1. Sistemas de Numeração

CENTRO FEDERAL DE ENSINO TECNOLÓGICO DE SANTA CATARINA
UNIDADE DESCENTRALIZADA DE SÃO JOSÉ
NÚCLEO DE TELECOMUNICAÇÕES
REDES DE COMPUTADORES E
A CAMADA FÍSICA
CAPÍTULO 1
Introdução à Comunicação de dados
Prof. JORGE HENRIQUE B. CASAGRANDE M.Sc
ABRIL 2006
MÓDULO 1
CAPÍTULO 1 - Introdução à Comunicação de dados
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO A COMUNICAÇÃO DE DADOS..................................................................................... ........2
0.1 Mundo Digital X Mundo Analógico.......................................................................................................... .........2
0.2 Definições Importantes em Comunicações de Dados................................................................................ .........3
0.3 Códigos de Comunicação...................................................................................................................... .............4
0.3.1 Código BAUDOT (CCITT-2).............................................................................................................. ..........5
0.3.2 Código EBCDIC........................................................................................................................................... .6
0.3.3 Código ASCII - “American Standard For Code Information Interchange” ......................................... .........6
0.3.4 Unicode........................................................................................................................................... ..............9
0.3.5 SAMPA.............................................................................................................................................. ...........9
0.4 Motivações para a Comunicação entre Computadores................................................................. ...................10
1.5 Um Sistema Básico de Comunicação de Dados............................................................................. ..................10
1.6. Terminais e Computadores.................................................................................................................... .........14
1. INTRODUÇÃO A COMUNICAÇÃO DE DADOS
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MÓDULO 1
CAPÍTULO 1 - Introdução à Comunicação de dados
0.1Mundo Digital X Mundo Analógico
A estrutura dos computadores atuais é baseada na utilização de informações digitais
binárias, mas até algum tempo atrás, ainda se utilizava em algumas aplicações o
chamado computador analógico.
Os computadores analógicos utilizavam sinais analógicos em circuitos complicados
e processavam um número muito pequeno de informações. Seus circuitos básicos
eram integradores, diferenciadores, somadores, etc. Os sinais analógicos se
caracterizam pôr possuir um número infinito de valores de uma grandeza em função
do tempo e o seu processamento pode ser em muitos casos bastante complexo.
(a) sinais analógicos
1
0
1
1
(a) sinais digitais
Figura 1.1 - Sinais Analógicos X Sinais Digitais
O computador digital, pela sua flexibilidade, substitui com grandes vantagens o
analógico. Os sinais digitais se caracterizam pôr apresentar níveis discretos de valores
de uma grandeza elétrica que, segundo uma lei de formação, correspondem a uma
informação que se deseja processar.
A estrutura do processamento da dados tem como base a informação codificada
segundo uma base digital binária.
0.2Definições Importantes em Comunicações de Dados
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MÓDULO 1
CAPÍTULO 1 - Introdução à Comunicação de dados
BIT: (binary digit): É a unidade discreta com valor elementar de armazenamento e
transmissão de informações. Pode assumir valores “0” ou “1”. Quando armazenado
em um meio magnético (disco ou fita magnética) ocupa um espaço físico e quando
transmitido através de uma rede, ocupa o meio de transmissão pôr um intervalo de
tempo.
BYTE: Ao associarmos um conjunto de bit’s, cuja a representação assume um
sentido próprio e compatível com a arquitetura de processamento adotada, estamos
definindo o byte. O byte é hoje considerado um agrupamento de 8 bits.
CARACTERE: Um conjunto de bits que obedece a uma lei de formação (código) e
tem um símbolo como representação gráfica é denominada de caractere.
INFORMAÇÃO: Um conjunto de caracteres que represente um texto, um gráfico,
uma imagem ou mesmo um som, processados em um computador para um específico
fim é uma informação. As informações podem ser processadas em tempo real e
enviadas, se necessário for, para um outro sistema de processamento. Em outra
situação, esta informação pode ficar armazenada no computador na forma de um
arquivo, e a qualquer tempo pode ser utilizada.
