Este artigo explora a estrutura física de um computador, explicando os componentes essenciais como CPU, memória e dispositivos de entrada e saída.

Apresentação

Todo computador, desde o mais potente até o mais simples, funciona a partir de quatro ações principais (quatro etapas). São elas:

  • Entrada
  • Processamento
  • Armazenamento / Recuperação
  • Saída

Essas quatro etapas acontecem toda vez que usamos um computador — seja para assistir a um vídeo, escrever um texto, jogar ou acessar a internet.

Na imagem, quatro componentes (componentes são as partes do computador) estão conectados à CPU (Unidade Central de Processamento). São eles:

  1. Entrada: Representada por um teclado, localizado no canto superior esquerdo.
  2. Memória: Representada por módulos (módulos são componentes que armazenam dados temporariamente) de memória RAM, localizada no canto inferior esquerdo.
  3. Saída: Representada por um monitor, localizado no canto superior direito.
  4. Armazenamento: Representado por um disco rígido, localizado no canto inferior direito.

Cada componente está ligado à CPU por uma linha colorida, indicando a conexão entre eles.

  • Entrada:

    É a forma como o computador recebe informações, como os dados entram no sistema. O teclado é um exemplo de dispositivo que permite a entrada de dados.

  • Processamento:

    É a parte onde o computador realiza cálculos e toma decisões com base nas informações recebidas. A CPU (Unidade Central de Processamento) é o cérebro do computador, responsável por executar as instruções (códigos de programação).

  • Armazenamento:

    É onde os dados são guardados, seja de forma temporária ou permanente. O disco rígido (HD) e o SSD (Unidade de Estado Sólido) são exemplos de dispositivos de armazenamento que mantêm as informações mesmo quando o computador está desligado.

  • Saída:

    É a forma como o computador apresenta os resultados do processamento. O monitor é um exemplo de dispositivo de saída que exibe as informações para as pessoas.

Para que um computador funcione, duas estruturas são necessárias: o hardware e o software. O hardware é a parte física do computador, como o teclado, o mouse, a tela, o processador, a memória, o disco rígido, a placa de vídeo, a placa de som, entre outros.

O software é uma parte que não podemos tocar, é totalmente virtual e lógico (ou seja, não é físico), mas que é essencial para o funcionamento do computador, como o Windows, o Word, o Excel, o PowerPoint, o Google Chrome, o Firefox, redes sociais, jogos, aplicativos, entre outros.

Comparação entre Hardware e Software

O hardware se divide em três partes principais:

  • Microprocessador (CPU)
  • Memórias
  • Dispositivos de Entrada e Saída

A seguir vamos falar um pouco mais sobre cada uma dessas partes.

CPU – Unidade Central de Processamento

CPU é a sigla para Central Processing Unit, que em português significa Unidade Central de Processamento. É o Microprocessador, o chip que faz o computador funcionar. Ele é responsável por executar as instruções dos programas e processar os dados.

O microprocessador é como o “cérebro” do computador. Do mesmo jeito que o nosso cérebro pensa e toma decisões, o microprocessador faz contas e segue instruções para que o computador funcione direitinho. Ele é um chip bem pequeno que fica dentro do computador e cuida das tarefas mais importantes e básicas.

Para imaginar como ele funciona, pense em uma calculadora super rápida. Quando você aperta os botões para fazer uma conta, como somar ou multiplicar, o microprocessador faz esse cálculo em menos de um segundo. Mas ele não faz só contas — ele também ajuda a mover informações de um lugar para outro dentro do computador e a controlar coisas como o teclado e a tela.

Dentro da CPU, existem partes menores com tarefas diferentes. Duas delas são a Unidade Lógica e Aritmética (ULA) e a Unidade de Controle (UC). A ULA faz as contas, como somar e multiplicar, enquanto a UC organiza tudo, dizendo para cada parte do computador o que fazer.

Unidade Lógica e Aritmética (ULA)

Para entender o que é a unidade lógica e aritmética (ULA), primeiro precisamos conhecer um componente chamado multiplexador, ou simplesmente MUX.

Pense no MUX como um “seletor de informações”. Ele escolhe qual dado vai ser usado naquele momento. Ele funciona assim:

  • Entrada de Dados:

    O MUX recebe várias entradas (dados), essas podem ser chamadas de x0, x1, x2, e assim por diante.

    Cada uma delas pode ter um número ou um sinal elétrico. O MUX escolhe uma dessas entradas para passar adiante, dependendo de um comando que recebe.

  • Sinais de Seleção:

    O MUX tem um ou mais sinais de seleção, que são como botões de um controle remoto que escolhem qual entrada deve ser usada. Esses sinais tem nomes como S0, S1, e por aí vai. O "S" seguido de um número indica qual entrada foi escolhida.

  • Saída:

    Depois de escolher uma entrada, o MUX envia essa informação para a saída, que pode ser chamada de Y. A saída é onde o dado escolhido vai ser usado ou processado.

Funcionamento de um multiplexador (MUX) com entradas e sinais de seleção.

Esses sinais de seleção funcionam como um código. Por exemplo:

  • Se o código for 00, o MUX escolhe a entrada x0.
  • Se o código for 01, ele escolhe a entrada x1.
  • E assim por diante...
Funcionamento de um multiplexador (MUX) com entradas A e B, entrada de seleção S, e saída X.

Na prática, o MUX é como um guarda de trânsito das informações: ele permite que apenas uma delas passe por vez.

Para funcionar, ele usa portas lógicas (que fazem operações simples como E, OU, NÃO e OU EXCLUSIVO). Cada entrada está ligada a um conjunto dessas portas, e os sinais de seleção decidem qual delas vai estar ativa.

Por exemplo: Se o sinal for 00, só o caminho da x0 será ativado; os outros ficam desligados. No final, uma porta lógica OU junta tudo e manda o resultado para frente (passa o resultado a diante).

Qual a relação do MUX com a ULA?

A ULA (Unidade Lógica e Aritmética) precisa do MUX para:

  • Escolher qual operação (matemática ou lógica) vai fazer (como somar ou subtrair);
  • Escolher quais números ou dados serão usados.

