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2012 Fundamentos da Computação Prof. Djone Kochanski Copyright © UNIASSELVI 2012 Elaboração: Prof. Djone Kochanski Revisão, Diagramação e Produção: Centro Universitário Leonardo da Vinci – UNIASSELVI Ficha catalográfica elaborada na fonte pela Biblioteca Dante Alighieri UNIASSELVI – Indaial. 004 K766f Kochanski, Djone Fundamentos da computação / Djone Kochanski. Indaial : Uniasselvi, 2012. 232 p. : il ISBN 978-85-7830- 569-7 1. Computação – fundamentos. I. Centro Universitário Leonardo da Vinci III apresentação Caro(a) acadêmico(a), seja bem-vindo(a) à disciplina de Fundamentos da Computação. Nesta disciplina você estudará importantes conceitos de Computação/ Informática que lhe permitirão compreender a origem e trajetória evolucionária da área. O conteúdo deste Caderno de Estudos foi elaborado de forma a viabilizar a apropriação dos conhecimentos necessários da melhor forma possível. Ele serve como uma base teórica para o entendimento dos demais assuntos que você vier a estudar na área de Computação/Informática. Este Caderno de Estudos está dividido em três unidades de estudos. Iniciaremos nossos estudos a partir de uma perspectiva histórica da Computação/Informática, desde suas raízes até os dias atuais. Em seguida, estudaremos importantes conceitos relativos a subáreas da Computação/ Informática. Por fim, daremos os primeiros passos nos estudos de lógica de programação. Desejo a você uma excelente experiência nos estudos dessa disciplina! Prof. Djone Kochanski IV Você já me conhece das outras disciplinas? Não? É calouro? Enfim, tanto para você que está chegando agora à UNIASSELVI quanto para você que já é veterano, há novidades em nosso material. Na Educação a Distância, o livro impresso, entregue a todos os acadêmicos desde 2005, é o material base da disciplina. A partir de 2017, nossos livros estão de visual novo, com um formato mais prático, que cabe na bolsa e facilita a leitura. O conteúdo continua na íntegra, mas a estrutura interna foi aperfeiçoada com nova diagramação no texto, aproveitando ao máximo o espaço da página, o que também contribui para diminuir a extração de árvores para produção de folhas de papel, por exemplo. Assim, a UNIASSELVI, preocupando-se com o impacto de nossas ações sobre o ambiente, apresenta também este livro no formato digital. Assim, você, acadêmico, tem a possibilidade de estudá-lo com versatilidade nas telas do celular, tablet ou computador. Eu mesmo, UNI, ganhei um novo layout, você me verá frequentemente e surgirei para apresentar dicas de vídeos e outras fontes de conhecimento que complementam o assunto em questão. Todos esses ajustes foram pensados a partir de relatos que recebemos nas pesquisas institucionais sobre os materiais impressos, para que você, nossa maior prioridade, possa continuar seus estudos com um material de qualidade. Aproveito o momento para convidá-lo para um bate-papo sobre o Exame Nacional de Desempenho de Estudantes – ENADE. Bons estudos! UNI V VI VII UNIDADE 1 – HISTÓRICO DA COMPUTAÇÃO .......................................................................... 1 TÓPICO 1 – A ESCRITA E OS NÚMEROS ....................................................................................... 3 1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................................... 3 2 GÊNESE DA TECNOLOGIA DA INFORMAÇÃO ...................................................................... 4 3 O CÁLCULO ......................................................................................................................................... 7 RESUMO DO TÓPICO 1 ....................................................................................................................... 9 AUTOATIVIDADE ................................................................................................................................ 10 TÓPICO 2: OS PRIMEIROS PROJETOS ........................................................................................... 11 1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................................... 11 2 EQUIPAMENTOS PRECURSORES ................................................................................................. 11 RESUMO DO TÓPICO 2 ....................................................................................................................... 24 AUTOATIVIDADE ................................................................................................................................ 25 TÓPICO 3 – EVOLUÇÕES DO INÍCIO DO SÉCULO XX ............................................................. 27 1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................................... 27 2 A AUTOMAÇÃO DOS CÁLCULOS ............................................................................................... 27 RESUMO DO TÓPICO 3 ....................................................................................................................... 40 AUTOATIVIDADE ................................................................................................................................ 41 TÓPICO 4 – O BERÇO DA INFORMÁTICA .................................................................................... 43 1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................................... 43 2 O NASCIMENTO DA COMPUTAÇÃO ......................................................................................... 43 3 NOVAS TECNOLOGIAS DA INFORMAÇÃO E COMUNICAÇÃO ....................................... 47 4 TECNOLOGIA DA INFORMAÇÃO E O ENSINO ...................................................................... 49 5 O SURGIMENTO DA TECNOLOGIA DA INFORMAÇÃO COMO A CONHECEMOS ................................................................................................................................... 53 LEITURA COMPLEMENTAR .............................................................................................................. 64 RESUMO DO TÓPICO 4 ....................................................................................................................... 69 AUTOATIVIDADE ................................................................................................................................ 70 UNIDADE 2 – CONCEITOS FUNDAMENTAIS DA COMPUTAÇÃO ...................................... 71 TÓPICO 1 – SISTEMAS DE NUMERAÇÃO .................................................................................... 73 1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................................... 73 2 SISTEMA DE NUMERAÇÃO DECIMAL ...................................................................................... 75 3 SISTEMA DE NUMERAÇÃO BINÁRIO ........................................................................................ 76 4 SISTEMA DE NUMERAÇÃO OCTAL ............................................................................................ 77 5 SISTEMA DE NUMERAÇÃO HEXADECIMAL ........................................................................... 78 6 CONVERSÕES ENTRE SISTEMAS DE NUMERAÇÃO ............................................................ 78 7 CONVERSÃO DE DECIMAL PARA BINÁRIO ............................................................................ 79 8 CONVERSÃO DE DECIMAL PARA OCTAL ................................................................................79 sumário VIII 9 CONVERSÃO DE DECIMAL PARA HEXADECIMAL ............................................................... 80 10 CONVERSÃO DE BINÁRIO PARA DECIMAL .......................................................................... 81 11 CONVERSÃO DE OCTAL PARA DECIMAL .............................................................................. 82 12 CONVERSÃO DE HEXADECIMAL PARA DECIMAL ............................................................ 83 13 REGRAS DE FIXAÇÃO .................................................................................................................... 84 RESUMO DO TÓPICO 1 ....................................................................................................................... 86 AUTOATIVIDADE ................................................................................................................................ 87 TÓPICO 2 – BASES COMPUTACIONAIS ........................................................................................ 89 1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................................... 89 2 ARQUITETURA DE COMPUTADORES ....................................................................................... 90 3 SOFTWARE ........................................................................................................................................... 91 3.1 CATEGORIAS DE SOFTWARE .................................................................................................... 91 3.1.1 Softwares básicos ................................................................................................................... 92 3.1.2 Softwares utilitários ............................................................................................................... 93 3.1.3 Softwares aplicativos ............................................................................................................. 93 3.1.4 Ferramentas de desenvolvimento ........................................................................................ 94 4 REDES DE COMPUTADORES ......................................................................................................... 