DADOS: No mundo da informática chamamos de dados uma determinada
informação ou conjunto de informações a serem processadas pelo computador.
PROCESSAMENTO DE DADOS: O processamento de dados consiste basicamente
na operação sobre dados de entrada em um computador produzindo dados de saída
como resultado. A operação é na realidade definida por uma seqüência de instruções
pré-definidas e que direcionam a transformação dos dados de entrada em dados de
saída. A confecção destas instruções é chamada de programação e o conjunto de
instruções constituem o programa.
DADOS DE
ENTRADA
UNIDADE DE
PROCESSAMENTO DE
DADOS
DADOS
DE SAÍDA
Figura 1.2 - Processamento de Dados
0.3Códigos de Comunicação
O Conceito de Código
A codificação é o processo de utilizar um conjunto de símbolos segundo regras
pré-determinadas com fins de representar uma determinada informação.
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MÓDULO 1
CAPÍTULO 1 - Introdução à Comunicação de dados
Neste sentido a linguagem natural utilizada pelos seres humanos pode ser considerada
como um código. No mundo digital utilizamos uma série de códigos para dar
significado as seqüências de bits. Como exemplo podemos citar o GRAY, BCD etc.
Basicamente, computadores armazenam números e para armazenar texto na sua
memória, é preciso converter os grafemas em números. Por exemplo: a memória do
computador, não armazena a letra A, mas o número 41H (em binário é claro...).
Os códigos alfanuméricos são aqueles que permitem a representação de letras,
números e símbolos os quais são indispensáveis para o entendimento de textos. Dentre
estes códigos os mais conhecidos são o BAUDOT, o ASCII e o EBCDIC.
O número de bits utilizado no código determina o número máximo de caracteres
possíveis a serem representados, segundo a forma:
C =2N
onde: C -> número de caracteres que podem ser representados
N -> número de bits do código
A existência de diferentes códigos em um sistema onde várias máquinas se
comunicam pode ser inconveniente, exigindo a conversão de códigos (camada de
apresentação do OSI/ ISO).
0.3.1Código BAUDOT (CCITT-2)
O código CCITT-2 foi padronizado pela CCITT em 1932 e é utilizado pelos serviços
de telex em todo o mundo. Este código foi criado por Émile Baudot em 1874 e por
isto também é conhecido pelo seu nome.
O código BAUDOT se utiliza da combinação de 5 bits para a representação das letras,
números e símbolos, permitindo, inicialmente, a representação de até 32 caracteres.
Contudo o uso de "dupla ocupação" possibilita a extensão destas representações. Esta
técnica basicamente consiste em utilizar o caracter LETRAS para identificar o início
de uma seqüência de caracteres (de 5 bits) que corresponde as LETRAS e o caracter
FIGURAS para dar início as representações dos demais caracteres. Veja a tabela à
seguir:
Binário
00011
11001
01110
01001
00001
Hexadecimal
03
19
0E
09
01
LTRS
A
B
C
D
E
FIGS
?
:
$
3
5
MÓDULO 1
01101
11010
10100
00110
01011
01111
10010
11100
01100
11000
10110
10111
01010
00101
10000
00111
11110
10011
11101
10101
10001
01000
00010
00100
11111
11011
00000
CAPÍTULO 1 - Introdução à Comunicação de dados
0D
1A
14
06
0B
0F
12
1C
0C
18
16
17
0A
05
10
07
1E
13
1D
15
11
08
02
04
1F
1B
00
F
G
H
I
J
K
L
M
N
O
P
Q
R
S
T
U
V
W
X
Y
Z
CR
LF
SP
LTRS
FIGS
[..unused..]
!
&
#
8
BELL
(
)
.
,
9
0
1
4
'
5
7
;
2
/
6
"
CR
LF
SP
LTRS
FIGS
[..unused..]