Sem o multiplexador, a CPU seria muito mais lenta e confusa, porque não teria como organizar o fluxo de informações. É como se, em vez de um painel organizado, você tivesse fios espalhados por todos os lados, sem controle.

O que é a ULA?

A ULA (Unidade Lógica e Aritmética) é como uma calculadora super-rápida dentro da CPU.

Ela faz:

  • Contas: como somar, subtrair, multiplicar e dividir.
  • Comparações: como verificar se um número é maior, menor ou igual a outro.

Por exemplo:

  • Se você pedir para somar 2 + 3, a ULA faz essa conta e dá o resultado 5.
  • Se você perguntar se 4 é maior que 2, ela verifica e responde "sim".

Ela também faz operações de lógica, ou seja, ajuda a saber se algo é verdadeiro ou falso. Isso é essencial para os programas, porque eles precisam tomar decisões o tempo todo.

Esse é um dos pontos mais importantes dentro do computador: é aqui que os números 0 e 1 (do sistema binário) começam a se transformar nos programas que a gente usa, como jogos, editores de texto ou navegadores de internet.

Como assim?

Nós já sabemos que o computador só entende números binários, que são 0 e 1. Essa linguagem de 0 e 1 dos números binários é chamada de linguagem de máquina.

Quando pedimos alguma coisa ao computador, como abrir o Google chrome, Word ou qualquer outro programa, na verdade estamos enviando uma série de comandos em linguagem de máquina. Nosso "pedido" precisa ser traduzido para essa linguagem para que o computador consiga entender. Esse trabalho é feito por programas chamados de compiladores e interpretadores.

Exemplo:

Etapa 1
  • Você pede: faça a soma de 5 + 3.
  • O tradutor (compilador ou interpretador) converte (transforma) isso em um código de máquina, que é uma sequência de 0 e 1.
  • Essa sequência é parecisa com: 01110011 01101111 01101101 01100001 01110010 00100000 00110101 00100000 00101011 00100000 00110011.
Etapa 2
  • A CPU recebe essa sequência de 0 e 1.
  • A ULA (Unidade Lógica e Aritmética) pega essa sequência e entende que precisa fazer uma soma.
  • Ela identifica os números 5 e 3 na sequência de 0 e 1.
Etapa 3
  • A ULA realiza a soma e retorna o resultado.
  • O resultado 8, ainda em forma de 0 e 1, é convertido de volta para uma linguagem que entendemos.
  • Assim, após todo esse processo, o resultado retorna para nós como "8".
Representação do processamento de uma instrução em um computador.

E tudo isso acontece em frações de segundo! A ULA é super rápida e consegue fazer milhões de operações por segundo. É por isso que os computadores são tão poderosos e conseguem rodar programas complexos, como jogos, editores de vídeo e muito mais. É mais ou menos assim que as sequências de 0 e 1 se transformam em informações que entendemos, como textos, imagens e vídeos.

A ULA é uma parte fundamental desse processo, porque é ela que faz as contas e toma as decisões lógicas necessárias para que tudo funcione corretamente. Basicamente temos sinais elétricos, que são representados por essas sequências de 0 e 1, sendo transformados em dados úteis para nós.

Unidade de Controle

Dentro do computador, tem um monte de combinações de números 0 e 1 funcionando ao mesmo tempo. Algumas dessas combinações são dados (como números, textos, imagens), e outras são instruções (ordens para fazer alguma coisa). Mas como o computador sabe o que é dado e o que é instrução, sem se confundir?

É aí que entra a Unidade de Controle.

Pense em uma orquestra com vários instrumentos: violinos, piano, flauta… Todos precisam começar e parar na hora certa. Quem organiza isso é o maestro. Ele não toca os instrumentos, mas mostra o momento certo de cada um entrar na música.

No computador, a Unidade de Controle faz o papel do maestro — ela coordena tudo para que cada parte do computador trabalhe no tempo certo.

O que a Unidade de Controle faz?

  • Busca instruções: Ela vai até a memória do computador e pega as instruções escritas com sequências de 0 e 1.
  • Entende as instruções (decodifica): Ela lê e entende o que deve ser feito. Por exemplo, se a instrução for “somar dois números”, ela avisa a ULA (a parte que faz contas) para se preparar.
  • Coordena tudo no tempo certo: Para isso, ela usa um relógio interno chamado clock. Esse clock faz “tic-tac” bilhões de vezes por segundo. A cada “tic” ou “tac”, a Unidade de Controle dá uma ordem, como:
    • “ULA, é hora de somar!”
    • "Memória, guarda esse resultado!”
    • "MUX, escolha a entrada X0!”

Esse clock não é igual a um relógio de parede. Na verdade, é um cristal minúsculo que vibra muito rápido e manda sinais elétricos. Cada sinal é como uma batida de tambor que marca o ritmo. E esse ritmo é muito rápido: pode acontecer bilhões de vezes por segundo (isso é o que chamamos de gigahertz).

Quando você compra algum computador e a pessoa que está te vendendo diz, por exemplo, que o "processador é de 3 GHz", isso significa que o relógio interno (clock) do processador faz 3 bilhões de batidas por segundo!

Quanto mais rápido esse relógio, mais rápido o computador consegue processar as informações. Porque um clock mais rápido permite que mais instruções sejam executadas em menos tempo.

E na prática, como isso funciona?

Quando você clica para abrir alguma coisa no computador, a Unidade de Controle entra em ação, ela começa a ler um monte de instruções e organiza tudo:

  • Fala para a memória: “Carregue os dados!”
  • Fala para a ULA: ““Calcule onde cada ítem (parte da informação) deve aparecer!”
  • E assim por diante...

A cada batida do clock, um passo diferente acontece, e tudo acontece rápido e na ordem certa. Isso faz com que consiga acessar o que você pediu, como abrir um programa ou salvar um arquivo, sem travar ou demorar muito.

