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Prof. Leonardo Augusto Casillo
UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-ÁRIDO
CURSO: CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO
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SISTEMAS ANALÓGICOS X DIGITAIS
Representação Numérica
◦ Analógica Um valor (quantidade) é representado por um indicador
proporcional variável.
A quantidade pode variar de modo contínuo.
Sistemas Analógicos - São sistemas que manipulamquantidades físicas (peso, massa, etc)
◦ Digital A quantidade é representada por símbolos.
A quantidade varia de modo discreto (passo-a-passo).
Sistemas Digitais - São sistemas que manipulaminformações (bits, bytes, etc)
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A leitura de uma quantidade analógicaapresenta uma interpretação livre, utilizandoa técnica de arredondamento.
Não existe ambiguidade na leitura de umaquantidade digital, já que a variação ocorreem saltos ou degraus.
“A representação digital é o resultado da atribuição de um número de precisão limitada a
uma quantidade continuamente variável”.
SISTEMAS ANALÓGICOS X DIGITAIS
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SISTEMA DIGITAL
Combinação de dispositivos projetados paramanipular informações lógicas ouquantidades físicas que são representadas noformato digital.
É um circuito eletrônico que “processa”informação usando apenas dígitos (números)para implementar as suas operações ecálculos.
Os dígitos têm valor 0 ou 1.
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SISTEMA DIGITAL
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Mais fáceis de projetar – não importa o valor exato de tensão ou
corrente, mas a faixa de valores na qual se encontram.
Mais fácil armazenamento de informação – habilidade de guardar
uma informação e mantê-la pelo tempo necessário em um espaço
físico relativamente pequeno.
Mais fácil de ser programado – operações do sistema controlados
por um conjunto de instruções denominado programa.
Mais fácil manter a precisão e exatidão em todo o sistema –
informação não se deteriora após digitalizado.
Menos afetados por ruídos – desde que o ruído não tenha
amplitude suficiente que dificulte a distinção entre as faixas de
valores. 6
VANTAGENS DE SISTEMAS DIGITAIS
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Conhecer dispositivos que integram processadores de informação
em nosso cotidiano.
Entender porque a informação digital é mais eficiente na
manipulação de técnicas para processar e utilizar informação.
Conhecer e utilizar técnicas modernas que permitam desenvolver
sistemas de tratamento de informação em problemas reais.
◦ Metodologias de projetos
◦ Ferramentas de CAD para desenvolver projetos
◦ Linguagem para descrição de hardware (VHDL)
Começar a entender o funcionamento de computadores digitais a
partir de seus fundamentos.
Desenvolver projetos de “circuitos embarcados” 7
POR QUE ESTUDAR SISTEMAS DIGITAIS?
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Apenas umazinha só, bem básica...
O MUNDO REAL É QUASE
TOTALMENTE ANALÓGICO!
Temperatura, pressão, velocidade, aceleração, nível, vazão, áudio, etc
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LIMITAÇÕES DE SISTEMAS DIGITAIS
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SISTEMA DIGITAL: COMO PROCEDER?
Converter a variável física em um sinal analógico por meio de sensores;
Converter as entradas analógicas para o formato digital por meio de circuitos conversores AD;
Realizar o processamento da informação digital;
Converter as saídas digitais de volta ao formato analógico por meio de circuitos conversores DA;
Enviar a informação analógica de volta ao mundo real (dispositivo físico) por meio de atuadores.
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SISTEMA DIGITAL
Exemplo: sistema de controle de temperatura
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CIRCUITOS DIGITAIS
Circuitos projetados para produzir tensões de saída
que se encontrem dentro das faixas de tensões
determinadas para os níveis 0 e 1, e para responder
a tensões de entrada previsíveis que estejam dentro
de faixas definidas para os níveis 0 e 1.
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CIRCUITOS LÓGICOS
O modo como um circuito digital responde a uma
entrada é denominada lógica do circuito.
Cada tipo de circuito digital obedece a um
determinado conjunto de regras lógicas.
Circuitos digitais = circuitos lógicos
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COMPUTADOR DIGITAL
É um sistema de hardware que realiza operações
aritméticas, manipula dados e toma decisões.
Cada unidade funcional de um computador
desempenha uma função específica:
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EXERCÍCIOS
1 – Dentre as quantidades listadas, quais estão
relacionadas a quantidades analógicas e quais estão
relacionadas a quantidades digitais?
◦ A) chave de dez posições
◦ B) corrente que flui de uma tomada elétrica
◦ C) temperatura de um ambiente
◦ D) grãos de areia em uma praia
◦ E) velocímetro de um automóvel
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EVOLUÇÃO DOS COMPUTADORES
Primórdios
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EVOLUÇÃO DOS COMPUTADORES
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EVOLUÇÃO DOS COMPUTADORES
Válvulas
Transistores
Circuitos Integrados
Microchips
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Sua função é regular o fluxo de corrente
elétrica em um circuito. Completamente
fechada, ela interrompe o fluxo.
Inteiramente aberta, ela deixa passar toda a
corrente. E em posições intermediárias, ela
regula a intensidade deste fluxo.
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VALVULA ELETRÔNICA
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Uma válvula parece uma lâmpada incandescente. Tanto aválvula eletrônica quanto as lâmpadas incandescentessão dispositivos constituídos de um bulbo de vidro nointerior do qual se faz o vácuo e que contém umfilamento de material condutor de alta resistência quese deixa atravessar por uma corrente elétrica.
Nas lâmpadas, isso é tudo: o filamento esquenta devido àpotência que a corrente elétrica dissipa ao atravessá-lo,essa liberação de calor faz com que o filamento fiqueincandescente e a luz liberada ilumina o ambiente.
