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Grupo SER Educacional | Lógica de Programação 1 LÓGICA DE PROGRAMAÇÃO Lógica de Programação IZABELLY MORAIS E MAX AZEVEDO HISTÓRIA DOS COMPUTADORES AULA 01 Diretor Executivo DAVID LIRA STEPHEN BARROS Direção Editorial ANDRÉA CÉSAR PEDROSA Projeto Gráfico MANUELA CÉSAR DE ARRUDA Autor IZABELLY MORAIS E MAX AZEVEDO Desenvolvedor CAIO BENTO GOMES DOS SANTOS O Autor Izabelly Morais de Morais Olá. Meu nome é Izabelly Morais. Sou licenciada em Ciência da Computação pela Universidade Federal da Paraíba (UFPB), e mestre em Ciência da Computação com ênfase em Engenharia de Software e Linguagens de Programação pela Universidade Federal de Pernambuco (UFPE). Leciono como professora formadora no Instituto Federal de Pernambuco (IFPE) e na Faculdade Pitágoras (João Pessoa/PB), onde tenho a oportunidade de transmitir minha experiência na área de tecnologia e educação. Max André de Azevêdo Silva Olá. Meu nome é Max Azevêdo Silva. Sou formado em Licenciatura em Ciência da Computação, pela Universidade Federal da Paraíba, e mestrando em Ciência da Computação com ênfase em Engenharia de Software pela Universidade Federal da Paraíba. Possuo experiência na área de desenvolvimento de sistemas web, mobile e jogos eletrônicos. Atualmente atuo como Analista de Sistemas. A possibilidade de expor nossos conhecimentos adquiridos ao longo dos anos é fantástica! Por isso fomos convidados pela Editora Telesapiens a integrar seu elenco de autores independentes. Estamos muito felizes em poder ajudar você nesta fase de muito estudo e trabalho. Conte conosco! IZABELLY MORAIS E MAX AZEVEDO “ Iconográficos Olá. Meu nome é Manuela César de Arruda. Sou o responsável pelo projeto gráfico de seu material. Esses ícones irão aparecer em sua trilha de aprendizagem toda vez que: INTRODUÇÃO para o início do desenvolvimento de uma nova competência; DEFINIÇÃO houver necessidade de se apresentar um novo conceito; NOTA quando forem necessários observações ou complementações para o seu conhecimento; IMPORTANTE as observações escritas tiveram que ser priorizadas para você; EXPLICANDO MELHOR algo precisa ser melhor explicado ou detalhado; VOCÊ SABIA? curiosidades e indagações lúdicas sobre o tema em estudo, se forem necessárias; SAIBA MAIS textos, referências bibliográficas e links para aprofundamento do seu conhecimento; REFLITA se houver a necessidade de chamar a atenção sobre algo a ser refletido ou discutido sobre; ACESSE se for preciso acessar um ou mais sites para fazer download, assistir vídeos, ler textos, ouvir podcast; RESUMINDO quando for preciso se fazer um resumo acumulativo das últimas abordagens; ATIVIDADES quando alguma atividade de autoaprendizagem for aplicada; TESTANDO quando o desenvolvimento de uma competência for concluído e questões forem explicadas; Sumário 1 HISTÓRIA DOS COMPUTADORES ............................................................................. 8 1.1 O Ábaco e os Ossos de Napier ............................................................................... 8 1.2 Auxílio mecânico para os cálculos ......................................................................... 9 1.3 Primeira geração dos computadores (1946 - 1954) .............................................. 13 1.4 Evolução das gerações de computadores ............................................................. 13 1.4.1 Segunda Geração (1952 – 1964) .............................................................. 14 1.4.2 Terceira Geração (1964-1977) ................................................................ 14 1.4.3 Quarta Geração (1977-1991) ................................................................... 14 1.4.4 Quinta Geração (1991...) ........................................................................ 