Aprenda Programação em 2025

NOTE

Se já possuir conhecimento básico de como computadores funcionam, pode pular este tópico

Como funciona um computador de forma simples

Um computador é uma combinação de componentes feitos para trabalharem em união para um objetivo em comum.

Pode ser composto de diversos componentes, mas alguns são mais importantes para um desenvolvedor de software do que outros.

Unidade Central de Processamento (CPU)

Aqui é onde a magia acontece, onde as operações (na maior parte das vezes) são realizadas.

É o componente que recebe dados, realiza operações e devolve os novos dados. É onde os programas são executados em sua maioria.

Quanto maior a frequência do clock, maior a velocidade em que a CPU processa os dados.

É composta de certas unidades, por exemplo:

• Unidade de controle (CU)
• Unidade aritmética e lógica (ALU)
• Unidade de geração de endereços (AGU)
• Unidade de gerenciamento de memória (MMU)
• Cache
• Memória de acesso randômico (RAM)
• Unidade de armazenamento
• Parte lógica
  • Mas o que é sistema binário?
  • Padrão ASCII

Unidade de controle (CU)

Coordena as outras unidades, definindo quando cada unidade deve agir e como devem responder às instruções recebidas.

Unidade aritmética e lógica (ALU)

Realiza as operações matemáticas de inteiros e as manipulações de bits.

Unidade de geração de endereços (AGU)

Realiza cálculos de endereços de memória (RAM) que serão usados pela CPU.

Unidade de gerenciamento de memória (MMU)

Faz a conversão entre endereços virtuais e endereços físicos.

Cache

É um tipo de memória. Possui menor capacidade de armazenamento, porém é a mais próxima das outras unidades, permitindo que os processamentos não precisem acessar a memória ram para pegar os dados necessários.

Possuem níveis, como L1, L2, L3 etc.

Memória de acesso randômico (RAM)

Serve para armazenar os dados enquanto o computador está ligado. É onde os programas ficam quando são carregados, de onde a CPU pega o que precisa, faz o que precisa fazer e depois envia novamente para a memória ram.

Possui uma capacidade de armazenar muito mais dados que a CPU, porém não é tão rápida para ser acessada como os caches.

O nome é acesso randômico porque não existe uma ordem definida para acessá-la. É possível ir para qualquer endereço definido, sem precisar passar por outros.

Unidade de armazenamento

Aqui temos vários tipos, onde os mais comuns são:

• Unidade de disco rígido (HDD), também chamado de HD
• Unidade de estado sólido (SSD)

Ambos possuem o mesmo propósito, só mudam como atingem esse objetivo, armazenar dados por longos períodos, mesmo se o computador for desligado.

Possuem uma capacidade muito maior de armazenamento que RAM, porém o acesso (tanto leitura quanto escrita) é muito mais lento.

Um programa então é carregado do HD/SSD, vai para a RAM e para a CPU, e a partir daí depende do que o programa faz.

Parte lógica

Aqui quero tratar de um tópico que está em ambos os lados, software e hardware.

Antes de tudo, é necessário entender que computadores sabem apenas uma única linguagem real, a binária. Para o hardware, é o sinal elétrico ligado ou desligado. Para o software, dois valores, 0 ou 1.

Mas o que é sistema binário?

É um sistema numérico que determina a quantidade de símbolos únicos para a representação de números. O sistema mais comum que temos é o sistema decimal, com 10 símbolos únicos (de 0 a 9). Após o último símbolo único, passamos a repetir os símbolos conhecidos para formar outros números.

O binário é o mais utilizado em computadores, mas também podemos falar de um outro sistema muito conhecido, o hexadecimal. Ele possui símbolos de 0 a 9, de A ao F, sendo A equivalente ao 10 decimal e F equivalente ao 15 decimal. Este sistema é utilizado por representar valores binários grandes com menos símbolos, onde 1111b = F.

A partir desse sistema binário, conseguimos criar sequências de sinais e atribuir significados para essas sequências. Atualmente agrupamos 8 sinais, chamados de byte.

Alguns exemplos de representação numérica que cabe em um byte.

As empresas que criam os processadores (por exemplo, Intel e AMD) definem que certos bytes possuem significados específicos, criando assim comandos. Isso permite que outras pessoas sejam capazes de criar programas utilizando esses comandos. Como é em um nível mais próximo de como funciona o chip, os comandos são direcionados às capacidades do chip, como mover dados de um lado para o outro, fazer operações matemáticas básicas, pular de uma parte do código para outro, ler dados de alguma parte da memória.

Quando o processador faz essas manipulações, ele geralmente tem duas opções: manipular dados ou manipular endereços (na verdade tem uma terceira opção, mas não precisamos ver isso agora). Quando tratamos de dados, podemos empregar alguns padrões existentes, um deles é o ASCII.

Padrão ASCII

Um sistema que atribui significados para os bytes é chamado de ASCII, Código Padrão Americano para o Intercâmbio de Informação. Possui 128 sinais com diferentes categorias.

Alguns exemplos:

Quando tratamos de dados em formato texto, é necessário escolher o padrão utilizado para codificar o texto (codificação de caracteres, ou character encoding em inglês). Serve para fazer um mapeamento de cada caractere ou símbolo do seu texto para um byte, possibilitando o entendimento e representação visual.

Boa parte desses sinais em ASCII não são visíveis, servem apenas para controle e é entendido pela máquina sem necessidade de representação visual.

Conversões entre sistemas numéricos

Como dito anteriormente, existem outros sistemas numéricos com bases diferentes, como o decimal (base 10) e o hexadecimal (base 16).

Vamos fazer a conversão de binário para decimal. 0000 0010 é igual a 2 em decimal. Para cada dígito, fazemos assim:

onde i é o índice/posição do dígito começando da direita para a esquerda, em zero.

aqui temos então que com 4 dígitos em binário, podemos representar no máximo até o valor 15, que é a soma dos 4 dígitos se forem valor 1.

Para converter o número 1010: Sabemos que temos “ativado” o a posição 3 e a posição 1, então basta somar seus valores, 8 + 2 = 10.

Agora um número maior, que é utilizado para representar A em ASCII:

0100 0001 -> 65 (A)

Algo que pode notar é que sempre será um número ímpar se o dígito no índice 0 for 1.