Redes de Computadores

Introdução



Muita confusão se faz entre em relação ao conceito que os computadores só entendem e só manipula internamente 1 e 0, e por isso fiz esse pequeno tutorial com a intenção de ajudar a desmistificar esse conceito, esse termo de 1 e 0 na verdade só existe para nos humanos entender e outros nomes e nomenclaturas também são usadas para indicar a mesma coisa, podemos encontrar dependendo do documento coisas como:
- Nível Lógico 0 (zero) = Low = Nível Lógico Baixo = Clear Bit ou ainda L (abreviação de Low)
- Nível Lógico 1 = High = Nível Lógico Alto = Bit Setado ou ainda H (abreviação de High)



Senoidal

Afinal dentro dos sistemas de hardware dos computadores o que encontramos afinal? Para responder essa pergunta vamos entender primeiro alguns conceitos e entender como os componentes eletrônicos entender as informações, começando pelas formas de ondas ou representações gráficas da Corrente elétrica no Tempo, logo abaixo temos um gráfico de uma Onda Senoidal, essa representação tem dois eixos, na vertical temos a representação da grandeza ou amplitude e na horizontal temos o Tempo, para que uma ciclo seja completo é necessário que esse gráfico complete 360 graus, essa senóide é um sinal analógico, é analógico porque ela assume diversos valores de Tensão durante o seu ciclo, a medida que o tempo vai passando seus valores de tensão (amplitude) vai mudando.

Para ajudar a entender o conceito, vamos pegar um exemplo que está no nosso dia a dia, que é a frequência da rede elétrica, a energia elétrica que recebemos em casa além de sua tensão que pode ser 110V ou 220V tem um outro parâmetro importante que é a frequência que é de 60 hetz aproximadamente.

Frequência é o inverso do Tempo e se tivermos um desses valores á Frequência ou o Tempo descobrimos o outro, se tivermos o valor da o Tempo e invertemos e achamos a Frequência.

Agora se tivermos a Frequência invertemos e temos o Período

Sempre a Frequência é em Hetz e o Tempo em Segundos, depois que resolver ai pode ser convertida para outra unidade que facilite a leitura, no exemplo abaixo temos o tempo que demora uma senóide completar o seu ciclo de 360 graus e invertemos para descobrirmos qual a frequência dessa forma de onda.

Agora temos a frequência e desejamos descobrir quanto tempo leva o sinal para completar um ciclo, todos os tempos são em segundos.

Quadrada

Agora vamos ver formas de onda quadrado, essa forma de onda é Digital, pois ela só assume dois valores durante todo o seu ciclo, esses valores depende do hardware, nos computadores mais antigos tipo os XT e etc, os principais componentes incluindo o processador era alimentado com 5 Volts, nos computadores mais recentes essas tensões são bem mais baixa tipo 1,8V, 3,3V e etc. mais isso aqui de grandeza não importa para a maioria das tarefas que executamos, o mais importante é saber que quando um sinal está em nível lógico 1 para nos humanos, isso para o hardware ele tá na verdade tá com o bit alimentado (com tensão) esse 1 só serve para nos humanos, isso NÃO quer dizer que o bit tem 1V não tem nenhuma relação com a grandeza, quanto tem de tensão não importa, só precisa saber que o bit tá com tensão ou no caso de não ter tensão chamamos de nível lógico 0 (zero) que para o computador (sistema digital) o bit não tem alimentação. Agora já deu para entender porque os computadores são digital e trabalham com binário, porque como já foi dito os bits só assume dois valores, Com Tensão e Sem Tensão.

Como exemplo similar ao que vimos em senóides, vamos aqui trabalhar com uma frequência alta apenas para ilustrar um computador que tenha um clock de 1Ghz já que é um exemplo bem familiar e todos sabem que os computadores atuais funcionam na faixa dos gigahetz. 1Ghz é igual a 1000000000Hz (1bilhão de hetz) perceba que é uma frequência bem alta principalmente se comparada a frequência da rede elétrica que vimos anteriormente.

