Hardware

Hardware

Todo sistema de informática consta de duas partes fundamentais e complementares. De um lado, o equipamento físico do sistema, chamado hardware; de outro, o software, ou suporte lógico, denominação que compreende, em sentido amplo, todos os programas (séries de instruções lógicas) que dirigem o funcionamento do computador. Existem também circuitos impressos capazes de conter, de forma permanente, programas e dados. Essa parte do sistema de informática é chamada firmware. Sua principal utilidade é proteger o sistema de cópias e falsificações que possam prejudicar comercialmente a firma que o desenvolveu.

Tipos de computadores.

Os modernos computadores dividem-se em dois grandes grupos -- os analógicos e os digitais. Os analógicos operam com grandezas físicas (por exemplo, variações de voltagem) e os digitais fazem-no com valores numéricos.

De emprego muito mais restrito, os computadores analógicos são usados em cálculos nos quais as informações que entram na máquina variam com o tempo, pois uma de suas características essenciais é a facilidade de substituir parte de sua estrutura por um sistema físico real. Com isso, apresentam facilidade de trabalho em tempo real, interagindo perfeitamente com o ambiente, pelo que são amplamente utilizados na aerodinâmica e pilotagem automática de aviões. Os computadores digitais operam com números expressos diretamente como dígitos e executa basicamente cálculos aritméticos e toma decisões lógicas.

Visando a aplicações científicas, existem computadores que combinam as melhores ou mais convenientes qualidades dos computadores analógicos e digitais. As razões para o uso de um sistema híbrido são: combinar a velocidade do computador analógico com a precisão do digital; permitir fácil integração do computador com o ambiente; aumentar a flexibilidade da simulação analógica com o uso da memória e do sistema operacional do computador digital;; aumentar a velocidade da computação digital com o uso de sub-rotinas analógicas; e permitir a entrada de dados tanto em forma contínua como discreta.

Os computadores compõem-se de três elementos principais: a unidade central de processamento (UCP, em inglês CPU), capaz de realizar operações aritméticas e lógicas; a memória, que armazena a seqüência de operações a realizar, os dados, os resultados intermediários e os finais; e os dispositivos de entrada e saída, ou periféricos, que permitem a introdução de programas e dados (input) e a saída de resultados (output).

A unidade básica de informação é o bit (do inglês binary digit), que só pode adotar um entre dois valores: 0 ou 1. No entanto, por meio de codificação e decodificação da informação, também se podem processar os números decimais, os caracteres gráficos habitualmente utilizados na escrita, além de símbolos e sinais procedentes de diversos sensores e dispositivos periféricos.

Denomina-se palavra uma seqüência de bits que contenha uma unidade de informação capaz de ser processada de uma só vez. A palavra é geralmente formada por 8, 16, 32 ou 64 bits. Quanto maior esse número, maior também a potência (velocidade de processamento) de um computador. A palavra pode conter dados independentes entre si. O computador interpreta esse conjunto de bits de acordo com uma codificação previamente estabelecida que pode, assim, ter um significado muito diferente de seu equivalente numérico.

O sistema de codificação é um dos aspectos mais importantes para o processamento da informação. Grande parte desse processamento está centrada na transmissão de informações dentro do sistema: entre diferentes posições da memória, entre o computador e outros dispositivos periféricos a ele conectados, e também entre diferentes computadores. A transmissão de informação deve realizar-se de acordo com convenções estabelecidas, que são chamadas protocolos de comunicação. Com esses recursos é possível não só a transmissão e o intercâmbio da informação, mas também a correção de erros que, embora improváveis, podem ocorrer.

Unidade central de processamento.

A CPU lê a informação contida na memória e realiza as operações solicitadas, ativando e desativando os dispositivos de entrada e saída necessários (monitor, impressora, teclado etc.). Compõe-se de uma série de circuitos eletrônicos que incluem diversos elementos, dos quais o principal é o processador. A maioria dos computadores médios e pequenos têm o microprocessador num só chip, o que simplifica seu projeto e fabricação e aumenta seu rendimento.

Muitas das características mais importantes de um computador, como o número de bits que pode processar de uma só vez, a freqüência dos impulsos do relógio, que determina sua rapidez e a quantidade de memória que pode utilizar ou controlar diretamente, são determinadas pelo tipo de processador com que é equipado. Em muitos casos, ao supervisionar todo o trabalho do computador, o processador central pode ficar saturado. Por isso, instalam-se processadores auxiliares especializados em certas atividades, como cálculos matemáticos, gerência da memória ou controle de dispositivos de entrada e saída.

Memória

A memória central de um computador é constituída de chips que se comunicam com a CPU pelo condutor (ou bus) de dados, que é um conjunto de tantos cabos elétricos quantos sejam os bits que formam a palavra no sistema de processamento da CPU. Os chips de memória central podem ser, basicamente, de quatro tipos: RAM, ROM, PROM e EPROM. A RAM (iniciais da expressão em inglês random-access memory, memória de acesso aleatório) é uma memória de acesso direto na qual se podem escrever e apagar dados a qualquer momento. A informação que contém desaparece quando se desliga o computador, mas, devido a sua velocidade e versatilidade, é a que a CPU utiliza mais intensamente. A memória ROM (do inglês read-only memory, memória somente de leitura) permite apenas a leitura dos dados que contém, em geral gravados pelo fabricante e de conteúdo inalterável. Utiliza-se sobretudo para o armazenamento de programas de partida, indicação do número de série do aparelho etc.

