1. Aspectos introductorios de contexto y contenido temático
1.2 Las Leyendas Artúricas y el medievalismo en el siglo XIX
OBJETIVOS
• Identificar as principais características • Descrever as características e conexões
Introdução
Como já destacado nesta apostila, os primeiros computadores tinham a função quase que exclusiva de realizar cálculos, seja nos campos de batalha das guerras, seja nos escritórios onde são processados os dados do censo ou nos laboratórios que definem a trajetória do próximo ônibus espacial. Já vimos, entretanto, que a partir de projetos como o SAGE, por exemplo, o computador passou a ter uma outra conotação, mais próxima da forma como o enxergamos hoje: uma máquina universal, voltada não somente para o cálculo, mas também à comunicação (seja dos humanos entre si, seja entre humanos e máquinas ou mesmo entre máquinas somente).
Na atual arquitetura dos PCs, o bloco que representa os dispositivos de Entrada e Saída (E/S) estão intimamentos ligados a essa concepção mais ampla dos computadores. Antes de apresentar as particularidades deste bloco, passearemos um pouco por alguns conceitos da área de comunicação.
A parte superior da Figura 4.1 mostra um modelo de comunicação bem simples. Genericamente, há três blocos envolvidos neste tipo de modelo (Emissor, Canal e Receptor). O bloco emissor, como o nome indica, representa a fonte da mensagem que se quer transmitir. O canal representa o meio através do qual a mensagem irá transitar (o ar, um condutor elétrico, o vácuo, etc). Por último, o receptor representa o local de recepção da mensagem. Este processo, tão simples quando visto desta forma, pode ficar mais complicado, tal como representado na parte inferior da Figura 4.1. Repare que foram introduzidos dois novos blocos: o codificador e o decodificador. Para entender este modelo expandido, vamos imaginar uma situação prática e comum.
Figura 4.1 - Modelos clássicos de sistemas de comunicação.
133 Imagine que você queira falar por telefone com outra pessoa. Você é o emissor da mensagem, cuja natureza é sonora (acústica), ou seja, são ondas de pressão no ar. O canal através do qual você quer transmitir esta mensagem, a rede telefônica, não consegue transmitir o som, somente sinais elétricos. Para tanto, é necessário haver uma conversão, comumente chamada de transdução (a mensagem tem, de alguma maneira, sua natureza traduzida: de sonora para elétrica). Os microfones são exemplos deste tipo de transdutor. Após isso, o sinal elétrico tem que ser codificado (um processo parecido com o de embaralhar a mensagem, de forma a protegê-la, diferenciá-la de outras mensagens e/ou adequá-la às características do canal). Supondo que a mensagem transite sem problemas através do canal (sem interferência nem modificação), o sinal terá agora que passar por um processo inverso: decodificação e transdução de natureza elétrica para sonora (por meio de alto-falantes, por exemplo). Ao final de tudo, em teoria, o sinal chegará inteligível para o receptor que se encontra do outro lado da linha.
Os dispositivos de E/S do PC estão envolvidos em processos muito semelhantes ao narrado acima. Mas, o que são dispositivos de E/S? Uma maneira simples de responder à pergunta acima é dizer que os dispositivos de E/S representam todo e qualquer elemento que se comunica com o PC, supondo que este último é formado somente pela memória, pela CPU e pelos barramentos e circuitos auxiliares. Desta forma, uma breve lista destes dispositivos de E/S poderia incluir:
• mouse; • teclado; • monitor;
• HD (Hard Disk ou disco rígido); • impressora;
• um outro computador.
