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Edição 310: Como os alunos aprendem?

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dom 25/03, 15:52

 

[novaescola.org.br]   Domi Domingo, 25 de março, 2018 novaescola.org.br »   Oi, tudo bem? Queria falar com você sobre a revista de março. Afinal, se você se cadastrou no nosso site, é justo que receba nossas mensagens com exclusividade. :) NOVA ESCOLA sempre falou muito sobre como ensinar. E, recentemente, uma leitora nos fez uma provocação: "Vocês nunca nos contaram como os alunos aprendem!". Bingo! Ela estava certa. Abraçamos o desafio e, na edição de março, você confere uma reportagem sobre as novas descobertas da neurociência sobre a aprendizagem. Os estudos ainda estão no começo, mas as perspectivas são incríveis - e certamente chegarão na sua escola antes do que você imagina. Se você ainda não é assinante, eu te convido a  fazer a sua assinatura digital e acessar está reportagem agora mesmo!  A nova revista digital está muito mais bonita e fácil de ler, especialmente no celular. E tem mais: como assinante você tem direito a cursos on-line práticos certificados, que dialogam e aprofundam o conteúdo da revista. E, se você estiver pensando em fazer uma comprinha, mais uma novidade da assinatura digital: descontos em produtos e serviços em 250 lojas de todo o Brasil. Tudo isso por apenas R$ 5 por mês! Grande abraço, Leandro Beguoci Diretor editorial e de conteúdo

PLACA DE VÍDEO

O que é uma placa de vídeo

A placa de vídeo, também chamada de placa gráfica ou acelerador gráfico, é o elemento do computador encarregado de converter os dados digitais a serem exibidos em dados gráficos exploráveis por um monitor ou outro dispositivo de exibição.
A função da placa de vídeo era inicialmente o envio de pixels gráficos para uma tela e algumas manipulação gráficas simples, como o deslocar o cursor do mouse, traçar linhas, traçar polígonos, entre outras. .....

Como se apresentam as placas de vídeo 3D

Hoje em dia, as placas de vídeo recentes vêm equipadas com processadores especializados para cálculo de quadros gráficos mais complexos em 3D. O principal componente de uma placa vídeo é o processador gráfico (GPU - Graphical Processing Unit), que constitui o núcleo da placa de vídeo e é encarregado de processar as imagens em função da resolução e profundidade de codificação selecionada. O GPU é um processador especializado com instruções para o processamento da imagem, principalmente em 3D. Devido à temperatura que pode atingir, o processador gráfico pode ter um radiador e um ventilador.
Além do GPU, há a memória de vídeo, encarregada de conservar as imagens tratadas pelo processador gráfico antes da exibição; quanto maior for a quantidade da memória de vídeo, melhor a placa de vídeo poderá gerenciar as texturas durante a exibição de imagens em 3D.
Chamamos de frame buffer, a memória que armazena e transfere dados de um quadro de imagem para a tela do computador. Ela designa a parte da memória de vídeo que serve para armazenar as imagens antes de exibição. As placas de vídeo são tributárias do tipo de memória utilizado na placa, porque o seu tempo de resposta é determinante para a velocidade de exibição das imagens, bem como a quantidade de memória, jogando com o número e a resolução das imagens que podem ser armazenadas no frame proteção.
Há ainda o RAMDAC (Random Access Memory Digital-Analog Converter - Conversor Digital-Analógico de Memória de Acesso Aleatório), que permite converter imagens digitais armazenadas no frame de proteção em sinais analógicos enviados ao monitor. A frequência do RAMDAC determina as taxas de atualização (número de imagens por segundo, expresso em Hertz) que a placa de vídeo pode suportar. Por fim, a placa de vídeo possui o BIOS de vídeo, que contêm os parâmetros da placa, principalmente os modos gráficos que o adaptador pode suportar, e a interface, tipo de barramento utilizado para conectar a placa de vídeo à placa-mãe.
O canal AGP foi previsto para aceitar débitos consideráveis de dados, necessários para a exibição de um vídeo ou sequências em 3D. O barramento PCI Express possui melhor desempenho do que o canal AGP e, hoje, podemos dizer que o substituiu. 

