introdução à computação

Prévia do material em texto

Introdução à Ciência 
da Computação I
Prof. Cristiano Akamine
akamine@mackenzie.com.br
O que é um
Computador?
Um computador é um 
dispositivo capaz de 
executar cálculos e tomar 
decisões lógicas milhões de 
vezes mais rápidas do que 
podem os seres humanos. 
Ábaco Chinês
� Na medida em que os cálculos 
foram se complicando e 
aumentando de tamanho, 
sentiu-se a necessidade de um 
instrumento que viesse em 
auxílio, surgindo assim há
cerca de 2.500 anos o ÁBACO.
� O ábaco chinês possuía 2 
conjuntos por fio, contendo 5 
contas no conjunto das 
unidades e 2 contas que 
representavam 5 unidades.
Soroban: O Ábaco Japonês
� A variante do ábaco mais 
conhecida é o SOROBAN, 
ábaco japonês simplificado 
(com 5 contas por fio, 
agrupadas 4x1).
� Esse sistema de contas e fios 
recebeu o nome de “calculi”
pelos romanos, dando origem à
palavra cálculo.
Pascalina
� Em 1642, Pascal cria a primeira 
máquina de calcular de que se tem 
notícia. Ela funcionava através de 
engrenagens mecânicas, e conseguia 
realizar somente a soma.
• A Pascalina, como ficou 
conhecida, foi a primeira 
calculadora mecânica do mundo.
• A comercialização de suas 
calculadoras não foi satisfatória 
devido a seu funcionamento 
pouco confiável, apesar de 
Pascal ter construído cerca de 50 
versões. 
Nova Calculadora Mecânica
� Em 1694, 52 anos depois, Gottfried Wilhelm von 
Leibniz aprimora o invento de Pascal, de tal forma que 
a nova "calculadora" mecânica já era capaz de 
realizar a multiplicação, além da soma.
Arithmometer
� Em 1820, Charles Xavier Thomas 
(1785-1870, conhecido como 
Thomas de Colmar, Paris - FR) 
projetou e construiu uma máquina 
capaz de efetuar as 4 operações 
aritméticas básicas (soma, 
subtração, divisão e multiplicação): 
a Arithmometer.
� Esta foi a primeira calculadora 
realmente comercializada com 
sucesso. 
� Ela fazia multiplicações com o 
mesmo princípio de uma outra 
calculadora criada por Leibnitz e 
com a assistência do usuário 
efetuava as divisões.
Charles Babbage 
1792-1871 
� O início real do 
desenvolvimento dos 
computadores como os 
conhecemos hoje se deve a 
Charles Babbage, matemático 
inglês que, em 1812.
� Segundo observou Babbage: 
“As operações matemáticas 
repetitivas poderiam ser 
desenvolvidas com mais 
agilidade e confiabilidade 
pelas máquinas do que pelos 
homens. “
Condessa Ada Lovelace
A Primeira Programadora
� Sua companheira, a 
condessa Ada Lovelace se 
tornou a primeira 
programadora de 
computador do mundo, ao 
ajudar Babbage no projeto 
de uma máquina analítica, 
que permitiria calcular 
funções matemáticas bem 
mais complexas que as 
logarítmicas.
Máquina das Diferenças de 
Babbage
� Ada criou os programas para essa 
máquina, que no entanto nunca 
funcionou: as centenas de 
engrenagens, rodas e barras 
apresentavam problemas, pois a 
metalurgia na época não tinha 
tecnologia suficiente para evitar 
imperfeições nas peças. 
� Apesar disso, a estrutura do 
equipamento estava correta, e os 
computadores atuais ainda têm muito 
a ver com essa máquina (até pelo fato 
de nem sempre funcionarem como se 
previa...) 
MÁQUINA ANALÍTICA 
DAS DIFERENÇAS DE BABBAGE 
IBM – Para Calcular o Censo
� Em 1889, Herman Hollerith, inventor 
americano, e fundador da empresa que 
deu origem à IBM, estava às voltas com 
um problema norte-americano: estava 
sendo realizado um censo demográfico 
no país, mas se temia pela quantidade 
de tempo necessário para apurar todos 
os resultados desejados.
Para piorar o caso, no censo realizado 
10 anos antes, foram necessários sete 
anos para se chegar aos resultados 
buscados. Por conta disso, acreditava-
se que, para este novo censo, seriam 
necessários 10 anos de análise 
Hollerith
� No entanto, com a máquina 
inventada por Hollerith, 
o resultado do censo foi 
apurado em apenas seis 
semanas.
