Apostila de Introdução à Informática 1º Módulo 1º Trimestre

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1 Nº: Série: Turma: Ensino: Data: / / Disciplina: Prof: Tales Cabral talescabral@colegiodaimaculada.com.br 1. Introdução à Computação Há um século, riqueza e sucesso vinham para aqueles que produziam e distribuíam mercadorias manufaturadas. Hoje, riqueza e sucesso vêm para aqueles que utilizam computadores para criar, reunir, aplicar e disseminar informações. 2. O que é Informática? Origem da palavra é francesa e significa INFORmação automática; Ciência que estuda o tratamento automático e racional da informação; Ciência que descreve as facilidades e recursos para a manipulação e distribuição de informações. Comentário: A informática é uma ciência que estuda o tratamento automático e racional da informação. Utiliza como principal auxiliar o computador. 3. Histórico - evolução (primórdios) Primeiro método de cálculo (dedos) O Ábaco Bastões de Napier Telégrafo de Chappe Máquina de Pascal Máquina de Leibnitz Cartões de Jacquard Máquina Diferencial/ Analítica Código Morse Álgebra de Boole Máquina de Tabulação de Dados 4. Primeiros Métodos de Cálculo: Dedos: É quase certo que o primeiro instrumento de cálculo que o homem utilizou foram seus próprios dedos Os romanos, por exemplo, só decoravam a tabuada da multiplicação até 5. O resto dos cálculos era feito com os dedos Por Exemplo: 9 x 7 =? Ilustração 1 - Figura que mostra os antigos métodos de cálculo dos romanos Ábaco Instrumento construído de conchas móveis se movimentando em eixos Aperfeiçoado pelos chineses Página 1 de 14

2 Ilustração 2 - Esboço de um ábaco Soma efetuada no Ábaco Ilustração 3 - Exemplo de uma operação de soma usando o ábaco Para realizar a soma acima, posiciona-se as conchas nos locais específicos das unidades, dezenas e centenas (parte circulada do lado esquerdo da figura) e completa-se com o restante das conchas que devem ser adicionadas aos respectivos locais (conchas amarelas). Ilustração 4 - Exemplo de um ábaco real. 5. Auxílios manuais para os cálculos antigos O método de multiplicação utilizado hoje é uma variação de um método tabular desenvolvido pelos árabes Ilustração 5 - Idéia que originou os bastões de Napier (ossos de Napier) Página 2 de 14

3 Ilustração 6 - Exemplo de um cálculo usando o método de Napier Ilustração 7 - Realizando o cálculo John Napier (inventor dos logaritmos) generalizou o procedimento tabular dos árabes e construiu um dispositivo simples e barato com bastões de osso: ossos de Napier. Ilustração 10 - Cálculo de números com mais de um algarismo utilizando "ossos de Napier" Ilustração 8 - Bastões de Napier Ilustração 9 - John Napier Ilustração 11 - A aparência dos bastões 6. Computador É uma máquina composta de elementos físicos do tipo eletrônico que é capaz de manipular informações de forma eficiente (com alta velocidade e precisão). Informação - tudo aquilo que permite adquirir qualquer tipo de conhecimento. O computador se desenvolveu paralelamente à necessidade crescente de cálculos rápidos e exatos da humanidade Os ancestrais do computador remontam a mais de 3000 anos É uma máquina constituída por uma série de componentes e circuitos eletrônicos, capaz de receber, armazenar processar e transmitir informações. Máquina programável, capaz de realizar uma grande variedade de tarefas, seguindo uma seqüência de comandos, de acordo com o que for especificado. Página 3 de 14

