Aula 01 - Informática

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Aula 01
INFORMÁTICA
1. INTRODUÇÃO
A informática é a ciência que tem como objetivo o tratamento lógico e automático
das informações. Muito mais que visar simplesmente à programação de computadores para
executar tarefas específicas, a informática estuda a estrutura e o tratamento das informações
sob suas mais variadas formas: números, textos, gráficos, imagens, sons, etc. Essas
informações, presentes no dia-a-dia de qualquer área do conhecimento, são levadas ao
computador, que pode "armazená-las" e "tratá-las".
O armazenamento corresponde à nossa memorização e o "tratamento" diz respeito
ao processamento. Os dados são as informações e na forma em que estarão representadas
no computador e qualquer tratamento feito por meio informatizado é o Processamento de
Dados. Os resultados do Processamento de Dados devem ser informações que atendam às
requisições dos pedidos feitos pelos usuários, normalmente apresentada do seguinte modo:
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O profissional de Informática vai atuar basicamente no desenvolvimento do que se
pode chamar de um Sistema Computacional, os quais abrangem a combinação de hardware
(circuitos), software (programas) e outros elementos essenciais.
A crescente evolução na área de informática, particularmente no que diz respeito
ao desenvolvimento de equipamentos de informática (processadores cada vez mais velozes,
novas tecnologias de armazenamento de dados e novos periféricos), aliada as constantes
quedas nos preços do hardware, possibilitou um avanço das atividades relacionadas à
informática na quase totalidade das atividades humanas, iniciando pelos diversos ramos da
Engenharia e atingindo as mais variadas áreas como a Medicina, as Artes, o Entretenimento,
a Economia, etc.
COMPUTADOR
Muitos de nós utilizamos nossos computadores, mas, muitas vezes, não sabemos
exatamente como eles funcionam. Você poderia perguntar: “Por que devo saber como um
computador funciona”? A resposta é muito simples: para que possamos nos utilizar de uma
ferramenta é bom que tenhamos o máximo possível de conhecimento sobre ela. Assim,
podemos utilizá-la da melhor forma.
O que é então um computador?
O computador nada mais é do que uma máquina de uso geral, capaz de executar
tarefas repetitivas através do armazenamento e Processamento de Dados. Como principais
características desse processamento de dados há a grande velocidade na manipulação das
informações, a grande capacidade de armazenamento dos dados e a confiabilidade, pois o
computador, enquanto máquina é bastante preciso. Em função dessas características, o uso
do computador propicia o aumento da produtividade na empresa, a redução de custos e o
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auxílio na tomada de decisões, pois o uso de computadores, aliado à tecnologia de
comunicação, dá acesso à grande quantidade de informações de uma maneira mais rápida.
2.1. Modelo de Von Neumann
A grande maioria dos computadores existentes atualmente segue um modelo proposto
pelo matemático americano Von Neumann, por volta de 1940. Nesse modelo, um elemento
processador segue as instruções armazenadas em uma memória de programas, para ler canais
de entrada, enviar comandos sobre canais de saída e alterar as informações contidas em uma
memória de dados.
Esse modelo inicial evoluiu para uma estrutura em barramento que é a base dos
computadores modernos. Nessa estrutura, as memórias de dados e de programa são fundidas
em uma memória única, e as comunicações entre elementos são efetuadas através de uma via
comum de alta velocidade:
Os principais elementos do computador são:
• O processador (ou microprocessador) é responsável pelo tratamento de informações
armazenadas em memória (programas em código de máquina e dos dados).
• A memória é responsável pela armazenagem dos programas e dos dados.
• Periféricos, que são os dispositivos responsáveis pelas entradas e saídas de dados
Modelo de Von Neuman
Estrutura em Barramento
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do computador, ou seja, pelas interações entre o computador e o mundo externo. Exemplos
de periféricos são: monitor, teclados, mouses, impressoras, etc.
• Barramento, que liga todos esses componentes, é uma via de comunicação de alto
desempenho por onde circulam os dados tratados pelo computador.