96 RESUMO DO TÓPICO 2 ....................................................................................................................... 103 AUTOATIVIDADE ................................................................................................................................ 104 TÓPICO 3 – SUPORTES COMPUTACIONAIS ............................................................................... 105 1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................................... 105 2 ENGENHARIA DE SOFTWARE ...................................................................................................... 106 3 BANCO DE DADOS ........................................................................................................................... 114 RESUMO DO TÓPICO 3 ....................................................................................................................... 116 AUTOATIVIDADE ................................................................................................................................ 117 TÓPICO 4 – INTELIGÊNCIA COMPUTACIONAL ........................................................................ 119 1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................................... 119 2 CONCEITOS BÁSICOS ..................................................................................................................... 120 3 TIPOS DE MÍDIA ................................................................................................................................ 122 4 SISTEMAS MULTIMÍDIA ................................................................................................................ 125 5 REPRESENTAÇÃO DE MÍDIAS ...................................................................................................... 127 6 DADOS MULTIMÍDIA ...................................................................................................................... 127 7 CARACTERÍSTICAS DA VISÃO .................................................................................................... 130 8 CAPTURA E REPRODUÇÃO DE IMAGEM ................................................................................. 131 9 MÍDIAS COM BASE EM IMAGEM ................................................................................................ 133 9.1 IMAGENS ESTÁTICAS ................................................................................................................. 133 9.2 IMAGENS DINÂMICAS ............................................................................................................... 135 9.3 COMPRESSÃO DE DADOS .......................................................................................................... 138 9.4 IMAGENS NA INTERNET ........................................................................................................... 139 10 MÍDIAS COM BASE EM ÁUDIO .................................................................................................. 140 10.1 ÁUDIO .......................................................................................................................................... 141 10.2 ÁUDIO NA MULTIMÍDIA ........................................................................................................ 142 10.3 ÁUDIO NA INTERNET ............................................................................................................. 143 LEITURA COMPLEMENTAR .............................................................................................................. 144 RESUMO DO TÓPICO 4 ....................................................................................................................... 149 AUTOATIVIDADE ................................................................................................................................ 150 IX UNIDADE 3 – LÓGICA DE PROGRAMAÇÃO ............................................................................... 151 TÓPICO 1: FUNDAMENTOS DE LÓGICA DE PROGRAMAÇÃO ............................................ 153 1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................................... 153 2 FUNDAMENTOS DE LÓGICA DE PROGRAMAÇÃO .............................................................. 154 3 LÓGICA PARA PROGRAMAÇÃO ................................................................................................. 158 4 COMANDOS BÁSICOS .................................................................................................................... 164 RESUMO DO TÓPICO 1 ....................................................................................................................... 166 AUTOATIVIADE .................................................................................................................................... 167 TÓPICO 2: ESTRUTURAS DE CONTROLE ..................................................................................... 169 1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................................... 169 RESUMO DO TÓPICO 2 ....................................................................................................................... 184 AUTOATIVIDADE ................................................................................................................................185 TÓPICO 3: SUBALGORITMOS E ESCOPO DE IDENTIFICADORES ...................................... 187 1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................................... 187 2 ESCOPO DE IDENTIFICADORES .................................................................................................. 189 RESUMO DO TÓPICO 3 ....................................................................................................................... 200 AUTOATIVIDADE ................................................................................................................................ 201 TÓPICO 4: TIPOS ESTRUTURADOS ................................................................................................ 203 1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................................... 203 LEITURA COMPLEMENTAR .............................................................................................................. 218 RESUMO DO TÓPICO 4 ....................................................................................................................... 220 AUTOATIVIDADE ................................................................................................................................ 221 REFERÊNCIAS ........................................................................................................................................ 223 X 1 UNIDADE 1 HISTÓRICO DA COMPUTAÇÃO OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM PLANO DE ESTUDOS A partir desta unidade, você será capaz de: • conhecer os principais fatos históricos da computação; • compreender os conceitos fundamentais da computação; • entender a área de informática de maneira sistêmica. Esta unidade está dividida em quatro tópicos, sendo que ao final de cada um deles você encontrará atividades que o(a) auxiliarão na apropriação dos conhecimentos. TÓPICO 1 – A ESCRITA E OS NÚMEROS TÓPICO 2 – OS PRIMEIROS PROJETOS TÓPICO 3 – EVOLUÇÕES DO INÍCIO DO SÉCULO XX TÓPICO 4 – O BERÇO DA INFORMÁTICA 2 3 TÓPICO 1 UNIDADE 1 A ESCRITA E OS NÚMEROS 1 INTRODUÇÃO Embora os recursos tecnológicos disponíveis atualmente possam parecer extremamente novos e atuais, o processo de desenvolvimento da tecnologia percorreu um longo caminho para que pudéssemos nos beneficiar de tais elementos como fazemos atualmente. Através de uma perspectiva antropológica, acredita-se que a natureza humana nos leva a tentar resolver quaisquer questões de forma cada vez mais rápida e com menor esforço, fazendo com que as tarefas repetitivas sejam executadas com a maior eficiência e precisão possíveis. Um dos elementos que veio para contribuir com esse processo foi o computador. Na realidade, o computador permite revolucionar a forma como vivemos e agimos e cada vez mais benefícios conseguimos obter com a utilização dos mesmos. O computador nos auxilia nas escolas, escritórios, indústrias, hospitais, casas, entre outros lugares, tornando-se uma ferramenta indispensável para muitas pessoas. Se o computador está em tantos lugares e nos auxilia, por que não entendermos algumas das características e usufruirmos ainda mais de seus benefícios? É isso que vamos analisar neste tópico. Mas antes vamos conhecer a origem e história da Computação através de uma abordagem um pouco diferenciada e com o foco específico de obtenção de uma base conceitual mais sólida. A abordagem dada para o termo computador neste Caderno de Estudos se refere aos dispositivos computacionais em geral que tenham a capacidade de realizar processamento eletrônico de dados. UNI UNIDADE 1 | HISTÓRICO DA COMPUTAÇÃO 4 2 GÊNESE DA TECNOLOGIA DA INFORMAÇÃO Para você entender melhor o computador, vamos iniciar nossa viagem no tempo, a partir dos primeiros registros da escrita. A invenção da palavra escrita é atribuída aos sumérios, um povo que viveu na região onde atualmente fica o Iraque, conhecida como Mesopotâmia. Também, é atribuída a este povo a invenção da cerveja, o conceito de que os homens foram criados à imagem dos deuses, a fabricação dos primeiros instrumentos agrícolas, as tentativas iniciais de organização de cidades, os