14 1.5 Evolução dos recursos computacionais ................................................................ 15 1.5.1 Unidade de armazenamento de dados ..................................................... 15 1.5.2 Unidade de velocidade de processamento ............................................... 16 Considerações Finais ................................................................................................ 18 Atividades de Autoaprendizagem .............................................................................. 18 Questionário Avaliativo ............................................................................................ 18 Bibliografia .............................................................................................................. 19 Trilha de Aprendizagem Olá. Meu nome é Andréa César. Sou responsável pela direção editorial deste livro didático e de todos os demais recursos relacionados com a sua trilha de aprendizagem. Você está iniciando seus estudos sobre LÓGICA DE PROGRAMAÇÃO, e o nosso objetivo é auxiliar você no desenvolvimento das competências necessárias ao seu exercício profissional. Para isto, distribuímos os conteúdos didáticos deste livro em quatro semanas de estudo, onde, em cada uma delas, haverá uma competência a se r construída. Cada uma dessas competências será desenvolvida por meio de quatro atividades de estudo, que podemos chamar de “aulas”. Em cada aula, você terá uma introdução ao tema abordado, os objetivos a serem alcançados, uma atividade de autoaprendizagem proposta e uma lista de exercícios a serem respondidos. Quer saber quais serão as competências que você irá desenvolver ao longo dessas quatro semanas de estudo? Então vamos a elas: Compreender os conceitos fundamentais da ciência da computação, 1. sobretudo no que concerne a softwares e programação de computadores. Desenvolver algoritmos estruturados envolvendo operações com 2. variáveis e comandos condicionais simples. Utilizar estruturas condicionais encadeadas e iterativas, além de 3. efetuar operações envolvendo vetores. Trabalhar com matrizes e modulação de algoritmos, como 4. procedimentos e funções. Ao longo desta semana iremos desenvolver a competência de número: 1. Vamos arregaçar as mangas? Ao trabalho! Lógica de Programação| Izabelly Morais e Max Azevedo | 7 1ª SEMANA DE ESTUDOS INTRODUÇÃO: onhecer a história e entender os conceitos relacionados à ciência da computação é vital para o desenvolvimento das competências de programação de computadores. Ao longo desta primeira etapa de estudos iremos desbrava todo esse conhecimento, como preparação para mergulharmos no mundo da programação de computadores. Preparado para uma viagem rumo ao conhecimento? Então, aperte o cinto e boa viagem. OBJETIVOS: Ao término desta semana de estudos, você será capaz de: Conhecer a história dos computadores e a evolução dos recursos computacionais. Entender o funcionamento e os vários paradigmas das linguagens de programação. Compreender a infraestrutura dos sistemas computacionais, discernindo sobre hardware, software e peopleware. Definir e entender o conceito e as funcionalidades da lógica de programação e algoritmos computacionais. Mãos à obra? Conte com a gente! C Lógica de Programação| Izabelly Morais e Max Azevedo | 8 1 História dos Computadores INTRODUÇÃO: A informática nasce da ideia de auxiliar o homem nos trabalhos rotineiros e repetitivos, geralmente ligados à área de cálculo e gerenciamento. Desse modo, conhecer a história doscomputadores é importante, pois é através do estudo do passado que podemos compreender e valorizar o presente. No decorrer desta aula teremos a oportunidade de analisar exemplos de como ideias simples contribuíram para evolução da humanidade. 