Exemplo: Abrindo um jogo

Vamos imaginar tudo acontecendo rapidinho, em frações de segundo. Mas aqui vamos explicar devagar, passo por passo, para você entender bem.

Passo 1

Você clica no ícone do jogo.

Nesse momento, o seu Windows, Linux ou macOS (também é se aplica a Android no celular) entende que você quer abrir aquele jogo. Ele transforma esse clique em uma série de ordens (instruções) que o “cérebro” do computador (a CPU) consegue entender.

Passo 2

A Unidade de Controle (UC) da CPU começa a trabalhar.

Ela lê a primeira instrução: algo como “pegar o arquivo do jogo que está no HD ou SSD e colocar na memória”.

Passo 3

O relógio interno (clock) organiza cada passo.

A Unidade de Controle usa esse “relógio” para marcar o ritmo. A cada batida do clock, uma nova ação é feita — como se fosse uma coreografia super rápida.

Passo 4

O jogo começa a ser carregado na memória.

Depois que o jogo é colocado na memória, a Unidade de Controle vai lendo, passo a passo, as instruções escritas em números binários (aquela sequência de 0 e 1). Cada instrução manda fazer algo diferente.

Algumas dizem, por exemplo:

  • “Mostre a tela inicial do jogo”
  • “Toque a música de fundo”
  • “Mostre o personagem na posição inicial”
Passo 5

A ULA e o MUX entram em cena.

Quando o jogo precisa fazer algum cálculo, como mover um personagem, a Unidade de Controle percebe isso e ativa a ULA (Unidade Lógica e Aritmética) para fazer as contas. O MUX (Multiplexador) também é ativado para escolher qual dado deve ser enviado para a ULA.

Por exemplo: se você aperta a seta para a direita, o jogo precisa somar a posição do personagem com +1 para ele andar. A ULA faz essa conta e manda o resultado de volta.

O MUX ajuda escolhendo os números certos que a ALU vai usar, para garantir que tudo funcione sem bagunça.

Passo 6

Tudo acontece no ritmo do clock.

Cada batida do clock é um passo. Por exemplo:

  • 1ª batida: a Unidade de Controle lê a próxima instrução.
  • 2ª batida: ela entende o que precisa ser feito.
  • 3ª batida: A ULA faz a conta ou outro componente é ativado.
  • 4ª batida: o resultado é enviado para a memória ou para a tela.

E isso se repete bilhões de vezes por segundo!

Passo 7

Resultado final: o jogo aparece na sua tela.

Tudo isso acontece tão rápido que você só vê o jogo funcionando, com imagem, som e personagens se movendo. Mas por trás disso, tem muito trabalho sendo feito em equipe pelos “componentes” do computador.

Fluxo de dados e controle na abertura de um jogo no computador.

Assim a CPU funciona

Então, agora você já sabe as partes principais da CPU e como elas trabalham juntas para fazer o computador funcionar. A CPU é uma grande coordenadora que organiza tudo, desde as contas simples até as tarefas mais complexas, como rodar jogos e programas.

Ela faz isso de forma super rápida, usando o clock para marcar o tempo e garantir que tudo aconteça na ordem certa. É como uma orquestra onde cada músico (componente) toca sua parte no momento exato, criando uma sinfonia de dados e instruções que fazem o computador funcionar.

É por isso que ela é um microprocessador, porque é um chip que processa tudo isso em alta velocidade, permitindo que você use o computador de forma eficiente e rápida.

Módulo de memória RAM.

Memória

Você já viu em anúncios frases como:

“Computador com 500GB de armazenamento e 8GB de memória RAM!”

E ficou pensando: "Mas não é tudo memória? Por que tem dois nomes diferentes? E por que os dois são medidos em gigabytes?"

Vamos entender isso melhor.

Memória de trabalho e memória de armazenamento

  • Memória de trabalho:

    São voláteis, ou seja, só funcionam enquanto o computador estiver ligado. Quando o computador é desligado, tudo que estava nessa memória é perdido, pois esse tipo de memória não funciona sem energia.

  • Memória de armazenamento:

    São permanentes, ou seja, guardam os dados mesmo quando o computador é desligado. Essas memórias mantêm as informações salvas, como documentos, fotos e vídeos, mesmo sem energia, por isso são chamadas de não voláteis.

Esses dois grupos de memórias possuem membros diferentes, que são usados para tarefas distintas. Vamos ver quais são eles:

  • Memória de trabalho:
    • Memória RAM (Random Access Memory ou Memória de Acesso Aleatório): É a memória de trabalho do computador, onde os dados são processados temporariamente. Ela é rápida, mas perde tudo quando o computador é desligado.
    • Cache: É uma memória muito rápida que fica dentro da CPU e guarda dados que são usados com frequência, para acelerar o acesso a eles.
  • Memória de armazenamento:
    • Disco Rígido (HD): É um dispositivo de armazenamento magnético que guarda grandes quantidades de dados, mas é mais lento que a memória RAM.
    • SSD (Solid State Drive): É um dispositivo de armazenamento mais rápido que o HD, pois usa memória flash para guardar os dados.
    • Memória Flash: É um tipo de memória não volátil usada em pendrives, cartões de memória e SSDs. Ela mantém os dados mesmo sem energia.

Pensa assim: você está na cozinha preparando uma refeição. Você tem um espaço para fazer o preparo, como uma bancada ou uma mesa, e também tem um armário onde guarda todos os utensílios que usa para cozinhar. Conforme vai precisando, você pega os utensílios do armário e coloca na bancada — por exemplo, uma tábua e uma faca para cortar os alimentos, uma panela para fazer o arroz, uma travessa para montar a salada e por aí vai.

A bancada que você está usando funciona como a memória de trabalho do computador. Se ela for pequena, só vai caber poucos utensílios de cada vez, o que limita o que você consegue fazer ao mesmo tempo. Mas se a bancada for grande, dá pra colocar mais coisas ao mesmo tempo, facilitando o preparo de várias partes da refeição de uma vez só.