rudimentos do cooperativismo e a fabricação do vidro. Que povo inteligente e criativo, hein? FIGURA 1 – ESCRITA CUNEIFORME FONTE: Disponível em: <www.123rf.com>. Acesso em: 15 fev. 2012. A ideia de criar símbolos que pudessem representar os sons vocais ocorreu há milhares de anos. A primeira forma de escrita foi chamada de cuneiforme. O processo se resumia a marcas feitas em tabletes de barro úmido, que depois eram secos ao sol. O nome cuneiforme se deve ao fato de que o instrumento usado para fazer as marcas no barro ser estilete de madeira em forma de cunha. UNI TÓPICO 1 | A ESCRITA E OS NÚMEROS 5 Embora para nós possa parecer que as letras e os números possam ter a mesma origem, os números surgiram muitos séculos depois. Isso é quase natural, se considerarmos que é muito mais simples aprender a escrever do que aprender a calcular. Os primeiros numerais utilizados eram letras, porém utilizadas como números. O exemplo mais simples para entender isso, são os números romanos. QUADRO 1 – VALORES DOS ALGARISMOS ROMANOS 1 5 10 50 100 500 1.000 I V X L C D M FONTE: O autor Os primeiros a contribuírem para o avanço dos cálculos foram os pastores. Na sua rotina diária, os pastores soltavam o rebanho pela manhã para pastar em campo aberto e o reconhiam no final do dia. Surgiu então, a necessidade de saber se o número de animais que saiu efetivamente retornou. Foi então, que um engenhoso pastor solucionou o problema. Fez um montinho de pedras, colocou uma pedra para cada animal que saía e retirou uma a cada animal que retornava. A quantidade de pedras que restasse no monte principal correspondia à quantidade de animais que não haviam retornado. Assim, inventou-se o cálculo. FIGURA 2 – REBANHO DE OVELHAS FONTE: Disponível em: <www.123rf.com>. Acesso em: 15 fev. 2012. UNIDADE 1 | HISTÓRICO DA COMPUTAÇÃO 6 Uma das maneiras primitivas de representação de quantidades foi por meio dos dedos das mãos, em que para cada elemento representado era utilizado um dedo. É desta prática que se originou a palavra dígito, cujo original em latim é digitus. É atribuído também, a esta prática a origem da quantidade de símbolos do sistema numérico decimal que é utilizado, até os dias atuais. Boyer (1996) relata que Aristóteles observou que o uso do sistema de numeração decimal é simplesmente resultado do fato de os seres humanos possuírem dez dedos nas mãos e nos pés. Boyer (1996) observa também que outros sistemas de numeração foram utilizados antes da consolidação do uso do sistema decimal. Alguns povos utilizaram a contagem por dois (binário), três (ternário), cinco (quinário) e vinte (vigesimal). Destes sistemas de numeração, há evidências arqueológicas do uso do sistema quinário. FIGURA 3 – ESTÁTUA DE AL-KHOWARIZMI FONTE: Computer History Museum. Disponível em: <http://www. computerhistory.org>. Acesso em: 10 mar. 2012. A palavra cálculo tem origem no latim calculus que significa pedra. Desta forma podemos entender também, a origem da expressão cálculo renal, ou seja, pedra no rim. UNI TÓPICO 1 | A ESCRITA E OS NÚMEROS 7 Boyer (1996) observa que nas situações em que o uso dos dedos das mãos para representar coleções era inadequado, o homem primitivo fez uso de uma sistemática bastante simples. A sistemática era baseada em fazer amontoados de pedras, tipicamente em grupos de cinco, pois era a forma mais familiar pela comparação com os dedos das mãos. O símbolo utilizado para representar o algarismo zero no conjunto denumerais Hindu-Arábicos surgiu por volta de 876 d.C. (BOYER, 1996). Os registros históricos não permitem a determinação exata do ano em que o algarismo foi incorporado aos demais algarismos do conjunto. A obra de al-Khowarizmi chamada De Numero Hindorum foi a grande responsável pela popularização dos algarismo Hindu-Arábicos, dando a falsa impressão de que o conjunto de algarismos é de origem árabe. Para quem aprendeu desde a infância que o conjunto de algarismos é formado por 10 símbolos, é difícil conceber este conjunto sem a existência do zero, não é mesmo? 3 O CÁLCULO Através de uma perspectiva histórica pode-se entender que a Tecnologia da Informação iniciou sua trajetória a partir do desejo e necessidade de automatizar os cálculos. O primeiro instrumento utilizado para automatização dos cálculos foi o ábaco, cuja invenção é reivindicada por vários povos, entre eles pelos babilônios, chineses, japoneses e russos. Segundo Almeida (2002), a origem do nome vem do grego abax que significa tábua de calcular. Os primeiros ábacos eram feitos com fios verticais paralelos pelos quais o operador podia fazer deslizar sementes secas. Um operador experiente com um ábaco consegue fazer cálculos com velocidade aproximada a qualquer pessoa com uma calculadora digital. Milhares de anos depois de sua invenção, o ábaco ainda é utilizado em algumas regiões da Ásia. FIGURA 4 – ÁBACO FONTE: Computadores e informática (2011) UNIDADE 1 | HISTÓRICO DA COMPUTAÇÃO 8 Os algarismos como conhecemos atualmente passaram a ser utilizados em maior escala alguns séculos depois do início da era cristã. A criação é atribuída aos hindus, mas são conhecidos como algarismos arábicos, pois foram os árabes que os difundiram pelo mundo. A notação numérica utilizada atualmente passou a ser conhecida mundialmente através da obra De Numero Hindorum escrita no século IX pelo árabe Al-Khowarizmi. Pelo fato de os números hindus terem sido popularizados através de um árabe, passaram a ser chamados de algarismos arábicos. Al-khowarizmi também empresta seu nome ao que passou a chamar-se Algoritmo que pode ser entendido como uma regra especial de um processo ou operação (BOYER, 1996). Antes do surgimento dos algarismos arábicos as formas dominantes de representação numérica eram os algarismos romanos, gregos e egípcios, os quais, na realidade, eram um conjunto de letras utilizadas na representação numérica. Com a popularização dos numerais surgiu a palavra aritmética, do grego arithmos que significa número. A trigonometria também foi ampliada, pois anteriormente era apenas um simples cálculo para medir os lados de um triângulo, originário do grego, trigon, que significa três cantos. Al-Khowarizmi também é considerado o pai da Álgebra em função de suas contribuições nessa área da matemática. Na realidade a invenção do computador é resultado de uma série de ideias e inventos de pessoas que muitas vezes viveram em diferentes épocas. A tecnologia da informação, tal qual a conhecemos atualmente teve suas origens na necessidade de o homem automatizar os cálculos e realizar tarefas repetitivas de maneira cada vez mais rápida e precisa. 9 Caro(a) acadêmico(a), nesse capítulo você estudou que: • Os seres humanos vêm desde tempos remotos procurando novas e melhores formas de realizarem operações matemáticas. Em função dessa necessidade e de haver uma simbologia comum para a comunicação de valores, a representação numérica evoluiu até que os algarismos hindu-arábicos se estabeleceram como modelo mais comumente utilizado. • Houve um período na história em que os símbolos utilizados para expressar valores numéricos eram letras de determinados alfabetos. Com o tempo houve também a consolidação dos sistemas de numeração. Por um período da história foram utilizados sistemas de numeração de base dois, três, cinco e vinte. • Com a consolidação do sistema de numeração decimal como padrão adotado pela maioria dos povos, houve a necessidade de aperfeiçoamento da simbologia. Foi através da obra de um matemático denominado Al-khowarizmi que os algarismos atualmente utilizados ganharam popularidade e consequentemente tornaram-se o padrão. • O algarismo 0 (zero), tal qual é utilizado atualmente, passou a ser utilizado no sistema de numeração decimal a partir do século IX. Antes disso, não havia um padrão para representação do zero. Na área de Computação/Informática, o algarismo 0 (zero) é muito importante, pois grande parte das contagens iniciam de zero. • Em função da necessidade de tornar as operações matemáticas cada vez mais rápidas e precisas surgiram os primeiros dispositivos de automação de cálculos, como o ábaco e seus similares. A partir da invenção do ábaco estava plantada a pedra fundamental sobre a qual se desenvolveria todo o restante da história da Computação/Informática. RESUMO DO TÓPICO 1 10 Caro(a) acadêmico(a), como forma de fixar o conteúdo estudado realize a autoatividade proposta a seguir: 1 A partir do momento que a humanidade começou a se preocupar com a necessidade de uma forma de comunicação, surgiram os símbolos com seus respectivos significados. Qual o nome da primeira forma de escrita? 2 A invenção da primeira forma de escrita, da cerveja, a fabricação do vidro e dos primeiros instrumentos agrícolas é atribuída a um povo que ocupou a região atualmente conhecida como Iraque. Qual o nome desse povo? 3 Diversos estudiosos da matemática contribuíram para o aperfeiçoamento dos cálculos e criação de novas simbologias. Qual o nome do matemático responsável pela popularização dos algarismos de zero a nove e que contribuiu significativamente no ramo da álgebra? 