Quais são as interfaces

Existem vários tipos de interfaces de placas de vídeo. A mais utilizada é a interface VGA padrão, que possui um conector VGA com 15 pinos (Mini SubD, composto de três séries de cinco pinos), geralmente de cor azul, permitindo a conexão de telas CRT. Este tipo de interface permite enviar à tela três sinais analógicos que correspondem aos componentes vermelho, azul e verde da imagem.
Também existem os tipos DVI (Digital Video interface), presente em certas placas de vídeo e utilizado para envio de dados digitais para as diversas telas compatíveis com esta interface, o que evita a conversão de dados digitais em analógicos e vice-versa; e a interface S-Vídeo, que equipa a maioria das placas de vídeo e permite visualizar em uma televisão o mesmo que se vê no computador. Por esta razão, ela é frequentemente chamada de TV-out (saída de TV). 

Como são as placas aceleradoras 3D

Placa de vídeo 3D

A função de uma placa de vídeo 3D, é auxiliar o processador na exibição de imagens tridimensionais. Uma imagem em três dimensões é formada por inúmeros polígonos, sobre os quais são aplicadas texturas. Para apresentar a imagem de uma mesa em 3D, por exemplo, seja num jogo ou programa gráfico, é preciso que o programa mantenha na memória, a localização dos vários polígonos que compõe a mesa, juntamente com as texturas que serão aplicados sobre eles. Também é necessário calcular a posição exata de cada polígono na imagem, os pontos de iluminação e as partes da imagem que não são visíveis.

Apesar de um pouco complicado e extremamente trabalhoso, este processo nos recompensa com imagens tridimensionais virtualmente perfeitas. - Você poderia então perguntar: Existem muitos jogos tridimensionais que dispensam o uso de placas 3D, como o Doom, FX Fighter, Duke Nukem, Quake, etc., fora os programas gráficos. Qual é então a necessidade do uso de uma placa 3D?

A resposta é que, apesar do processador ser capaz de criar imagens tridimensionais, trabalhando sozinho ele não é capaz de gerar imagens de qualidade a grandes velocidades (como as demandadas por jogos) pois tais imagens exigem um número absurdo de cálculos. Para piorar ainda mais a situação, o processador tem que ao mesmo tempo executar inúmeras outras tarefas. Alguém então pensou: "E se criássemos um dispositivo para auxiliar o processador a criar imagens 3D perfeitas e em grande velocidade?" Daí surgiram as placas aceleradoras 3D, que possuem processadores dedicados, cuja função é unicamente processar as imagens, o que podem fazer com incrível rapidez, deixando o processador livre para executar outras tarefas. Com elas, é possível construir imagens tridimensionais com uma velocidade incrível. Vale lembrar que uma placa de vídeo 3D só melhora a imagem em aplicações que façam uso de imagens tridimensionais, em aplicativos 2D, a placa fica ociosa.

Como é feito o cálculo de uma imagem

O cálculo de uma cena em 3D é um processo que se  decompõe  em  quatro  etapas:  o  script:

aplicação dos elementos, a geometry: criação de objetos simples, o setup: corte em triângulos 2D e rendering: a renderização, ou seja, o preenchimento das texturas.
Assim, quanto mais a placa aceleradora 3D executa sozinha estas etapas, mais o processador central se livra destas tarefas, oferecendo imediata exibição. Os primeiros chips efetuavam apenas a renderização, deixando o processador tratar do resto. Em seguida, as placas passaram a possuir um mecanismo de configuração que executa as duas últimas etapas.
Na sequência, o Pentium II de 266 Mhz começou a executar as três primeiras etapas, calculando até 750 mil polígonos por segundo. Esse desenvolvimento aliviou a carga de trabalho sobre o processador....

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Como funciona o barramento

O tipo de barramento também é determinante. Enquanto o barramento AGP não traz nenhuma melhoria para a exibição em 2D, as placas que o utilizam, ao invés do barramento PCI, são muito mais eficazes. Isto é explicado pelo fato do barramento AGP estar conectado diretamente à memória RAM, o que resulta em uma banda larga muito maior do que o barramento PCI. Estes produtos de alta tecnologia exigem a mesma qualidade de fabricação dos processadores, bem como as gravações que vão de 0.35 µm a 0.25.
Para aumentar ainda mais a velocidade de cálculo 3D, é possível colocar várias placas de vídeo em um único computador. Isso é chamado de multi GPU. As placas são conectadas por um barramento específico, além do PCI Express. A arquitetura proposta pela nVIDIA é chamada de SLI, enquanto que o ATI chama esse método de crossfire (fogo cruzado). Ambas as arquiteturas não são, obviamente, compatíveis. .