2.2 Evolução histórica das arquiteturas de computador
A história dos computadores começou no momento em que o homem sentiu a
necessidade de efetuar cálculos complexos de maneira automática. O primeiro elemento com
que o homem contou para fazer seus cálculos foi o conjunto de dedos de suas mãos, daí veio
à palavra digital, vindo de dígito, que significa dedo. A evolução da humanidade exigiu novas
invenções para auxiliar os cálculos.
2.2.1 O Ábaco
A palavra Cálculo, do termo
latino Calculus, há milhares de anos
servia para denominar pequenas
pedras que eram usadas para contar,
deslizando-se por sulcos cavados no
chão. Essa espécie de ábaco foi
descoberta em recentes escavações. O
modelo foi evoluindo até o surgimento
do primeiro instrumento composto de varetas (pedaços de madeira dispostos paralelamente)
e pequenas bolas macias. Todavia, somente muito tempo depois surgia um modelo mais
evoluído e que é usado até hoje no oriente: o ábaco chinês. Existem diversos modelos de
ábaco, como o russo ou o japonês, mas a versão chinesa tornou-se a mais conhecida
mundialmente. O ábaco mostrou-se tão eficiente e simples de usar que nada melhor que
ele surgiu até o século XVII.
2.2.2 A régua de cálculo (1610-1621)
Por volta do século XVII,
pensadores do mundo todo se
empenhavam em desenvolver sistemas
cada vez mais complexos e eficientes de
calcular. Um dos métodos mais eficazes
descobertos na época foi criado pelo
escocês John Napier, que introduziu, em
1614, na comunidade científica o “cálculo logarítmico”.
A própria palavra “logaritmo” foi escrita pela primeira vez por Napier a partir do
grego "logos" (que significa razão) e "aritmos" (que quer dizer números). A junção das duas,
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em português, seria algo como "razão dos números".
As tabelas de Napier influenciaram diretamente a invenção da régua de cálculo, em
1621, concretizada pelo matemático inglês, William Oughtred, com uma forma circular
considerada como um dos primeiros dispositivos analógicos de computação. A régua de cálculo
e as calculadoras mecânicas foram largamente utilizadas até 1970, quando surgiram as
calculadoras eletrônicas.
2.2.3 A Máquina de Pascal (1642)
Blaise Pascal desenvolveu, em
1642, uma máquina de calcular
totalmente mecânica. A Pascaline, como
foi apelidada a primeira calculadora
mecânica, foi criada quando Pascal tinha
apenas dezoito anos. Cada casa decimal
era representada por uma roda diferente,
isto é, uma era a unidade, outra a
dezena, a seguinte a centena, e assim por diante. Embora capaz de realizar apenas adições e
subtrações, outras operações, como multiplicações e divisões podiam ser realizadas através
da combinação das primeiras.
Comercialmente a Pascaline foi um fracasso, pois não foram produzidas mais de
cinqüenta unidades e seu preço era excessivamente alto.
2.2.4 A Calculadora de Leibnitz (1672)
Com uma evolução da Pascaline, o alemão Gottfried Leibnitz, na ânsia de agilizar os
intermináveis cálculos astronômicos, se empenhou em aprimorar o modelo de Pascal. Sua
calculadora mecânica era capaz de fazer facilmente cálculos, envolvendo as quatro operações
fundamentais e ainda extrair a raiz quadrada. O modelo era muito parecido com o de Pascal,
mas com componentes extras que agilizavam os cálculos e se moviam dentro da máquina,
otimizando os cálculos repetitivos.
2.2.5 O Arithmometer (1820)
Em 1820, Charles Xavier Thomas projetou e construiu uma máquina capaz de efetuar
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as quatro operações ar i tmét icas básicas : a
Arithmometer. Essa foi a primeiracalculadora
realmente comercializada com sucesso: até 1850
foram vendidas cerca de 1.500 Arithmometers. Ela
fazia multiplicações com o mesmo princípio da
calculadora de Leibnitz e com a assistência do usuário
efetuava as divisões.