4 O Computador não faz absolutamente nada sem que lhe seja ordenado fazer Exemplos de necessidades da sociedade que podem ser atendidas com o uso de computador: armazenamento de grandes volumes de informações e sua recuperação em tempo aceitável; computação de cálculos matemáticos complexos em tempo extremamente curto; comunicação segura, rápida e confiável; automação, controle e monitoração de sistemas complexos; computação rápida de cálculos repetitivos envolvendo grande volume de informações; processamento de voz e imagem; jogos e ferramentas para apoio ao ensino, etc Características de um Computador Os computadores podem manipular diversos tipos de informação (ou dados), incluindo: dados numéricos; texto; imagens; vídeos; som. 6.3 Uso dos computadores Os computadores normalmente são utilizados para as seguintes áreas. Porém, nada impede que existam outras áreas em que o computador possa atuar: Negócios; Medicina e saúde pública; Educação; Arqueologia; Engenharia; Manufatura; Direito; Política; Uso doméstico; Entretenimento 6.4 Tipos de computadores Os primeiros computadores que surgiram eram máquinas enormes, que exigiam grandes espaços para sua instalação. Com o surgimento de novos componentes eletrônicos, o computador foi diminuindo de tamanho e de complexidade. 7. Auxílios Mecânicos para Cálculo primeira máquina de calcular (somador) de Wilhelm Schickard Napier + Somador para multiplicar múltiplos dígitos Não foi encontrada cópia da máquina original Por isso, crédito vai para Blaise Pascal Ilustração 12 - Réplica da Máquina de Somar de Schickard Página 4 de 14

5 Blaise Pascal (filósofo francês) com 19 anos construiu Máquina de Somar (Pascalina) Auxiliar seu pai - coletor de impostos A máquina constituía-se de engrenagens mecânicas para cada dígito O resultado era produzido mecanicamente Ilustração 13 - Réplica da Máquina de Somar Pascalina Ilustração 14 - Uma réplica da máquina aperfeiçoada Basile Bouchon construiu Tear Para Tecer Desenhos de Seda Os desenhos eram cifrados em folha giratória de papel perfurado Somente trabalhavam as agulhas coincidentes com os furos Ver: Na verdade, Bouchon pertence à história da Informática por incentivar a criação da máquina leitora de cartões perfurados de Jacquard. Ilustração 15 - Máquina de Tecer de Bouchon Joseph Marie Jacquard construiu Máquina de Tecer com Cartões Perfurados Controlar os padrões do tecido Protestos pela substituição de pessoas por máquinas!! Nesta época, também foram criadas as leitoras de cartões perfurados para o controle de cartão-ponto. Ilustração 16 - Máquina de Tecer de Jacquard Ilustração 17 - Jacquard operando sua máquina de tecer Charles Babbage (matemático inglês) ao consultar cálculos Realizados por astrônomos da época, identificou erros. Começou a pensar em máquinas para computar tabelas matemáticas. Pediu apoio do Governo Britânico. 1a bolsa (investimento) para pesquisa em computadores ele foi eleito membro da Sociedade Real e também se tornou membro da Sociedade Astronômica da época; Conseguiu convencer o governo britânico a custear a construção de uma máquina calculadora, e esse projeto exigiu uma grande quantidade de dinheiro. Depois, desistiu da máquina e começou a construir uma máquina ainda mais elaborada que era melhor e mais eficiente que a primeira. Ele não conseguiu concluir nenhuma das duas máquinas. Veja mais em: htm Ilustração 18 - Charles Babbage 26/Dez/1791 à 18/Out/1871 Página 5 de 14

6 governo britânico concordou em financiar a construção da máquina As ferramentas da época não eram suficientemente sofisticadas para construir a máquina Babbage gastou muito tempo construindo ferramentas Por diversas vezes a construção da máquina parou por falta de fundos A máquina era composta por discos giratórios operados por manivela. Ilustração 19 - Máquina de Babbage Ilustração 20 - Desenho da máquina de Babbage Babbage projetou uma máquina bastante aperfeiçoada - Máquina Analítica Ver: Podia ser programada através de cartões perfurados Calculava várias funções diferentes (logaritmos, funções trigonométricas, etc.) Devido à tecnologia pouco avançada, a máquina não foi concluída Somente um século depois suas idéias foram postas em prática Ver: Obs.: Só em 1991 o Museu Nacional de Ciência e Tecnologia de Londres construiu uma versão Babbage completou 21 desenhos de sua Máquina Analítica Poucos Bugs! Ferramentas e Material da época FUNCIONOU!! Tabela 1 - Códigos de operacionalização da máquina de Babbage Ilustração 21- Máquina Analítica de Babbage Babbage projetou uma máquina bastante aperfeiçoada. Podia ser programada através de cartões perfurados. Calculava várias funções diferentes. Devido à tecnologia pouco avançada, a máquina nunca foi construída. Somente um século depois suas idéias foram postas em prática Ada Augusta King (esposa) trabalhou com traduções das notas de Babbage. Ela juntou suas próprias notas e se tornou a primeira programadora mulher da história. Ilustração 22 - Ada Augusta Os dados do censo (que ocorre a cada 10 anos) de 1880 dos EUA levaram quase 8 anos para serem processados Página 6 de 14