Já o armário da cozinha é como a memória de armazenamento do computador. Ele guarda todos os seus utensílios. Quando você precisa de algo, vai até o armário, pega e volta pra bancada, você não usa tudo o que tem lá toda vez que cozinha, mas tudo está guardado lá para quando for necessário. Assim como você pode ter um armário pequeno, médio ou bem grande, o tamanho vai depender do quanto você precisa guardar.

Por isso, quando você compra um computador, é importante saber a quantidade de memória RAM (a bancada) e o tamanho do HD ou SSD (o armário). Quanto mais memória RAM, mais coisas você consegue fazer ao mesmo tempo sem travar. E quanto maior o HD ou SSD, mais arquivos você pode guardar.

Memória RAM

A RAM (que significa "memória de acesso aleatório") é onde o computador guarda temporariamente as informações dos programas que estão sendo usados naquele momento.

Pense nela como um quadro que você escreve algo no quadro branco, pode usar essas informações enquanto o quadro está visível. No entanto, quando apaga o quadro ou desliga as luzes da sala, todas as anotações desaparecem.

Da mesma forma, a RAM armazena informações temporariamente enquanto o computador está ligado. Quando você desliga o computador, todas as informações na RAM são perdidas.

Como a RAM funciona por dentro?

A memória RAM é uma memória semicondutora, ou seja, é uma memória feita por componentes de silício, como os transistores. A memória RAM possui também capacitores, que são dispositivos eletrônicos que armazenam carga.

Pense nos transistores como portinhas e nos capacitores como baldinhos que podem estar cheios ou vazios, onde cada baldinho cheio representa um 1 e cada baldinho vazio representa um 0. Assim, a memória RAM armazena informações em forma de sequências de 0 e 1.

Componentes principais de uma memória RAM.
  • Quando juntamos um transistor com um capacitor, formamos o que chamamos de célula de memória. Essa célula é como um bloquinho que consegue guardar uma informação bem pequena: um único bit. Esse bit pode ser um 0 ou um 1, que são os dois valores que os computadores usam para funcionar. Então, cada célula de memória serve para guardar apenas um pedacinho dessa informação.
  • Imagina que a memória RAM funciona como uma estante cheia de caixinhas. Cada caixinha guarda uma informação bem pequena, que pode ser um 0 ou um 1. Quando o computador precisa de alguma informação, ele "vai" até essa estante, abre a caixinha certa e usa o que está lá dentro. Do mesmo jeito que você pode ter várias prateleiras e caixinhas na sua casa para organizar as coisas, a memória RAM tem várias dessas "caixas" para guardar dados por um tempo enquanto o computador está ligado e trabalhando.
  • Cada caixinha (que a gente chama de célula de memória) guarda um pedacinho de informação. Quando juntamos todas essas caixinhas, temos a memória RAM. E quanto mais dessas células a memória RAM tiver, mais coisas o computador consegue guardar por um tempo enquanto está funcionando.
Célula de Memória RAM

Como já falamos, cada célula da memória RAM é como uma caixinha. Dentro dessa caixinha, tem uma "portinha" (que é o transistor) e um "baldinho" (que é o capacitor). Esse balde pode estar cheio — representando o número 1 — ou vazio — representando o número 0. A portinha serve para controlar se o computador pode ou não acessar o que tem dentro do balde.

Cada uma dessas células guarda sempre a mesma quantidade de dados e tem um número único que serve como seu endereço, como se fosse o número da casa onde ela mora. O computador usa esse número para saber onde buscar ou guardar as informações.

Quando o computador precisa acessar a memória, ele faz isso usando o que a gente chama de "palavra de memória". Mas vale lembrar que a memória funciona mais devagar do que o processador. Isso significa que, mesmo que o computador pense rápido, ele às vezes precisa esperar um pouco para a memória responder.

Célula de memória RAM e sua relação com o processador.

Para quem conhece o sistema Braille, usado por pessoas cegas ou com baixa visão, dá pra comparar essas células de memória com as células Braille de uma reglete. A reglete é um tipo de régua com quadradinhos onde se escreve em Braille. Cada quadradinho é uma célula Braille, e cada célula guarda uma única letra. Ou seja, pra escrever uma palavra, você usa uma célula pra cada letra.

Reglete Braille e suas células.

Por exemplo: se a reglete tem 4 linhas e 24 colunas, ela tem 96 células Braille no total. Se você quiser escrever a palavra "casa", vai usar 4 quadradinhos seguidos. A letra "c" vai na primeira linha, primeira coluna; a letra "a" na primeira linha, segunda coluna; a letra "s" na terceira célula; e a última letra "a" na quarta. Cada célula tem uma posição certinha — e é isso que chamamos de endereço.

Endereçamento de células Braille.

Da mesma forma, no computador, cada célula de memória também tem um endereço, só que em vez de linha e coluna, esse endereço é um número. Isso permite ao computador saber exatamente onde guardar ou buscar cada pedacinho de informação.

Endereçamento de memória RAM.

Agora pense em um exemplo com variáveis em um programa. A gente dá nomes como "a", "q", "y" ou "m" para essas variáveis, e o computador guarda os valores delas em endereços de memória. Por exemplo:

  • a está no endereço 1000
  • q está no endereço 1004
  • y está no endereço 1008
  • m está no endereço 1012
  • E assim por diante...

Os nomes como "a" e "z" são o que a pessoa programadora usa pra trabalhar com as variáveis. Já os números como 1000 ou 1028 são o que o computador usa pra localizar exatamente onde está guardada cada informação.

Endereçamento de variáveis na memória RAM.

É como na reglete Braille: a pessoa sabe que a terceira letra da palavra está no terceiro quadradinho. No computador, o processador sabe que certo dado está no endereço 1012, por exemplo. É assim que tudo se organiza.

