Aula 1
Sistemas Analógicos vs Sistemas Digitais
Definições
Sistema: conjunto de dispositivos e/ou componentes interligados que desempenha uma
função complexa
Sistema digital: constituído por vários blocos, que no conjunto desempenham determinada
função.
Ex: Processador = memória, controladores, unidade lógica aritmética, ...
Dispositivo: circuito composto por vários componentes que desempenha uma função simples.
Ex: contadores, somadores, registos, ...
Componente: cada uma das partes que constituem um dispositivo
Ex: resistências, transistores, circuitos integrados
Circuito integrado (chip): circuito em que os diversos componentes estão integrados sobre uma
mesma base (substrato ou plataforma)
Sistemas analógicos vs Sistemas digitais
Sistemas analógicos: trabalham com grandezas representadas por semelhança (analogia)
entre outras grandezas diferentes, de forma proporcional entre elas.
Exs:
• num termómetro, uma coluna de mercúrio representa a temperatura (grandeza física)
• numa balança, a posição do ponteiro representa a massa a medir
• num gráfico de barras, a altura das barras representa os valores medidos ou calculados
Sinal analógico: a representação das grandezas faz-se de forma contínua, podendo assumir
uma infinidade de valores – por exemplo, a coluna de mercúrio do termómetro pode ocupar
qualquer posição ao longo da escala.
Circuito analógico: é aquele que processa sinais analógicos (em termos de entradas e saídas).
Sistemas analógicos vs Sistemas digitais
Sinal analógico
Circuito analógico
Temperatura ºC
10
8
6
4
2
0
(E)
Entrada
analógica
f
-2
-4
S = f (E) , função analógica
(S)
Saída
analógica
Sistemas analógicos vs Sistemas digitais
Sistemas digitais: trabalham com grandezas representadas através de dígitos (algarismos,
números) que simbolizam quantidades numéricas (inteiras ou fraccionárias)
Exs:
• num termómetro, a temperatura é dada por um valor numérico no mostrador
• numa balança, o valor medido é indicado por algarismos
• num gráfico de barras, o valor medido ou calculado aparece junto à respectiva barra
sinal digital: a representação das grandezas faz-se de forma discreta (por saltos), podendo
assumir apenas assumir um número finito de valores discretos – por exemplo, nos
termómetros a temperatura é habitualmente indicada apenas até ao décimo de grau Celsius
[ex. a temperatura pode passar de 28.3ºC para 28.4ºC, não sendo mostrados valores
intermédios].
Circuito digital: é aquele que processa sinais digitais (em termos de entradas e saídas).
Sistemas analógicos vs Sistemas digitais
Sinal digital
Circuito digital
Temperatura ºC
10
8
6
4
(E)
Entrada
digital
F
2
0
-2
-4
S = F(E) , função digital
(S)
Saída
digital
Computação
NOTAS
Computar significa somar, que é uma das quatro operações aritméticas elementares.
Embora os computadores actuais realizem outras operações, as aritméticas permanecem
como um núcleo importante de operações a executar.
Vamos ver que é possível realizar estas operações usando sistemas analógicos ou digitais.
O processo analógico é aqui apresentado apenas a título informativo, sendo o processo digital
aquele que vai ser usado ao longo da disciplina.
A ideia é realizar as operações aritméticas usando objectos de uso corrente.
Computação analógica
Realizada por circuitos analógicos.
exemplo : operação de multiplicação → sistema de som doméstico
O microfone produz um sinal eléctrico fraco, proporcional à intensidade do som captado,
o qual é amplificado um certo número de vezes para produzir um sinal equivalente mas de
maior intensidade que é aplicado a um altifalante.
O amplificador funciona como um multiplicador  saída = entrada * factor amplificação
Entrada: som fraco (ex:voz)
microfone
Saída: som forte (amplificado)
amplificador
altifalante
Computação digital
Ao contrário do caso anterior, no sistema digital trabalha-se directamente com valores
numéricos, a questão que se coloca é com quais?
No sistema decimal usamos dez algarismos representados por [0, 1, 2, … , 9], que se tornam
fáceis de reconhecer e de tratar pelo homem. Se os quiséssemos usar no sistema digital, os
circuitos eléctricos teriam de ser capazes de reconhecer e de trabalhar com dez valores
diferentes de corrente (ou tensão), o que tecnologicamente é complicado.
Mas porque usamos dez algarismos? Porque não vinte? Ou doze? Ou cinco? Ou apenas dois?
(já agora, será que podia ser apenas um?). Mais à frente veremos que é possível trabalhar
apenas com dois algarismos [0, 1] e ainda assim é possível realizar as mesmas operações que
realizamos com os dez algarismos decimais.
