Pequena introdução à Sistemas Digitais

Sistemas Digitais

Queridos amigos...

Neste artigo gostaria de falar um pouco sobre os sistemas digitais e analógicos. Esses sistemas são a base da base da computação e de outras tecnologias. Também falarei um pouco sobre código binário e seus derivados. 

Espero que gostem do conteúdo. Estou usando como referência os livros "Sistemas Digitais - Princípios e Aplicações" (Tocci, Widmer e Moss) e "Systems Engineering and Analysis" (Fabrycky).

=> O que são Sistemas?

Em primeiro lugar, um sistema pode ser definido como uma combinação de elementos funcionalmente relacionados, ou partes de um todo. Os sistemas são compostos por:

• Componentes: são as partes do sistema.
• Atributos: são as propriedades (características, configurações, qualidades, estados, etc.).
• Relacionamentos: combinação entre atributos de diferentes componentes que permite que os mesmos operam juntos e efetivamente.

Os sistemas podem classificados como naturais (surgidos a partir de processos naturais) ou artificiais (sofreram interferência ou foram completamente feitos por mãos humanas), físicos (são aqueles que se manifestam em forma física e possuem componentes reais) e conceituais (projetos lógicos de um sistema, ideias, hipóteses), estáticos (são aqueles cujos status não mudam por operações de usuários) e dinâmicos (mudam seus status conforme uso e necessidade), e fechados (não interagem significantemente com o ambiente) e abertos (permitem a entrada e saída de informações, energia e matéria).

=> Sistemas eletrônicos: analógicos e digitais

Um dos maiores sistemas do mundo é o de telecomunicação mundial. Pode-se dizer que este sistema começou com a utilização do telégrafo: um sistema digital simples que usava apenas dois estados para representar informação. O sistema do telégrafo consistia em uma bateria, uma chave de contato, um cabo de telégrafo e uma matraca eletromagnética na outra extremidade do cabo. 

"Quando o telegrafista pressionava a chave, ela completava o circuito ao conectar o terminal de bateria positivo ao cabo. O terminal de bateria negativo era conectado a uma haste enterrada no chão. A corrente fluía pelo cabo do telégrafo até a bobina eletromagnética na estação receptora e, então, de volta a uma haste enterrada no chão. A corrente elétrica fluindo pela bobina fazia que um campo magnético atraísse uma placa de metal que produzia um ‘estalido’. A placa ficava em tal posição até que a chave fosse solta (interrompendo o 

circuito) e uma mola retornasse a placa à posição original, produzindo um ‘estalido’ diferente."

Ou seja, o telégrafo funcionava com base em 0 (inativo) e 1 (telegrafista fechando a chave e emitindo sinal elétrico). Esses 0's e 1's do telégrafo são a base do sistema de código binário, que é utilizado até hoje na computação.

Basicamente um sistema digital é aquele que pode ser representado em quantidades discretas (finitos valores) em um diagrama de tempo, como por exemplo:

Já um sistema analógico é mensurado por quantidades contínuas (infinitos valores). Um exemplo é o sinal de áudio produzido por um microfone.

Um sistema digital contém dispositivos que manipulam quantidades físicas no formato digital. Exemplos:

• Computadores.
• Calculadoras.
• Equipamentos digitais de áudio/vídeo.
• Sistema de telefonia digital (o maior sistema digital do mundo).

=> Sistemas de numeração digital

Sistema Decimal

O sistema decimal utiliza 10 símbolos: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 de base 10. O sistema decimal é um sistema de valor posicional, no qual o valor de cada dígito depende de sua posição no número. Tomando como exemplo o número 27,35: este número é, na realidade, igual a 2 dezenas mais 7 unidades mais 3 décimos mais 5 centésimos, ou 2 × 10 + 7 × 1 + 3 × 0,1 + 5 × 0,01. A vírgula decimal é usada para separar a parte inteira da parte fracionária do número. O número mais à direita da vírgula é chamado de LSD, ou seja, o dígito com menor peso na contagem, ao passo que o número mais à esquerda é chamado de MSB, o dígito com maior peso.

Sistema Binário

No sistema binário, há apenas dois símbolos ou valores possíveis para os dígitos: 0 e 1. Mesmo assim, também pode ser usado para representar qualquer quantidade que possa ser representada em decimal ou em outro sistema de numeração. Entretanto, é comum que o sistema binário use um número maior de dígitos para expressar determinado valor. Tudo o que foi mencionado anteriormente sobre o sistema decimal é igualmente aplicável ao sistema binário, que também é de valor posicional, em que cada dígito binário tem um valor próprio, ou peso, expresso como uma potência de 2.

A sequência de contagem binária é feita em um agrupamento de 4 bits, e começa com todos os bits em 0. Para cada contagem, o bit unitário muda de 0 para 1, alterando seu valor binário.

=> Conclusão

Este artigo tem a intenção de apresentar alguns conceitos sobre sistemas digitais e de numeração, utilizados na programação de baixo nível (linguagem de máquina) e eletrônica. Os sistemas de numeração são a base das linguagens de programação mais complexa que utilizamos em nossos PC's, e por isso acredito ser importante conhecer um pouco sobre eles. Recomendo a todos que se interessaram por esse tema a leitura dos livros que citei lá em cima.

Obrigada pela atenção!