1.1 O Ábaco e os Ossos de Napier O ábaco foi um dos primeiros instrumentos desenvolvidos para auxiliar os humanos na realização de cálculos. Muitos atribuem sua criação à China, mas existem evidências dele na Babilônia do ano 300 A.C. OBJETIVO: Ao término desta aula você deverá ter conhecido a história dos computadores e a evolução dos recursos computacionais. Figura 1 - Foto de um Ábaco de brinquedo. Fonte: https://cdn.pixabay.com/photo/20 14/10/21/21/21/abacus- 497215_960_720.png (Acesso em 27/07/2017) Para saber mais sobre o ábaco, acesse o link: http://www.educacaopublica.rj.gov.br/oficinas/matematic a/abaco/03.html (Acesso em 14/10/2017) SAIBA MAIS http://www.educacaopublica.rj.gov.br/oficinas/matematica/abaco/03.html http://www.educacaopublica.rj.gov.br/oficinas/matematica/abaco/03.html Lógica de Programação| Izabelly Morais e Max Azevedo | 9 Figura 3 - As coroas dentadas de Pascal ou Pascaline. Fonte: https://upload.wikimedia.org/wi kipedia/commons/thumb/f/ff/P ascaline-CnAM_823-2- IMG_1510-white.jpg/1024px- Pascaline-CnAM_823-2- IMG_1510-white.jpg. (Acesso em 10/09/2017) O próprio nome “computador” está associado ao termo “contar”. E era isto que o Ábaco fazia: ajudava as pessoas a mecanizar o processo da contagem numérica, realizando as operações de soma e de subtração de maneira bastante visual e intuitiva, como podemos observar na foto da figura 1. Em 1617, John Napier construiu um dispositivo simples e barato para auxiliar os cálculos matemáticos . Esse dispositivo ficou conhecido como “Ossos de Napier” ou “Bastões de Napier”. 1.2 Auxílio mecânico para os cálculos Em 1642, o francês Blaise Pascal, aos 19 anos de idade, criou a primeira calculadora mecânica do mundo. Esse dispositivo ficou conhecido como “As rodas dentadas de Pascal” ou “Pascaline”. Figura 2 - Ossos de Napier. Fonte: https://upload.wikimedia.org/wikipe dia/commons/8/8c/Bones_of_Napier _%28board_and_rods%29.png. (Acesso em 10/09/2017) Você gostaria de compreender melhor o funcionamento do mecanismo criado por John Napier? Um vídeo fala mais do que mil palavras. Então acesse o link: https://www.youtube.com/watch?v=HLynpr0iv0A&t=9s (Acesso em 14/10/2017) EXPLICANDO MELHOR https://www.youtube.com/watch?v=HLynpr0iv0A&t=9s Lógica de Programação| Izabelly Morais e Max Azevedo | 10 Em 1801, Joseph Marie Jacquard construiu “Máquina de Tecer com Cartões Perfurados”. Joseph era um costureiro que trabalhava com desenhos em tecidos. Porém, esse processo era demorado e isso levou Joseph a construir uma máquina para fazer os desenhos nos tecidos. Esse mecanismo ficou conhecido como “Tear programável”, pois, através das instruções contidas nos cartões perfurados, essa máquina cortava e desenhava em tecidos. A foto da figura 4 ilustra essa máquina. Em 1820, Charles Babbage (matemático inglês), preocupado com os erros contidos nas tabelas matemáticas de sua época, construiu um modelo para calcular tabelas de funções (logaritmos, funções trigonométricas, etc.) , sem a intervenção de um operador humano. Nascia então a “Máquina Diferencial de Babbage”. Babbage projetou essa máquina para ser Figura 4 - Tear Programável de Jacquard. Fonte: http://producao.virtual.ufpb.br/books/camyle/introduc ao-a-computacao- livro/livro/livro.chunked/images/historia -do- computador/JacquardLoom.jpg.