� Além da agilidade que conferiu 
ao processo, a máquina deste 
americano trazia consigo a 
idéia de cartões perfurados 
para armazenar dados. 
� Ou seja, os cartões perfurados 
tinham na época uma função 
parecida com a dos nossos 
disquetes, armazenar 
informações (guardadas as 
devidas proporções).
O primeiro computador 
eletromecânico, Versuchmodell 
1 ou Z-1 � Mas foi a partir da II Guerra Mundial 
que o desenvolvimento dos 
computadores eletrônicos ganhou 
mais força, quando os governos 
perceberam o potencial estratégico 
que estas máquinas ofereciam.
� O primeiro computador 
eletromecânico, o chamado 
Versuchmodell 1 ou Z-1, usava 
relês e foi construído pelo alemão 
Konrad Zuse (1910-1995) em 1936.
� Zuze tentou vende-lo ao governo 
para uso militar, mas a princípio, foi 
subestimado pelos nazistas, que não 
se interessaram pela máquina 
O MARK I
� O computador nasceu então com a II 
Guerra Mundial nos EUA, entre 1943 e 
1944, 
� A Marinha em conjunto com a 
Universidade de Harvard e a IBM 
desenvolveram o ASCC - Americam 
Automatic Sequence Controlled 
Calculator (Chamado de Mark I).
� Howard Aiken, um professor da 
Universidade de Haward, elabora o 
primeiro computador eletrônico, através 
do apoio do então presidente da IBM 
Thomas Watson.
� Mark I era um gigante eletromagnético 
que ocupava 120 m³, com milhares de 
redes e conseguia multiplicar números 
de 10 dígitos em 3 segundos.
Colossus
� Mais tarde, visto o potencial e o 
progresso do uso de máquinas mais 
sofisticadas pelos aliados, os 
alemães desenvolveram o Z-3.
� Pelo lado britânico, foi desenvolvido o 
Colossus, que, assim como o Z3, 
também usava válvula.
� Esse computador foi criado com a 
finalidade de decifrar os códigos 
secretos usados pelo exército alemão 
na II Grande Guerra. 
� O interesse pela construção do 
primeiro computador foi grande, seu 
interesse inicial era militar.
� Alemanha e E.U.A disputavam uma 
acirrada corrida contra o tempo. 
O Eniac - Integrador e Computador 
Numérico Eletrônico
� O Eniac, como se chamava (sigla para 
Integrador e Computador Numérico 
Eletrônico, em inglês).
� Construído em 1946, por John Mauchly
e John Eckart Jr., ambos americanos.
� Tinha um metro e meio de altura e mais 
de 20 metros de comprimento, pesava 
trinta toneladas (30.000 Kg).
� Não era muito inteligente, errava em 
várias operações, quebrava muito e 
raciocinava com lentidão.
� Se você pedisse para ele fazer uma 
conta de multiplicar, ele demorava onze 
segundos!.
O Eniac – Início do código binário! 
� Começo da história de zeros e uns (0 
e 1), mais conhecida como código 
binário! 
� O Eniac foi criado para ajudar a 
decifrar códigos secretos, usados na 
Segunda Guerra.
� E ele só fazia isso graças às suas 18 
mil válvulas. 
� Cada válvula funcionava como um 
interruptor de luz, que ligava e 
desligava, soltando pequenas cargas 
elétricas. 
� Se a válvula ligasse, o computador 
entendia um 0 (zero). Se desligasse, 
era um 1 (um). 
� O computador lia esses zeros e uns, e 
ia formando combinações de números, 
binários. Ex:: (00111010111001)
Tipo de válvula a vácuo 
utilizada pelo Eniac
EDVAC - Eletronic Discrete Variable 
Computer ou "Computador Eletrônico de 
Variáveis Discretas
� Planejado para acelerar o trabalho 
armazenando tanto os programas 
quanto os dados em sua expansão de 
memória interna.
� Os dados, então, eram armazenados 
eletronicamente num meio material 
composto de um tubo cheio de 
mercúrio, conhecido “como linha de 
retardo” , onde os cristais dentro do 
tubo geravam pulsos eletrônicos que 
se refletiam para frente e para trás, tão 
lentamente quanto podiam, de fato a 
reter a informação, 
� Outra grande característica do EDVAC 
era poder codificar as informações em 
forma bináriaem vez da forma 
decimal, reduzindo bastante o número 
de válvulas
EDVAC - 1949 e seu 
inventor, o cientista inglês -
Maurice Wilkes, o primeiro 
computador operacional em
grande escala capaz de 
armazenar seus próprios 
programas.