4 A partir do momento que o homem passou a utilizar elementos para representação numérica e a realizar operações matemáticas, criou também dispositivos que facilitem o processo. Qual o primeiro artefato criado pelo homem para automatizar cálculos? AUTOATIVIDADE 11 TÓPICO 2 OS PRIMEIROS PROJETOS UNIDADE 1 1 INTRODUÇÃO Conforme perceberemos em seguida, a invenção do computador não é produto da genialidade de apenas uma pessoa ou de um pequeno grupo de pessoas que se reuniu com o objetivo de desenvolver algo inovador. A invenção do computador é resultado de uma série de ideias e invenções que muitas vezes nem estavam relacionadas à área da matemática ou de alguma ciência relacionada. A evolução da Computação é resultante de séculos de pesquisas nas mais diversas áreas do conhecimento. Uma das principais molas propulsoras destas pesquisas foi a necessidade de o homem automatizar os cálculos e poder realizar atividades rotineiras de forma cada vez mais rápida. Você conhecerá agora alguns importantes acontecimentos ocorridos entre os séculos XVI e XIX que contribuíram significativamente no processo de desenvolvimento da área da computação. Caro(a) acadêmico(a), espero que o conteúdo estimule seu aprendizado. 2 EQUIPAMENTOS PRECURSORES É interessante observar que da invenção do ábaco, até o próximo registro de evolução no sentido de automatização de cálculos, utilizando dispositivos acessórios, se passaram vários séculos. Há uma lacuna de evolução da tecnologia da informação muito grande. Essa lacuna pode ter sido causada pela falta de iniciativas ou pesquisas sobre automatização de cálculos, pela falta de registros de pesquisas realizadas ou pela perda de registros. O fato é que apenas por volta do ano de 1.500 d.C. foi dado o próximo passo evolucionário significativo para a tecnologia da informação. Trata-se de um desenho de Leonardo Da Vinci que sugere ser o esboço de um projeto de calculadora mecânica baseada em engrenagens. UNIDADE 1 | HISTÓRICO DA COMPUTAÇÃO 12 FIGURA 5 – PROJETO DE CALCULADORA DE LEONARDO DA VINCI FONTE: Computer History Museum. Disponível em: <http://www.computerhistory.org>.Acesso em: 10 mar. 2012. Praticamente um século mais tarde, em 1614, John Napier, matemático escocês publicou uma descrição da maravilhosa regra dos logaritmos (Mirifici logarithmorum canonis descriptio). Napier trabalhou durante vinte anos na invenção dos logaritmos até que publicou os resultados de seus estudos (BOYER, 1996). Para facilitar os cálculos, criou as “barras de Napier”. Estas barras possuíam itens de tabuadas esculpidos. As barras de Napier foram registradas principalmente sobre madeira e ossos (BOYER, 1996). FIGURA 6 – JOHN NAPIER FONTE: Disponível em: <www.123rf.com>. Acesso em: 15 fev. 2012. TÓPICO 2 | OS PRIMEIROS PROJETOS 13 Inspirado no desenho deixado por Leonardo Da Vinci, o físico, matemático, filósofo e escritor francês Blaise Pascal desenvolveu uma máquina denominada Pascalina (ALMEIDA, 2002). A máquina de Pascal era composta por seis rodas dentadas, cada uma contendo algarismos de 0 a 9. FIGURA 7 – BLAISE PASCAL FONTE: Disponível em: <www.123rf.com>. Acesso em: 15 fev. 2012. Esta máquina de calcular possuía apenas as funcionalidades de somar e subtrair e era totalmente mecânica. Ela é considerada a precursora das calculadoras mecânicas. Nesta época, Pascal compartilhou muitas exepriências e conhecimentos com Fermat, que levaram a importantes contribuições do campo da teoria da probabilidade. Fermar foi um advogado que a partir de 1629 passou a fazer importantes descobertas no campo da matemática, a qual estudou por puro prazer. FIGURA 8 – PASCALINA FONTE: O autor. UNIDADE 1 | HISTÓRICO DA COMPUTAÇÃO 14 Outra contribuição significativa para a área de tecnologia da informação veio do filósofo alemão Gottfried Wilhelm von Leibniz, que desenvolveu em 1673 um dispositivo aperfeiçoado em relação à máquina de Pascal (ALMEIDA, 2002). FIGURA 9 – GOTTFRIED WILHELM LEIBNIZ FONTE: Disponível em: <www.123rf.com>. Acesso em: 15 fev. 2012. O aperfeiçoamento promovido por Leibniz foi a implementação das operações de divisão e multiplicação (ALMEIDA, 2002). Para isso, projetou um dispositivo mecânico que passou a ser denominado de cilindro de Leibniz. A calculadora de Leibniz cujo nome real é “Step Reckoner”, que pode ser traduzido como calculadora de passo ou calculadora de etapas, serviu de base para o projeto de calculadoras nos dois séculos seguintes. A maior ambição de Leibniz era idealizar uma linguagem universal que utilizasse a clareza e a precisão da matemática para solucionar problemas enfrentados pela humanidade. FIGURA 10 – CALCULADORA DE LEIBNIZ FONTE: O autor. TÓPICO 2 | OS PRIMEIROS PROJETOS 15 Embora pareça não ter qualquer relação com a evolução dos dispositivos de cálculo, a invenção do engenheiro francês Basile Bouchon foi de grande importância. Ele construiu no ano de 1728 um tear com a capacidade de tecer desenhos, de acordo com instruções cifradas em uma folha giratória de papel perfurado. Neste processo somente trabalhavam as agulhas coincidentes com os furos do papel. Outra contribuição proveniente da área da tecelagem foi a do francês Joseph-Marie Jacquard. Jacquard sentiu-se incomodado com a monótona tarefa de alimentar os teares com novelos de linhas coloridas para formar os desenhos no pano que estava sendo fiado. FIGURA 11 – Joseph-Marie Jacquard FONTE: Computer History Museum. Disponível em: <http:// www.computerhistory.org>. Acesso em: 10 mar. 2012. Como toda operação era manual, a cada vez que a cor do desenho mudava era necessário mudar o novelo, seguindo a determinação do contramestre. Jacquard percebeu então que as mudanças eram sempre sequenciais e inventou uma forma de resolver o problema. Utilizou cartões perfurados onde era registrada, ponto a ponto, a receita para a confecção de um determinado tecido. FIGURA 12 – TEAR BASEADO EM CARTÕES PERFURADOS FONTE: Computer History Museum. Disponível em: <http://www. computerhistory.org>. Acesso em: 10 mar. 2012. UNIDADE 1 | HISTÓRICO DA COMPUTAÇÃO 16 Em seguida Jacquard construiu um tear automático capaz de ler os cartões e executar as operações na sequência determinada. A primeira demonstração prática do sistema aconteceu em 1801. Dez anos depois havia mais de dez mil unidades destes teares um uso na França. O método de Jacquard se espalhou pelo mundo e perdurou, inalterado, pelos 150 anos seguintes. FONTE: Adaptado de: <http://super.abril.com.br/tecnologia/homem-calculou-442034.shtml>. Acesso em: 8 jun. 2012. O britânico Charles Babbage, professor de matemática da Universidade de Cambridge, inventou em 1812 a máquina das diferenças, também chamada de máquina diferencial. Esta máquina era destinada a cálculos de tabelas náuticas e foi concebida porque Babbage identificou uma grande preocupação com a qualidade das tabelas astronômicas e matemáticas utilizadas na época. FIGURA 13 – MÁQUINA DAS DIFERENÇAS FONTE: O autor. Apenas numa edição de tabelas náuticas publicadas em papel foram identificados mais de mil erros. Na época Babbage entendeu que a solução para as tabelas com erros seria construir uma máquina de calcular com alto grau de precisão e destinada para múltiplos fins (STRATHERN, 2000). TÓPICO 2 | OS PRIMEIROS PROJETOS 17 FIGURA 14 – SELO BRITÂNICO EM HOMENAGEM A CHARLES BABBAGE FONTE: Disponível em: <www.123rf.com>. Acesso em: 15 fev. 2012. Em 1834 Babbage desenvolveu outro projeto denominado máquina analítica, cujo funcionamento proposto é até hoje as bases do funcionamento de um computador. Entre outras coisas o projeto propunha a alimentação de dados, através de cartões perfurados; uma unidade de memória, em que os números podiam ser armazenados e reutilizados; programação sequencial de operações, um procedimento que hoje chamamos de sistema operacional. FIGURA 15 – MÁQUINA ANALÍTICA FONTE: O autor. UNIDADE 1 | HISTÓRICO DA COMPUTAÇÃO 18 As experiências de Babbage anteciparam a estrutura do moderno computador eletrônico, mas ele não teve condições de desenvolver seus projetos inteiramente. A máquina analítica ficou inacabada, pois as limitações técnicas do século XIX impediram sua conclusão (ALMEIDA, 2002). FIGURA 16 – CHARLES BABBAGE FONTE: Computer History Museum. Disponível em: <http://www. computerhistory.org>. Acesso em: 10 mar. 2012. Babbage não estava sozinho no seu projeto. Em 1843, a matemática Lady Ada associou-se com Babbage para o desenvolvimento da máquina analítica. Ada criou o conceito de subrotina, uma sequência de instruções que pode ser usada várias vezes em diferentes contextos. Babbage por ter descrito os princípios de funcionamento de um computador, embora não tenha conseguido construir um exemplar para dar sustentação à sua teoria, é considerado o pai do computador. UNI TÓPICO 2 | OS PRIMEIROS PROJETOS 19 FIGURA 17 – LADY ADA FONTE: Computer History Museum. Disponível em: <http://www. computerhistory.org>. Acesso em: 10 mar. 2012. Lady Ada descobriu o valor de haver uma instrução que retornasse o controle da execução a uma instrução específica, de modo que a sequência pudesse ter sua execução repetida. Ela também considerou o desvio condicional, a leitora de cartões desviaria para outro cartão se uma condição fosse satisfeita (ALMEIDA, 2002). Arithmometer é o nome de um equipamento projetado e patenteado por Charles Xavier Thomas de Colmar no ano de 1820. Este equipamento foi a primeira calculadora construída de forma bem sucedida que permitia somar, subtrair e multiplicar. Permitia efetuar divisões, embora com a intervenção do operador (ALMEIDA, 2002). Lady Ada é considerada a primeira programadora da história, pois criou os princípios da programação conhecidos como sequência, seleção e repetição. UNI UNIDADE 1 | HISTÓRICO DA COMPUTAÇÃO 20 FIGURA 18 – ARITHMOMETER FONTE: O autor. Samuel Morse, juntamentecom Alfred Vail inventam em 1835 o código morse. O código morse é um sistema de representação de letras, números e sinais de pontuação através de um sinal codificado enviado de forma intermitente. Morse também é responsável pela invenção do telégrafo no ano de 1844. FIGURA 19 – TELÉGRAFO FONTE: Disponível em: www.123rf.com. Acesso em: 15 fev. 2012. No ano de 1854, George Boole publica a Álgebra Booleana, cujas ideias constituíram a base da lógica matemática empregada nos computadores. A dificuldade de implementar o sistema decimal em componentes elétricos determinaram o uso do sistema binário em computadores. A lógica booleana passou a ser usada na implementação dos circuitos elétricos apenas a partir do século XX. No final do século XIX, nos Estados Unidos, o estatístico Herman Hollerith idealizou uma solução eficiente para o censo de 1890. Hollerith concebeu diversas máquinas elétricas para a soma e contagem de dados, os quais TÓPICO 2 | OS PRIMEIROS PROJETOS 21 eram representados sob a forma de perfurações adequadamente distribuídas em fita de papel. Através dessas perfurações, estabeleciam-se circuitos elétricos e os dados que elas representavam podiam, então, ser computados de forma rápida e automaticamente. FONTE: Disponível em: <http://www.ibm.com/br/ibm/history/>. Acesso em: 8 jun. 2012. FIGURA 20 – COLETA DE DADOS DO CENSO DE 1860 FONTE: O autor. Com esse processo, os Estados Unidos puderam acompanhar de perto o crescimento de sua população. Os resultados do censo de 1890 foram fornecidos três anos depois e com isso, fez-se uma economia de vários anos de trabalho (ALMEIDA, 2002). FONTE: Disponível em: <http://www.ibm.com/br/ibm/history/>. Acesso em: 8 jun. 2012. FIGURA 21 – HERMAN HOLLERITH FONTE: Computer History Museum. Disponível em: <http://www. computerhistory.org>. Acesso em: 10 mar. 2012. UNIDADE 1 | HISTÓRICO DA COMPUTAÇÃO 22 Em 1896, Hollerith criou uma empresa que foi denominada Tabulating Machine Company e introduziu inovações em sua descoberta. Assim, a fita de papel foi substituída por cartões, que viriam a ser o elemento básico das máquinas IBM de processamento de dados de algumas décadas atrás. Já em 1911, duas outras companhias, a International Time Recording Co., de registradores mecânicos de tempo, e a Computing Scale Co. de instrumentos de aferição de peso, uniram-se a ela, por sugestão do negociante e banqueiro Charles R. Flint, formando-se então a Computing Tabulating Recording Co. - CTR. Três anos mais tarde, Thomas J. Watson assumiu a presidência da organização e estabeleceu normas de trabalho absolutamente inovadoras para a época. Naquela época, a CTR contava com menos de 1400 funcionários (ALMEIDA, 2002). FONTE: Disponível em: <http://www.ibm.com/br/ibm/history/>. Acesso em: 8 jun. 2012. FIGURA 22 – TABULADORA DE HOLLERITH FONTE: O autor. As constantes pesquisas de engenharia resultaram na criação e no aperfeiçoamento de novas máquinas de contabilidade, exigidas pelo rápido desenvolvimento industrial. Antes do ano de 1924, aquele pequeno grupo de homens havia aumentado e diversificado sua experiência. Os produtos ganhavam maior qualidade, surgiam novas máquinas e com elas novos escritórios de vendas e mais vendedores. Em fevereiro de 1924 a CTR mudou seu nome para aquele que ocuparia um lugar de liderança dentro do processo tecnológico: INTERNATIONAL BUSINESS MACHINES. A sigla IBM passou a TÓPICO 2 | OS PRIMEIROS PROJETOS 23 ser, desde então, a fórmula para que a indústria e o comércio continuassem a resolver seus problemas de desenvolvimento. Hoje, os sistemas eletrônicos de processamento de dados têm fundamental importância nas atividades de exploração espacial, produção e aproveitamento de energia nuclear e em inúmeros outros campos da ciência e da indústria. Em consequência do constante e rápido desenvolvimento, a International Business Machines Corporation criou em 1949 a IBM World Trade Corporation, uma subsidiária inteiramente independente, cujo objetivo era aumentar vendas, serviços e produção fora dos Estados Unidos. As atividades da IBM World Trade Corporation se estendem hoje por mais de 150 países. As fábricas e laboratórios da IBM funcionam em 15 diferentes países. Essas fábricas estão integradas aos laboratórios de desenvolvimento na França, Alemanha, Espanha, Itália, Holanda, Suécia, Inglaterra, Brasil, Argentina, Colômbia, México, Canadá, Austrália e Japão. São 29 laboratórios de desenvolvimento que, juntamente com os 5 dos centros de pesquisa pura onde são realizadas as mais sofisticadas pesquisas tecnológicas, estão localizados nas seguintes áreas geográficas: Europa, América do Sul, América do Norte e Ásia – Pacífico (IBM, 2007). Até aquele momento da história a evolução da tecnologia da informação havia obtido elementos soltos e arcaicos cuja aplicabilidade era pouco significativa em termos de aplicação prática de propósito geral. Podia-se fazer uso de alguns elementos, porém para aplicações extremamente específicas. FONTE: Disponível em: <http://www.ibm.com/br/ibm/history/>. Acesso em: 8 jun. 2012. Se você quiser saber mais sobre a IBM e sua história, consulte: <http://www.ibm.com>. UNI 24 RESUMO DO TÓPICO 2 Caro(a) acadêmico(a), nesse tópico você estudou que: • Um dos primeiros projetos de calculadoras de que há registros históricos foi deixado por Leonardo Da Vinci e mais de um século mais tarde materializado por Blaise Pascal numa calculadora mecânica com capacidade apenas para somar e subtrair. • A partir dessa iniciativa, novos pesquisadores se interessam pelo assunto e inicia- se uma trajetória de evolução de mais de quatro séculos até que se chegasse aos modernos computadores. • Neste período, um dos mais fantásticos projetos foi a máquina analítica de Charles Babbage que possuía as bases utilizadas nos modernos computadores. Por seu legado, Charles Babbage é considerado o pai do computador. • Como computadores são formados por equipamentos e programas, Charles Babbage trabalhou em conjunto com Lady Ada que desenvolveu os princípios da programação de computadores através da definição das estruturas de sequência, seleção e repetição. Em função de seu legado, Lady Ada é considerada a primeira programadora da história. • A primeira aplicação prática de uso da tecnologia da informação em larga escala foi realizada pelas máquinas tabuladoras idealizadas por Hermann Hollerith para tabular os dados do censo americano de 1890. Hollerith fundou uma empresa, que após associação com outra empresa passou a chamar-se IBM (International Business Machines). 25 Caro(a) acadêmico(a), como forma de fixar o conteúdo estudado realize a autoatividade proposta a seguir: 1 A calculadora mecânica desenvolvida por Blaise Pascal é considerada um marco no processo de criação e evolução de dispositivos de automação de cálculos. Porém a calculadora de Pascal, denominada Pascalina, permitia realizar apenas as operações de soma e subtração. Algum tempo depois, outro pesquisador costruiu uma calculadora ditada também das operações de divisão e multiplicação. Qual o nome desse pesquisador? 2 Muitos pesquisadores tiveram participação no processo de evolução dos dispositivos de automação dos cálculos até que se chegasse aos modernos computadores. Nessa trajetória de evolução há um pesquisador que é considerado o pai do computador. Qual o nome dele? 3 Computadores são máquinas que precisam ser dotadas de “inteligência” para que operem adequadamente. A essa “inteligência” chamamos software ou simplesmente programas. A descrição de como programas deve funcionar foi realizada no século XIX. Qual o nome da pessoa que descreveu os princípios da programação de computadores? 4 As exigências do mundo moderno tornam a utilidade da tecnologia da informação cada vezmais importante. Qual a primeira vez que a tecnologia da informação foi utilizada em larga escala para atender a necessidade de uma população? AUTOATIVIDADE 26 27 TÓPICO 3 EVOLUÇÕES DO INÍCIO DO SÉCULO XX UNIDADE 1 1 INTRODUÇÃO Apesar de grandes projetos terem sido realizados nos séculos anteriores, é no século XX que a computação toma corpo e dá um grande salto evolutivo. Neste século ocorreu uma série de pesquisas que finalmente permitiram a construção e funcionamento adequado dos computadores. Inicialmente pensava-se apenas na automação de cálculos, depois se percebeu que computadores poderiam ser utilizados com outras finalidades. É neste período que muitos pesquisadores direcionaram seus esforços na pesquisa e desenvolvimento de diversos dispositivos, componentes e equipamentos. Iniciaremos a viagem pelos principais acontecimentos deste período, na Europa, de onde surgiu grande parte da inteligência da computação. Em seguida partiremos para os EUA, de onde também surgiram muitos projetos importantes para a área da Computação/Informática. 2 A AUTOMAÇÃO DOS CÁLCULOS No início do século XX o engenheiro civil alemão Konrad Zuse projetou equipamentos calculadores cuja evolução permitiu que em 1934 fosse iniciado o desenvolvimento de uma série de equipamentos conhecidos como máquinas de cálculo controladas automaticamente. Zuse teve como motivação o fato de ser muito difícil guardar os dados intermediários em longos cálculos utilizando dispositivos mecânicos (ALMEIDA, 2002). Nesta época Zuse considerava que um calculador automático necessitaria apenas de três unidades básicas: uma controladora, uma memória e um dispositivo de cálculo. Iniciou então o desenvolvimento do Z1, um equipamento construído inteiramente com peças mecânicas que utilizava uma fita de película cinematográfica para as instruções que controlavam a máquina (ALMEIDA, 2002). 