Linhas de controle: Palavra e Memória

Para o computador conseguir guardar ou pegar informações dessas caixinhas de memória, ele usa duas “linhas” muito importantes que ajudam nesse processo:

  • Linha de palavra: imagine que é como um comando que passa por uma fileira inteira de caixinhas dizendo: "Abram suas portinhas agora!". Quando essa linha é ativada, todas as caixinhas daquela fileira ficam prontas para serem acessadas — ou seja, o computador pode olhar o que tem dentro delas ou colocar algo novo.
  • Linha de memória: funciona como um caminho por onde a informação entra ou sai da caixinha. É como um corredor que leva os dados para dentro ou traz os dados para fora.
Linhas de controle da memória RAM.

Então, para o computador conseguir acessar uma informação que está guardada em uma dessas células de memória, ele precisa ativar as duas linhas ao mesmo tempo:

  • A linha de palavra, que abre a portinha da caixinha, e
  • A linha de memória, que faz o dado chegar até lá ou sair de lá.
Acesso a uma célula de memória RAM.

Pré-carga: Preparação do corrredor

Antes do computador ler ou escrever qualquer informação, o corredor por onde os dados vão passar — que é a linha de memória — precisa estar pronto.

É por isso que existe um circuito chamado pré-carga. Ele serve para “arrumar” esse corredor, deixando tudo limpo e estável. Assim, quando os dados começarem a circular, não tem bagunça nem erro. É como varrer e organizar um caminho antes de alguém passar por ele, para garantir que tudo funcione direitinho.

Pré-carga da linha de memória RAM.

Esse circuito de pré-carga é super importante, porque garante que os dados sejam lidos e escritos corretamente. Se o corredor não estiver pronto, pode acontecer de os dados se perderem ou serem corrompidos.

Escrita de dados

Quando o computador precisa guardar um novo valor (1 ou 0) na memória RAM, ele envia energia por aquelas linhas que vimos antes.

  • Se for para guardar o número 1, o computador ativa o transistor (a portinha), e isso faz com que o balde (o capacitor) seja enchido com energia.
  • Se for para guardar o número 0, o transistor também é ativado, mas dessa vez para que o balde fique vazio, liberando a energia que estava lá.

É desse jeito que, o computador consegue “escrever” novas informações na memória, enchendo ou esvaziando os baldinhos conforme o valor que ele quer guardar.

Escrita de dados na memória RAM.

Leitura de dados

Na hora que o computador precisa ler o que está guardado na memória, ele também usa aquelas mesmas linhas:

  1. Primeiro, a portinha se abre (o transistor é ativado).
  2. Depois, a energia que está no balde — ou a falta (a ausência) dela — passa para o corredor (a linha de memória).

Mas tem um detalhe: essa energia é muito fraquinha, tão pequena que o computador teria dificuldade de perceber se é 0 ou 1 só olhando direto para ela.

Leitura de dados na memória RAM.

Amplificador de sentido

Para resolver esse problema da energia fraquinha, existe um componente chamado amplificador de sentido. Ele funciona como se fosse um megafone:

  • Ele pega aquele sinal bem fraco que saiu do balde,
  • Aumenta esse sinal, deixando ele forte e claro, para que o computador consiga entender direitinho se o valor guardado é um 0 ou um 1.

Assim, o computador (a CPU) consegue ler as informações da memória RAM de forma precisa, sem confundir os valores.

Amplificador de sentido na memória RAM.

Refresh (atualização) da memória RAM

Uma coisa importante de lembrar é que, com o tempo, o balde vai perdendo a energia sozinho, mesmo que ninguém esteja usando ele.

Por isso, a memória RAM precisa passar por um processo chamado refresh (atualização), ou seja:

  • O próprio sistema do computador precisa recarregar esses baldes de tempos em tempos,
  • Para que a informação que está guardada não desapareça.
Refresh da memória RAM.

Recapitulando (revisão)

É assim, com a ajuda de:

  • Baldinhos que guardam a energia (os capacitores),
  • Portinhas que controlam quando os dados entram ou saem (os transistores),
  • Corredores por onde os dados passam (as linhas de memória),
  • E megafones que deixam os sinais mais fortes (os amplificadores),

que a memória RAM funciona dentro do computador. Tudo isso acontece muito rápido e com precisão, enquanto o aparelho está ligado, para garantir que os programas e sistemas funcionem direitinho.

Funcionamento da memória RAM.

Então o funcionamento da RAM acontece assim:

Passo 1

O computador precisa guardar ou ler uma informação.

Passo 2

Ele ativa a portinha (transistor) da célula de memória.

Passo 3

Se for para guardar um 1, ele enche o balde (capacitor) com energia. Se for para guardar um 0, ele esvazia o balde.

Passo 4

Quando o computador precisa ler, ele ativa a portinha novamente.

Passo 5

A energia do balde passa para o corredor (linha de memória).

Passo 6

O amplificador de sentido aumenta o sinal, tornando-o mais forte e claro.

Passo 7

O computador agora consegue entender se o valor guardado é um 0 ou um 1.

É assim que a memória RAM funciona, guardando e lendo informações de forma rápida e eficiente, enquanto o computador está ligado.

Pontos importantes de lembrar

  • O capacitor, aquele balde que guarda energia, não é uma bateria. Ele vai perdendo a energia com o tempo, mesmo se ninguém mexer.

  • Por isso, a própria memória RAM tem um sistema que fica recarregando os baldes de tempos em tempos. Esse processo é chamado de refresh, e ele é necessário para que a informação não desapareça.

  • Mesmo que o computador guarde o número 1 em uma célula, esse valor não fica lá pra sempre. Se a energia acabar, os capacitores vão se esvaziar e os dados se perdem.

  • É por isso que dizemos que a memória RAM é uma memória volátil — ela precisa de energia constante para funcionar. E também por isso ela serve para tarefas temporárias, não para guardar informações permanentemente.

Memória Cache

A memória cache existe para resolver um problema que acontece entre a CPU (o “cérebro” do computador) e a memória RAM.

Essas duas partes são muito importantes para o funcionamento do computador, mas ficam em locais diferentes da placa-mãe: a CPU fica em um lugar, e a RAM em outro, mais afastado.

Por estarem fisicamente distantes, quando a CPU precisa buscar alguma informação na RAM, ela acaba perdendo tempo esperando a resposta chegar. Isso gera um atraso, chamado de gargalo de desempenho.