2.2.6 As Máquinas de Babbage (1823)
Charles Babbage era um matemático inglês que sempre buscou a precisão matemática
até os limites da perfeição. Numa publicação científica, em 1822, Babbage escreveu sobre
uma novíssima máquina capaz de calcular e imprimir longas tabelas científicas. A máquina
que construiu, portanto, se empenhava em calcular funções (logarítmicas, trigonométricas)
sem o auxílio de um operador. Entretanto, Babbage não conseguiu construir a máquina que
ambicionava, ficando o protótipo muito abaixo do esperado pelo matemático.
Em 1833, Babbage projetou uma máquina
bastante aperfeiçoada, com o auxílio de Ada
Lovelace, que chamou de Máquina Analítica. Ada
é uma das poucas mulheres a figurar na história do
computador. Ela criou programas para a máquina,
tornando-se a pr imeira programadora de
computador do mundo.
Sua operação era governada por conjunto
de cartões perfurados, de modo que, de acordo
com os resultados dos cálculos intermediários, a
máquina poderia saltar os cartões, modificando dessa forma o curso dos cálculos.
2.2.7 A Máquina de Hollerith (1886)
Aproximadamente em 1885, Herman Hellerith, funcionário do Departamento de
Recenseamento dos E.U.A., percebeu que a realização do censo anual demorava cerca de
10 anos para ser concluído, e que a maioria das perguntas tinha como resposta sim ou não.
Em 1886 idealizou um cartão perfurado que guardaria as informações coletadas no censo e
uma máquina capaz de tabular essas informações. Construiu então a Máquina de
Recenseamento, ou Máquina Tabuladora, que perfurava cerca de 56 milhões de cartões.
Com essa solução, Hollerith conseguiu que o tempo de processamento dos dados
do censo baixasse de dez para três anos. A tecnologia de cartões perfurados foi adotada
rapidamente por diversos países da Europa, difundindo a utilização das máquinas Hollerith
em nível mundial e por bastante tempo.
Dez anos mais tarde, Hollerith fundou uma companhia, a Tabulating Machine
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Company. Em 1924, a firma mudou de nome, tornando-se a International Business Machines
Corporation, hoje mais conhecida como IBM.
2.2.8 1º Geração: Tecnologia de válvulas (1930-1958)
A partir do momento que surgiram os primeiros computadores na
acepção popular da palavra, divide-se a história dos computadores em cinco
gerações distintas. O pulo para a geração seguinte se dá com o advento de
uma nova tecnologia que possibilita grandes avanços do poder de cálculo ou
descobertas que modificam a base de um computador.
Já no século XX, um grande número de projetos foi baseado na
utilização de relés e válvulas eletrônicas para a realização de cálculos
automaticamente: eram os computadores de primeira geração. Relés são
eletroímãs, cuja função é abrir ou fechar contatos elétricos com o intuito de
interromper ou estabelecer circuitos. Válvula é um dispositivo que conduz a corrente
elétrica num só sentido.
Uma das grandes vantagens das máquinas a relé sobre as máquinas de calcular
mecânica era, sem dúvida, a maior velocidade de processamento. Um outro aspecto positivo
era a possibilidade de funcionamento contínuo, apresentando poucos erros de cálculo e
pequeno tempo de manutenção.
Os computadores da primeira geração são todos baseados em tecnologias de
válvulas eletrônicas. Normalmente quebravam após não muitas horas de uso. Tinham
dispositivos de entrada/saída primitivos e calculavam com uma velocidade de milissegundos
(milésimos de segundo).
Os cartões perfurados foram o principal meio usado para
armazenar os arquivos de dados e para ingressá-los ao computador.
A grande utilidade dessas máquinas era no processamento de dados.
No entanto, tinham uma série de desvantagens como: custo elevado,
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relativa lentidão, pouca confiabilidade, grande quantidade de energia consumida, além de
necessitarem de grandes instalações de ar condicionado para dissipar o calor gerado por um
grande número de válvulas, cerca de 20 mil.