Em 1947, um grupo de Stanford inventa 
o Transistor
� Usando elementos semicondutores, os 
transistores funcionam como chaves.
� Bem menores e mais rápidos, não esquentam, 
duram mais e consomem menos energia que 
as válvulas. 
� O desaparecimento das válvulas aconteceu 
logo após a descoberta dos transistores, o que 
resultou numa diminuição considerável nos 
tamanho das máquinas, 
� As primeiras linguagens de programação 
também apareceram neste período. 
� Ao decorrer dos tempos uma nova evolução 
acontecia.
– Aparecendo a multiprogramação,
– Memória através de semicondutores e discos 
magnéticos,
– E os microprocessadores, que reduziram 
novamente o tamanho das máquinas. 
TRANSÍSTOR 
Em 1949, o EDSAC Eletronic Delay
Storage Automatic Calculator
� O EDSAC , ou sigla para "Calculadora Automática com 
Armazenamento por Retardo Eletrônico", em inglês, 
marcou o último grande passo na série de avanços 
decisivos inspirados pela guerra.
� Apartir de então começou a "Era do Computador!” e o 
então, surgimento dos "sanduíches de silício!".
Em 1951 surge o Univac I
� Em 1951 surge o Univac I, o 
primeiro computador 
produzido em escala 
comercial. 
� As máquinas ainda eram 
muito grandes e pareciam os 
tradicionais eletrodomésticos. 
Univac I
Típica Central de Computadores na 
Década de 70
� Nas décadas de 60 e 70 
os computadores ainda 
apresentavam aparência 
bastante grande. 
� Elementos semelhantes 
a armários 
caracterizavam os 
computadores 
No Ano 71 Começa a Aplicação dos 
Chips.
� O primeiro microchip
comercial foi lançado 
pela Intel em 1971 e 
chamava-se 4004,
� O ICLSI - Integrated
Circuit Large Scale 
Integration, ou seja, 
"Circuito Integrado em 
Larga Escala de 
Integração" ou Chip, 
� Alguns tipos de IC LSI 
incorporavam até
300.000 componentes 
em uma única pastilha.
INTEL 4004
Em 1977 surge o Apple II,
� O primeiro computador 
parecido a esses que a 
gente tem em casa ou na 
escola apareceu em 1977. 
� Era o Apple II, criado por 
um norte-americano 
chamado Steven Jobs, 
dono da empresa Apple 
(que faz toda a linha de 
computadores Macintosh) 
Em 1981 a IBM lança o PC-5150
� Em 1981 a IBM lança o 
PC-5150, o antecessor de 
todos os micros existentes 
atualmente.
� Tinha 64 Kbytes de 
memória e velocidade de 
4,77 megahertz.
� O sistema operacional era 
MS-DOS. Foi o software 
utilizado pelo PC-5150, 
desenvolvido pela Microsoft, 
o que proporcionou uma 
aliança entre a IBM e a 
Microsoft.
� Então foi lançado o primeiro 
computador portátil, o 
Osborne IOsborne I
Os Computadores de Hoje
Organização de Computadores
Não importando da aparência física, os 
computadores podem ser divididos em 6 
unidades lógicas:
� Unidade de entrada;
� Unidade de saída;
� Unidade de memória;
� Unidade Aritmética e Lógica;
� Unidade Central de Processamento;
� Unidade de armazenamento secundário.
Unidade de entrada
•Está é a “seção receptora”, na qual os dados 
entram no computador através de 
dispositivos de entrada (teclado, mouse, 
microfone, scaner, etc) e coloca estas 
informações à disposição das outras 
unidades, de forma que as informações 
possam ser processadas.
Unidade de entrada
Unidade de saída
•Está é a “seção de expedição”, na qual os 
dados processados são disponibilizados para 
fora do computador através de dispositivos 
de saída (monitor, impressora, alto-falante, 
etc).
Unidade de saída
Unidade de memória
•Está é a “seção de armazenamento” de 
acesso rápido, de capacidade relativamente 
baixa, do computador. Retém informações 
que foram fornecidas através da unidade de 
entrada, saída, ULA, de forma que as 
informações possam ser tornadas 
imediatamente disponíveis para 
processamento quando forem necessárias.