28 UNIDADE 1 | HISTÓRICO DA COMPUTAÇÃO FIGURA 23 – CONRAD ZUSE FONTE: Computer History Museum. Disponível em: <http://www. computerhistory.org>. Acesso em: 10 mar. 2012. Em 1938, um aluno de Zuse chamado Helmut Schreyer, construiu uma parte do Z1 usando válvulas. Para a conclusão do projeto seriam necessárias aproximadamente 1000 válvulas, mas em função das movimentações militares da época não era possível conseguir tal quantidade deste material (ALMEIDA, 2002). Iniciou-se então o desenvolvimento do Z2 usando relês. Tanto o Z1 quanto o Z2 eram equipamentos que ainda não funcionavam satisfatoriamente. Apenas em 1941 o primeiro modelo totalmente operacional de Zuse foi concluído, o Z3. Este equipamento usava dois mecanismos separados para as funções aritméticas e tinha uma unidade para conversão de números decimais para binário. O Z3 tinha capacidade para executar três a quatro adições por segundo e multiplicava dois números em quatro ou cinco segundos (ALMEIDA, 2002). TÓPICO 3 | EVOLUÇÕES DO INÍCIO DO SÉCULO XX 29 FIGURA 24 – RÉPLICA DA UNIDADE BINÁRIA UTILIZADA NO Z1 FONTE: O autor. Em 1944 um bombardeio destruiu a casa de Zuse e com ela o Z3. Logo após a conclusão do Z3, foi iniciado o desenvolvimento do Z4 que era em essência a mesma máquina, embora mais rápida e com maior capacidade de memória (ALMEIDA, 2002). Em função da guerra, Zuse conseguiu construir o Z4 apenas em 1950, na Suíça. Em seguida, Zuse fundou uma empresa de computadores, absorvida depois pela Siemens (ALMEIDA, 2002). FIGURA 25 – JOHN VINCENT ATANASOFF FONTE: Computer History Museum. Disponível em: <http://www. computerhistory.org>. Acesso em: 10 mar. 2012. 30 UNIDADE 1 | HISTÓRICO DA COMPUTAÇÃO Na Universidade de Iowa, o professor de física John Vincent Atanasoff, juntamente com John Berry, iniciou em 1935 um projeto denominado ABC (Atanasoff-Berry Computer). O ABC era uma máquina dedicada especialmente à solução de conjuntos de equações lineares na Física. Funcionava por meio de válvulas, e possuía uma leitora e perfuradora de cartões, o que propiciou o desenvolvimento dos primeiros conceitos que iriam aparecer nos computadores modernos, a unidade de aritmética eletrônica e a memória de leitura e gravação. Esta máquina tornou-se operacional apenas em 1942 (ALMEIDA, 2002). FIGURA 26 – ABC FONTE: O autor. A IBM iniciou em 1935 a produção de calculadoras baseadas em relês. Estas calculadoras produziam em altas velocidades tabelas de vários tipos com alta confiabilidade, conforme havia imaginado Babbage. A evolução destes equipamentos se deu pela possibilidade deles poderem ser programados através de painéis de controle para ler cartões perfurados, executar os cálculos e posteriormente perfurar o resultado no mesmo cartão. Empresas como a Remington Rand produziram equipamentos semelhantes (ALMEIDA, 2002). TÓPICO 3 | EVOLUÇÕES DO INÍCIO DO SÉCULO XX 31 FIGURA 27 – HOWARD HATHANWAY AIKEN FONTE: Computer History Museum. Disponível em: <http://www. computerhistory.org>. Acesso em: 10 mar. 2012. O primeiro computador produzido pelos americanos cuja arquitetura era eletromecânica foi o Harvard Mark I que foi desenvolvido em parceria entre a Universidade de Harvard e a IBM (ALMEIDA, 2002). O Harvard Mark I foi desenvolvido pelo matemático americano Howard Hathanway Aiken que atuava como professor na Universidade de Harvard. Esta máquina processava números com precisão de 23 dígitos e executava as quatro operações aritméticas básicas, sequências de dados, tabelas de logatirmos e funções trigonométricas (ALMEIDA, 2002). O Mark I era controlado através de fitas de papel os quais eram perfurados por uma máquina de escrever elétrica. FIGURA 28 – HARVARD MARK I FONTE: IBM (2011) 32 UNIDADE 1 | HISTÓRICO DA COMPUTAÇÃO Dentre outras personalidades que contribuíram para o desenvolvimento da tecnologia da informação, o inglês Alan Mathison Turing definitivamente foi o mais significativo. Ele estava motivado a identificar um conjunto de procedimentos que pudessem ser seguidos para deteminar se uma proposição matemática era ou não suscetível de prova. O resultado dos trabalhos de Turing em torno do tema foi publicado no artigo “On computable numbers, with an application to the entschendungsproblem” (STRATHERN, 2000). A obstinação de Turing por provas era tamanha que ele queria provar através da matemática a existência, ou não, de Deus. FIGURA 29 – ALAN MATHISON TURING FONTE: Computer History Museum. Disponível em: <http://www. computerhistory.org>. Acesso em: 10 mar. 2012. Na realidade Turing descreveu a sequência de passos a serem seguidos para execução do “processo de raciocínio” de uma máquina que poderia receber um conjunto de elementos de entrada bastante variado. Turing chamou a sua criação de computabilidade. Ele defendia a teoria de que “todo problema desde que expresso de maneira lógica apropriada, poderia sempre ser resolvido” (STRATHERN, 2000, p. 53). A teoria da computabilidade foi desenvolvida em 1936 através da imaginação de uma máquina que poderia efetuar de forma automática os processos, geralmente desenvolvidos por um matemático. Para cada processo haveria uma máquina para somar, outra para dividir, outra para calcular integrais e assim por diante. TÓPICO 3 | EVOLUÇÕES DO INÍCIO DO SÉCULO XX 33 FIGURA 30 – ACE FONTE: Computer History Museum. Disponível em: <http://www.computerhistory. org>. Acesso em: 10 mar. 2012. Raciocinando sobre o funcionamento dessas máquinas imaginárias, Turing chegou a uma brilhante conclusão. Em vez de utilizar uma máquina específica para cada processo matemático, era possível desenvolver um aparelho universal (máquina universal) que tivesse condições de realizar tudo o que as máquinas especializadas poderiam fazer, desde que fossem programadas para tal. Turing também trabalhou num computador chamado ACE (AutomaticComputing Engine) para o Laboratório Nacional de Física da Inglaterra (STRATHERN, 2000). FIGURA 31 – ALAN TURING (na porta do ônibus) FONTE: Hodges (2011) 34 UNIDADE 1 | HISTÓRICO DA COMPUTAÇÃO Por volta de 1939 com a eclosão da guerra contra a Alemanha nazista, Turing foi designado a atuar em Bletchley Park na equipe de decifração de códigos. Lá Turing teve notícia de que os alemães haviam desenvolvido uma máquina para envio de mensagens codificadas para as frentes de batalha. FIGURA 32 – ENIGMA FONTE: O autor. A tal máquina era conhecida pelo nome Enigma e se acredita que as descobertas de Conrad Zuse tenham contribuído em sua construção (STRATHERN, 2000). A principal atividade de Turing e sua equipe era examinar um conjunto de mensagens codificadas procurando combinações e/ou padrões para encontrar a chave de codificação das mensagens de forma que pudessem decodificá-las e ler seu conteúdo. TÓPICO 3 | EVOLUÇÕES DO INÍCIO DO SÉCULO XX 35 FIGURA 33 – COLOSSUS NO DIA D (6 de Junho de 1944) FONTE: Computer History Museum. Disponível em: <http://www. computerhistory.org>. Acesso em: 10 mar. 2012. Essa era uma atividade relativamente rotineira, então Turing resolveu construir uma máquina para executar tal atividade cuja base de funcionamento era descrita em “On computable numbers”. Dessa iniciativa foi criada a Colossus, uma máquina que recebia os textos de mensagens codificadas pela Enigma e procurava nesse texto quaisquer frequência ou combinações que pudesse levar à chave de decifração (STRATHERN, 2000). Essa técnica é conhecida na área de criptografia como decifração por força bruta. A Colossus é considerada um importante invento que contribuiu de forma significativa para as forças aliadas. A versão mais aperfeiçoada dela permitia decifrar uma mensagem codificada pela Enigma em questão de minutos (STRATHERN, 2000). FIGURA 34 – BRANCA DE NEVE E OS SETE ANÕES FONTE: O autor 36 UNIDADE 1 | HISTÓRICO DA COMPUTAÇÃO Após a guerra, em função de sua homossexualidade, o que também era caracterizado como “indecência flagrante” Turing foi preso e julgado. Por ter se confessado culpado teve a pena amenizada, tendo sido condenado a um tratamento hormonal ao invés da prisão. O tratamento resultou em diversos efeitos colaterais o que supostamente o levou a uma decisão fatal. Inspirado no filme Branca de Neve e os sete anões, particularmente na cena em que a bruxa mergulha uma maçã no veneno ele tenha determinado que terminaria seus dias comendo uma maçã envenenada. Na noite de 7 de Junho de 1954 Turing comeu uma maçã envenenada e partiu para o sono eterno (STRATHERN, 2000). FIGURA 35 – LOGOMARCA DA APPLE COMPUTER FONTE: Disponível em: <http://jscustom.theoldcomputer.com/images/ manufacturers_systems/Apple/266430apple-computer-logo.jpg>. Acesso em: 8 jun. 2012. Em determinado momento da história da Apple Computer, empresa que desenvolveu a partir da década de 1970 diversos dispositivos computacionais significativos para a evolução da tecnologia da informação, o símbolo da empresa que é uma maçã com uma mordida recebeu as cores do arco-íris. A empresa utilizou o símbolo dessa forma de 1976 até 1998. Aqueles que conhecem a história e importância das contribuições de Alan Turing para a tecnologia da informação logo relacionaram os elementos, porém a Apple nunca admitiu oficialmente que o símbolo e as cores fossem uma alusão a Turing. TÓPICO 3 | EVOLUÇÕES DO INÍCIO DO SÉCULO XX 37 FIGURA 36 – PRIMEIRA LOGOMARCA DA APPLE COMPUTER FONTE: Disponível em: <http://2.bp.blogspot.com/-qIu6mRujtBY/ T4JS2Kc9NmI/AAAAAAAAAuc/YZ-JkQvQhjI/s1600/logo-apple- antiga.jpg>. Acesso em: 8 jun. 2012. De acordo com Wosniak (2011), o nome da Apple Computer surgiu na Highway 85 num dia em que ele havia ido buscar Steve Jobs no aeroporto. Na oportunidade Jobs voltava de uma visita a um local chamado apple orchard (pomar de macieiras), então sugeriu o nome Apple Computer. A explicação para o uso das cores do arco-íris teria sido sim uma alusão a Newton, pois a primeira logomarca da empresa