7 Temia-se que os dados do censo de 1890 não estivessem processados em Herman Hollerith (estatístico) foi encarregado pela Agência Estatística dos EUA de desenvolver uma técnica para acelerar o processamento dos dados do censo Hollerith usou a idéia de Jackard e construiu a Perfuradora de Cartões. Os dados eram perfurados em cartões que podiam ser classificados por meio de pinos que passavam pelos furos. O processamento dos dados do censo de 1890 demorou 3 anos Vários países utilizaram a máquina Hollerith montou uma empresa: Tabulating Machine Company 1924 Renomeia para International Business Machines IBM Veja mais sobre a IBM em: Ilustração 24 - Perfuradora de Hollerith Ilustração 23 - Trabalhos com a perfuradora de cartões de Hollerith Ilustração 25 - Perfuradora de Hollerith (aperfeiçoada) 8. Calculadoras Décadas de 1930 e 1940: os Anos Efervescentes Vários projetos simultâneos: Konrad Zuse surge o Z é concluído o Z3, primeira calculadora universal controlada por um programa 2600 relés Memória: 64 números de 22 bits ( ) A máquina Konrad Zuse Z1 pode ser visto no Deutsches Museum em Munich Alan Turing constrói o Colossus Mark I 2a Guerra Mundial ENIGMA Machine Alemanha Nazista No Complexo Secreto Inglês de Bletchley Park até 1970 Ver: Ilustração 26 - Primeira Calculadora com memória para 64 números Ilustração 27 - Primeira calculadora com criptografia. Utilizada para fins de estratégias militares. Enigma: O orgulho alemão Marian Rejewski, codebreaker polonês, desvenda o segredo dos rotores Ver mais: Marian ensina os Ingleses. Ilustração 28 - Exemplo de um rotor Página 7 de 14

8 Howard Aiken: O sonho de Babbage torna-se realidade Harvard Mark I Nome: Aiken IBM Automatic Sequence Controlled Calculator MARK I (ASCC) Medidas: 16,6m X 2,6m; Peso: 5t e muito gelo para refrigeração Cerca de 800 Km de condutores elétricos Utilizava relés e outros dispositivos eletromecânicos e tira de papel para programar Mark I foi considerado o primeiro computador digital automático de larga escala. EUA/1944.] Utilizava de 3 a 5 segundos para efetuar uma multiplicação A apresentação dos resultados era em papel impresso. Ilustração 29 - Mark I e sua ocupação. Ilustração 30 - A impressão dos resultados no Mark I Grace Murray Hopper The First Bug surge o primeiro bug (erro) da história dos computadores "debugging" the computer Analista de Sistemas da marinha que criou a FLOW-MATIC, base para o COBOL Ilustração 31 - Identificação do Primeiro Bug envolvendo computadores 9. Computadores 30/Junho/ John von Neuman (consultor do projeto ENIAC) criou o conceito de programa armazenado criou o conceito de operações com número binário desenvolveu a lógica dos circuitos Ilustração 32- John Von Neman Arquitetura de von Neuman M Memória CA Controlador Aritmético CC Controlador Central I/O Dispositivo de Entrada e Saída Esquema 1 - Arquitetura de John Von Newman C CPU Página 8 de 14