Para melhorar isso, a indústria de tecnologia criou uma solução: colocar uma pequena quantidade de memória super rápida bem juntinho da CPU. Essa memória é chamada de cache.

A cache é construída dentro do próprio chip da CPU, bem próxima dos circuitos que fazem os cálculos e comandos. Isso faz com que a distância praticamente desapareça — e, com isso, a velocidade aumenta bastante.

Memória cache dentro do chip da CPU.

Ela ainda é feita com a mesma tecnologia da RAM, usando semicondutores e transistores. Mas o que faz a diferença é a proximidade com a CPU, o que a torna muito mais rápida do que a RAM comum.

Por estar dentro do chip do processador, a cache ocupa espaço que é caro e limitado. Por isso, ela é bem menor que a memória RAM.

Para equilibrar velocidade e espaço, a cache é dividida em três níveis:

  • Cache L1: é a menor e mais rápida. Fica colada nos circuitos principais da CPU.
  • Cache L2: um pouco maior e um pouco mais lenta que a L1.
  • Cache L3: ainda rápida, mas maior que as outras. Costuma ser compartilhada entre os núcleos do processador (quando o processador tem mais de um “cérebro” trabalhando junto).
Níveis de memória cache.

No dia a dia, a cache guarda os dados que a CPU mais usa. Quando o processador precisa de alguma informação, ele olha primeiro na cache.

  • Se a informação estiver lá, temos um cache hit (acerto no cache), e ela é usada na hora, com muita rapidez.
  • Se não estiver, acontece um cache miss (falta no cache), e o processador precisa buscar o dado lá na RAM, o que leva mais tempo.

Esse sistema funciona porque, normalmente, os programas tendem a usar os mesmos dados várias vezes em pouco tempo.

Cache hit e cache miss.

Por exemplo, quando um código está fazendo uma conta ou executando um laço de repetição, que é uma estrutura que repete um bloco de código várias vezes, os mesmos números ou instruções são usados. A cache guarda essas informações para acelerar esse tipo de trabalho.

A cache também tem um jeito esperto de organizar os dados. Como ela é pequena, precisa decidir o que guardar e o que jogar fora quando estiver cheia.

Ela faz isso usando algumas “regras”, como:

  • Tirar os dados que não são usados há mais tempo;
  • Ou guardar os dados primeiro na cache e só depois transferir para a RAM, dependendo da situação.

Os dados que ficam na cache são chamados de cache lines (linhas de cache), e cada linha tem um endereço único, assim como as células da RAM.

Tudo isso faz da memória cache uma peça essencial para que os computadores sejam rápidos e eficientes. Mesmo sendo pequena e cara, ela faz uma diferença enorme, porque ajuda a CPU a passar menos tempo esperando por dados e mais tempo trabalhando no que precisa.

HD: Disco Rígido

Agora que já falamos das memórias de trabalho, como a RAM e a cache, vamos entender melhor as memórias de armazenamento, começando pelo HD.

O HD, também chamado de disco rígido, é um tipo de memória onde os dados ficam guardados por bastante tempo, mesmo quando o computador está desligado. E o nome disco rígido não é só um jeito de falar — ele é literalmente um disco, feito de material rígido, que fica dentro de uma caixinha metálica fechada a vácuo.

Disco rígido (HD) aberto, mostrando o disco interno e a agulha de leitura e gravação.

Na superfície desse disco existem partículas magnéticas. É nelas que os dados são gravados. Para isso, o HD tem uma espécie de agulha, parecida com aquela que se usa em toca-discos de vinil. Mas atenção: essa agulha não encosta no disco! Ela flutua bem pertinho da superfície, sem tocar diretamente.

Na ponta desse braço que segura a agulha, existe uma pecinha bem pequena chamada cabeçote. É o cabeçote que lê e grava os dados no disco, movimentando-se para alcançar diferentes partes da superfície.

Ao lado do braço tem uma engrenagem, como um motorzinho, que serve para mover esse braço de um lado para o outro. Além disso, o HD tem várias outras pecinhas internas que ajudam tudo a funcionar direitinho.

Componentes internos de um HD.

Na parte de fora — normalmente embaixo ou na lateral do HD — ficam as entradas, que lembram tomadas. Elas servem para ligar o HD ao computador, levando energia para ele funcionar e permitindo que os dados entrem e saiam.

Parte externa de um HD.

Hoje em dia, essa tecnologia é bem acessível. Ou seja, você consegue comprar um HD com muito espaço para guardar arquivos (como 1 Terabyte ou até 2 Terabytes) por um preço bem razoável. Isso faz com que o HD ainda seja uma opção popular para quem precisa de bastante armazenamento sem gastar muito.

Quais são os problemas do HD?

O HD é muito sensível, e é por isso que ele vem lacrado a vácuo, ou seja, bem fechado e sem ar dentro. Se entrar qualquer sujeirinha lá dentro, isso pode atrapalhar totalmente o funcionamento e fazer o disco parar de funcionar, resultando na perda dos dados.

Disco do HD com sujeira.

Outro problema é a agulha magnética. Ela deve sempre flutuar bem perto do disco, sem tocar na superfície. Se por acaso ela encostar no disco, pode estragar a gravação dos dados.

HD danificado.

Por isso, notebooks que usam HD não são ideais para serem transportados enquanto estão ligados, nem devem ser usados em movimento — como dentro de um carro — e muito menos sofrer quedas ou pancadas. Tudo isso pode danificar o disco rígido, que é muito delicado.

Outro ponto importante é que o HD é um dispositivo mecânico. Isso significa que ele tem partes que se movem, como o disco que gira e a agulha que se move para procurar informações.

Quando o computador precisa encontrar um dado guardado no HD, a agulha tem que se mover pela superfície inteira do disco até chegar na parte onde está a informação. Esse processo é bem mais lento do que o funcionamento elétrico das outras partes do computador, que trabalham quase instantaneamente. Por isso, o HD acaba sendo um gargalo — ou seja, um obstáculo — que deixa o computador mais lento.