tinha Newton sentado sob uma macieira. E a relação com as cores do arco-íris se justifica pelo fato de Newton também ter desenvolvido uma teoria das cores baseado na observação de que o reflexo da luz num prisma se decompõe em diversas cores. Assista ao filme Enigma para conhecer mais sobre a Enigma, Colossus, Alan Turing e também sobre a evolução da tecnologia da informação. UNI 38 UNIDADE 1 | HISTÓRICO DA COMPUTAÇÃO Claude Elwood Shannon defendeu, em 1937, a tese de que os conceitos de Geoge Boole teriam grande utilidade no campo da então eletromecânica. Ele provou que a álgebra booleana e a aritmética binária poderiam ser utilizadas para simplificar a organização de relês. O mais incrível foi que ele fez também a analogia inversa, provando a possibilidade de usar organizações de relês para resolver problemas de álgebra booleana. FIGURA 37 – CLAUDE ELWOOD SHANNON FONTE: Computer History Museum. Disponível em: <http://www. computerhistory.org>. Acesso em: 10 mar. 2012. Shannon também é conhecido como o pai da teoria da informação, devido a uma publicação sua de 1948 entitulada Teoria Matemática da Comunicação (The Mathematical Theory of Communication), na qual Shannon definiu uma medida chamada de entropia. A medida de entropia de Shannon passou a ser considerada como uma medida da informação contida numa mensagem. Entre outras experiências, Shannon trabalhou com Vannevar Bush e nos Laboratórios Bell. TÓPICO 3 | EVOLUÇÕES DO INÍCIO DO SÉCULO XX 39 FIGURA 38 – VANNEVAR BUSH FONTE: Computer History Museum. Disponível em: <http://www.computerhistory.org>. Acesso em: 10 mar. 2012. Vannevar Bush é conhecido por suas contribuições na computação analógica, seu papel político no desenvolvimento da bomba atômica e a ideia do memex. Memex (memory extender) é o nome dado por Bush ao teórico sistema de computador proto-hypertext. Este dispositivo teria links para uma biblioteca e capacidade para apresentar livros e filmes e seguir referências cruzadas entre os elementos. O memex influenciou o subsequente desenvolvimento do hipertexto. 40 RESUMO DO TÓPICO 3 Caro(a) acadêmico(a), nesse capítulo você estudou que: • Uma das mentes mais brilhantes da história da Computação/Informática foi a do britânico Alan Mathison Turing o qual nos deixou o legado do princípio da computabilidade. Turing afirmava que todo problema que fosse devidamente expresso através da lógica, poderia ser resolvido. • Enigma foi o nome dado a uma máquina construída para codificação de mensagens de guerra. Esta máquina foi utilizada pelas forças nazistas com relativo sucesso até que outra máquina fosse criada para decodificar tais mensagens. • A tecnologia da informação também teve significativa participação no resultado final da Segunda Guerra Mundial através da decifração de mensagens com a máquina Colossus, que teve significativa participação de Alan Turing, pai da teoria da computabilidade. • Uma das empresas mais significativas dos últimos tempos na área de Computação/Informática é a Apple Computadores, a qual foi fundada por Steve Jobs e Steve Wosniak. Embora a grande maioria das pessoas que conhecem a Apple a relacionem apenas a Steve Jobs, foi Steve Wosniak quem desenvolveu seus primeiros projetos de computadores. As habilidades de Jobs e Wosniak somadas é que permitiram à Apple se tornar o que é hoje, apesar de Wosniak ter deixado a empresa há bastante tempo. 41 Caro(a) acadêmico(a), como forma de fixar o conteúdo estudado realize a autoatividade proposta a seguir: 1 Diversas formas de representação dos números foram criadas através dos tempos, porém teve uma representação que passou a ser adotada como modelo universal. Como se chama esse modelode algarismos? 2 Os primeiros computadores eram essencialmente baseados em dispositivos eletromecânicos e a aritmética utilizada era a decimal. Num dado momento um pesquisador iniciou o uso da aritmética binária. Qual o nome desse pesquisador? 3 Durante a Segunda Guerra Mundial dois dispositivos para codificação e decodificação de mensagens foram construídos. Esses dispositivos tiveram grande significância em sua utilização relativa às comunicações de guerra. Qual o nome deles? 4 A ideia de uma máquina que pudesse executar quaisquer instruções baseadas em um programa foi concebido há bastante tempo, porém a descrição do funcionamento de tal máquina foi realizada apenas no século XX. Qual o nome do pai da teoria da computabilidade? AUTOATIVIDADE 42 43 TÓPICO 4 O BERÇO DA INFORMÁTICA UNIDADE 1 1 INTRODUÇÃO É no século XX que ocorrem os principais eventos que conduziram a área da Computação/Informática ao que conhecemos atualmente. Os mais importantes em termos de fundamentos, ocorreram na primeira metade do século. Já na segunda metade do século XX pode ser identificado um grande volume de acontecimentos que conduziram a área da Computação/Informática ao que é popularmente conhecido nos dias atuais. 2 O NASCIMENTO DA COMPUTAÇÃO Em 1939 William Reddington Hewlett e David Packard, fundaram a Hewlett-Packard Company (HP) na garagem da casa de David com um capital inicial de US$ 538 (quinhentos e trinta e oito dólares). O primeiro equipamento produzido pela HP foi um oscilador de áudio, sendo que um dos primeiros clientes da empresa foi a Walt Disney. A Walt Disney encomendou 8 osciladores de áudio HP 200B para uso no filme Fantasia. Foi a primeira grande venda da HP (McLAUGHLIN; WEIMERS; WINSLOW, 2008). A HP é responsável por muitas inovações tecnológicas, produzindo equipamentos eletrônicos para testes e medições, calculadoras, computadores, impressoras laser e impressoras a jato de tinta. A garagem que serviu como primeiro endereço da HP é considerado o berço do Vale do Silício na Califórnia, EUA (HP, 2011). 44 UNIDADE 1 | HISTÓRICO DA COMPUTAÇÃO FIGURA 39 – GARAGEM DA HP FONTE: O autor Os princípios arquiteturais dos modernos computadores foram desenvolvidos em 1944 por John Von Neumann da universidade da Pensilvânia. Esta arquitetura ficou conhecida por “arquitetura de Von Neumann”. Um dos principais conceitos estabelecidos foi o de programa armazenado, ou programa interno. Diversos outros princípios foram propostos, mas nenhum deles teve fundamentos tão concretos quanto os de Neumann (ALMEIDA, 2002). FIGURA 40 – JOHN VON NEUMANN AO LADO DE UM COMPUTADOR IAS EM 1951 FONTE: O autor. TÓPICO 4 | O BERÇO DA INFORMÁTICA 45 Almeida (2002) acrescenta que Von Neumann era fascinado pela física quântica e também pela teoria dos jogos. Criou o método Monte Carlo, que utiliza números aleatórios para resolver equações matemáticas. Teve participação no Projeto Manhattan, colaborando no estudo de produção da bomba atômica. Participou ainda dos projetos do ENIAC (Electronic Numeric Integrator and Calculator) e do EDVAC (Electronic Discrete Variable Computer). FIGURA 41 – JOHN PESPER ECKERT JR. FONTE: Computer History Museum. Disponível em: <http://www. computerhistory.org>. Acesso em: 10 mar. 2012. O professor da Universidade da Pensilvânia John William Mauchly, juntamente com o físico John Pesper Eckert Jr. colocaram em operação, no ano de 1946, o ENIAC (Eletronic Numeric Integrator and Calculator). Este foi um dos primeiros trabalhos importantes em computação eletrônica. Entre muitos de seus componentes o ENIAC tinha em torno de 18.000 válvulas, 70.000 resistores e 10.000 capacitores. Consumia cerca de 150 Kwats de potência, ocupando uma área de aproximadamente 1400 metros quadrados (ALMEIDA, 2002). O ENIAC operou até 1955. John Mauchly é reponsável também pelo desenvolvimento em 1949, de uma linguagem de programação de alto nível, chamada Short Order Code. 46 UNIDADE 1 | HISTÓRICO DA COMPUTAÇÃO FIGURA 42 – ENIAC FONTE: Computer History Museum. Disponível em: <http://www. computerhistory.org>. Acesso em: 10 mar. 2012. O primeiro computador eletrônico automático a ser produzido comercialmente foi o UNIVAC (Universal Automatic Computer). Construído pela Remington-Rand, o primeiro UNIVAC I foi enviado ao Bureau do censo de 1951, sendo então usado para tabular os dados do recenseamento. FIGURA 43 – UNIDADE DE OPERAÇÃO DO UNIVAC FONTE: O autor. O UNIVAC I também foi o primeiro computador usado para processamento de dados em negócios, pela General Electric, na usina de Louisville, no ano de 1954. Com essa iniciativa dava-se o primeiro passo para o uso de computadores como ferramenta de apoio aos negócios. TÓPICO 4 | O BERÇO DA INFORMÁTICA 47 Em 1957 existiam três grandes linguagens para computadores: APT, FORTRAN e FLOW-MATIC. Nesta época era grande a necessidade de uma linguagem simples e padronizada para aplicações comerciais. A linguagem que veio para solucionar este problema foi o COBOL (Common Business Oriented Language), tendo sido em grande parte baseada na linguagem FLOW-MATIC que foi desenvolvida por Grace Murray Hopper (ALMEIDA, 2002). FIGURA 44 – GRACE MURRAY HOPPER FONTE: Computer History Museum. Disponível em: <http://www. computerhistory.org>. Acesso em: 10 mar. 2012. A partir desse momento estava criado o computador como conhecemos atualmente, os principais princípios dos sistemas básicos de operação (sistemas operacionais) e algumas linguagens de programação que viriam a servir de base para o desenvolvimento das demais linguagens de programação até as utilizadas nos dias atuais. 