CR = Carriage Return, LF = Line Feed, BELL = Campainha, SP = Espaço
0.3.2Código EBCDIC
O código EBCDIC é principalmente utilizado nos meios computacionais de grande
porte tais como os computadores IBM. Este código possui 8 bits permitindo a
representação de até 256 caracteres.
0.3.3Código ASCII - “American Standard For Code Information Interchange”
No início do desenvolvimento dos computadores, as soluções para tratar texto
privilegiavam o idioma inglês. A primeira tabela ASCII fazia uma correspondência
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MÓDULO 1
CAPÍTULO 1 - Introdução à Comunicação de dados
entre números e os grafemas básicos da ortografia inglesa. Essa tabela alcançava até o
número 127, o que corresponde a um código de 7 bits. A primeira tabela ASCII
funcionava bem para tratar textos em inglês, mas deixava a desejar na representação
de textos em português, por exemplo, pois não considerava os grafemas com
diacríticos da nossa ortografia como: á, é, ô, ç, ü, etc.
O código ASCII básico (não estendido) utiliza-se de 7 bits e portanto 128 caracteres
são passíveis de representação (veja a fig. 1.3). A divisão dos caracteres é determinada
pelos 2 bits mais significativos da seguinte forma: ‘00’ para caracteres de controle,
‘01’ para símbolos e dígitos, ‘11’ para letras minúsculas e outros símbolos e ‘10’ para
letras maiúsculas. Em geral é adicionado 1 bit de paridade para realização de controle
de erro.
Tabelas ASCII estendidas
Com o tempo, a tabela ASCII foi expandida até o número 255. Em notação binária,
isso corresponde a um número com 8 dígitos e, por isso, ela é considerada um código
de 8 bits. Uma tabela ASCII estendida tem todos os caracteres considerados pela
tabela anterior de 7 bits, mais uma expansão que resolveu vários problemas de
representação como, por exemplo, os grafemas com diacríticos da língua portuguesa.
Embora a tabela ASCII de 8 bits seja mais ampla que sua antecessora e atenda às
necessidades de representação em computador de um idioma como o português, ainda
assim, alguns problemas persistem. A tabela ASCII estendida não permite acomodar
ao mesmo tempo os grafemas do sistema latino e de outros sistemas como o cirílico,
grego, hebraico, etc. Em função disso, foram criadas várias tabelas ASCII de 8 bits,
cada uma delas adaptada às necessidades de uma ortografia específica.
Pesquise na internet uma das tabelas ASCII
estendidas, conhecida como ISO 8859-1 ou
Latim I!!!
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CAPÍTULO 1 - Introdução à Comunicação de dados
Figura 1.3 – Tabela ASCII básica (não estendida)
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MÓDULO 1
CAPÍTULO 1 - Introdução à Comunicação de dados
0.3.4Unicode
O padrão Unicode é definido pela Unicode Consortium (www.unicode.org),
instituição sem fins lucrativos que se propõe a desenvolver um sistema abrangente e
padronizado de representação de escrita em computadores.
No padrão Unicode, cada caractere está associado a um número identificador único. A
tabela Unicode abrange os mais variados sistemas de escrita como latino, grego,
cirílico, hebraico, árabe, japonês, chinês, etc., além de considerar símbolos
matemáticos, musicais, de moeda, etc. Em função da variedade de caracteres que
apresenta, a tabela Unicode é subdividida em blocos. Alguns exemplos:
 Unicode Latim Básico
 Unicode Latim I Suplementar
 Unicode Latim Estendido A
 Unicode Latim Estendido B
 Unicode Extensões IPA
 Unicode Letras modificadoras de espaçamento
 Unicode Sinais diacríticos combinados
O primeiro bloco da tabela Unicode (Latim básico) equivale exatamente à tabela
ASCII de 7 bits.