9 Universidade de Cambridge EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Calculator) Ver: Primeira máquina baseada na proposta de Von Neumann Baseado nas teorias de von Neuman, várias máquinas foram construídas: IAS, BINAC, Manchester MARK II E assim, deu origem às gerações dos computadores. 10. Gerações dos Computadores Primeira Geração ( ) computadores baseados em tecnologia de VÁLVULA utilizam cerca de válvulas quebram após algum tempo de uso contínuo utilizam linguagem de máquina queimavam com freqüência - não confiáveis consumiam muita energia Exemplos: MARK II, ENIAC 1946 ENIAC (Electrical Numerical Integrator And Calculator) Criado em 1946, no Ballistics Research Laboratory John Mauchly J Presper Eckert Para calcular tabelas de trajetórias de balas A derradeira grande calculadora 1 ano de projeto, 3 anos de construção e 18 meses para montá-lo ( ) Um programa era composto de uma série de conexões por fios entre os módulos do Eniac, formando uma rota para os dados; 5000 adições/segundo 357 multiplicações/segundo 38 divisões/segundo válvulas resistores capacitores relés chaves manuais 5 milhões de pontos de solda 167 metros quadrados 30 toneladas Era acionada por um motor equivalente a dois potentes motores de carros de quatro cilindros, enquanto um enorme ventilador refrigerava o calor produzido pelas válvulas. Consumia watts ao produzir o calor equivalente a 50 aquecedores domésticos. Consumo: Causava apagões na cidade da Filadélfia ao ser ligado Consumiu uma pequena fortuna: $500,000 da época. m Ilustração 33 - ENIAC (visão geral) Ilustração 34 - Operação no ENIAC Ilustração 35 - Mais de um operador Ilustração 36 - ENIAC visto por outro ângulo Página 9 de 14

10 Ilustração 37 - A "bagunça" dos cabos EDVAC I Electronic Discrete Variable Automatic Computer Aprimoramento do ENIAC Primeiro computador com Programa Armazenado na Memória. Era, de certa forma, bem mais organizado do que o ENIAC Projetistas: John Von Newmam, Eckert, Mauchly Von Newman Programa Armazenado Bibliotecas de programas Memória RAM (lâmpadas de mercúrio) Memória RAM - Random Access Memory (Memória de Acesso Aleatório) - The Whirlwind Project - Por Jay Forrester Ilustração 38 - EDVAC I Ilustração 39 - Memória RAM 1951 Segunda Geração ( ) computadores baseados em TRANSISTOR (amplificadores de cristal para substituir as válvulas) consumiam menos energia eram mais confiáveis eram mais rápidos Exemplo: IBM 1401, IBM 7094 Em 1961 chega primeiro computador no Brasil - IBGE - o UNIVAC Maucly, Eckert (construtores do ENIAC) - UNIVAC I lançado em escala comercial Usado pela 1a vez na Agência de Recenseamento dos EUA em 1951 Usava diodos de cristal ao invés de válvulas a vácuo Maurice Wilkes - EDSAC at Cambridge University - "The Preparation of Programs for an Electronic Digital Computer" (Addison-Wesley, New York, 1951). Custo: 1 milhão de dólares Foram montados e vendidos 46 computadores Desempenho Adição: 120 microssegundos Multiplicação: 1800 microssegundos Divisão: 3600 microssegundos Entrada/Saída em fitas magnéticas Primeiro computador disponível comercialmente Fez apuração eleitoral americana Ilustração 40 UNIVAC Página 10 de 14

11 IBM IBM 701 Usado na guerra da Coréia 1o computador de grande porte da IBM IBM IBM 704 É a maravilha da época: entrava em pane apenas a cada 8 dias! Ainda utilizava válvulas Para ele foi criada a primeira linguagem de programação: o FORTRAN Ilustração 41 - IBM IBM - IBM 7090 Transistores (1947) Foram vendidos centenas a um preço médio de $3,000,000!!! Ilustração 42 - IBM IBM Família IBM/360 Transistorizados Sistema modular Mais poderosos e mais baratos Aceitavam uma grande variedade de periféricos Foram vendidos milhares de unidades no mundo todo dando à IBM a hegemonia absoluta Ilustração 43 - Transistor em teste Ilustração 44 - IBM 360 Terceira Geração ( ) Computadores baseados em CIRCUITO INTEGRADO transistores e outros componentes eletrônicos miniaturizados e montados em único chip Muito mais confiáveis e rápidos Muito menores, baixo consumo de energia Menor custo Alguns autores consideram que a terceira geração de computadores perdura até hoje. Outros autores consideram a existência de uma quarta e quinta geração de computadores que também seria baseada em circuitos integrados. A diferença está na escala de integração. Quinta geração inclui processamento paralelo e robótica. Circuitos Integrados Escala de integração Indica quantos componentes eletrônicos podem ser colocados em um único chip. SSI: Small Scale of Integration MSI: Median Scale of Integration Página 11 de 14

