.

Categorias

• Existem duas categorias de computadores, os computadores para uso pessoal e os computadores para uso em organizações.

• Os computadores pessoais são desenhados para uso individual por parte de apenas um utilizador em cada momento. Existem vários tipos de computadores pessoais: computadores de secretária (desktops), netbooks, tablets, PDAs e smartphones.

• Os computadores para organizações são desenhados para serem usados por múltiplos utilizadores em simultâneo. Existem vários tipos como os servidores, os super-computadores ou clusters.

Computadores | Pessoais

Computador Portátil Smartphone

TabletNetbook

Computador de Secretária

Computadores | Organizacionais

SupercomputadorServidor Sala de Servidores

Aspetos Positivos

• Quais são alguns aspetos positivos dos computadores?

• Rapidez no processamento de informação.

• Facilidade no acesso e partilha de informação.Maior acesso a material educativo.

• Aumento da produtividade pessoal / organizacional.

• Ferramenta de inclusão social.

• ...

Aspetos Negativos

• Quais são alguns aspetos negativos dos computadores?

• Ferramenta de exclusão social.

• Sedentarismo e consequentes riscos para saúde.

• Isolamento individual. Intermediação das relações sociais.Risco de atitudes aditivas.

• Acesso fácil a todo o tipo de conteúdos.

• Risco de ataques informáticos.

• Redução da criatividade e da autonomia na redução de problemas.

• ...

Informação Digital

• O transístor foi inventado nos anos 50 e é o elemento nuclear de todos os sistemas eletrónicos modernos. O funcionamento base pode ser comparado ao de um interruptor com duas posições: ligado ou desligado.

• A combinação de vários transístores permite processar informação através de operações aritméticas e lógicas, ou armazenar informação.

Transístor

1 transístor processador commilhares de milhões de transístores bloco de memória

Sistema Binário

• Os computadores usam o sistema binário para a representação interna de informação. Toda a informação é codificada de forma a ser representada recorrendo apenas a dois símbolos — o zero e o um.

• A opção pelo sistema binário deve-se ao facto dos computadores usarem voltagens para ligar ou desligar os circuitos. A utilização de apenas dois níveis resulta em circuitos mais simples. Por exemplo, a utilização do sistema decimal necessitaria de 10 níveis diferentes de voltagem estáveis.

• O mais pequeno pedaço de informação com que um computador pode trabalhar é designado por bit, abreviatura de binary digit (dígito binátio). Um bit tem o valor de 1 ou 0. Um conjunto de 8 bits designa-se por byte.

Unidades

• 1 bit (binary digit)

• 1 byte (binary term) = 8 bits

• 1 kilobyte (KB) = 1024 bytes = 210 bytes

• 1 megabyte (MB) = 1024 kilobytes = 220 bytes

• 1 gigabyte (GB) = 1024 megabytes = 230 bytes

• 1 terabyte (TB) = 1024 gigabytes = 240 bytes

• 1 petabyte (PB) = 1024 terabytes = 250 bytes

• 1 exabyte (EB) = 1024 petabytes = 260 bytes

• 1 Kb = 1024 bits ≠ 1KB = 1024 bytes

Comparações

• 1 símbolo ≈ 1 byte

• 1 livro ≈ 1 MB (apenas texto); 1 GB > mil livros; 1 TB > 1 milhão de livros

• Biblioteca do Congresso dos EUA ≈ 28 TB

• Informação armazenada anualmente em todo o mundo ≈ 5 EB

• Chamadas telefónicas por ano (fixo e móvel) ≈ 17 EB

• World Wide Web (à superfície) ≈ 170 TB

Projecto "How Much Information?" (2003)http://www.sims.berkeley.edu/research/projects/how-much-info-2003/

Representação Binária

As armas e os barões assinalados,Que da ocidental praia Lusitana,Por mares nunca de antes navegados,Passaram ainda além da Taprobana,Em perigos e guerras esforçados,Mais do que prometia a força humana,E entre gente remota edificaramNovo Reino, que tanto sublimaram;

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Representação de Números

Decimal Binário Decimal Binário0 0 7 1111 1 8 10002 10 9 10013 11 10 10104 100 11 10115 101 12 11006 110 13 1101

Representação de Símbolos

• O número de símbolos que podemos representar com N bits é 2N.

• Por exemplo, com 1 bit podemos representar 21 = 2 símbolos.

• Com combinações 3 bits podemos representar 23 = 2 x 2 x 2 = 8 símbolos.

• Para representar 26 símbolos (p.e. alfabeto português) seriam necessários 5 bits = 25 = 2 x 2 x 2 x 2 x 2 = 32 símbolos. Apenas 4 bits (= 16 símbolos) seriam insuficientes.

Codificação de Símbolos

• Para representar símbolos utilizam-se normas de codificação. Estas normas permitem estabelecer um mapeamento entre símbolos e números.

• Existem diversas normas de codificação. Uma das mais antigas é a norma ASCII de 7 bits (= 128 símbolos), criada nos anos 60.

• Atualmente, a norma mais popular é a norma Unicode, que inclui a representação para mais de 100 mil símbolos diferentes.

Binário Decimal ASCII Binário Decimal ASCII

101110 46 . 1000001 65 A101111 47 / 1000010 66 B

110000 48 0 1000011 67 C

Exemplo de Codificação

• Converter a expressão "CDI" para formato binário usando a norma ASCII.

