Prof. Daniel Gondim Informática

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1 Prof. Daniel Gondim Informática

2 Contextualização e Introdução Histórico Fundamentos 2

3 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. 3

4 O que é Computação? Processamento de Dados (Fatos isolados). Fornecem informações como saída. Dados significativos, úteis Dados Processamento Informação 4

5 O que é Informática? INFOR + MÁTICA INFORmação automática 5

6 O que é COMPUTADOR? Máquina constituída por uma série de componentes e circuitos eletrônicos Capaz de receber, armazenar, processar e transmitir informações Máquina programável 6

7 O que é COMPUTADOR? Realiza uma grande variedade de tarefas. Segue uma sequência de comandos especificados. O computador não faz absolutamente nada sem que lhe seja ordenado fazer. 7

8 Os computadores atuais são dispositivos eletrônicos que, sob direção e controle de um programa, executam quatro operações fundamentais: Entrada (Input) Processamento (Processing) Saída (Output) Armazenamento (Storage) 8

9 9

10 Primeira forma de cálculo O Ábaco Bastões de Napier Régua de Cálculos 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 10

11 Primeiro ser humano a CALCULAR: pastor Técnica utilizada: empilhamento de pedras para controle da quantidade de ovelhas do rebanho Calculus lat. pedrinha 11

12 Forma ancestral dos seres humanos para indicar quantidades: gestos com os dedos da mão Digitus lat. dedo 12

13 Sistema de numeração egípcio 13

14 Sistema de numeração romano 14

15 Primeira máquina de contar: Ábaco (China, cerca de 2500 a.c.) Abacus lat. tábua de argila 15

16 Ábaco Como funcionava? https://www.youtube.com/watch?v=un6noo C

17 Bastões de Napier - criados como auxílio à multiplicação (matemático John Napier, inventor dos logaritmos). Os bastões de Napier eram um conjunto de 9 bastões, um para cada dígito, que transformavam a multiplicação de dois números numa soma das tabuadas de cada dígito. 17

18 Bastões de Napier Como funcionava? https://www.youtube.com/watch?v=dloa1po QY18 18

19 Multiplicação de 7 por 326 com Bastões de Napier 19

20 Réguas de Cálculo Representação dos logaritmos de Napier em escalas de madeira, marfim ou outro material (1633): círculos de proporção. Primeiro computador analógico 20

21 Máquina de Pascal Primeiro instrumento moderno de calcular uma somadora construído por Blaise Pascal em 1642; Permitia somar até 3 parcelas de cada vez, desde que o total não ultrapassasse ; Tratava-se de um dispositivo inteiramente mecânico, usava várias engrenagens e era acionado por uma alavanca. 21

22 Máquina de Pascal Como funcionava? https://www.youtube.com/watch?v=cj7oir4r_e 22

23 Máquina de Leibniz Projeto (1671) da primeira máquina de multiplicação e divisão, além de soma e subtração por Leibnitz, filósofo e um dos formuladores do cálculo integral (ela só foi construída em 1694); Equivalente às calculadoras de bolso que efetuam as quatro operações. 23

24 Cartões de Jacquard Jacquard inventou um tear mecânico capaz de produzir tecidos com desenhos bonitos e intrincados (1802); O tear mecânico era controlado por grandes cartões perfurados entrada de dados. 24

25 Máquina Diferencial Máquina construída por Charles Babbage que permite calcular tabelas de funções trigonométricas, logaritmos, etc., utilizando os cartões de Jacquard (1823); 25

26 Máquina Diferencial Visão Geral https://www.youtube.com/watch?v=jirgdakn JCg 26

27 Máquina Analítica Precursora dos computadores digitais de hoje, projetada por Babbage (1842); Usava o sistema decimal, máquina mecânica, trabalhava a vapor; Por seu trabalho na máquina analítica, Babbage é considerado um dos pioneiros dos computadores. 27

28 Máquina Analítica Anteviu os passos que até hoje são a base do funcionamento de um computador. Unidade de entrada - alimentação de dados, através de cartões perfurados; Unidade de saída saída impressa e perfurada em cartões; Unidade de memória 1000 palavras de 50 dígitos decimais, capaz de armazenar variáveis e resultados; Unidade de computação aceitava operandos da memória, operações soma, subtração, multiplicação e divisão e enviava o resultado para a memória. 28

29 Álgebra de Boole Concepção dos fundamentos lógicos para a criação de programas: lógica matemática/álgebra booleana (matemático George Boole, 1854); Estabelecimento de uma forma de armazenamento e processamento de dados utilizando relações binárias: as leis do pensamento. 29

30 Máquina de Tabulação de Dados Cartões de Jacquard + conceito de impulsos elétricos para transmissão de dados por Herman Hollerith em 1890; Construção de um tabulador que utiliza os cartões e torna mais rápido o processamento de estatísticas. 30