Na válvula, o filamento também esquenta, mas sua funçãonão é iluminar, mas sim aquecer uma pequena placametálica chamada catodo.
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VALVULA ELETRÔNICA
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VALVULA ELETRÔNICA
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Abaixo do catodo está o filamento, cuja única função é liberarcalor. Na extremidade oposta está o anodo, uma outra placametálica semelhante ao catodo. Catodo e anodo estão ligados auma bateria, o primeiro ao pólo negativo, o segundo ao positivo.
Como está ligado ao pólo negativo, o catodo fica saturado deelétrons. Já o anodo, ligado ao pólo positivo, carrega-sepositivamente (ou seja, seus elétrons livres são drenados para opólo positivo da bateria). Portanto, forma-se uma diferença depotencial elétrico entre catodo e anodo. Entre eles não há ar,portanto a resistência elétrica é baixa.
Os elétrons que se acumulam no catodo são atraídos pelascargas positivas do anodo que, por estar aquecido, liberaelétrons com facilidade. Os elétrons então saltam através dovazio, do anodo para o catodo, estabelecendo uma correnteelétrica que atravessa a válvula.
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VALVULA ELETRÔNICA
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A grade está ligada ao pólo negativo da mesma bateria queaquece o filamento através de um potenciômetro (resistorvariável).
Com o potenciômetro ajustado para sua resistência máxima,não há tensão aplicada à grade e os elétrons a atravessamfacilmente em sua jornada do catodo para anodo.
Já com ele ajustado para resistência mínima, uma grande tensãonegativa é aplicada à grade, que se satura de elétrons. Esseselétrons repelem os que tentam saltar do catodo para o anodoque, portanto, não conseguem atravessar a grade.
E regulando-se o potenciômetro para resistênciasintermediárias, reduz-se a polarização negativa da grade,permitindo a passagem de mais ou menos elétrons. Portanto,regulando a corrente elétrica.
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VALVULA ELETRÔNICA
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O transistor foi desenvolvido em 1948 nos EUA. É
um pequeno pedaço de material semicondutor,
contendo três ou mais terminais.
http://pt.wikipedia.org/wiki/Transistor
Há diversos tipos de transistores. No tipo mais
simples, transistor bipolar, os terminais são
denominados “emissor”,“coletor” e “base”.
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TRANSISTOR
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O emissor tem exatamente a mesma
função que o catodo de uma válvula.
O coletor é análogo ao anodo. E a
base faz o papel da grade.
Polarizando-se diretamente coletor e
emissor (p.ex. ligando-se aos pólos
de uma bateria) e aplicando-se uma
tensão à base, haverá uma corrente
entre coletor e emissor cuja
intensidade é proporcional à tensão
aplicada à base. 24
TRANSISTOR
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Uma das características dos transistores é a
que permite estes serem empregados como
“chaves”, ou seja, um dispositivo que
permite ou não a passagem de uma
corrente elétrica. Essa é sua principal
utilização nos circuitos digitais, os que
dizem respeito aos computadores.
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TRANSISTOR
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Na figura, o emissor está ligado a terra, enquanto o coletor e abase estão ligados aos pólos positivos de duas baterias. Entre abase e sua bateria, há um interruptor que na figura está aberto.Enquanto este interruptor estiver aberto, não haverá tensãoalguma aplicada à base. Nessas condições o transistor secomporta como um resistor de resistência praticamente infinita,ou seja, não conduz corrente elétrica. Portanto, não haverácorrente entre o coletor e o emissor mesmo havendo umatensão aplicada entre eles, pois a resistência do transistorimpede que ela se estabeleça.
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TRANSISTOR
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Se o interruptor situado entre a base e a bateria se fecha, istoaplicará à base a mesma tensão da bateria. A presença de umatensão na base fará uma pequena corrente fluir entre base eemissor. Devido às características próprias do transistor, apresença desta corrente, mesmo pequena, provocará umabrusca redução da resistência elétrica entre coletor e emissor.Nessas condições o transistor passa a se comportar como umresistor de resistência praticamente nula, ou seja, não exerceránenhum obstáculo à corrente elétrica. Uma corrente passaráentão a fluir entre coletor e emissor devido à tensão aplicadaentre eles. 27
TRANSISTOR
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É um conjunto de elementos básicos:
resistores, capacitores, diodos e
transistores, fabricados sobre um pedaço
de material semicondutor (normalmente
Silício), que pode implementar funções
lógicas digitais e/ou funções analógicas
integradas.
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CIRCUITO INTEGRADO
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Grande número de circuitos inseridos em um pequeno dispositivo (redução de área);
Produção em larga escala (economia no custo de produção);
Redução de interconexões externas (confiabilidade);
Miniaturização de circuitos (redução no consumo de energia);
Refrigeração reduzida (baixa potência dissipada).29
VANTAGENS DO CIRCUITO INTEGRADO
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Em geral não podem trabalhar com altascorrentes devido a dissipação térmicaexcessiva.
Não podem implementar facilmente certosdispositivos elétricos como indutores,transformadores e grandes capacitâncias.
◦ Devido as características de baixa potência dos CIsde uma maneira geral estes dispositivos são mais
apropriados para processamento de dados.
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DESVANTAGENS DO CIRCUITO
INTEGRADO
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APLICAÇÕES DE CIRCUITOS
INTEGRADOS
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ÁREAS DE ATUAÇÃO
Redes de computadores
Projetista de Hardware e/ou equipamentos eletrônicos
Sistemas Embarcados
Processamento de sinais e/ou imagens
Robótica
Controle e automação
Indústrias (ex: automobilística)
Biotecnologia
Jogos
E-commerce
Telecomunicações