(Acesso em 10/09/2017) O mecanismo de funcionamento da Pascaline é o mesmo utilizado até hoje nos odômetros de carros, onde as engrenagens são organizadas de tal forma a simular o "vai um" para a próxima casa decimal nas operações de adição. VOCÊ SABIA? Existe uma animação demonstrando o funcionamento da máquina Pascaline. Você pode acessá-la através do seguinte link: http://therese.eveilleau.pagesperso- orange.fr/pages/truc_mat/textes/pascaline.htm (Acesso em 14/10/2017) SAIBA MAIS http://therese.eveilleau.pagesperso-orange.fr/pages/truc_mat/textes/pascaline.htm http://therese.eveilleau.pagesperso-orange.fr/pages/truc_mat/textes/pascaline.htm Lógica de Programação| Izabelly Morais e Max Azevedo | 11 composta por diversos discos giratórios operados por manivelas (foto na figura 5). Em 1823, o governo britânico concordou em financiar a construção da máquina de Charles Babbage. Porém as ferramentas da época não eram suficientemente sofisticadas para construir a máquina. Babbage, então, gastou tempo construindo ferramentas e, por diversas, vezes a construção da máquina parou por falta de fundos. Em 1833, Babbage abandonou a ideia da máquina diferencial e iniciou um trabalho em seu novo projeto, conhecido como “Máquina Analítica de Babbage”. Essa máquina podia ser programada através de cartões perfurados e calculava várias funções diferentes. Porém, a tecnologia pouco avançada da época não possibilitou que a máquina fosse concluída e, somente um século depois, suas ideias foram postas em prática. Em 1880, os dados do senso demográfico dos Estados Unidos, que ocorria a cada 10 anos, levaram quase 8 anos para serem processados. Dessa forma surgiu uma preocupação quanto ao tempo necessário p ara Figura 6 - Máquina Diferencial de Babbage. Fonte: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/comm ons/5/53/BabbageDifferenceEngine.jpg. (Acesso em 10/09/2017) Para saber mais sobre Babbage e suas criações, acesse o link: https://www.youtube.com/watch?v=s8IKAJxl75U (Acesso em 14/10/2017) e assista a um vídeo bastante elucidativo a esse respeito. SAIBA MAIS Para muitos, Charles Babbage é considerado o verdadeiro “Pai da Computação”. IMPORTANTE https://www.youtube.com/watch?v=s8IKAJxl75U Lógica de Programação| Izabelly Morais e Max Azevedo | 12 processar os dados de 1890. Então, Herman Hollerith (estatístico) foi designado pela Agência Estatística dos EUA para desenvolver uma técnica de aceleração do processamento dos dados daquele censo. Hollerith se utilizou da ideia de Jackard e desenvolveu a Perfuradora de Cartões, modo pelo qual os dados eram perfurados em cartões que podiam ser classificados por meio de pinos passando pelos furos. A máquina de Hollerith era tão veloz que uma simples contagem ficava pronta em seis semanas, e uma análise estatística completa, em dois anos e meio. A população aumentara em cerca de 13 milhões de pessoas durante a década anterior, até um total de 62.622.250 habitantes. Mesmo assim, a tabulação do censo de 1890 demorou aproximadamente um terço do tempo gasto por seu predecessor. A máquina de Hollerith ficou mundialmente conhecida, tendo sido utilizada por vários países em diversos seguimentos de mercado. Então, Hollerith montou uma empresa chamada de International Business Machines Corporation , mais popularmente conhecida como IBM, uma marca forte e atuante até os dias de hoje. Figura 7 - Perfuradora de Cartões de Hollerith. Fonte: http://www.di.ufpb.br/raimundo/Revolucao_dos_Computadores/TAB.jpg. (Acesso em 10/09/2017) Lógica de Programação| Izabelly Morais e Max Azevedo | 13 1.3 Primeira geração dos computadores (1946 - 1954) A primeira geração dos computadores é marcada pela utilização de válvulas. A válvula era um tubo de vidro, similar a uma lâmpada, que aquecia bastante e costumava queimar com facilidade. O armazenamento dos dadosdesses computadores era feito, inicialmente, através de cartões perfurados. Posteriormente esse armazenamento passou a ser feito por meio de fitas magnéticas. Esses computadores eram máquinas extremamente grandes, chegando a ocupar áreas da ordem de 180 m². Outra característica desses computadores era que, para programá-los, costumava-se levar muito tempo. 