É por isso que, em computadores com HD, abrir programas mais pesados pode demorar bastante. O que acontece é que o programa está sendo “buscado” lá dentro do HD e, pouco a pouco, carregado para a memória RAM, que é a memória de trabalho do computador.

Para não deixar tudo ainda mais lento, muitos programas usam uma estratégia: em vez de acessar o HD toda hora, eles anotam as mudanças na memória primeiro e só depois mandam salvar tudo de uma vez no HD. Isso ajuda a deixar o uso do programa mais rápido e eficiente.

Swap (ou área de troca)

Nos HDs, existe um espaço especial chamado swap, é como uma memória reserva que o computador usa quando a memória principal, a memória RAM, já está cheia.

Imagine que você está usando uma mesa para organizar suas tarefas (essa mesa é a RAM). Mas aí, de repente, a mesa fica cheia de coisas e você não tem mais espaço para continuar trabalhando. Então você resolve usar um cantinho do armário, que normalmente serve para guardar coisas, para continuar fazendo parte do trabalho ali mesmo. Esse cantinho do armário é o que chamamos de swap — ele fica no HD do computador.

O objetivo do swap é evitar que o computador trave ou pare de funcionar quando tem muitos programas abertos ao mesmo tempo. É como ter um lugar extra para organizar a bagunça quando a mesa já não dá conta.

Mas tem um detalhe importante: o HD é bem mais lento que a RAM, porque funciona com partes mecânicas, enquanto a RAM é toda elétrica e muito mais rápida. Então, quando o computador começa a usar o swap com frequência, ele pode ficar bem mais devagar. É como se você precisasse se levantar toda hora da cadeira para buscar algo no armário — isso cansa, atrasa e torna tudo mais lento.

Por isso, é sempre bom ter uma quantidade adequada de memória RAM no computador, compatível com o que você costuma fazer. Assim, você evita depender muito do swap e mantém o computador funcionando de forma mais rápida.

SSD: Unidade de Estado Sólido

O SSD (sigla em inglês para Solid State Drive, ou Unidade de Estado Sólido) é um tipo de armazenamento de dados que não tem partes móveis, ao contrário do HD tradicional que funciona com discos girando e agulhas se movendo.

O SSD usa uma tecnologia chamada memória flash NAND, que é a mesma que encontramos em pen drives e cartões de memória, só que em versões mais rápidas, seguras e confiáveis.

SSD: Unidade de Estado Sólido.

Dentro de um SSD, as informações são guardadas em células de memória, que são organizadas em páginas, e essas páginas são agrupadas em blocos. Por exemplo: 512 páginas podem formar 1 bloco.

Como funciona quando você salva ou lê algo no SSD?

  • Quando o computador lê uma informação, ele acessa diretamente a célula de memória, usando eletricidade, e isso acontece quase instantaneamente.

  • Já para gravar uma informação nova, o processo é um pouco mais complicado. O SSD geralmente precisa apagar um bloco inteiro antes de poder escrever algo novo nele. Por isso, existe uma técnica chamada TRIM, que limpa os blocos que não estão mais sendo usados, ajudando o SSD a escrever os dados com mais rapidez.

SSD aberto, mostrando as células de memória.

O papel do controlador

O controlador é uma peça muito importante dentro do SSD — ele é como o "cérebro" do dispositivo. Ele cuida de várias tarefas ao mesmo tempo:

  • Decide onde cada dado será guardado,
  • Corrige erros automaticamente (com algo chamado ECC – Código de Correção de Erros),
  • Distribui os dados de forma equilibrada (wear leveling) para que o SSD dure mais tempo,
  • E mantém o desempenho sempre alto, mesmo depois de muito uso.

Pontos importantes de lembrar

  • Velocidade de acesso:
    Os SSDs NVMe, que são conectados diretamente na placa-mãe via barramento PCIe (Peripheral Component Interconnect Express em português quer dizer Interconexão de Componentes Periféricos e é um padrão de conexão para dispositivos de alta velocidade), são de 6 a 10 vezes mais rápidos do que SSDs comuns do tipo SATA (Serial ATA que se conecta via cabos), e podem ser até 20 ou 30 vezes mais rápidos do que um HD tradicional.

  • Desgaste com o tempo:
    As células de memória NAND não duram para sempre — elas só aguentam um número limitado de gravações. Por isso, os SSDs usam técnicas como wear leveling (distribuir bem as gravações) e over-provisioning (reservar uma parte da memória só para segurança) para aumentar sua vida útil.

  • Falhas:
    Um SSD pode parar de funcionar de repente, principalmente se for de baixa qualidade ou se já tiver sido muito usado. Diferente do HD, que costuma avisar antes de falhar, como fazendo barulhos estranhos, o SSD pode simplesmente parar de funcionar sem aviso prévio. Por isso, é sempre bom fazer backups regulares dos seus dados importantes.

Comparando HD e SSD

Agora que já entendemos como o HD e o SSD funcionam, vamos comparar os dois para ver as diferenças e vantagens de cada um.

Comparação entre HD (Disco Rígido) e SSD (Unidade de Estado Sólido) em termos de velocidade, durabilidade, custo por GB, consumo de energia e nível de ruído.
Característica HD (Disco Rígido) SSD (Unidade de Estado Sólido)
Velocidade Lento, devido às partes móveis Extremamente rápido, sem partes móveis
Durabilidade Menos durável, sensível a choques e quedas Mais durável, resistente a choques
Custo por GB Mais barato por gigabyte Mais caro por gigabyte
Consumo de energia Maior consumo de energia Menor consumo de energia
Nível de ruído Pode fazer barulho devido ao movimento do disco Silencioso, sem partes móveis

Como a memória do computador é organizada hoje

Como já comentamos antes, no dia a dia é comum ouvir falar da memória RAM, geralmente quando alguém menciona um “pente” de 8 GB ou 16 GB que se encaixa na placa-mãe do computador.

