Bases Computacionais da Ciência

Transcrição

1 BC-0005 Bases Computacionais da Ciência Aula 02

2 Sumário - Ciência, aplicação e computação - A evolução da tecnologia e conceito de computação - Exemplo de modelagem - Projeto final

3 Conhecimento da natureza de indivíduos da sociedade de organizações Ciência

4 Ciência A ciência é o esforço para descobrir e aumentar o conhecimento humano de como a realidade funciona Não se considera dona da verdade absoluta e inquestionável Todas as verdades podem ser quebradas: Raciocínio crítico Evidências

5 Ciência, Aplicação e Computação - Bioinformática (identificação de genes) - Cognição (neuroimagens, neurofisiologia) - Química (estruturas moleculares) - Física (dinâmica de fluídos)

6 Ciência, Aplicação e Computação -Visão computacional: - Ciência e tecnologia das máquinas que enxergam - Extração de informação de imagens para realizar diagnósticos sobre os pacientes (Medicina) - Inteligência artificial: - Buscar métodos ou dispositivos computacionais que possuam ou simulem a capacidade humana de resolver problemas, pensar ou, de forma ampla, ser inteligente - Robótica - Interface homem-máquina

7 Aplicações Processamento de Imagens na área médica VisECO3D Visualização das artérias coronárias epicárdicas em contraste de microbolhas 3D imagens ecográficas. Objetivo: Ajuda no diagnóstico não invasivo Imagem: Tsutsui et. Al. - J. Am. Soc. Echo., Vol. 18, N º 2, fevereiro 2005, pp ) Fonte:

8 Alplicações Interface Humano Computador O Instituto Faber-Ludens divulgou um projeto tecnológico que orienta os deficientes visuais por meio de duas pulseiras conectadas a um dispositivo GPS. Fonte: de-gps/

9 Ciência da Computação - Estudo dos fundamentos, princípios e técnicas da computação, isto é, o estudo da computação por ela mesma. - Estudo da aplicação de técnicas, modelos, conceitos e fundamentos da computação para resolução de problemas, isto é, a computação como ferramenta. - Ciência x Tecnologia -Ciência: Algoritmos -Tecnologia: Linguagens de programação -Tecnologia é o fruto da ciência: -Nasce, cresce e morre, dando lugar a outra - Árvore Ciência: -Está lá SEMPRE, sendo importante para o surgimento de novos produtos e dispositivos.

10 Evolução da Tecnologia e Conceito de Computação

11 Evolução dos Computadores Um computador é uma máquina capaz de processar dados. Evolução: ábacos, calculadora, computador analógico e computador digital.

12 Evolução dos Computadores Primeira calculadora utilizada pelo homem: um ábaco representando o número Fonte: wikipedia. Ábaco escolar. Fonte: Wikipedia

13 Evolução dos Computadores O Ábaco Hoje: Um caixeiro de loja em Beijing, China usa o ábaco para fazer contas. (setembro 1997, cortesia Peter Wouda ). Fonte:

14 Evolução dos Computadores Calculadoras Processamento para um fim específico, mas não modela a máquina de Turing Computador analógico usa fenômenos elétricos, mecânicos ou hidráulicos para modelar o problema a ser resolvido. pesquisas em computação analógica são feitas por poucas pessoas em todo o mundo. Na Universidade de Indiana e laboratório de robótica de Harvard, possuem a computação analógica como tópicos de pesquisa.

15 EVOLUÇÃO DOS COMPUTADORES Evolução Tecnológica: - mecânica - eletromecânica (relés) - válvulas eletrônicas - transistores - circuitos integrados - circuitos integrados em grande escala Evolução Conceitual: - máquinas de calcular - processador de dados - computador programável

16 CALCULADORAS MECÂNICAS Baseados em rodas dentadas que estabeleciam as relações entre os números BlaisePASCAL (1642) Cientista Francês PASCALINE Primeira máquina calculadora Soma e subtração GottfriedWilhelmLEIBNIZ (1671) Matemático Alemão Aperfeiçoa calculadora de Pascal acrescenta Multiplicação e Divisão

17 Charles BABBAGE ( ) Máquina Diferencial Projetada para produzir tabelas matemáticas Soma e Subtração Único algoritmo Máquina Analítica Multiplicação e Divisão, Programável, uso geral 1000 posições, 50 dígitos dec. CALCULADORAS MECÂNICAS Ada Augusta Lovelace Matemática amadora Primeira Programadora -lógica de programação, conceito de subrotina, laços (loops) e iniciou o desenvolvimento do desvio condicional

18 PROCESSAMENTO DE DADOS Hermann HOLLERITH (1890) Dep. Censo dos Estados Unidos Tabuladora de Censos (7,5 => 2,5 anos) Contatos Elétricos a b c d Cartão com respostas perfuradas Em 1896, fundou uma companhia que serviu como base para a formação da IBM - Internacional Business Machine em 1924.