2.3 ALGUNS COMPUTADORES DESSA GERAÇÃO
2.3.1 MARK I
Numa parceria da IBM com a marinha Norte-Americana, o Mark I era totalmente
eletromecânico: ele tinha cerca de 17 metros de comprimento por 2 metros e meio de altura
e uma massa de cerca de 5 toneladas. O barulho do computador em funcionamento, segundo
relatos da época, se assemelhava a várias pessoas tricotando dentro de uma sala. Mark I
continha nada menos que 750.000 partes unidas por aproximadamente 80 km de fios. Ele foi
o primeiro computador totalmente automático a ser usado para fins bélicos.
2.3.2 ENIAC
Criado entre 1943 e 1946, foi considerado o primeiro grande computador digital.
Não usava um programa de armazenamento interno. Os programas eram introduzidos por
meio de cabos, o que fazia sua preparação para cálculos demorar semanas. Ocupava 170
m², pesava 30 toneladas, funcionava com 18 mil válvulas e 10 mil capacitores, além de milhares
de resistores a relé, consumindo uma potência de 150 Kwatts. Como tinha vários componentes
discretos, não funcionava por muitos minutos seguidos sem que um deles quebrasse.
Outra contribuição importante dessa época foi o conceito de programa armazenado,
introduzida por John Von Neuman. Von
Neuman tinha sido consultor no projeto
ENIAC e conhecia os problemas da
programação dessas máquinas. Os
programas para os computadores da
época eram fei tos a t ravés de
modificações nos circuitos, o que
correspondia a um trabalho de dias para
um programa relativamente simples. A
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proposta de Von Neuman foi inspirada na tecnologia de entrada de dados utilizada na época,
fazendo com que os programas fossem introduzidos através de cartões perfurados como se
fazia com os dados. John Von Neuman assim desenvolveu a lógica dos circuitos, os conceitos
de programa e as operações com números binários. Esses conceitos, adotados nos
computadores atuais, revolucionou o conceito de programação de computadores da época,
tornando muito mais flexíveis e versáteis.
O novo conceito de programação introduzido deu origem a muitos outros projetos
nos quais ele próprio esteve envolvido: EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic
Computer), UNIVAC (Universal Automatic Computer) e IBM 650. Em 1961 chegou o
primeiro computador no Brasil: um UNIVAC 1105, ainda com válvulas, para o IBGE.
2.3.3 IBM 650
O computador IBM 650 foi
disponibilizado publicamente nos USA
pela IBM, em dezembro de 1954. A
empresa proje tou a venda de 50
exemplares do computador, mais do que
todos os computadores do mundo juntos,
o que foi considerado um exagero. Apesar
do pessimismo, em 1958, duas mil
unidades do IBM 650 estavam espalhadas
pelo mundo. O IBM 650 era capaz de fazer em um segundo 1.300 somas e 100 multiplicações
de números de dez dígitos.
2.3.4 2º Geração: Utilização do transistor (1955-1964)
Foi em 1947 que surgiu o primeiro transistor, produzido pela Bell Telephone
Laboratories. Essa descoberta revolucionou a eletrônica, pois os circuitos passaram a
consumir muitíssimo menos energia e a ocupar menos espaço, isto a um custo bem satisfatório.
Os transistores eram e são muito mais confiáveis que as válvulas. É feito de cristal de silício,
o elemento mais abundante na Terra.
A partir desse momento, devido à maior
facilidade e praticidade do transistor, muitos modelos de
computador surgiram. O primeiro modelo de computador
100% transis tor izado foi o TRADIC , da Bel l
Laboratories. Esses computadores, além de menores, eram mais rápidos e eliminavam quase
que por completo o problema do desprendimento de calor, característico da geração anterior.
Exemplos de computadores dessa geração são o IBM 1401 e o Honeywell 800. O
IBM 1401 apareceu na décadade 60 e com ele a IBM assumiu uma posição dominante na
indústria de computadores.