31 Máquina de Tabulação de Dados Sistema reconhecido no recenseamento americano de 1890 eliminou o trabalho braçal de tabular os milhões de dados que foram coletados Os resultados ficaram prontos em um tempo muito menor que normalmente levaria (redução de 8 para 3 anos); Em 1896, Hollerith fundou a "Tabulating Machine Company" para explorar suas invenções Depois de seu computador mecânico vencer uma concorrência do governo Americano em1924 tornouse a International Business Machines Corp (IBM). 31

32 Década de 30 Tentativas de substituir as partes mecânicas dos computadores por partes elétricas; O uso de relés era uma forma de fazer essas substituições, mas o alto custo, tamanho físico e baixo desempenho eram as desvantagens desses tipos de máquinas. 32

33 Máquinas de Turing Alan Turing, em 1936; Máquinas capazes de resolver todos os tipos de problema; Preocupação de Turing - saber o que efetivamente a computação poderia fazer. Teste de Turing Sua intenção era de descobrir se podíamos atribuir à máquina a noção de inteligência. 33

34 1944 Mark 1 Primeiro computador eletromecânico Dimensões: 18 metros de comprimento, 2 metros de largura e pesava 70 toneladas Composição: 7 milhões de peças móveis e mais de 800 Km de fiação 34

35 800km 35

36 O primeiro BUG de computador é relatado pela Oficial Naval e matemática Grace Murray Hopper, o BUG era um inseto ( bug ) dentro do computador. O termo "bug" passou a referir todo o tipo de erro de computação. 36

37 37

38 1946 Eniac Primeiro computador eletrônico Possuía 18 mil válvulas, pesava 30 toneladas e consumia 150 KW Chegava a realizar 5 mil operações por segundo Programação por chaveamento (6000 chaves) 9m x m 30 38

39 39

40 40

41 Arquitetura de von Neumann Utilizada em todos os computadores atuais Programa armazenado em memória Aritmética binária inteira Componentes: Memória, Unidade Lógica Aritmética,Unidade de Controle, Dispositivos de Entrada e Saída 41

42 Arquitetura de von Neumann 42

43 Sistema de computação Integração de componentes atuando como uma entidade, com o propósito de processar dados, i.e. realizar algum tipo de operação aritmética/ lógica envolvendo os dados, de modo a produzir diferentes níveis de informações 43

44 44

45 Grande diversidade de computadores atuais: Dimensões, custos, propósitos e funcionalidades Necessidade de agrupamento em categorias 45

46 Quanto às Características de construção: 1ª geração (anos 50) 2ª geração (1ª metade dos anos 60) 3ª geração (meados dos anos 60 a meados dos anos 70) 4ª geração (meados dos anos 70 ao início dos anos 90) 5ª geração (início dos anos 90 aos dias atuais) (?) 46

47 Computação Quântica 47

48 Atualmente existe uma grande diversidade de computadores, com diferentes tamanhos,custos, propósitos e funcionalidades. Por essa razão, tornou-se necessário o seu agrupamento em categorias. Como podemos classificá-las? 48

49 Quanto à característica de construção Primeira Geração Segunda Geração Terceira Geração Quarta Geração Quinta Geração 49

50 Quanto Princípio de construção (quanto à Natureza do processamento) Analógicos Digitais 50

51 Quanto ao Âmbito de ação Propósito Geral Propósito Específico 51

52 Quanto ao Porte (dimensões, custos, desempenho e propósito) Supercomputadores Mainframes Minicomputadores Estações de trabalho Computadores pessoais 52

53 1ª GERAÇÃO (anos 50) Componente básico: válvula Grandes dimensões / Aquecimento relevante LP linguagem de máquina Dispêndio significativo de energia elétrica E/S cartões perfurados, fita magnética Operações internas executadas em milissegundos (3 a ( ms 10 53

54 54

55 2ª GERAÇÃO (1ª metade dos anos 60) Componente básico: transistor Dimensão reduzida / Menor aquecimento LP linguagem simbólica Dispêndio significativo de energia elétrica E/S cartões perfurados, tambores magnética Operações internas executadas em microssegundos ( µs 10-6) 55

56 56

57 3ª GERAÇÃO (meados dos anos 60 a meados dos anos 70) Componente básico: circuitos integrados (VLSI) Redução das dimensões x Elevação do desempenho Pastilha de silício de 1cm² contendo milhares de transistores Evolução dos Sistemas Operacionais (SO) Advento da multiprogramação, do processamento em tempo real e do modo interativo. LP estruturadas. E/S monitores, teclados e mouse Operações internas medidas em nanosegundos (10-9 ns) 57

58 58

59 4ª GERAÇÃO (meados dos anos 70 ao início dos anos 90) Marco inicial: surgem os microprocessadores (ULSI) Miniaturização dos computadores Advento dos Computadores Pessoais (PC) (LP de alto nível). Telas sensível a toque, interfaces gráficas Nascimento da Teleinformática, transmissão de dados via redes de computadores Operações internas medidas em picosegundos (10-12 ps) 59

60 60

61 5ª GERAÇÃO (início dos anos 90 aos dias atuais) Popularização da internet Características: aplicações de linguagem natural, processamento paralelo, inteligência artificial Nanotecnologia 61