Os blocos Extensões IPA, Letras Modificadoras de Espaçamento e Sinais Diacríticos
Combinados são de especial interesse dos lingüistas porque trazem a simbologia do
Alfabeto Fonético Internacional.
O padrão Unicode considera um número elevado de caracteres. Seus identificadores
são números binários de 16 dígitos e, por isso, o Unicode é considerado um código de
16 bits. A versatilidade do Unicode tem um custo, que é justamente o consumo maior
de memória. Enquanto na primeira tabela ASCII, cada caractere estava associado a
um número de 7 bits, no padrão Unicode cada caractere armazenado consome 16 bits
de memória.
O Unicode tem sido adotado maciçamente pela indústria de software, o que o torna o
padrão para representação de escrita em computadores.
0.3.5SAMPA
O padrão Sampa (Speech Assessment Methods Phonetic Alphabet) é uma alternativa
para representar em computador transcrições como a da IPA, quando se dispõe apenas
dos caracteres da tabela ASCII de 7 bits. No padrão Sampa, fonemas do AFI, são
representados por uma combinação de grafemas da tabela ASCII básica. Exemplos:
Vogal oral, frontal, semi-fechada, não arredondada E
Vogal oral, frontal, semi-fechada, arredondada 9
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CAPÍTULO 1 - Introdução à Comunicação de dados
Diacrítico indicador de duração longa :
Consoante velar lateral aproximante L\
Vogal oral, central, semi-fechada, não arredondada @\
Essa solução pode ser útil em casos como o envio de transcrições por e-mail quando o
serviço só opera com caracteres da tabela ASCII 7 bits. Existem tabelas Sampa para
vários idiomas, inclusive português. Além disso, existe uma tabela Sampa estendida,
chamada X-Sampa, orientada para a representação do Alfabeto Fonético
Internacional.
Veja algumas tabelas no link abaixo:
http://www.radames.manosso.nom.br/gramatica/grafiacomputador.htm
0.4 Motivações para a Comunicação entre Computadores
A conexão entre computadores ou terminais traz grandes vantagens em um grande
número de aplicações. Entre estas vantagens podemos citar:
a) As organizações empresarias e industriais modernas são geograficamente dispersas
por uma cidade, país ou no próprio mundo. A troca de informações entre sistemas
computacionais destas organizações, de modo rápido e seguro, é de vital
importância para a manutenção da qualidade dos serviços prestados. Além disto,
um empresário ou técnico pode rapidamente acessar informações remotas através
da conexão de um computador portátil.
b) Os sistemas de controle e automação aplicam-se em processos que também são
distribuídos geograficamente. Neste caso os diversos equipamentos de controle
devem se comunicar entre si para a manutenção da consistência do processo;
c) A rede de computadores/terminais permite o compartilhamento de recursos, muitas
vezes caros, permitindo, por exemplo, executar programas remotamente em
máquinas ociosas.
d) Uma rede de computadores permite uma redundância natural das informações
possibilitando, por exemplo, que uma máquina assuma rapidamente a função de
outra no caso de falha. Além disto, através de técnicas de banco de dados
distribuídos é possível manter cópias de informações em diferentes estações de
modo transparente ao usuário.
e) O acesso doméstico a serviços de rede é uma realidade, podendo-se, por exemplo,
obter informações (imagens inclusive) de longa distância em tempo real;
f) Finalmente além de muitas outras, a rede possibilita uma grande flexibilidade de
trabalho e pode-se ter acesso as mesmas informações em diferentes pontos do
sistema.
1.5 Um Sistema Básico de Comunicação de Dados
Um sistema de comunicação de dados está mostrado no esquema à seguir:
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MÓDULO 1
CAPÍTULO 1 - Introdução à Comunicação de dados
ID
DTE
IA
DCE
DCE
DTE
Meio de transmissão
Dois tipos de equipamentos básicos integram sempre aos pares este sistema de
comunicação de dados:
•
•
DTE ("Data Terminal Equipment") - Equipamento Terminal de Dados (ou
ETD);
DCE ("Data Communication Equipment") - Equipamento de Comunicação de
Dados (ou ECD).