1.4 Evolução das gerações de computadores Desde o primeiro computador eletrônico inventado, o processo evolutivo daquelas máquinas foi célere e intenso. Após a primeira geração, houve muitas outras até que chegássemos às atuais máquinas atualmente em uso. Farias e Medeiros (2013), trazem os principais acontecimentos, conforme as respectivas décadas, como mostra o quadro da tabela 1 a seguir. Figura 8 - Válvulas. Fonte: http://producao.virtual.ufpb.br/books/camyle/introducao - a-computacao-livro/livro/livro.chunked/images/historia -do- computador/valvulas.png. (Acesso em 10/09/2017) Lógica de Programação| Izabelly Morais e Max Azevedo | 14 1.4.1 Segunda Geração (1952 – 1964) Essa geração foi marcada pela substituição da válvula pelo transistor, que eram muito menores do que as válvulas a vácuo e tinham outras vantagens: não exigiam tempo de pré- aquecimento, consumiam menos energia, geravam menos calor, eram mais rápidos e confiáveis 1.4.2 Terceira Geração (1964-1977) Marcada pela utilização dos circuitos integrados, feitos de silício, essa geração se caracterizou pelo advento dos microchips. Seu processo de fabricação possibilitava a construção de vários circuitos simultaneamente, facilitando a produção em massa. 1.4.3 Quarta Geração (1977-1991) Esta geração é caracterizada pelo surgimento dos microprocessadores - unidade central de processamento. Sistemas operacionais como MS-DOS, UNIX e CP/M eram os utilizados à época. Linguagens de programação orientadas a objeto como C++ e Small talk foram desenvolvidas. Discos rígidos eram utilizados como memória secundária. As impressoras matriciais e os teclados com layouts atuais foram criados nessa época. 1.4.4 Quinta Geração (1991... ) Os computadores da quinta geração usam processadores com milhões de circuitos integrados. Essa geração está sendo marcada pela inteligência artificial e por sua conectividade. Tabela 1: Gerações de computadores. Fonte: Adaptado de Farias et al (2013) Figura 9 - Placa de circuito com transistores. Fonte: https://pixabay.com/pt/hedging-bobina- placa-de-circuito-647485/ Figura 10 - Placa de circuitos integrados. Fonte: https://pixabay.com/pt/placa- m%C3%A3e-eletr%C3%B4nica-computador- 581597/ Figura 11 - Microcomputador típico da terceira geração. Fonte: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/common s/thumb/6/69/IBM_PC_5150.jpg/280px - IBM_PC_5150.jpg Figura 12 - Os notebooks representam bem essa geração. Fonte: https://pixabay.com/pt/laptop -notebook- m%C3%B3veis-computador-154091/ Lógica de Programação| Izabelly Morais e Max Azevedo | 15 1.5 Evolução dos recursos computacionais É evidente que ao armazenarmos algo, essa coisa pode ser quantificada. Como por exemplo, podemos armazenar água em um reservatório e , para sabermos a quantidade armazenada, podemos nos basear no seu volume. Esse volume é medido em litros (l) ou metros cúbicos (m3). No mundo da informática os dados são transmitidos e armazenados, portando esses dados também podem ser quantificados e mensurados em unidades de medida. Os computadores trabalham com diversas unidades de medidas, então vamos esclarecer algumas das mais importantes, começando pela que consegue mensurar a capacidade de armazenamento de dados. 1.5.1 Unidade de armazenamento de dados O computador armazena dados em sua memória, reservando um pequeno espaço denominado “byte”. Cada byte consegue representar um pequeno fragmento de dado, que podemos chamar de caractere. Esse caractere pode ser um algarismo de 0 a 9, uma letra do alfabeto de “A” a “Z”, ou um símbolo especial, como “&”, “@”, “ -“, etc. Um byte, ou um conjunto deles, pode ainda representar um ponto luminoso na tela do computador ou uma nota musical que compõe uma canção armazenada em sua memória. Um byte pode ainda ser subdividido em fragmentos