Introdução à Computação�

Prof. José H. Gattiboni

Curso Téc. em Informática

Primórdios da Computação

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Apesar dos computadores eletrônicos terem efetivamente aparecido somente na década de 40, os fundamentos em que se baseiam remontam a centenas ou até mesmo milhares de anos.

Primórdios da Computação

• A primeira ferramenta conhecida para a computação foi o ábaco, cuja invenção é atribuída a habitantes da Mesopotâmia, em torno de 2700–2300 a.C.;
• Versões mais modernas do ábaco ainda são usadas como instrumento de cálculo.
• Esse sistema de contas e fios recebeu o nome de calculi pelos romanos, dando origem à palavra cálculo;

Primórdios da Computação

Ábaco romano

Ábaco chinês

Revolução Industrial

• Em 1801Em 1801, na FrançaEm 1801, na França, durante a Revolução Industrial, Joseph Marie Jacquard, mecânico frânces, (1752, mecânico frânces, (1752-1834, mecânico frânces, (1752-1834) inventou um tear, mecânico frânces, (1752-1834) inventou um tear mecânico controlado por grandes cartões perfurados;
• Sua máquina era capaz de produzir tecidos com desenhos bonitos e intrincados;
• A origem da idéia de programar uma máquina vem da necessidade de que as máquinas de tecer produzissem padrões de cores diferentes;

Charles Babbage (1792-1871)

• A idéia de Jacquard atravessou o Canal da Mancha, onde inspirou Charles Babbage, um professor de matemática de Cambridge, a desenvolver uma máquina de "tecer números", uma máquina de calcular onde a forma de calcular pudesse ser controlada por cartões.
• Foi com Charles Babbage (pai do computador) que o computador moderno começou a ganhar forma, através de seu trabalho no engenho analítico.

Charles Babbage

• O projeto, totalmente mecânico, era composto de uma memória, um engenho central, engrenagens e alavancas usadas para a transferência de dados da memória para o engenho central e dispositivos para entrada e saída de dados. O calculador utilizaria cartões perfurados e seria automático.
• O grande diferencial do sistema de Babbage era o fato que seu dispositivo foi projetado para ser programável, item imprescindível para qualquer computador moderno.

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• calcular logaritmos e funções;

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Ada Augusta (1815-1852)

• A matemática Ada Augusta (filha do poeta Lord Byron) se tornou a pioneira da lógica de programação, escrevendo séries de instruções para o engenho analítico.
• Ada inventou o conceito de subrotina, descobriu o valor das repetições - os laços (loops) e iniciou o desenvolvimento do desvio condicional.
• Por isso, Ada é popularmente considerada como a primeira programadora da historia.
• Babbage e Ada utilizaram a fortuna da família Byron até a falência, sem que pudessem concluir o projeto, e assim o calculador analítico nunca foi construído

Hermann Hollerith�(USA-1860-1929)

• Utilizando o princípio descoberto por JacquardUtilizando o princípio descoberto por Jacquard para comando automático de teares, Hermann Hollerith - funcionário do United States Census Bureau - inventou, em 1880, uma máquina para realizar as operações de recenseamento da população.
• A máquina fazia a leitura de cartões de papel perfurados em código BCD (Binary Coded Decimal) e efetuava contagens da informação referente à perfuração respectiva.

Hermann Hollerith �

• A máquina de Hollerith foi utilizada para auxiliar no censo de 1890, reduzindo o tempo de processamento de dados de sete anos, do censo anterior, para apenas dois anos e meio;
• Mais tarde, Hollerith fundou uma companhia para produzir máquinas de tabulação. Anos depois, em 1924, essa companhia passou a se chamar International Business Machines,ou IBM,como é hoje conhecida.