19 CALCULADORAS PROGRAMÁVEIS - ELETROMECÂNICAS Konrad ZUZE (1936) Engenheiro Alemão Primeira calculadora eletromecânica Usa relés: Z1 a Z4 Howard AIKEN Univ. Harvard - MARK I (1944), Financiado pela IBM e Marinha EUA Relés eletromecânicos MARK I 72 palavras 23 dígitos dec. Fita de papel perfurado

20 Evolução Tecnológica EVOLUÇÃO DA TECNOLOGIA: COMPUTADORES 1ª GERAÇÃO - VÁLVULAS ( ) COMPUTADORES 2ª GERAÇÃO - TRANSISTORES ( ) COMPUTADORES 3ª GERAÇÃO - CIRCUITOS INTEGRADOS - CI ( ) COMPUTADORES 4ª GERAÇÃO Circuitos integrados em grande escala ( hoje)

21 Mark I: Até a Década de 50 Primeiro computador regido pelos princípios de Babbage, com tecnologia eletromecânica, para aplicações militares Utilizava cartões para entrada de dados e máquinas de escrever elétrica para a saída das informações Dimensões: 2.5 metros de altura 18 metros de comprimento 750 partes Mais de 700 km de cabos

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23 Primeira Geração de Computadores Baseadas em tecnologia de válvulas eletrônicas Período: 1946 a 1956 Aplicação: Científicas com restrições Programados em linguagem de máquina

24 Primeira Geração de Computadores

25 Segunda Geração de Computadores Baseadas em tecnologia de transistor: Menor consumo de energia Mais rapidez no processamento Mais confiabilidade Período: 1957 a 1963 Aplicação: Comerciais gerais Programados em linguagem de máquina

26 Segunda Geração de Computadores PDP-8

27 Terceira Geração de Computadores Baseadas em tecnologia de Circuitos Integrados (CI): Transistores e outros componentes eletrônicos miniaturizados e montados em um único chip Maior confiabilidade Baixíssimo consumo de energia Miniaturização dos componentes Menor custo Período: 1964 a 1981 Aplicação: Comerciais avançadas, científicas e gráficas

28 Terceira Geração de Computadores Uso de circuitosintegrados: Permitiram que uma mesma placa armazenasse evários circuitos que se comunicavam com hardwares distintos ao mesmo tempo As máquinas se tornaram mais velozes, com um número maior de funcionalidades O preço também diminuiu consideravelmente Um dos principais exemplos da Terceira geração é o IBM 360/91, lançado em 1967

29 Quarta Geração de Computadores Baseado em circuitos integrados com alta escala de integração VLSI (VeryLargeScaleofIntegration) Uso de tecnologia de utilitários, aplicativos e linguagens orientada Período: a partir de 1982 Aplicação: Uso de editores de texto, planilhas, banco de dados, etc

30 Quarta Geração de Computadores

31 Quinta Geração de Computadores Supercomputadores Baseadas em circuitos integrados com altíssima escala de integração ULSI(Ultra LargeScaleofIntegration)

32 Supercomputador da UFABC Informações Técnicas Fabricante: SiliconGraphics, Inc (SGI) EUA Modelo: Altix 4700 Memória: 272 GB Processadores Duplos: 68 Dual-Core Intel e Itanium Sistemas Operacionais: Linux (SUSE) e Enterprise Server 10 Capacidade de Disco: 30TB, combinados em dois núcleos (InfiniteStorage 350 e InfiniteStorage 120) Custo: R$ 2 milhões

33 Evolução do Conceito SÍNTESE: 1) Máquina para executar algoritmos (com estrutura de dados) ) Método Científico (para descoberta de conhecimento) ) Processos de Informação (interação, parte do fluxo de informação) 2000

34 EXEMPLO TRIVIAL DE MODELO DA COMPUTAÇÃO REALIDADE Bóia Caixa d água Bomba ACIONAMENTO Controle NÍVEL Modelo Binário do Acionamento da Bomba 1 BIT ENTRADA NÍVEL DA BÓIA: - NÍVEL CHEIO - NÍVEL NÃO CHEIO LÓGICA DE ACIONAMENTO DA BOMBA 1 BIT SAÍDA CONTROLE DA BOMBA: - LIGAR - DESLIGAR

35 EXEMPLO DE MODELAGEM COMPUTACIONAL Realidade: qual a maneira de controlar a temperatura, luminosidade e identificar os ocupantes de um ambiente utilizando algum sistema computacional?

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37 Projeto Final Proposta de Tema Especificação Busca de referências e formatação:

38 Projeto Final Equipes de 3 a 5 alunos Exemplos de projetos de turmas anteriores anteriores no site:

39 Estrutura do Projeto Introdução Objetivos Justificativa Metodologia Apresentação dos Dados e Análise dos Resultados Conclusão Referências Bibliográficas

40 Exercícios

41 EXERCÍCIO EM LABORATÓRIO Exercício 1 - Discussão de regras e de ética de uso do material obtido da Internet - Cópia de material e suas consequências - Sites de confiança, qualidade da informação e referência Exercício 2 - Pesquisar na Internet: - O que é Algoritmo? E Computação? - O que sabemos através da Computação? -O que não sabemos através da Computação? Exercício 3 Complemente seus conhecimentos escutando o vídeo sobre evolução dos computadores disponível em:

42 EXERCÍCIO PROPOSTO 1. O conceito de feedback, ou retro-alimentação, é utilizado e estudado em várias áreas do conhecimento, como neurociência, eletrônica, inteligência artificial. Apresente uma aplicação deste conceito em três diferentes áreas, usando referências acadêmicas. 1.a) Escolha um sistema real que pode ser modelado por um controlador que requer pelo menos 2 bits de informação de entrada e 2 bits para saída para funcionar corretamente. 1.b) De que forma esta modelagem computacional pode auxiliar ou acrescentar ao conhecimento científico ou desenvolvimento tecnológico?