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2.3.5 3º Geração: os circuitos integrados (1965-1980)
Essa geração é marcada pela substituição dos transistores pela tecnologia dos circuitos
integrados (transistores e outros componentes eletrônicos miniaturizados e montados numa única
pastilha de silício: o chip). Entrou no mercado em 1961 pela Fairchild Semiconductor e pela
Texas Instruments, localizadas no Vale do Silício, na região de Palo Alto e Stanford, na
Califórnia. A tecnologia dos circuitos integrados, que permitiu a substituição de dezenas de
transistores numa única peça de silício, admitiu o surgimento de computadores de menores
dimensões, mais rápidos e menos caros. Com esses circuitos integrados o tempo passou a ser
medido em nanossegundos (bilionésimos de segundos). O exemplo típico dessa geração foi o
IBM 360, série que introduziu o conceito de família de computadores compatíveis, facilitando a
migração dos sistemas quando é necessário mudar para um computador mais potente.
2.3.6 4º Geração: circuitos de larga escala (1980-1990)
Durante a década de 70, com a tecnologia da
alta escala de integração (LSI - Large Scale of
Integrat ion ) , pôde-se combinar a té 65 mil
componentes em uma só pastilha de silício (chip). Nos
anos 80, com o grande desenvolvimento da tecnologia
de circuitos integrados, o número de transistores
podendo ser integrados numa pastilha de silício atingiu
a faixa dos milhares e, logo em seguida, dos milhões.
Foi assim que surgiram os novos computadores, ainda
menores, mais velozes e mais poderosos que aqueles da geração anterior.
Em 1981, a IBM entrou no mercado de micros, introduzindo o PC "Personal
Computer" (Computador Pessoal, em português), um microcomputador com tecnologia de
16 bits (Intel 8088) que em pouco tempo se tornou um padrão, sendo os principais o PC-
XT, PC-AT, PC-386, PC486.
2.3.7 5º Geração: Ultra Large Scale Integration (1990 - hoje)
Basicamente são os computadores modernos. Ampliou-se drasticamente a capacidade
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de processamento de dados, armazenamento e taxas de transferência. Também é nessa época
que os processos de miniaturização são iniciados, diminuindo o tamanho e aumentando a
velocidade dos agora "populares" PC´s. O conceito de processamento está partindo para os
processadores paralelos, ou seja, a execução de muitas operações simultaneamente pelas
máquinas. Surge o primeiro processador Pentium, em 1993, dotado de memórias de 108
pinos, ou DIMM. Em seguida surgiu o Pentium II, o Pentium III, Pentium IV, e mais
recentemente o Pentium V (sem contar os modelos similares da concorrente AMD). Nesse
meio tempo iam surgindo o slot AGP de 64 bits, memórias com mais pinos e maior velocidade,
HD´s cada vez mais rápidos e com maior capacidade etc. Na realidade, as maiores novidades
dessa época são os novos processadores cada vez mais velozes.
Enfim, a informática evolui cada vez mais rapidamente e as velocidades de
processamento dobram em períodos cada vez mais curtos. Para se ter uma noção disso,
basta observar que entre os modelos de computador mais antigos, os espaçamentos entre
uma novidade e outra eram de dezenas de anos, sendo que hoje não chega a durar nem um
mês. Isso nos leva a concluir que o avanço científico e do poder de cálculo evolui de maneira
que não se encontra paralelo na história humana, barateando os custos e tornando acessíveis
os computadores às pessoas de baixa renda. Quem sabe uma nova geração de computadores
não está por vir?
ATIVIDADES
As atividades referentes a esta aula estão disponibilizadas na ferramenta
“Sala Virtual - Atividades”. Após respondê-las, enviem-nas por meio do Portfólio-
ferramenta do ambiente de aprendizagem UNIGRAN Virtual. Em caso de dúvidas,
utilize as ferramentas apropriadas para se comunicar com o professor.