A Lógica Binária

• Por volta do século III a.C., o matemático indiano Pingala inventou o sistema de numeração binário. O sistema estabelece que sequências de uns e zeros podem representar qualquer número;

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• Em 1703 Gottfried Leibniz desenvolveu a lógica em um sentido formal e matemático, utilizando o sistema binário. Em seu sistema, uns e zeros também representam conceitos como verdadeiro e falso, ligado e desligado, válido e inválido.

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A Lógica Binária�George Boole (britanico1815-1864)

• Mais de um século depois, George Boole publicou os princípios da álgebra booleana (em 1854), onde as variáveis assumem apenas valores 0 e 1 (verdadeiro e falso), que passou a ser utilizada a partir do início do século XX.
• Boole morreu de pneumonia, honrado e com crescente fama, em 1864.

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Álgebra Booleana e a Teoria da Informação�Claude E. Shannon (1916-2001)

• Até a década de 1930, engenheiros eletricistas podiam construir circuitos eletrônicos para resolver problemas lógicos e matemáticos, mas a maioria o fazia sem qualquer processo, de forma particular, sem rigor teórico para tal.
• Isso mudou com a tese de mestrado de Claude E. Shannon de 1937
• Enquanto tomava aulas de Filosofia, Shannon teve contato com o trabalho de George Boole, e percebeu que tal conceito poderia ser aplicado em conjuntos eletro-mecânicos para resolver problemas de lógica.

Álgebra Booleana e a Teoria da Informação

• Tal idéia, que utiliza propriedades de circuitos eletrônicos para a lógica, é o conceito básico de todos os computadores digitais.
• Shannon desenvolveu a teoria da informação no artigo de 1948: A Mathematical Theory of Communication, cujo conteúdo serve como fundamento para áreas de estudo como compressão de dados e criptografia.

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Alan Turing (ingles – 1912-1954)

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• Sua preocupação era saber o que efetivamente a computação poderia fazer.

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• As respostas vieram sob a forma teórica, de uma máquina conhecida como Turing Universal Machine, que possibilitava calcular qualquer número e função, de acordo com instruções apropriadas.

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A Maquina de Turing (publicada em 1936)

• É um computador teorico consistindo de uma fita de comprimento infinito e um cabeçote de leitura-escrita que pode se mover para a direita ou esquerda ao longo da fita;
• Quando inicializada, a maquina de Turing execua uma serie de transiçoes discretas, derminadas por uma tabela de transiçoes e por um estado inicial.

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A Maquina de Turing

• Apesar da simplicidade, a maquina de Turing pode ser adaptada para simular a lógica de qualquer algoritmo a ser executado por um sistema computacional.

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Um pouco mais sobre Alan Turing

• Na II guerra mundial Turing foi trabalhar no Departamento de Comunicações da Gran Bretanha;
• Ele e seus colegas trabalharam num sistema chamado de Colossus, um enorme emaranhado de servo-motores e metal, considerado um precursor dos computadores digitais.

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Um pouco mais sobre Alan Turing

• O Colossus tinha como objetivo quebrar o código das comunicações alemãs. Este código era constantemente trocado, obrigando os inimigos a tentar decodifica-lo,correndo contra o relógio.
• Durante a guerra, Turing foi enviado aos EUA a fim de estabelecer códigos seguros para comunicações transatlânticas entre os aliados. Supõe-se que foi em Princeton, NJ, que conheceu Von Neumann e daí ter participado no projeto do ENIAC na universidade da Pensilvânia

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Um pouco mais sobre Alan Turing

• Turing voltou para Inglaterra, onde foi preso em 1952, acusado de ‘indecencia’, por ser homosexual assumido;
• Foi submetido a uma terapia de hormonios femininos. Não suportou a humilhaçao e se matou em 1954 com uma maça envenenada com cianureto de potassio.

Evolução da Computação

• A evolução da computação no início dos anos 40 teve como motivação a necessidade de serem realizados cálculos para o uso militar de uma forma rápida e eficiente. (II Guerra: 1939-1945)

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Houve um grande salto de 5 gerações de tecnologia em aproximadamente 65 anos.