Dois pontos de conexão física importantes se destacam neste modelo:
a) A Interface Digital (A título de simplificação passaremos a chamá-la de ID), que
disponibiliza na forma digital o ponto de contato com o mundo externo do
equipamento;
b) A Interface Analógica (IA), que conecta especificamente os DCEs ao canal de
comunicação. Neste ponto(s) teremos um sinal convertido a partir do sinal digital,
apropriado ao meio utilizado.
Em aplicações locais, ainda é possível entender que dois DTEs interligados por suas
interfaces digitais (sem a presença de DCEs) também pode se considerado um sistema
básico de comunicação de dados. Convém destacar porém que, em geral, se deseja
trocar dados em longas distâncias. Neste caso a presença dos DCEs é imprescindível,
independente do meio de comunicação que se deseja utilizar.
O DTE desse modelo pode ser substituído por um DSE (como um roteador) sem
prejudicar o entendimento de todos os elementos básicos envolvidos. Aliás para a
maior parte dos serviços disponibilizados pelas operadoras de telecomunicações, se
utilizam de DSEs para interligar o cliente a sua rede, formando o mesmo modelo
básico em questão.
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MÓDULO 1
CAPÍTULO 1 - Introdução à Comunicação de dados
Figura 1.4 – Sistema de Comunicação Básico
O DTE é a denominação utilizada para designar o equipamento que se encontra nas
partes finais do sistema de comunicação, ou seja, aquele equipamento capaz de gerar e
absorver dados na forma digital. Um DTE pode ser tanto um supercomputador (ex.
IBM), com grande poder de processamento, como também uma máquina pequena
como um terminal ou microcomputador.
É bom salientar que funcionalmente um terminal é diferente de um computador,
embora ambos sejam DTE's. Normalmente um terminal é simplesmente um
dispositivo de entrada e/ou saída de dados com muito pouco ou nenhum poder de
processar dados. Em sistemas centralizados, onde existe somente um grande
computador executando as funções de processamento de dados, podem ser utilizados
dezenas de terminais cuja função é basicamente ler o teclado e enviar dados para o
computador principal ou receber dados do computador principal e mostrá-los no
vídeo. O computador nestes casos é chamado de host (hospedeiro) e normalmente
possui vasta quantidade de memória principal e secundária, grande velocidade de
processamento, e sobretudo um sistema operacional poderoso.
São exemplos de DTE's:
•
•
•
•
•
uma estação de trabalho para controle de tráfego aéreo;
um terminal de acesso a saldo bancário ou a saques automáticos;
um terminal de vendas em uma loja;
um equipamento de amostragem de qualidade de ar;
uma CLP em um sistema de controle de um processo de produção de cerâmica;
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CAPÍTULO 1 - Introdução à Comunicação de dados
• um microcomputador conectado a um sistema de correio eletrônico;
• uma impressora;
No sistema de comunicação mostrado na Fig.1.4 o objetivo básico é a comunicação
entre os DTE's A e B indicados. Neste caso os dois DTE's são computadores que
executam os processos AP1, AP2, AP3 e AP4. O processo AP1 conforme indicado se
comunica logicamente com o processo AP3. Fisicamente esta comunicação é
realizada através dos DCE's e do meio físico de comunicação.
O DCE é o Equipamento de Comunicação de Dados ("Data Communication
Equipment"). A função básica do DCE é adaptar ou interfacear o sinal digital gerado
ou a ser recebido pelo DTE às condições do meio de comunicação. O DCE mais
conhecido é o MODEM. Observe-se que o DCE não gera espontaneamente
informação mas somente repassa a mesma de outra forma. Atualmente muitas funções
foram incorporadas a um DCE e em muitos casos foram incorporados inclusive algum
poder de processamento conforme será visto posteriormente.