Estes dispositivos foram sendo incorporados ao computador paulatinamente, por uma série de personagens, com interesses muito diversos. Talvez o mais importante dos grupos tenha sido o dos “ciberneticistas”. A cibernética, enquanto ciência, surgiu a partir da interação de áreas como a engenharia, a matemática, a psicologia, a linguística, dentre outras. Tais profissionais estavam interessados sobretudo na integração entre seres humanos e máquinas, problema comum nos sistemas bélicos da Segunda Guerra e das guerras posteriores. De fato, ciências como a psicologia tiveram um crescimento muito vertiginoso durante esta época e outras, tais como a inteligência artificial (IA) e a teoria da informação, devem a esta época sua própria razão de ser. A ideia básica é tratar a informação como algo imaterial e tratar seres humanos e máquinas segundo os mesmos termos. Desta forma, o cérebro humano é visto, metaforicamente, como uma unidade de processamento, ligado ao hardware da “máquina humana”, enquanto a mente seria o software e os órgãos dos sentidos seriam os dispositivos de E/S, que conectariam o humano/computador ao mundo externo.
Dispositivos de E/S
Considerando o papel central do computador nos sistemas de comunicação da atualidade, a lista anterior poderia crescer quase que infinitamente. Para não massificar
134 o/a aluno/a com informações demais, vamos apresentar apenas um destes dispositivos, pela importância e presença que tem na história do PC.
Mouse
Há um famoso vídeo, datado de 9 de novembro de 1968, que mostra um homem em frente a um terminal de vídeo, movendo um cursor na tela através de um aparelho em sua mão e demonstrando outras características de um sistema que envolvia, dentre vários recursos, um editor de hipertexto e a possibilidade de trabalho colaborativo através de uma rede de computadores.
O vídeo retrata o inventor Douglas Engelbart e a demonstração de um sistema denominado NLS (oNLine System), desenvolvido no âmbito do Augmentation Research
Center (centro de pesquisas da Universidade de Stanford (EUA) voltado para projetos
na área de interação humano/máquina). A demonstração representa a primeira exibição pública do mouse, no contexto de um sistema que exibe muitos princípios das interfaces gráficas ou GUI (Graphical User Interface).
Figura 4.2 - Um mouse de três botões (circa 1968). Fonte: MouseSite. Disponível em:
http://www.stanford.edu/dept/SUL/library/extra4/slo an/MouseSite/gallery/index.html
Figura 4.3 - Um mouse primitivo, em madeira, nas mãos de Engelbart. Fonte: Wikipedia. Disponível em:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/2/2d/Firstm ouseunderside.jpg
A função do mouse é mover um cursor numa tela a partir de sua movimentação em uma superfície. O mapeamento do movimento físico do mouse é comumente feito de maneira mecânica, tal como concebido por Engelbart e sua equipe, ou oticamente.
A comunicação com o computador pode se dar através de cabos (via PS/2 ou USB), ou então através de comunicação sem fio (infravermelho ou rádio). Neste último tipo de comunicação, o receptor que irá fazer a comunicação com o mouse é conectado em uma porta USB ou serial.
135 Portas de comunicação
Dentro do espírito de olhar o PC como um elemento inserido em um sistema de comunicação, as portas de comunicação são extremamente importantes, pois fazem a ligação entre o computador e o dispositivo de E/S.
Porta Serial
Uma das maneiras de transmitir informação para fora do PC é serialmente, através da porta serial. A porta serial está intimamente ligada ao padrão RS232, por muito tempo um padrão comum para, por exemplo, conectar uma máquina à outra através de um modem. Atualmente, o padrão RS232 está em desuso nos PCs, sendo substituído pelo padrão USB (também serial).