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Evolução da Computação

As três primeiras gerações estão intimamente ligadas a três desenvolvimentos tecnológicos:

• Válvula à vácuo.
• Transistor.
• Circuito integrado.

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A 1^a Geração – �Válvula à Vácuo (1946 – 1958)

Mark 1

• A Marinha americana, em conjunto com a Universidade de Harvard, desenvolveu o computador Harvard Mark I, projetado pelo professor Howard Aiken, com base no calculador analítico de Babbage.
• O Mark I ocupava 120m³ aproximadamente, conseguindo multiplicar dois números de dez dígitos em três segundos.

ENIAC

• Simultaneamente, e em segredo, o Exército Americano desenvolvia um projeto semelhante, chefiado pelos engenheiros J. Presper Eckert e John Mauchy, cujo resultado foi o primeiro computador a válvulas, o Eletronic Numeric Integrator And Calculator (ENIAC), capaz de fazer 500 multiplicações por segundo.
• Tendo sido projetado para calcular trajetórias balísticas, o ENIAC foi mantido em segredo pelo governo americano até o final da guerra, quando foi anunciado ao mundo (1946);
• Os custos para a manutenção e conservação do ENIAC eram proibitivos, pois dezenas a centenas de válvulas queimavam a cada hora e o calor gerado por elas necessitava ser controlado por um complexo sistema de refrigeração, além dos gastos elevadíssimos de energia elétrica.

ENIAC - possuía 19.000 válvulas e pesava 19 toneladas.

John von Newman (Hungaro –�1903-1957)

• No ENIAC, o programa era feito rearranjando a fiação em um painel.

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• Nesse ponto John von Neumann propôs a idéia que transformou os calculadores eletrônicos em "cérebros eletrônicos“ : modelar a arquitetura do computador segundo o sistema nervoso central. Para isso, eles teriam que ter três características:

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• Codificar as instruções de uma forma possível de ser armazenada na memória do computador. Von Neumann sugeriu que fossem usados uns e zeros.

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• Armazenar as instruções na memória, bem como toda e qualquer informação necessária a execução da tarefa, e

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• Quando processar o programa, buscar as instruções diretamente na memória, ao invés de lerem um novo cartão perfurado a cada passo.

John von Newman

• Este é o conceito de programa armazenado, cujas principais vantagens são: rapidez, versatilidade e automodificação.
• Assim, o computador programável que conhecemos hoje, onde o programa e os dados estão armazenados na memória ficou conhecido como Arquitetura de von Neumann.

Arquitetura de von Newman (1945)

• A arquitetura de von Newman baseia-se em três componentes principais:
• Memória Principal - que armazena dados e instruções;
• Unidade de Controle – é um circuito lógico cuja função é a mesma da tabela de controle da Máquina de Turing universalUnidade de Controle – é um circuito lógico cuja função é a mesma da tabela de controle da Máquina de Turing universal: buscar um programa na memória, instrução por instrução, e executá-lo sobre os dadosUnidade de Controle – é um circuito lógico cuja função é a mesma da tabela de controle da Máquina de Turing universal: buscar um programa na memória, instrução por instrução, e executá-lo sobre os dados de entrada.
• Unidade de processamento – realiza cálculos de acordo com as instruções.

IAS

• A proposta de von Newmann foi implementada com a construção do computador IAS no Instituto de Princeton em 1952.

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UNIVAC I �(Universal Automatic Computer)

14 de junho de 1951:

• Início da era da computação comercial.
• O 1^o UNIVAC foi entregue a um cliente: O Bureau do Censo dos EUA, para ser usado na tabulação do censo realizado no ano anterior.
• Foi projetado pela empresa de John Eckert e John Mauchly, mais tarde Unisys.

Com o lançamento do UNIVAC II (final dos anos 50) passa-se a ter a preocupação em se manter compatibilidade entre uma nova versão de máquina e as anteriores.