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Glossário das funções aceleradoras 3D e 2D

Termo	Definição
Gráficos 2D	Mostra a representação de uma cena de acordo com 2 eixos de referência (x e y)
Gráficos 3D	Mostra a representação de uma cena de acordo com 3 eixos de referência (x, y e z)
Alpha blending	O mundo é composto de objetos opacos, translúcidos e transparentes. O alfa blending é uma maneira de acrescentar informações de transparência a objetos translúcidos. Isto é feito efetuando uma renderização dos polígonos através de máscaras cuja densidade é proporcional à transparência dos objetos. A cor do pixel que resulta é uma combinação da cor de primeiro plano e a cor de fundo. O alfa tem geralmente um valor compreendido entre 0 e 1 calculado da seguinte forma: novo pixel=(alfa)*(cor do primeiro pixel)+(1-alfa)*(cor do segundo pixel)
Alpha buffer	É um canal adicional para armazenar a informação de transparência (Vermelho-Verde-Azul-Transparente)
Anti-aliasing também chamado de anti serrilha	Técnica permitindo fazer aparecer os pixels com menos recortes
Bitmap	Imagem pixel por pixel
Bilinear filtering	Filtragem bilinear - permite fluidificar a passagem de um pixel de um lugar para outro (durante uma rotação, por exemplo)
BitBLT	É uma das funções de aceleração mais importantes, ela permite simplificar o deslocamento de um bloco de dados, considerando as particularidades da memória de vídeo. Ela pode, por exemplo, ser utilizada durante o deslocamento de uma janela
Blending	Combinação de duas imagens acrescentando-as bit por bit
Bus Mastering	Uma função do barramento PCI que permite receber informações diretamente da memória sem transitar pelo processador
Correção da perspectiva	Um método para fazer o mapeamento (envolvimento) com texturas (texture mapping). Ele considera o valor de Z para mapear os polígonos. Quando um objeto se afasta da objetiva, ele aparece menor em altura e em largura, a correção de perspectiva consiste em dizer que a taxa de mudança nos pixels da textura é proporcional à profundidade
Depth Cueing	Baixa a intensidade dos objetos que se afastam da objetiva
Dithering	Permite arquivar imagens de qualidade 24 bits em tampões menores (8 ou 16 bits). O dithering utiliza duas cores para criar uma só
Double buffering	Um método que utiliza dois tampões, um para a exibição e outro para o cálculo do retorno, assim, quando o retorno é feito, os dois tampões são trocados
Flat shading ou Constant shading	Sombreamento plano ou constante - atribui uma cor uniforme a um polígono. O objeto retornado aparece com facetas
Fog	Utiliza a função blending (mistura) para um objeto com uma cor fixa (quanto mais se afasta da objetiva, mais esta função é utilizada)
Gamma	As características de uma exibição que utiliza fósforos são não lineares. Uma pequena alteração da tensão para baixa cria uma mudança na exibição do brilho. Esta mesma mudança para mais elevada tensão não dará a mesma magnitude de brilho. A diferença entre o que é esperado e o que é medido chama-se Gamma
Gamma Correction	Antes de serem exibidos, os dados devem ser corrigidos para compensar a Gamma
Gouraud Shading	Algoritmo (com o nome do matemático francês que o inventou) que permite uma união das cores por interpolação. Ele atribui uma cor para cada pixel de um polígono baseando-se numa interpolação das suas espinhas. Ele simula a aparência de superfícies plásticas ou metálicas
Interpolação	Maneira matemática de regenerar informações ausentes ou danificadas. Quando se aumenta uma imagem, por exemplo, os pixels ausentes são regenerados por interpolação
Line Buffer	É um tampão feito para memorizar uma linha de vídeo
Lissage Phong	Algoritmo (com o nome de Phong Bui-Tong) permitindo a união das cores calculando a taxa de luz em vários pontos de uma superfície, e alterando a cor dos pixels em função do valor. É mais guloso em recursos do que o alisamento Gouraud
MIP Mapping	Texturas borradas – é uma palavra que provém do latim (Multum in Parvum) que significa 'vários num só'. Este método permite aplicar texturas de diferentes resoluções para objetos de uma mesma imagem, dependendo do seu tamanho e da sua distância. Isto permite por texturas de alta resolução quanto mais se aproximar de um objeto
Projeção	Transforma (reduzindo-o) um espaço em três dimensões para um em duas dimensões
Rasterisation	Transforma uma imagem em pixels
Resultado (Rendering)	Cria imagens realistas em uma tela utilizando modelos matemáticos para o alisamento, as cores, etc.
Rendering engine	Parte material ou software encarregado de calcular os primeiros 3D (geralmente, triângulos)
Tesselation ou facettisation	Tecelagem ou facetamento - aumento do número de picos de um objeto. O cálculo de gráficos em 3D pode ser dividido em três partes: facetamento, geometria e retorno. O facetamento é a parte que consiste em recortar uma superfície em formas menores, recortando-a (frequentemente em triângulos ou quadriláteros)
Texture Mapping	Consiste em armazenar imagens constituídas por pixels (texels) e, em seguida, envolver objetos em 3D com esta textura para obter uma representação mais realista dos objetos
Tri-linear filtering	É uma extensão do método de filtragem de textura bilinear – ele se baseia no princípio da filtragem bilinear, a filtragem trilinear consiste em fazer uma média de dois níveis da filtragem bilinear
Z-buffer	Parte da memória que armazena a distância de cada pixel na objetiva. Quando os objetos são enviados para a tela, o rendering engine deve remover as superfícies ocultas
Z-buffering	Exclui as faces ocultas utilizando os valores armazenados no Z-buffer