A construção de redes complexas de comunicação (ver Fig.1.5) envolvem também um
outro equipamento chamado DSE - Equipamento de Comutação de Dados ("Data
Switching Equipament"). O objetivo principal do DSE é rotear ou seja determinar
caminho para as informações que por ele trafegarem até que a mesma chegue ao seu
destino final. Em redes de computadores este equipamento pode ser considerado um
SWITCH (veremos no módulo 2). Em redes Privativas de comunicação de dados ele
pode ser um PROCESSADOR DE REDE (veremos no módulo 3)
Figura 1.5 - Um Sistema de Comunicação Complexo
Diversos tipos e configurações de rede possíveis serão analisadas posteriormente. Por
hora a figura 1.4 servirá como base para os estudos subsequentes salvo quando
indicado o contrário.
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MÓDULO 1
CAPÍTULO 1 - Introdução à Comunicação de dados
1.6. Terminais e Computadores
Os terminais baseados em tubos de raios catódicos e teclado foram introduzidos no
mercado a partir de 1965 em substituição as teleimpressoras (terminais baseados em
impressoras). Inicialmente eram extremamente caros mas com o surgimento da
tecnologia de integração de circuitos tiveram seus preços reduzidos e logo dominaram
o mercado.
Os terminais normalmente apresentam as seguintes características:
• teclado capaz de gerar todos os caracteres alfanuméricos em algum código;
• um monitor CRT;
• capacidade de enviar e receber dados de/para um computador remoto (normalmente
através de uma interface serial).
O terminal difere de um computador no sentido em que não pode processar a
informação do usuário mas somente repassá-la para um computador principal para
que este processe e depois retorne as saídas do processamento. Em uma análise mais
detalhada é possível diferenciar alguns terminais quanto a sua “inteligência”:


“burros”- que não executam nenhum tipo de processamento, limitando-se a enviar
cada caracter teclado através da interface serial e, em sentido inverso, mostrar no
vídeo cada caracter recebido. Ex: terminal do tipo VT100 da DEC, ou MINICOM
do Unix.
“inteligentes”- são terminais capazes de realizar alguma edição com os dados do
usuário e além disto capazes de executar protocolos de comunicação com um
computador principal. Ex: a família IBM 3270 realizando comunicação síncrona
com o computador principal..
 Emuladores de Terminais
Os computadores da atualidade são capazes de executar software que permite aos
mesmos se comportarem como terminais. Estes software’s são chamados de
emuladores de terminais. Dependendo do software é então possível fazer com que o
computador emule em um dado momento um terminal VT100 ou por exemplo um
IBM3270.
A finalidade desta emulação é garantir que mesmo a partir de um microcomputador
seja possível acessar um computador principal em um sistema centralizado. Um
exemplo de emuladores de terminais é o software KERMIT, o “terminal” do windows
3.1 e o hyperterminal do Windows 95.
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MÓDULO 1
CAPÍTULO 1 - Introdução à Comunicação de dados
Mesmo em um ambiente de rede local é possível a emulação de terminais para acesso
a sistemas do tipo UNIX. Neste caso, pode-se por exemplo, a partir do emulador
telnet ou SSH, acessar um host UNIX, “logando-se dentro da máquina”.
Exercícios de fixação de conceitos
1. Conceitue bit, byte, caracteres, informação, dados e processamento de dados.
2. Cite 3 motivações para a comunicação de dados.
3. Conceitue DTE, DCE e DSE. Cite exemplos.
4. Desenhe o modelo básico de comunicação de dados indicando cada uma das partes.
5. Descreva a diferença básica entre um computador, um terminal burro e um terminal
inteligente.
6. O que é um emulador de terminal?
7. Para que serve um código de comunicação?
8. Transforme o seu primeiro nome no código ASCII normal (em hexadecimal) e em
BAUDOT.
9. Para que servem os caracteres de controle no código ASCII?
10. Qual é o total de caracteres representáveis em um código com 5 bits como o
BAUDOT? Prove!
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