As memórias PROM (programmable read-only memory, memória programável somente de leitura) e EPROM (erasable programmable read-only memory, memória apagável e reprogramável somente de leitura) constituem casos particulares da anterior. O usuário pode gravar uma única vez na PROM e várias vezes na EPROM, após apagar seu conteúdo pelo emprego de radiação ultravioleta. O usuário comum não manipula, em geral, esse tipo de dispositivos, que servem para aplicações técnicas muito especializadas.

Dispositivos de entrada e saída.

A principal utilidade dos dispositivos de entrada e saída, ou periféricos, é tornar possível a comunicação do computador com o exterior. Sem tais dispositivos o usuário não poderia introduzir dados e instruções no equipamento, nem receber sua resposta. Os dispositivos mais comumente empregados pelo usuário são o teclado, a tela ou monitor, os dispositivos de memória externa (discos e fitas), os mouses, scanners e canetas ópticas e as impressoras e plotters (traçadores de gráficos e quadros).

A memória externa, ou auxiliar, permite o armazenamento de grandes quantidades de informação. Tem a vantagem, em relação à memória RAM, de manter o conteúdo gravado, mesmo ao desligar-se o computador. É também intercambiável entre equipamentos similares ou compatíveis, ou seja, aqueles que são construídos segundo especificações técnicas comuns de comunicação e funcionamento. A memória externa consiste em geral de discos ou fitas magnéticas. Os discos flexíveis, também chamados floppy disks, ou disquetes, são constituídos de uma base circular de material plástico recoberto por uma película de óxido magnético. Para sua proteção, é introduzida num envoltório especial de papelão ou de plástico. São de baixo custo, mas sua capacidade de armazenamento e velocidade de acesso são reduzidas. A maioria dos equipamentos de informática possuem drives (dispositivos de acionamento) para esses disquetes: os microcomputadores pessoais mais antigos, como sistema principal; e os mais modernos, além dos de médio e grande porte, como sistema auxiliar.

Os discos rígidos têm grande capacidade de armazenamento. Neles a superfície magnética não é intercambiável e permanece ligada à cabeça de leitura e ao motor que os faz girar. São construídos segundo várias tecnologias, entre as quais se destaca a dos discos rígidos, em que as cabeças de leitura nunca tocam a superfície magnética, aumentando a rapidez de acesso e a vida útil. Há também discos rígidos intercambiáveis, que costumam apresentar problemas de ajuste, o que diminui sua confiabilidade e capacidade de armazenamento. Tanto os discos flexíveis quanto os rígidos permitem o acesso direto a uma determinada posição mediante um sistema de índices internos. Isso acelera o processo de busca e gravação de dados.

As fitas magnéticas, que surgiram antes, têm velocidade de acesso inferior à dos discos, uma vez que, por sua própria configuração, a busca e a gravação de dados se realizam de modo seqüencial. Atualmente são usadas principalmente como suporte de cópias de segurança (back-up) de material armazenado em discos. Além dos discos e das fitas magnéticas, os sistemas recorrem a suportes ópticos como o disco compacto (compact disc), que permite o armazenamento de quantidades imensas de informação e sua leitura a velocidades muito altas. Juntamente com a central e a externa existem outros tipos de memória (Ramdisk, Buffer, Cache etc.), que servem para evitar o repetido acesso àquelas, favorecendo com isso uma maior rapidez de operação do computador.

A unidade que serve de medida da capacidade de memória de um dispositivo de informática é o byte, formado na maioria dos casos por oito bits. A combinação destes -- formando os números binários que se podem obter com oito bits -- permite a criação de códigos com um máximo de 256 caracteres. O mais difundido desses códigos é o ASCII (American Standard Code for Information Interchange, código-padrão americano para o intercâmbio de informação).

Telas.

O periférico de saída de computador mais comum é a tela, seja de televisão ou de um monitor de vídeo. Os diferentes modelos de tela podem ser monocromáticos ou em cores, e sua capacidade de representação de caracteres é muito variável. Existe ainda a chamada touch-screen, na qual um toque na tela exerce o mesmo efeito que o uso do teclado ou mouse.

Impressoras.

Os dispositivos básicos de saída são as impressoras e os traçadores de gráficos (plotters), que permitem representar sobre papel os resultados das operações realizadas pelo computador. As impressoras mais comuns são as matriciais, as de margarida e as a laser. As matriciais dispõem de um cabeçote com certo número de pequenos pinos. A configuração dos pinos que a cada impulso batem na fita de impressão, e esta no papel, determina a forma do caráter impresso. Essas impressoras podem imprimir algumas centenas de caracteres por segundo, de acordo com o modelo. As impressoras de margarida usam um dispositivo que lembra essa flor, em que cada "pétala" é uma haste que tem na extremidade externa, em relevo, um caráter, como nos tipos de máquina de escrever. São relativamente lentas, mas sua impressão é de grande qualidade. As impressoras a laser são impressoras matriciais de grande densidade de pontos, em que os pinos foram substituídos por raios laser. Elas conjugam a qualidade com a rapidez na impressão.

Outros dispositivos de entrada e saída.

Existem muitos outros periféricos que podem ser conectados ao computador. O meio pelo qual se realiza essa conexão chama-se interface, e seu funcionamento é regulado por um protocolo de comunicação que deve ser o mesmo para o computador e o periférico. Um exemplo típico é o modem, abreviatura de modulador-demodulador, com o qual um pequeno computador doméstico pode comunicar-se com outros, inclusive muito maiores e mais complexos, por linha telefônica. Segundo o mesmo princípio de interconexão podem-se formar redes locais, que são conjuntos de computadores capazes de intercambiar dados e de compartilhar periféricos.

O computador é o mecanismo de controle ideal para muitos processos automatizados. A maior parte dos instrumentos de medida, como termômetros, dinamômetros, voltímetros e muitos outros podem ser conectados a computadores, que registram e analisam suas medidas.