3 NOVAS TECNOLOGIAS DA INFORMAÇÃO E COMUNICAÇÃO O termo tecnologia implica o conhecimento científico aliado aos métodos, processos e ferramentas utilizados a partir deste conhecimento. Diante disso, pode- se entender que a tecnologia é parte integrante de praticamente todas as áreas de conhecimento. O desenvolvimento tecnológico por consequência está presente em todas as áreas em maior ou menor grau. 48 UNIDADE 1 | HISTÓRICO DA COMPUTAÇÃO Recentemente experimentamos um desenvolvimento tecnológico bastante significativo. Alguns dos grandes desenvolvimentos tecnológicos que merecem destaque são a decodificação do DNA, TV digital, clonagem animal, ônibus espacial, computador pessoal, internet e a educação a distância. As Tecnologias da Informação e Comunicação, também tipicamente referenciadas por TICs, são o conjunto de recursos tecnológicos utilizados por uma parcela da sociedade com diversos objetivos. Na maioria dos casos as TICs são utilizadas para automação de atividades, seja na indústria, no comércio ou na educação. As TICs também são largamente utilizadas no âmbito pessoal como forma de se relacionar compartilhando informações, conteúdos e sentimentos. Alguns exemplos de TICs são os computadores pessoais, tablets, telefonia celular, internet, correio eletrônico, tecnologias de acesso remoto (wireless) e tecnologias digitais para captação e tratamento de sons e imagens. O desenvolvimento das TICs tem gerado uma série de consequências para a sociedade. Dentre estas se podem destacar o aumento da competitividade empresarial e as pessoas em relação à suas posições dentro das empresas. As TICs têm influenciado também, nos processos de planejamento e ações das empresas, fazendo com que algumas empresas transformassem seus negócios em poucos anos. Um exemplo é a corrida para oferta de produtos através de sites na internet. Esta corrida requer preocupação com a tecnologia envolvida, a segurança dos dados e informações da empresa e dos clientes, organização em termos de logística para realizar a entrega dos produtos vendidos, entre outras providências. As TICs têm influenciadotambém, na queda dos custos de artefatos tecnológicos bem como queda nos custos de processamento de dados, de serviços e de determinados produtos em função dos recursos tecnológicos empregados. Num panorama geral, as consequências para os indivíduos e a sociedade têm sido bastante positivas, permitindo acesso a informações, produtos e serviços, o que se pode caracterizar como melhoria na qualidade de vida. Porém, você sabe qual a diferença entre informação e conhecimento? Então vamos lá, vamos explicar um pouco melhor esses conceitos, pois não podemos Você provavelmente utiliza pelo menos uma destas TICs no seu dia a dia, certo? E realmente estas tecnologias vieram para tornar nossas vidas melhores, você não acha? UNI TÓPICO 4 | O BERÇO DA INFORMÁTICA 49 confundir informação com conhecimento. A informação é um conjunto de conteúdos que estão disponíveis. O conhecimento é fruto do processamento destas informações transformando-a em algo novo a partir das informações disponíveis. Logo, a informação não necessariamente gera conhecimento, pois é necessário que o indivíduo entenda e processe a informação transformando-a em conhecimento. Diante deste quadro e da realidade em termos de uso de TICs pode-se ter evidências de que vivemos a sociedade da informação, que é um pouco diferente do que se define como sociedade do conhecimento ou era do conhecimento. São consideradas, entre outras, as Novas Tecnologias da Informação e Comunicação os computadores pessoais, telefonia móvel, TV por assinatura, correio eletrônico, internet, tecnologias digitais e tecnologias de acesso remoto (MARINHO, 2011). 4 TECNOLOGIA DA INFORMAÇÃO E O ENSINO John McCarthy juntamente com Marvin Minski desenvolvem, em 1956, o conceito de inteligência artificial. Em 1959 McCarthy desenvolveu a linguagem Lisp (List Processing), primeira linguagem de programação para aplicações em inteligência artificial. Atualmente, a inteligência artificial é largamente utilizada em diversas áreas do saber. Na educação a inteligência artificial pode ser utilizada em jogos educacionais ou ferramentas de simulação que permitam desenvolver determinadas competências (ALMEIDA, 2002). FIGURA 45 – JOHN MCCARTHY FONTE: Computer History Museum. Disponível em: <http://www. computerhistory.org>. Acesso em: 10 mar. 2012. 50 UNIDADE 1 | HISTÓRICO DA COMPUTAÇÃO Steve Russel, estudante do MIT (Massachussets Institute of Technology) desenvolveu em 1962 um dos primeiros jogos para computador, denominado Spacewar. O jogo Spacewar inspirou o desenvolvimento dos vídeo-games (ALMEIDA, 2002). FIGURA 46 – MARVIN MINSKI FONTE: Computer History Museum. Disponível em: <http://www. computerhistory.org>. Acesso em: 10 mar. 2012. Embora haja o entendimento de que jogos são caracterizados como uma prática reacreativa, as visões mais modernas acerca da utilização de jogos no processo de ensino e aprendizagem definem que podem e devem ser utilizados para tal finalidade. As características intrínsecas têm tornado os jogos um veículo de aprendizagem e comunicação ideal para o desenvolvimento do educando (MURCIA, 2005). FIGURA 47 – TELA DO JOGO SPACEWAR FONTE: Computer History Museum. Disponível em: <http://www. computerhistory.org>. Acesso em: 10 mar. 2012. TÓPICO 4 | O BERÇO DA INFORMÁTICA 51 Embora pareça uma abordagem moderna, a utilização de jogos como ferramenta educacional é uma prática antiga. A utilização de jogos com finalidades educacionais foi iniciada em Roma e Grécia Antiga (KISHIMOTO, 1999). Embora fossem utilizados, os jogos não eram considerados ferramentas adequadas pela pedagogia tradicional, na qual o processo de ensino e aprendizagem era fortemente centrada na figura do educador. Naquela época os jogos eram considerados inadequados para serem utilizados na educação (MURCIA, 2005). Apenas a partir da segunda metade do século XX é que se intensificaram as pesquisas sobre a utilização de jogos como ferramenta no processo de ensino e aprendizagem. Na década de 1960 foram alocados recursos em inúmeras universidades dos Estados Unidos para realização de pesquisas na área de jogos educacionais (ROCHA, 1997). Os professores John Kemeny e Thomas Eugene Kurtz, desenvolveram em 1964, com finalidades didáticas, a linguagem BASIC (ALMEIDA, 2002). O nome BASIC na realidade é uma sigla que significa Beginner’s All-Purpose Symbolic Instruction Code, ou seja, conjunto de instruções simbólicas de múltiplos propósitos. O BASIC é mais um exemplo de preocupação em termos de desenvolvimento de recursos tecnológicos que permitam facilitar a aprendizagem. BASIC também é o nome genérico dado a uma grande família de linguagens de programação derivadas do BASIC original. FIGURA 48 – TARTARUGA RETRATANDO SEYMOUR PAPERT FONTE: PAPERT (2011) 52 UNIDADE 1 | HISTÓRICO DA COMPUTAÇÃO Teve contribuição também no uso da tecnologia para o ensino Seymour Papert, matemático e importante educador do MIT (Massachussets Institute of Technology). Papert é um pesquisador bastante conhecido pelas pesquisas em torno do uso de computadores na educação. Na década de 1970, quando os computadores eram bastante limitados e ainda não possuía interface gráfica ele criou uma linguagem de programação denominada Logo. A ideia da linguagem LOGO era de um programa de desenho que controlava as ações de uma tartaruga mecânica traçando uma trilha com uma caneta no papel (ALMEIDA, 2002). Papert também é conhecido pela criação do termo construcionismo que é uma abordagem do construtivismo cuja essência está em permitir que o estudante construa o seu conhecimento podendo se valer de ferramentas como o computador, para auxiliá-lo. Ele defendia o uso da tecnologia como ferramenta de apoio à educação. O computador pode ser um importante elemento para auxiliar o estudante no processo de construção de conhecimentos. (ALMEIDA, 2002). No ano de 1969 o governo americano interligou as máquinas da ARPANET. Essa ação formou uma rede interligada de equipamentos a partir da qual foi formada a internet (ALMEIDA, 2002). É importante destacar que a ARPANET foi uma rede de comunicações concebida com finalidade exclusivamente militares. FIGURA 49 – NIKLAUS WIRTH FONTE: Computer History Museum. Disponível em: <http://www. computerhistory.org>. Acesso em: 10 mar. 2012. O professor Niklaus Wirth, que atuou na Universidade de Stanford e na Swiss Federal Institute of Technology (ETH), desenvolveu no ano de 1971 uma linguagem de programação destinada ao ensino de programação para acadêmicos iniciantes na área de Ciência da Computação. TÓPICO 4 | O BERÇO DA INFORMÁTICA 53 A contribuição de Wirth com a linguagem Pascal é muito significativa, pois ainda hoje a linguagem é utilizada em diversos locais do mundo para ensinar programação. Niklaus Wirth contribuiu também com o desenvolvimento de outras duas linguagens de programação denominadas Algol-W e Modula. 5 O SURGIMENTO DA TECNOLOGIA DA INFORMAÇÃO COMO A CONHECEMOS A tecnologia da informação tal qual a conhecemos na atualidade iniciou uma trajetória de grande evolução a partir da década de 1970 quando empresas como Apple, IBM, Microsoft entre outras, iniciaram o desenvolvimento de computadores e softwares para uso pessoal. Até aquele momento não se imaginava que o computador pudesse ser utilizado para atividades pessoais. Imaginava-se apenas que computadores serviam esclusivamente para realização de cálculos complexos em projetos de pesquisa de Universidades ou para processamento de dados de negócios. Bill Gates juntamente com Paul Allen fundam em 1975 a Microsoft. “Um computador em cada casa e em cada mesa de trabalho.” Essa era a proposta da Microsoft quando a empresa foi fundada. Hoje, depois de ajudar a tornar a tecnologia acessível a milhões de pessoas no Brasil e no mundo, a Microsoft
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