62 Vale a pena lembrar da Computação Quântica!!! Pode abrir portas para a definição de mais uma nova geração de computadores. Mais rápidos Mais eficientes Mais complexos 62

63 Aumento da velocidade de processamento... Segundo 1 Milisegundos 1000 Microsegundos Nanosegundos Picosegundos

64 Analógicos Representa variáveis por meio de analogias físicas Processamento contínuo da informação recebida análogo ao mundo real Categoria de computadores destinada à resolução de problemas referentes à condições físicas, por meio de quantidades mecânicas ou elétricas. A informação pode ser um conjunto de valores e.g. de corrente elétrica, de temperatura ou de velocidade 64

65 65

66 Digital Processamento da informação representada por combinações de dados discretos ou descontínuos Mais especificamente: trata-se de um dispositivo projetado para executar sequencias de operações lógicas e aritméticas. 66

67 67

68 O computador analógico mede. O computador digital conta. 68

69 Específico Computadores concebidos para desempenhar um conjunto reduzido e específico de tarefas Exemplo: Uso no controle de mecanismos industriais e em cálculos científicos 69

70 Geral Computadores capazes de desempenhar uma grande variedade de tarefas, através da execução de um grande número de programas Uso bastante difundido em escritórios, escolas e residências 70

71 O computador também pode ser classificado quanto à utilização Científico Comercial A maioria dos fabricantes dispõe atualmente de produtos ditos de uso geral, os quais comportam o uso tanto na em nível científico quanto comercial. 71

72 Computador Científico Utilização para propósito de cálculo e pesquisa científica, em áreas nas quais se requer resultados mais precisos e volume reduzido de entrada e saída de dados Computador Comercial Uso em situações que requerem o tratamento rápido e seguro de problemas que comportam grande volume de entrada e saída de dados (maioria das máquinas usadas nas empresas) 72

73 Quanto ao Porte Supercomputadores Mainframes Minicomputadores Estações de trabalho Computadores pessoais (Microcomputadores) Desktop Notebook Palmtop 73

74 Supercomputadores Grande poder de processamento Principal uso no campo científico, notadamente no âmbito de simulações Exemplos de aplicação: Previsão de tempo Modelagem tridimensional Computadores de âmbito usualmente específico (execução de um grupo reduzido de tarefas) 74

75 Supercomputadores Custo muito elevado Grande porte e requisitos especiais de funcionamento (e.g. refrigeração) Exemplos: SX-9, BLUE GENE/P 75

76 76

77 Mainframes Computador de grande porte, dedicado normalmente ao processamento de um volume grande de informações. Os mainframes são capazes de oferecer serviços de processamento a milhares de usuários através de milhares de terminais conectados diretamente ou através de uma rede 77

78 78

79 Minicomputadores Resultante do processo de redução das dimensões dos sistemas computacionais Capacidade de processamento elevada Com o aparecimento e evolução dos microcomputadores, a distinção entre minis e micros é cada vez menos nítida 79

80 80

81 Estações de trabalho Situam-se logo abaixo dos minicomputadores Geralmente possuem arquitetura RISC e sistema operacional UNIX As estações são dirigidas por um único usuário (monousuário), ao contrario dos minicomputadores É essencialmente um microcomputador projetado para realizar tarefas pesadas, em geral na área científica ou industrial. Exemplos: Desktop/RackMount Ultra 10 Solaris Workstations/Servers 81

82 82

83 Microcomputador Também conhecidos como: Micro e PC (Personal Computer). Diversas formas e modelos Fácil atualização (upgrade) de hardware Capacidade de processamento evolui rapidamente. Presente em todos os tipos de empresas 83

84 Há no mercado várias categorias de microcomputadores, cuja classificação está muito relacionada ao tamanho físico do equipamento e seu grau de portabilidade Tipos: Desktop Notebook Palmtop 84

85 Desktop Computador de Mesa. O mais comum dos micros. 85

86 Macintosh Computador pessoal da empresa Apple Muito utilizado em trabalhos gráficos, dada a sua capacidade nesse ramo, simplicidade e facilidade de uso Os MACs estão sendo utilizados por profissionais da área gráfica, arquitetura, vídeo e tudo relacionado à multimídia principalmente 86

87 Notebook Computador portátil Energizados por corrente elétrica ou por bateria Mais caro Capacidade de processamento similar ao Desktop 87

88 Palmtop Computador portátil Alimentado por bateria Capacidade de processamento menor Conhecido também por PDA (Personal Digital Assistants) Hoje em dia não são tão utilizados, foram substituídos pelos smartphones 88

89 O cérebro humano, de um ponto de vista estritamente funcional, pode ser definido como um sistema complexo de 100 bilhões de neurônios. Para conter o mesmo número de elementos do cérebro, um computador dos anos 40, a fase das válvulas, teria o tamanho de São Paulo. Em fins dos anos 50, com os transistores, bastava um computador com as dimensões do Cristo Redentor. Anos 60: o computador seria como um ônibus. Atualmente, com a aglomeração de alguns milhões de componentes num único chip, cérebro e computador entraram num acordo de dimensões. 89

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