A 2^a Geração – � Transistores (1959 – 1964) �

• Os transistores foram inventados por três cientistas da Bell Labs em 1947:

John Bardeen, Walter H. Brattain e William Shockly

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* Receberam o Prêmio Nobel de Física por esta invenção.

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- Transistores: São pequenos dispositivos que transferem sinais eletrônicos através de um resistor.

• Vantagens com relação às válvulas:
• Muito menores;
• Não exigiam tempo de pré-aquecimento;
• Consumiam menos energia;
• Eram mais rápidos e confiáveis;
• Geravam muito menos calor.

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Fatos da 2^a geração:

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• Aparecimento de um software para controle do sistema;
• Uso de linguagens de alto nível: Primeiro Assembly, depois Fortran (1954), Cobol (1959) e outras;
• 1962 - Introduziu-se o armazenamento em disco: Complementaram os sistemas de fita magnética e possibilitaram acesso mais rápido aos dados;
• Utilização por universidades e organizações governamentais.

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Terceira Geração (1964 - 1975):

���Terceira Geração (1964 - 1975)�

Hardware:

• Surgimento dos circuitos integrados (CIs) - agrupamentos de pequemos transistores em uma mesma placa de silício – o chip.
• Uso das memórias de semicondutores e dos discos magnéticos.
• Criação dos minicomputadores.

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Terceira Geração (1964 - 1975)

Software:

• Grande desenvolvimento dos sistemas operacionais, nos quais se incluiu a multiprogramação, o tempo real e o modo interativo.
• Desenvolvimento das linguagens de programaçao estruturadas: Algol, C

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Quarta Geração: ( 1975 -1989)

Quarta Geração: ( 1975 -1989)�

Hardware:

• Uso de circuitos integrados em larga escala (LSI), permitindo a fabricação de microcomputadores, computadores pessoais bem como computadores compactos.
• Surgimento do microprocessador - inclusão de toda a CPU num único circuito integrado.

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Quarta Geração: ( 1975 -1989)�

• É o início da utilização do disquete (floppy disk) como unidade de armazenamento.

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Software:

• Surgimento de novas linguagens de programação de todos os tipos e
• de redes de transmissão de dados para a interligação de computadores.

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Quinta Geração (a partir de 1990):

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Quinta Geração (a partir de 1990)

Hardware:

• Circuitos integrados em altíssima escala (VLSI). Processamento Vetorial.
• Grandes áreas de armazenamento de informações.

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�Quinta Geração (a partir de 1990)�

Software:

• Interface homem-máquina inteligente. Uso da linguagem natural.
• Solucionador de problemas com raciocínio inteligente. Base de conhecimento
• capaz de armazenar e recuperar grandes quantidades de dados, julgar e aconselhar.
• Programas que envolvem Inteligência Artificial.

A passagem de uma geração à outra é sempre marcada pelas seguintes características:

• Miniaturização do tamanho
• Confiabilidade (aumento do tempo médio entre panes)
• Maior complexidade de resolução de problemas
• Aumento da velocidade de cálculo
• Diminuição do custo do equipamento

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Aplicações�

• Advocacia - Controle de processos e manutenção de biblioteca.
• Artes - Trabalhos de arte-final, financeiro.
• Comércio - Controle de cardápios, Controle de estoque, Controle de Vendas.
• Comunicações – Telefonia, Internet.

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Aplicações

• Engenharia (todas) - Projetos (PAC), fabricação, manutenção, design (CAD),
• manufatura (CAM).
• Entretenimento - Jogos, simuladores.
• Gráficas - Desenvolvimento de plantas, criação de slides, Logos prog. de TV.

Aplicações

• Indústria - Automação da linha de montagem.
• Lares familiares - Controle orçamentário, Editor de texto (Word).
• Medicina - Tomografia computadorizada, Raios X, Exames ultra-sonográficos.
• Repartições públicas - Contabilidade em geral, Controle de processos

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