Tudo que foi falado sobre senóides em relação a frequência e período vale exatamente igual para as ondas quadrada (ondas quadrada ou digital só assume dois valores), temos o período ou seja o tempo gasto por 1 ciclo de clock que nesse caso é 0,000000001 segundos, vamos inverter o período para descobrirmos a frequência

Na ilustração abaixo é um exemplo onde temos a frequência e desejamos descobrir o período, é um exemplo bem usado principalmente quando pensamos em aumentar a memória do computador, saber a frequência do barramento é fundamental, com esse dado você inverte e tem o tempo de cada ciclo, claro que o barramento da memória é bem mais lento que o barramento interno do processador mais existe outros dados como a frequência barramento exclusivo para à memória RAM e com esses dados é possível saber qual o tempo de acesso da memória para um determinado hardware, as memórias além da sua capacidade de armazenamento interno também tem um tempo de acesso.

Por dentro do Barramento

O clock é como um relógio que sincroniza todas as operações e determina os tempo, um dado fica no barramento pelo período que o clock determinar, normalmente essa leitura dos dados no barramento é feito no meio do período de clock em 180 graus, dependendo do hardware essa acontece na rampa ascendente (do nível lógico 0 para 1) ou na rampa descendente (do nível lógico 1 para o 0) fazer a leitura é na verdade ver o estado (alimentado ou não) dos bits do barramento, isso é feito clock a clock, no exemplo abaixo é mostrado um barramento (bus) de apenas 8 bits, atualmente a maioria dos computadores são de 64Bits mais o conceito aqui comentado é exatamente o mesmo.

Esses sinais podem ser analisados com equipamentos como o analisador lógico, ele normalmente tem um canal para cada bit do barramento e assim conseguimos ver todo o barramento ao mesmo tempo, esse tipo de instrumento “Analisador Lógico ou Logic Analyzer” tem diversas funções inclusive pode ser configurado para quando receber uma determinada sequência lógica e pode avisar ao técnico ou mesmo começar a gravar “Log” de tudo o que acontece a partir desse ponto, o que é de extrema importância quando desejamos analisar um protocolo ou mesmo fazer engenharia reversa.

esse tipo de barramento é paralelo pois nesse caso que temos um barramento de 8 bits á cada 1 ciclo de clock temos a leitura ou escrita de 8 bits (1byte) por isso que chamamos de barramento paralelo.

Na ilustração abaixo, temos o diagrama esquemático de um processador, onde foi pegue os pinos do barramento de dados que vai de PG0 á PG7 e colocamos tensões em alguns bits 5 volts e em outros 0 volts e fizemos uma analogia com o que estamos acostumado a falar que são 1’s e 0’s mais vendo no circuito real do hardware com equipamentos apropriados como um osciloscópio ou um analisador lógico o que encontramos nos pinos dos chips (Circuito Integrado) são tensões.

Com o uso do Osciloscópio não podemos analisar todos os bits simultâneo ao contrário do analisador lógico que é possível, os osciloscópio tem normalmente 2 canais e os mais sofisticados tem 4 canais.

No youtube tenho um vídeo com apresentação de um Osciloscópio




Conclusão: O proposito desse tutorial é deixar claro que internamente aos circuitos digitais o que temos são níveis de tensão nos seus pinos e a forma à que nos referimos aos 1’s e 0’s são na verdade uma maneira mais simples para entendermos a lógica já que seria uma loucura nos referenciar aos estados lógicos dizendo que tensão tem em determinados bits, seria impraticável, daí a necessidade de nos referenciamos com esses termos em binário que também a medida que aumenta os dígitos aumenta a dificuldade dos humanos de entender, imagine um endereço de internet IPv6 que são uma sequência de 128 bits em binário e tentar passar para alguém por telefone, daí veio a necessidade de outras formas de representação como no caso do IPv6 representar em notação hexadecimal, mais uma vez esse tipo de notação só nos entendemos internamente aos computadores tudo vira níveis de tensão.