Figura 4.4 - Um conector DE-9 macho. Fonte: Wikipedia. Disponível em:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/e/ea/Se rial_port.jpg/800px-Serial_port.jpg
Tabela 4.1 - Pinagem do padrão RS232 para o conector DB-9
Figura 4.5 - Esquema de comunicação via porta serial (utilizando o conector DB-25). Fonte: Fermi Lab. Disponível em: http://home.fnal.gov/~dinker/misc/rs232.htm
136 Porta Paralela
Na comunicação serial, os bits são transmitidos serialmente. Uma alternativa a esta tecnologia é o padrão de comunicação paralela, no qual os bits são transmitidos de forma simultânea, em paralelo (isto acarreta, em contrapartida, um aumento no número de pinos). Nos PCs, o padrão que define a comunicação paralela é o IEEE 1284. Tal padrão foi por muito tempo utilizado para conectar impressoras ao PC, mas atualmente este uso vem sendo abandonado em favor da utilização de portas USB. Esta relação com impressoras é histórica, pois o padrão foi parcialmente definido tendo por base as especificações criadas pela empresa Centronics, para a conexão deste tipo de dispositivo, no ano de 1970.
Figura 4.6 - Conector DB-25 para comunicação paralela. Fonte: Wikipedia. Disponível em:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/ fa/Parallel_computer_printer_port.jpg/800px-
Parallel_computer_printer_port.jpg
Tabela 4.2 - Pinagem do padrão IEEE 1284 para PC
Porta USB
Como observado anteriormente, a porta USB vem suplantando as portas serial e paralela, de maneira que atualmente é comum não encontrar estas últimas em algumas
137 máquinas. O padrão de comunicação USB (Universal Serial Bus), como o próprio nome indica, é serial. Resultado de um consórcio de diversos fabricantes que se reuniram para definir um padrão universal de comunicação serial, com vistas a simplificar a quantidade de cabos e conectores nos equipamentos, o primeiro padrão (USB 1.0) foi lançado em 1996. A seguir, temos o histórico dos lançamentos dos padrões USB:
• USB 0.7: Lançado em novembro de 1994. • USB 0.8: Lançada em dezembro de 1994. • USB 0.9: Lançada em abril de 1995. • USB 0.99: Lançado em agosto de 1995.
• USB 1.0: Lançado em janeiro de 1996, com taxas de transferência de dados de 1,5 Mbit / s (baixa velocidade) e 12 Mbit / s (Velocidade máxima).
• USB 2.0: Lançado em abril de 2000 com a velocidade de 480 Mbps. • USB 3.0: Lançado em setembro de 2009 com a velocidade de 4,8 Gbps.
Fonte: Wikipédia. Disponível em: http://pt.wikipedia.org/wiki/Universal_Serial_Bus
Além de uma velocidade de transmissão de dados maior, frente aos padrões apresentados anteriormente, o USB provê também alimentação aos dispositivos (um dos motivos pelos quais o número de cabos é menor).
Outra vantagem da porta USB é sua capacidade teórica de suportar a conexão simultânea de até 127 dispositivos.
Figura 4.7 - Tridente, símbolo do padrão USB. Fonte: Wikipédia. Disponível em:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/22/Usb- svg.svg/354px-Usb-svg.svg.png
Figura 4.8 - Detalhamento da pinagem de alguns conectores do padrão USB e a pinagem para o padrão até 2.0. Fonte: Wikipedia. Disponível em: http://en.wikipedia.org/wiki/USB.
Pino Nome Cor do fio Descrição
1 VCC Vermelho +5 V
2 D− Branco Data −
3 D+ Verde Data +
138 Dispositivos de armazenamento
Em capítulos anteriores, falamos sobre as memórias do tipo RAM, que constituem a memória principal do PC, um dos blocos funcionais da arquitetura da máquina. Quando o PC é ligado, o sistema operacional – um programa que gerencia os recursos da máquina e sobre o qual os aplicativos do usuário são rodados –, necessita ser carregado para a memória principal. Este programa, assim como qualquer outro, precisa estar gravado em algum meio, disponível para a máquina fazer uma cópia e enviá-lo para a memória principal. Os programas eventualmente necessitam de dados para serem processados e os resultados do processamento também precisam ser armazenados em algum lugar. Percebe-se, portanto, que há uma enorme demanda por memória para essas atividades, porém, uma memória que seja diferente da RAM, que não precise ser tão rápida, mas que seja capaz de armazenar dados com confiabilidade e permanentemente, com ou sem a presença de energia elétrica. Nos PCs atuais, tais memórias são representadas, sobretudo, pelo Disco Rígido (HD, do inglês, Hard Disk), pelos pendrives e pelos cartões de memória.