Conhecer as características da sua placa de vídeo

Softwares como o Aida32, Everest ou SIW permitem identificar a placa de vídeo presente no computador e informar as características detalhadas.

DESFRAGMENTAÇÃO DE DISCO

Entre os múltiplos usos do termo disco, destaca-se aquele que diz respeito ao conceito de disco rígido (ou disco duro), que é o dispositivo de armazenamento de dados utilizado nos computadores.

A noção de desfragmentar, por outro lado, refere-se ao processo de acomodar os arquivos de um disco para que cada um deles ocupe uma área contígua e não haja espaços sem uso entre eles.

Este procedimento é necessário tendo em conta que, à medida que o utilizador cria e apaga (ou elimina) arquivos no disco rígido, um arquivo pode ser partido (fragmentado) em vários pedaços, o que torna o acesso à informação mais complicado.

Portanto, quando se produz o armazenamento não contíguo de arquivos, ocorre a fragmentação. Este inconveniente é frequente no sistema operativo Windows, o qual dispõe de uma ferramenta denominada desfragmentador de disco que se encarrega de resolver o assunto.

O desfragmentador de disco ordena os fragmentos de informação que são distribuídos ao longo do disco, o que ajuda a melhorar a distribuição do espaço livre/disponível e a velocidade de acesso aos dados. Como a informação é movida de forma física, é necessário memória suficiente para realizar os movimentos. A estrutura lógica do disco, em contrapartida, não sofre qualquer alteração.

Cabe destacar que o desfragmentador de disco do Windows evita comprometer os arquivos inamovíveis do sistema, daí que a desfragmentação do disco não pode chegar aos 100%.

Dependendo do tipo de sistema de arquivos, a desfragmentação deve ser mais ou menos frequente. A partição de tipo FAT, por exemplo, fragmenta-se mais rapidamente do que a NFTS.

Desfragmentação de disco: por que fazer e como ocorre?

Entulhando o disco rígido

Para você ter uma ideia do porquê de fazer a desfragmentação, é necessário primeiramente entender como os arquivos são armazenados no disco rígido.O armazenamento de arquivos depende principalmente do sistema operacional, porém vamos abordar somente a maneira como o Windows trabalhar com os arquivos, porque ele é o sistema que mais necessita de desfragmentação.

Primeiramente confira o infográfico abaixo e então leia o texto explicativo.

Legenda: HD com o sistema recém-instalado

Na imagem acima, você pode conferir o exemplo de um HD que tem o sistema Windows recém-instalado, programas gerais, alguns jogos e softwares específicos de porte maior. Na figura abaixo você verá o que acontece quando você remove alguns dados que estejam no disco.