• Procurar por "ASCII table" na web.

• Identificar os valores decimais correspondentes a C, D e I.

• Converter os valores decimais para formato binárioprocurando no Google por "XX in binary".

• C = 67; D = 68; I = 73

• 67 = 01000011; 68 = 01000100; 73 = 01001001

• CDI = 01000011 01000100 01001001

Exemplo de Descodificação

• Descodificar o que significa 01010101001011100101000000101110 na norma ASCII.

• Segmentar a sequência em grupos de bytes, i.e. grupos de 8 bits.

• Converter cada byte do formato binário para o formato decimal.

• Consultar a tabela ASCII e verificar quais os símbolos correspondentes.

• 01010101 / 00101110 / 01010000 / 00101110

• 01010101 = 85; 00101110 = 46; 01010000 = 80; 00101110 = 46

• 85 = U; 46 = .; 80 = P; 46 = .

• 01010101001011100101000000101110 = U.P.

Representação de Imagens

• As imagens são representadas como uma sequência de pixels — a unidade mínima de uma imagem que pode ser representada ou manipulada.

• É possível representar diferentes cores fazendo variar a intensidade das várias componentes (p.e. vermelho, verde, azul) de cada pixel.

• A resolução de uma imagem corresponde ao número de pixels que existem num determinado espaço fixo.

R: 179G: 68B: 84

10110011 01000100 01010100

Digitalização

• A informação é frequentemente criada diretamente em suporte digital, por exemplo quando estamos a escrever no computador.

• No entanto, é frequentemente necessário converter informação que não está em formato digital para formato digital. Por exemplo, no caso de fotografias obtidas com uma máquina digital é necessário converter a luz captada pela lente para uma representação binária.

• O processo de digitalização corresponde à representação de um objeto (p.e. imagem, som, vídeo) num formato composto por um conjunto discreto de valores. Por outras palavras, corresponde à conversão de um sinal que varia de forma contínua para um sinal que varia entre valores discretos.

Sinais Analógicos e Digitais

Sinal Digital

No caso de um sinal digital, os valores oscilam numa escala limitada e bem definida. As classificações finais, que oscilam entre 0 e 20, podem ser consideradas um exemplo de um sinal digital.

Sinal Analógico

No caso de um sinal analógico, os valores oscilam numa escala contínua, onde não há um conjunto de valores limitado. A medição de uma propriedade física (p.e. som) é um um exemplo de um sinal analógico.

Digitalização

• A informação disponível em suporte analógico tem de ser convertida para suporte digital para poder ser manipulada num computador.

• No processo de digitalização há sempre perda de informação.

• A digitalização envolve duas operações fundamentais:

• Amostragem: número de medições efetuadas num determinado período de tempo.

• Quantificação: gama de valores existentes para representação do sinal.

Quantificação

• A representação da imagem em suporte digital será mais ou menos fiel em função da gama de valores que é possível usar.

"Original" 256 níveis de intensidade (cores)

32 níveis 4 níveis

Caraterísticas do Suporte Digital

• É possível reproduzir ou copiar a informação em suporte digital de forma ilimitada e sem deterioração. A cópia número 1000 é idêntica à versão original.

• O armazenamento, cópia e transmissão de informação em suporte digital é imune ao ruído devido aos mecanismos de controlo e recuperação existentes.

• A informação em suporte digital pode ser manipulada por computadores, sem necessidade de sistemas desenhados à medida.

• A infraestrutura existente para manipulação de informação digital é uma vantagem importante, em particular os sistemas informáticos e as redes de comunicação digital existentes.

• Como desvantagens do suporte digital existem os custos associados ao processo de digitalização e ao equipamento digital.

• O suporte digital introduz desafios adicionais ao nível da preservação de informação face aos suportes analógicos tradicionais.

Sumário | Computadores

• Os computadores são máquinas programáveis desenhadas para processar informação de acordo com instruções bem definidas.

• O processamento de informação num computador envolve quatro tipos de operações básicas: operações de entrada, operações de processamento, operações de armazenamento e operações de saída.

• Os componentes de um sistema informático dividem-se em dois grupos: suporte lógico (software) e suporte físico (hardware).

• A informação armazenada num computador pode ser organizada em dois tipos: instruções para o processamento dos dados (programas) e dados.

• Os computadores dividem-se em duas grandes categorias: os computadores para uso pessoal e os computadores para uso partilhado em organizações.

• O impacto dos computadores na sociedade tem aspetos positivos e negativos.

Sumário | Informação Digital

• O transístor é o elemento nuclear dos equipamentos eletrónicos.

• Os computadores usam o sistema binário para a representação interna da informação.

• Apenas informação em suporte digital pode ser manipulada e processada por computadores. Existem convenções sobre como representar imagens, sons, vídeos, etc.

• A informação pode ser criada diretamente em suporte digital ou convertida a partir de um suporte analógico através de um processo de digitalização.

• O processo de digitalização de informação resulta sempre em perdas de informação.

• O uso de um suporte digital para representação de informação tem diversas vantagens, em particular a imunidade a erros no armazenamento, cópia e transmissão.

Referências

• Computers are Your FutureCatherine LabertaPearson Education, 2010

• Digital MultimediaNigel Chapman e Jenny ChapmanJohn Wiley & Sons, 2009