Computação digital
Sendo assim, os circuitos digitais apenas precisam de distinguir dois estados, designados por
bit (binary digit) e que podem ser designados do seguinte modo:
“0” = bit zero, Falso(False), Nada, Baixo(Low/L), OFF
bit
“1” = bit um, Verdade(True), Tudo, Alto(High/H), ON
Vejamos como são representados os bit’s e porque assumem aquelas designações.
Havendo apenas dois bit [0,1] dizemos que há apenas dois estados que é preciso distinguir.
Para tal, o mais simples é considerar uma situação de tudo/nada ou ainda de existe/não existe
ou em termos eléctricos, ligado/desligado.
Note-se que não é importante quantificar quanto vale “tudo” ou “existe” ou “ligado”, importa
apenas distinguir a situação de existir ou não existir, o que simplifica muito a construção dos
circuitos electrónicos.
Computação digital
“0” = bit zero, Falso(False), Nada, Baixo(Low/L), OFF
bit
“1” = bit um, Verdade(True), Tudo, Alto(High/H), ON
Em termos práticos foi necessário determinar um valor concreto para o valor da tensão a
usar nos circuitos, tendo sido seleccionado o valor de 5V. Assim fez-se a seguinte
atribuição (há outras atribuições possíveis, que serão abordadas mais tarde):
+5.0V
valores nesta faixa [+2.0V ↔ +5.0V] correspondem ao bit “1”
 “1” = 5v
+2.0V
valores nesta faixa [ +0.8V ↔ +2.0V] são indeterminados, não
devendo ser usados em circuitos digitais (zona proibida)
+0.8V
valores nesta faixa [ 0V ↔ +0.8V] correspondem ao bit “0”
0V
 “0” = 0v
Lógica Positiva Versus Lógica Negativa
Convenções possíveis:
Lógica positiva: O símbolo “1” está associado ao nível de tensão mais elevado(5v) e o
símbolo “0” está associado ao nível de tensão mais baixo(0v)  situação mais usada.
Lógica negativa: O símbolo “1” está associado ao nível de tensão mais baixo(0v) e o símbolo
“0” está associado ao nível de tensão mais elevado(5v).
Computação digital
A tecnologia digital tem várias vantagens sobre a analógica:
•
•
•
•
Circuitos mais simples de projectar e de entender
Maior imunidade ao ruído (ou seja, a interferências externas)
Maior precisão nos cálculos efectuados
Mais fácil de armazenar a informação (apenas 2 bit)
Porém, as grandezas do mundo real são praticamente todas analógicas (tal como os
exemplos indicados atrás), pelo que a utilização dos computadores digitais implica a
conversão entre analógico para digital e vice-versa.
Conversão analógico <-> digital
O diagrama a seguir ilustra o processo de introdução do computador digital num mundo
essencialmente analógico.
Conversor A/D
Analógico→Digital
obter sinal
analógico
(sensores)
digital
mundo real analógico
Processamento
Digital
ex: temperatura, som,
luminosidade, velocidade ...
digital
actuar
(actuadores)
Conversor D/A
Digital→Analógico
Conversão A/D (analógico  digital)
Trata-se de converter sinais que variam de forma contínua ao longo do tempo, em sinais
discretos. Para isso, são tomadas amostras a intervalos de tempos regulares do sinal analógico
de entrada, as quais são convertidas para valores numéricos e armazenadas em forma de
bit´s (0’s e 1’s). É um processo conhecido por digitalização.
O número de amostras a tomar está relacionado com o tipo de sinal analógico a digitalizar.
Ex: digitalizar um tema musical e guardar o resultado num certo formato (ex:MP3)
amostra tempo
valor(exemplo)
som
n6
n7
n5
n1
entrada
analógica
saída
digital
A/D
n0
t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7
0
1
2
3
.
t0
t1
t2
t3
…
n0 (10011001)
n1 (11000110)
n2 (00110100)
n3 (10101101)
……………..
tempo
(ex: ficheiro MP3)
Conversão D/A (digital  analógico)
Trata-se de converter valores numéricos discretos (armazenados em formas de bit’s), num
sinal que varia continuamente ao longo do tempo. A precisão da conversão está relacionada
com o número de amostras disponíveis.
Ex: reproduzir o tema musical anteriormente digitalizado e cujas amostras foram guardadas
num ficheiro de um certo formato (ex:MP3)
som
amostra tempo
0
1
2
3
.
t0
t1
t2
t3
…
valor (exemplo)
n0 (10011001)
n1 (11000110)
n2 (00110100)
n3 (10101101)
……………..
n6
n7
n5
n1
entrada
digital
saída
analógica
D/A
(ex: ficheiro MP3)
n0
t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7
tempo