Discos Rígidos
Os HDs diferem em muito das memórias RAM. Em primeiro lugar, são considerados memórias não-voláteis, pois não necessitam de alimentação para manter os dados gravados; os HDs são memórias magnéticas e tem operação parcialmente mecânica, sendo, portanto, mais lentos do que as memórias RAM. A Figura 12 mostra o interior de um HD, com suas partes constituintes. A Figura 13, por sua vez, ilustra o princípio de gravação magnética, típica nesse tipo de dispositivo.
Os HDs possuem discos montados no interior de um chassi blindado. Acoplado ao chassi, há um braço mecânico com uma cabeça leitora/gravadora na extremidade. Os dados são gravados em diferentes regiões dos discos, acessadas através do movimento relativo de rotação dos discos e do braço.
O primeiro HD, criado pela IBM em 1956, era capaz de armazenar até 5 MB! Atualmente, pode-se encontrar no mercado HDs de até 3 TB!
Figura 4.9 - Diagrama de um HD, mostrando algumas partes constituintes. Disponível em: http://chicaobillar.blogspot.com/2010/09/para-que-serve-o-hd-disco-rigido.html
139
Figura 4.10 - Ilustração do princípio de gravação em mídia magnética. Fonte: Wikipedia. Disponível em: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/f/f4/MagneticMedia.png.
A transferência de dados entre HD e placa-mãe era realizada pela conexão IDE (Integrated Drive Electronics ), uma denominação comercial para o padrão ATA de controladora de discos rígidos, que atualmente perdeu espaço para o padrão SATA.
Figura 4.11 - Dois conectores IDE/ATA em uma placa-mãe. Fonte: Wikipedia. Disponível em:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/co mmons/thumb/2/29/ATA_on_mainboard .jpg/800px-ATA_on_mainboard.jpg
Figura 4.12 - Conector IDE/ATA com cabo. Fonte: Wikipedia. Disponível em:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/ c/c4/Ata_20070127_002.jpg/800px-
140
Figura 4.13 - Acima, cabo de dados com conector SATA. Abaixo, conectores SATA em placa-mãe. Fonte: Wikipedia. Disponível em:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/29/SATA_ports.jpg/439px-SATA_ports.jpg
Pen drives e cartões de memória
Pen drives e cartões de memória também são importantes memórias secundárias. Os primeiros são memórias do tipo flash integradas a uma interface USB. São extremamente resistentes do ponte de vista mecânico, muito menores do que CD- ROMs e os antigos disquetes e chegam a atingir 256 GB de capacidade. Os cartões de memória também são memórias do tipo flash, porém, muito menores do que que os pen drives e voltadas principalmente para o uso em dispositivos portáteis como PDAs e câmeras fotográficas, por exemplo.
As memórias flash fazem parte da classe de memórias conhecida como EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), capazes de serem apagadas e reprogramadas em grandes blocos (as EEPROM clássicas só podem ser apagadas e reprogramadas em blocos de alguns bytes). Por isto, as memórias flash são muito mais rápidas do que as últimas.
141 1. Conector USB 2. Controlador 3. Pontos de teste 4. Memória Flash 5. Cristal oscilador 6. LED
7. Chave protetora de escrita 8. Espaço para memória flash
Figura 4.14 - Divisões de um pen drive (Flash Memory Drive). Fonte: Wikipedia. Disponível em: http://en.wikipedia.org/wiki/Pen_drive
Figura 4.15 - Cartões de memória. O menor deles chega a ser menor do que um polegar humano. Fonte: Wikipedia. Disponível em: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/0/0b/Memory-card-
142