Linguagem binária, eletrônica e física

Vocês já pararam pra pensar por que usamos o sistema decimal?

Com dez números podemos escrever qualquer número, desde cedo, antes mesmo de entrarmos na escola, aprendemos a contar:  0, 1, 2, 3, 4 , 5, 6 ,7, 8, 9, e aí temos a dezena: 10, 11, 12, …..99, centena, depois milhar e assim por diante.

Provavelmente o sistema decimal foi adotado porque iniciamos a contar usando os dedos das mãos e como temos dez dedos nas mãos, foi esse o sistema adotado pela maioria dos povos. Mas se tivéssemos optado pelo sistema hexagonal teríamos vantagem nas contas realizadas de cabeça, pois existem mais números divisíveis por 6 do que por 10.

Para a linguagem computacional a decisão foi escolhida de forma prática, a facilidade de uso da linguagem binária. Para usarmos um sistema decimal no computador precisaríamos de um sistema eletrônico bem mais complexo. A linguagem binária é fácil, pois se baseia na passagem ou não de corrente elétrica. Um componente eletrônico chamado transistor é o responsável por esse controle. O transistor pode funcionar como um amplificador de corrente elétrica ou como um interruptor, uma espécie de chave automática que permite a passagem de elétrons através de uma barreira de potencial. Essa função era feita, antes da eletrônica, pelas válvulas. Temos assim: passagem de corrente: estado ligado ou informação: Sim (1), ou bloqueio da corrente, estado desligado: não (0).

Transistor

Um computador só “entende” zeros e uns. Qualquer número que você digitar ele converterá para um conjunto de 0 e/ou 1. A menor unidade de informação, portanto é um bit (um algarismo zero ou um algarismo um). O conjunto de oito bits forma um byte. Quando dizemos que uma música em mp3 tem 3,5 MB (megabytes) significa que ela ocupa 3,5 milhões de bytes de informação, ou 8 x 3,5 = 28 milhões de bits de informação. Se seu HD tem 500 GB você já sabe quanto de informação ele pode conter, 500 bilhões de bytes.

Mas como fazemos para escrever um número com zeros e um? Por exemplo, como pode ser escrito o número 243 em linguagem binária?

A ideia é bem simples, é fácil fazer uma máquina somar, então somamos todos os bits que formam um byte. Dispomos cada byte numa linha e cada bit formará uma coluna (veja a tabela abaixo). Na primeira coluna da esquerda para a direita temos: 2⁷ = 128, a segunda 2⁶ = 64, na terceira 2⁵ = 32, na quarta 2⁴ = 16, na quinta 2³ = 8, na sexta 2² = 4, na sétima 2¹ = 2 e na oitava 2⁰ = 1 (qualquer número elevado a zero é um).

Dessa forma somando-se todos os números dessa linha teremos o total: 128+64+32+16+8+4+2+1 = 255, mas só fazemos essa soma se todos estiverem marcados com o numero 1. Ao se colocar zero significa que não devemos contar aquela coluna. Por exemplo: marcando zero em toda linha teremos o número 0. Marcando apenas a última coluna teremos o valor 2⁰ = 1. O número 2 pode ser escrito como 10, que significa: não considere nenhuma coluna apenas a antepenúltima, que significa 2¹ =2. Já o três teremos que somar o 2 com o 1, portanto marcamos 1 na coluna 7 e na coluna 8: 2¹+2⁰=2+1=3. Seguindo esse raciocínio obtemos a tabela abaixo:

2^7	2^6	2^5	2^4	2^3	2^2	2^1	2^0	TOTAL
0	0	0	0	0	0	0	0	0
0	0	0	0	0	0	0	1	1
0	0	0	0	0	0	1	0	2
0	0	0	0	0	0	1	1	3
0	0	0	0	0	1	0	0	4
0	0	0	0	0	1	0	1	5
0	0	0	0	0	1	1	0	6
0	0	0	0	0	1	1	1	7
0	0	0	0	1	0	0	0	8
0	0	0	0	1	0	0	1	9
0	0	0	0	1	0	1	0	10
0	0	0	0	1	0	1	1	11
1	1	1	1	0	0	1	1	243

Note que o número 100 em decimal equivale ao número 4 em linguagem binária e o 1000 ao número 8. Para encontrarmos o número 243 devemos escrever: 11110011.

Válvula

Para escrever letras o computador utiliza um código de conversão alfanumérico.

O transistor permitiu a miniaturização da eletrônica. As válvulas eram grandes e dependiam do aquecimento para funcionar, eram lentas. O transistor é rápido e minúsculo e pode ser tornado menor ainda em chips (circuitos integrados). A física quântica teve um papel fundamental nisso, assim como o eletromagnetismo foi importante para o desenvolvimento dos motores elétricos e para a linha de montagem. Assim como sem as leis da termodinâmica não seria possível a primeira revolução industrial.

O desenvolvimento da fibra óptica e do laser está sendo fundamental para a eletrônica digital. Os zeros e uns podem ser obtidos pelo mesmo princípio, mas ao invés de corrente elétrica, utiliza-se a luz do laser. Luz = 1, escuro = 0. Um CD ou DVD, por exemplo, possui trilhas que refletem a luz, ou absorvem a luz.

Circuito Integrado (Chip)

A física teve e ainda tem um papel fundamental no avanço tecnológico, na verdade isso vale para toda ciência. É preocupante então, que nosso país não incentive os alunos a se dedicarem a área científica, principalmente à física e química. Alcançamos o posto de sétima economia mundial, mas para avançarmos ainda mais e também para mantermos isso, precisamos investir em tecnologia de ponta, e sem mão de obra qualificada e sem pesquisadores de alto nível (em quantidade) estaremos sempre atrás.

Praticamente todo jornal traz um caderno diário de política, esportes, economia, mundo, cotidiano e até horóscopo. Será que algum dia teremos um caderno diário de ciência?

feixes de laser

Comparação entre poder de transmissão da fibra optica e dos fios de cobre convencional

fibra óptica sendo percorrida por laser

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Tags: Ciência e Tecnologia, eletrônica, Informática