Legenda: Após deletar alguns dados e desinstalar programas, o HD fica com buracos

Repare que as partes que estão preenchidas com um degradê de preto e branco são as áreas onde havia algum programa ou jogo. Agora que este conteúdo foi apagado (desinstalado), o disco rígido fica com buracos, não fisicamente, mas virtualmente são espaços onde não há nada instalado. Repare na figura a seguir, o que acontece quando instalamos algo novo no disco rígido.

Legenda: Novos aplicativos irão entrar nos buracos

Veja que as áreas pintadas com uma mistura de tons de verde é o espaço ocupado pelo Jogo 4. Contudo, o Windows não conseguiu inseri-lo em um mesmo espaço, sendo que foi necessário separar os dados em partes. Uma parte do jogo está bem distante das outras duas, fator que irá complicar muito na hora em que você for abrir e utilizar o conteúdo deste jogo.

Além disso, o “Espaço Livre 2” é uma área onde havia conteúdo e agora não há mais, que futuramente estará com muitos outros dados. Confira na imagem abaixo, como seu HD pode ficar após um ano — ou até menos tempo — de uso, de tanto instalar (e desinstalar) jogos e programas e de salvar tantos dados no disco.

Legenda: Após muito tempo, o HD virou uma bagunça e está todo fragmentado

Note o que o Windows se obriga a fazer quando você não para de instalar e desinstalar softwares. Ele reparte tudo, deixa cada parte dos programas e dos documentos espalhados pelo disco rígido, exatamente como se os programas estivessem em fragmentos. Isso começa a dificultar cada vez mais o acesso a qualquer arquivo dentro do HD, porque seu disco terá de ler um pedaço do arquivo na parte inicial do disco e outro no final.

O Windows quebra qualquer arquivo

Para não ter de ficar trabalhando constantemente, o Windows se aproveita de qualquer espaço vazio que você tenha em seu disco rígido. Suponhamos que você deletou alguns arquivos de música que totalizavam 30 MB. Logo após isso, você baixou o trailer de um filme que tem 50 MB de tamanho. O Windows não irá perder tempo organizando seus arquivos para colocar o trailer completinho em um mesmo lugar. Ele simplesmente deixa 30 MB do trailer onde estavam seus arquivos de música e coloca os outros 20 MB em outro setor qualquer.

Organizando a bagunça e juntando fragmentos

O Windows é um sistema que tem uma tendência bem maior a deixar os dados do disco rígido sempre bagunçados. Sabendo disso, a Microsoft incluiu no sistema um desfragmentador de disco e usá-lo é uma obrigação do usuário que não quer ter um sistema operacional veloz funcionando como uma “lesma”. Portanto, é altamente recomendado que a cada três meses (ou até em menos tempo que isso) você execute o desfragmentador. Veja no infográfico o que o desfragmentador faz com os dados do disco rígido.

Legenda: Ao desfragmentar, o Windows agrupa as pastas e arquivos do mesmo tipo em um mesmo local.

Repare que o desfragmentador do Windows agrupou os jogos num mesmo local, os documentos estão todos juntos, os softwares agora ficam em um mesmo setor do disco. Vale frisar que o desfragmentador obedece à ordem das pastas e não dos tipos de arquivos. O processo não se resume somente a organização dos arquivos, mas principalmente a união dos fragmentos dos arquivos, daí o nome “Desfragmentador”.

Por exemplo: ele verifica que você possui o jogo Gears of War instalado, contudo, durante a instalação não havia espaço suficiente em um mesmo setor, sendo que o instalador foi obrigado a separar os 10 GB (GigaBytes) do jogo em vários locais.

Sendo assim, o desfragmentador irá unir todas as DLLs, arquivos de som, vídeo e demais arquivos do Gears of War em um mesmo local, para que quando você for abrir o jogo, o Windows não tenha de buscar as DLLs necessárias em outro local.

Por que ao desfragmentar, os arquivos de mesmo tipo não ficam num mesmo lugar?

Pois bem, para explicar isso é bem fácil,  pegue o mesmo exemplo utilizado acima. Caso o

desfragmentador unisse todas as DLLs do seu disco em um mesmo setor, o sistema operacional teria um grande problema para rodar o jogo, porque ele teria de abrir o executável do arquivo num local  do disco e procurar as DLLs junto com outras muitas DLLs do Windows (aquelas que ficam nas pastas System e System32). Isso seria um problema, porque além do Windows ter de ficar procurando arquivos no meio da bagunça, o disco rígido seria utilizado constantemente, podendo estragar em muito pouco tempo.

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