•Está memória é frequentemente chamada 
de memória RAM.
Unidade de Aritmética e Lógica
�Está é a “seção industrial” do computador. 
Ela é responsável por executar cálculos 
como adição, subtração, multiplicação e 
divisão. Também realiza comparações e 
decisões lógicas.
Unidade Central de Processamento 
(CPU)
•Está é a “seção administrativa” do 
computador. Ela é responsável por controlar 
e supervisionar a operação de outras seções. 
Por exemplo, A CPU diz a unidade de 
entrada que deve ler o teclado, escreve a 
informação na unidade de memória, diz para 
a UAL realizar cálculos e depois exibe o 
valor na unidade de saída.
Unidade Central de Processamento 
(CPU)
PENTIUM II
PENTIUM III
PENTIUM IVCELERON 900Mhz DURON
Unidade de armazenamento 
secundário
•Está é a “seção de armazenamento” de 
grande capacidade por longo prazo. Seu 
custo/velocidade é relativamente baixo 
quando comparado com a memória primária 
(RAM).
•Exemplos: Hard-Disk, Flop-Disk, CD, 
Memória Flash, etc.
Unidade de armazenamento 
secundário
Linguagens de Programação 
•Os programadores escrevem instruções em 
várias linguagens de programação, algumas 
diretamente compreensíveis pelo 
computador e outras que exigem passos de 
tradução intermediária.
•Centenas de linguagens de computador 
estão disponíveis hoje em dia. Elas podem 
ser divididas em três tipos: Máquina, 
Assembler e Alto Nível.
Linguagem de Máquina 
�É a linguagem natural dos computadores. 
Ela é definida pelo projeto em hardware e 
seu alfabeto é binário formado por zeros e 
uns.
�A programação em linguagem de máquina 
exige grande conhecimento de eletrônica. 
Linguagem Assembler
•É uma linguagem simbólica que equivale a 
abreviações ou palavras inglesas para 
representar operações elementares da 
linguagem de máquina. Em resumo converte 
uma linguagem simbólica para linguagem de 
máquina. Embora tal código seja mais claro 
para as pessoas, ele é incompreensível para 
os computadores até ser traduzido para 
linguagem de máquina. 
Linguagem de Alto Nível 
•Para acelerar o processo de programação, foram 
desenvolvidas as linguagens de alto nível, nas 
quais uma única instrução realiza tarefas 
significativas. Programas tradutores chamados de 
compiladores convertem a linguagem de alto nível 
para linguagem de máquina. 
•A linguagem de alto nível permite que programas 
sejam escritos com instruções que parecem com o 
idioma Inglês e contém notações matemáticas 
comumente usadas.
Fundamentos do ambiente de 
programação 
•Os sistemas de programação consistem 
geralmente em várias partes: um ambiente de 
desenvolvimento de programas, a linguagem e 
bibliotecas;
•Os programas em C++ passam tipicamente por 
seis passos: Edição, Pré-processamento, 
Compilação, Ligação, Transferência para 
memória e execução.
Edição 
•Processo pelo qual um programa é editado em 
um editor de texto.
Pré-processamento 
•O arquivo com o programa digitado é processado 
(Inclusão de arquivos, substituição do nome das 
variáveis, etc).
Compilação 
•Tradução do programa para linguagem de 
máquina (Código Objeto).
Compilação 
•Tradução do programa para linguagem de 
máquina (Código Objeto .o).
Ligação (Linker) 
•Quando se utiliza bibliotecas, o código objeto 
produzido pelo compilador contém tipicamente 
buracos devido a estas partes que estão faltando;
•Um editor de ligação, (linker) liga o código 
objeto com o código das funções que estão 
faltando. 
Transferência para memória 
�Antes de um programa ser executado, e 
primeiro lugar ele é transferido para a memória 
RAM.
Execução 
�Executa uma instrução de cada vez e cria um 
arquivoexecutável (.exe). 
ExecutarExecutarExecutarExecutar
Execução 
�Console 
ALGOL 60
(60)
Programação C/C++
•Na década de 60 surgem as primeiras linguagens 
de programação: 
CPL
(63)
BCPL
(67)
ALGOL 68
(68)
B
(70)
C
(71)
C++
(80)
Evolução Linguagem C++
Algorithmic
Language
Combined
Programming
Language
Basic
Denis
Ritchie
Bjarne
Stroustup