12 LSI: Large Scale of Integration VLSI: Very Large Scale of Integration ULSI: Ultra Large Scale of Integration Tabela 2 - Geração dos Computadores segundo a maioria dos autores As Eras da Informática 1ª Geração ( ) Circuitos Eletro-mecânicos e Válvulas 2ª Geração ( ) Transistor 3ª Geração ( ) Circuito Integrado 4ª Geração (1975-Atualmente) Miniaturização: CHIPS e Microchips Tabela 3 - Esquema de representação dos componentes de acordo com as gerações 11. Evolução Tecnológica dos Computadores no Brasil Os Microcomputadores no Brasil: o Sinclair ZX 81 O pai de todos! Sinclair o NEZ Nova Eletrônica o TK82 Microdigital Eletrônica Ltda o TK85 - Microdigital Eletrônica Ltda o TRS80 CP400 - Prológica o MSX - Epcom Eq.Elet.da Amazônia Ltda o APPLE II Exato - CCE-Comp.Eletrônicos 1984 Sinclair ZX81 (Clive Sinclair) Fabricado pela Inglesa Sinclair Research Primeiro computador de pequeno porte a conquistar o mercado mundial + de unidades vendidas CPU Z80A 3.25 MHz RAM: 1 kbyte Gravador K7 - velocidade de 250 bps CPU, memória, teclado e interface aos periféricos padrões Se aloja em uma caixa de plástico negro de 23 cm x 14 cm x 3 cm, pesando 500 g Página 12 de 14

13 Ilustração 45 - Sinclair ZX81 NEZ8000 CPU Z80A 3.25 MHz RAM: 1 kbyte ou 16 Kbytes Gravador K7 - velocidade de 250 bps Preço abaixo de U$100,00 TK82 CPU Z80A 3.25 MHz RAM: 2 kbytes ou 16Kbytes (externa) Gravador K7 - velociadade de 300 bps Ilustração 46 - NEZ 8000 TK83 CPU Z80A 3.25 MHz RAM: 2 kbytes, 16Kbytesou 48k (externas) Gravador K7 - velociadade de 300 bps Ilustração 47 - TK82 TK85 Fabricado no Brasil pela Microdigital Eletrônica Zilog Z80, de 8 bits 3,25 MHz Memória RAM de 16 ou 48 kbytes Joystick do tipo Atari TV no canal 2 de VHF Impressora de 32 colunas 24 linhas por 32 colunas, gráfico: 64x44 pts Grava dados e programas separadamente 10 kbytes de ROM, pré-gravada com um programa monitor (sistema operacional) e interpretador BASIC Velocidades de gravação: normal bps (bits/segundo) e alta bps Programação em linguagem BASIC ou Assembler Z80 Ilustração 48 - TK 83 Ilustração 49 - TK85 CP400 CPU Motorola 6809E 0,89 Mhz 4 cores 192x256 pts Ram: 64 Kb K7 ou até 2 drives de 5 1/4 FS/DD c/ 156 kb Ilustração 50 - CP400 Página 13 de 14

14 Apple II CPU Mhz Gráfico: 8 cores 192x280 pts. Ram: 48 Kb ou 128 Kb (exp.) K7 ou até 2 drives de 5 1/4" (143 Kb) Ilustração 51 - Apple II MSX CPU Z80A a 3,58 Mhz Gráfico: 16 cores 192x256 pts. Ram: 64 Kb ou 512 Kb (exp.) K7 ou até 2 drives de 5 1/4" c/ 360 kb ou 3 1/2" c/720 Kb Ilustração 52 MSX A grande revolução da Informática foi a criação do Personal Computer (PC) Transformou o computador em mais um eletrodoméstico, presente virtualmente em todo lugar. Ilustração 53 - PC (Personal Computer) - Computador Pessoal A principal função do computador é processar dados. Dados representam valores quaisquer, não representando o contexto ou domínio; são considerados informações incompletas. Informação quando um dado é colocado em um contexto ele passa a ser uma informação; quando há informação, há a possibilidade de manipulá-las. 12. Propósitos Gerais Conectividade o Redes de Computadores o Internet Inteligência Artificial o Redes neurais o Lógica Fuzzy Automação o Sistemas embutidos o Controle em tempo-real 13. Futuro? É impossível Parar (Shmid/1995) o o o o o Computadores óticos Nanotecnologia Computação biológica Resolução de problemas com combinações de DNA Armazenar bits no spin do átomo? Página 14 de 14