O tipo mais comum atualmente é a memória DDR, que significa Double Data Rate (ou taxa dupla de dados, em português). Isso quer dizer que esse tipo de memória consegue enviar e receber dados duas vezes a cada ciclo do processador (clock).

Em outras palavras: quando o “relógio” interno da CPU faz um tic, ela já transfere dados, e no tac, transfere de novo — por isso, ela é mais rápida do que as memórias mais antigas.

Módulo de memória DDR.

Nos servidores, que são computadores maiores e mais potentes, a memória costuma ser ainda mais sofisticada. Eles usam memórias com tecnologia ECC (Error Correcting Code), que são capazes de corrigir automaticamente pequenos erros, como quando um bit (o menor pedacinho da informação) se altera sozinho por algum defeito ou até por radiação.

Essas memórias são mais caras, mas evitam problemas sérios que poderiam travar ou corromper os dados. Já nos computadores comuns, esse tipo de erro é bem mais raro, mas também pode acontecer.

Mesmo assim, quando um programa está funcionando, ele não acessa diretamente a memória RAM.

Em vez disso, ele usa um gerenciador de memória, que é um tipo de software (programa) responsável por organizar tudo o que está sendo guardado.

O programa só enxerga (acessa) uma espécie de memória virtual, como se fosse uma versão mais organizada e controlada da memória real.

Quem decide o que vai para qual lugar é o processador (CPU), com a ajuda do sistema operacional (seu Windows, Linux, MacOS, etc.), que trabalham juntos para deixar tudo funcionando de forma rápida e eficiente.

É o sistema operacional que fica escolhendo o tempo todo o lugar certo para colocar cada informação:

  • Se deve ir para a cache,
  • Para a RAM,
  • Ou até mesmo para o HD ou SSD, dependendo do que for mais adequado no momento.

Assim, o computador consegue trabalhar de forma organizada, sem perder tempo procurando as informações, e tudo fica mais rápido e eficiente.

Dispositivos de Entrada e Saída

Os dispositivos de entrada e saída são os equipamentos que o computador usa para receber informações do mundo externo e também para mostrar essas informações de volta para a pessoa que está usando a máquina.

  • Dispositivo de entrada: é o que o computador usa para receber dados.
  • Dispositivo de saída: é o que ele usa para entregar os dados de volta.

Por exemplo, quando você digita algo, fala no microfone ou tira uma foto com a câmera do notebook, o computador está recebendo informações. Isso acontece por meio de dispositivos de entrada, como:

  • Teclado
  • Mouse
  • Microfone
  • Câmera
  • Scanner (leitor de documentos)
  • Joystick (controle de videogame)
  • Touchpad (painel sensível ao toque)
  • Leitor de impressões digitais
  • Leitor de cartões (como os de memória)
  • Leitor de código de barras
  • Leitor de QR Code

Já quando o computador precisa mostrar algo para você, ele usa dispositivos de saída, como:

  • Monitor (ou tela)
  • Impressora
  • Caixa de som (ou alto-falante)
  • Fones de ouvido
  • Projetores
  • Plotter (impressora de grande formato)
  • LEDs (luzes indicadoras)
  • Vibradores (como os de celulares)

Esses dispositivos são os que permitem ao computador mostrar texto, imagens, sons e vídeos. Eles ajudam a pessoa a interagir com o computador e a entender o que está acontecendo dentro dele.

Dagrama de Venn classificando dispositivos de entrada e saída de um computador.

Também existem dispositivos que fazem as duas coisas ao mesmo tempo — entrada e saída. Alguns exemplos são:

  • Touchscreen (tela sensível ao toque (você toca — entrada; a tela mostra — saída)
  • Modems (enviam e recebem dados da internet)
  • Placas de rede (fazem o computador se comunicar com outros computadores pela rede)

Esses dispositivos são chamados de dispositivos de entrada e saída ao mesmo tempo, e são muito comuns em equipamentos modernos. Eles permitem que o computador receba e envie informações simultaneamente, facilitando a interação com o usuário.

Resumo

Ok! Neste artigo, nós aprendemos sobre:

  • CPU - Unidade Central de Processamento:
    o cérebro do computador, responsável por executar as instruções dos programas.
    Neste tópico conhecemos a ULA (Unidade Lógica e Aritmética), que é a parte da CPU que realiza operações matemáticas e lógicas. Conhecemos também a UC (Unidade de Controle), que coordena as atividades da CPU e controla o fluxo de dados entre os componentes do computador.
  • Memórias:
    Aprendemos sobre as memórias de trabalho, como a RAM e a cache, que são usadas para armazenar temporariamente os dados enquanto o computador está ligado. Também vimos as memórias de armazenamento, como o HD e o SSD, que guardam os dados de forma permanente.
  • Dispositivos de Entrada e Saída:
    Dispositivos que permitem ao computador receber informações do mundo externo (entrada) e mostrar essas informações de volta para as pessoas (saída). Aprendemos sobre os principais dispositivos de entrada, como teclado, mouse e microfone, e os dispositivos de saída, como monitor, impressora e caixa de som. Também vimos os dispositivos que fazem as duas coisas ao mesmo tempo, como touchscreen e modems.

Esses componentes trabalham juntos para fazer o computador funcionar, permitindo que ele execute tarefas, armazene informações e interaja com as pessoas de forma eficiente.

Eu achei importante falar sobre isso, porque se estou fazendo uma série sobre computação para iniciantes, é essencial entender como o computador funciona por dentro. O computador é o centro de tudo, e conhecer seus componentes é fundamental para quem quer aprender mais sobre tecnologia.

As pessoas constroem programas e aplicativos para computadores, outras pessoas usam esses programas e aplicativos por meio de outros computadores e existe toda uma infraestrutura de servidores e redes que conecta tudo isso que também funciona em cima de computadores (computadores enormes chamados servidores).

Então, entender como o computador funciona é o primeiro passo para quem quer se aprofundar nesse mundo da tecnologia. É como aprender a ler e escrever antes de começar a escrever livros. Precisa conhecer as regras básicas antes de criar suas próprias histórias.