ainda menores. Um byte é, na realidade, uma combinação de 8 bits. Bits são sinais binários, representados pelos números 0 e 1. Cada bit, portanto, pode equivaler a zero ou a um. Internamente, esses sinais binários são simulados pela presença ou ausência de corrente elétrica dentro do chip. VOCÊ SABIA? Lógica de Programação| Izabelly Morais e Max Azevedo | 16 Bem, agora que você entendeu o que são bits e bytes, atente para a tabela 1, que mostra as diferentes unidades de medida de armazenamento de um computador, em bytes. Tabela 2: Unidades de medida de armazenamento de dados. Fonte: Editorial Telesapiens 1.5.2 Unidade de velocidade de processamento Outra medida importante para os computadores diz respeito à velocidade de processamento, chamada de Mega-hertz. Um Mega-hertz, ou MHz, equivale a 1 milhão de ciclos por segundo, ou seja, 106 (“dez” elevado à sexta potência), diferentemente de Megabyte, que, como vimos, utiliza outro tipo de potenciação: a de base dois (210 = 1.024). Tabela 3: Unidades de medida de velocidade de processamento. Fonte: Editorial Telesapiens Medida Sigla Valor (capacidade) Bit b bit 1 b Byte B 1 (8 bits) 1 B Quilo-byte KB 1.024 1.024 B Mega-byte MB 1.048.576 1.024 KB Giga-byte GB 1.073.741.824 1.024 MB Tera-byte TB 1.099.511.627.776 1.024 GB Penta-byte PB 1.125.899.906.842.624 1.024 TB Hexa-byte HB 1.152.921.504.606.846.976 1.024 PB Yota-byte YB 1.208.925.819.614.630.000.000.000 1.024 HB Medida Sigla Velocidade Hertz Hz 1 ciclo por segundo 1 Hz Quilo-hertz KHz 1.000 ciclos/segundo 1.000 Hz Mega- hertz MHz 1.000.000 ciclos/segundo 1.000 KHz Giga-hertz GHz 1.000.000.000 ciclos/segundo 1.000 MHz Tera-hertz THz 1.000.000.000.000 ciclos/segundo 1.000 GHz Lógica de Programação| Izabelly Morais e Max Azevedo | 17 Um termo comumente utilizado no mercado de informática é o “Clock”. Ao adquirir um computador, você pode se referir à sua velocidade de processamento usando este termo, que significa, na realidade, a frequência com que o processador pergunta para a placa-mãe (motherboard) se há alguma instrução a ser processada. NOTA Lógica de Programação| Izabelly Morais e Max Azevedo | 18 Considerações Finais SAIBA MAIS: Quer se aprofundar no tema desta aula? Recomendamos o acesso à seguinte fonte de consulta e aprofundamento: Vídeo: “História do computador em minutos”, acessível pelo link https://www.youtube.com/watch?v=F3qWg1JBPZg (Acesso em 19/09/2017). Atividades de Autoaprendizagem ATIVIDADES: Pronto para consolidar seus conhecimentos? Leia atentamente o enunciado de sua atividade de autoaprendizagem proposta para esta aula. Se você está fazendo o seu curso presencialmente, é só abrir o seu caderno de atividades. Se você estiver cursando na moda lidade de EAD (Educação a Distância), acesse a sua trilha de aprendizagem no seu ambiente virtual e realize a atividade de modo online. Você pode desenvolver esta atividade sozinho ou em parceria com seus colegas de turma. Dificuldades? Poste suas dúvidas no fórum de discussõesem seu ambiente virtual de aprendizagem. Concluiu a sua atividade? Submeta o resultado em uma postagem diretamente em seu ambiente virtual de aprendizagem e boa sorte! Questionário Avaliativo TESTANDO: Chegou a hora de você provar que aprendeu tudo o que foi abordado ao longo desta aula. Para isto, leia e resolva atentamente as questões do seu caderno de atividades. Se você estiver fazendo este curso a distância, acesse o QUIZ (Banco de Questões) em seu ambiente virtual de aprendizagem. https://www.youtube.com/watch?v=F3qWg1JBPZg Lógica de Programação| Izabelly Morais e Max Azevedo | 19 Bibliografia FARIAS, G., & MEDEIROS, E. S. (2013). Introdução à Computação. Lógica de Programação| Izabelly Morais e Max Azevedo | 20
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