Teoria da computadores

1. Teoria da
 Computação.

2.  Computação pode ser definida como a
solução de um problema ou,
formalmente, o cálculo de uma função,
através de um algoritmo. A teoria da
computação, um subcampo da ciência da
computação e matemática, busca
determinar quais problemas podem ser
computados em um dado modelo de
computação.

3.  Por milhares de anos, a computação foi
feita com lápis e papel, ou giz e quadro,
ou mentalmente, às vezes com a ajuda
de tabelas.
 A teoria da computação começou no
início do século XX, antes dos
computadores eletrônicos modernos
terem sido inventados.

4.  Naquela época, matemática tentavam
descobrir quais problemas de matemática
poderiam ser resolvidos através de métodos
simples e quais não poderiam. O primeiro
passo era definir o que exatamente eles
chamavam "método simples" de solução de
problemas. Em outras palavras, era
necessário um modelo formal de
computação. Muitos modelos
computacionais diferentes foram
desenvolvidos por estes primeiros
pesquisadores.

5.  A Inteligência artificial (AI, do inglês
artificial intelligence) também veio
implementar esses modelos
computacionais. Ela estuda a forma de
desenhar programas de computador que
exibem características que comumente
associamos com o comportamento humano
inteligente, ela se propõe a combinar os
métodos de busca com grandes bases de
conhecimentos especializados.

6.  Inteligência Artificial
 A questão sobre o que é inteligência
artificial, mesmo como definida
anteriormente, pode ser separada em
duas partes: "qual a natureza do
artificial" e "o que é inteligência?” A
primeira questão é de resolução
relativamente fácil, apontando, no
entanto para a questão de o que poderá
o homem construir.

7.  A segunda questão é consideravelmente mais
difícil, levantando a questão da consciência,
identidade e mente (incluindo a mente
inconsciente) juntamente com a questão de
que componentes estão envolvidos no único
tipo de inteligência que se aceita como
estando ao alcance do nosso estudo: a
inteligência do ser humano. Os estudos de
animais e de sistemas artificiais que não são
modelos triviais começam a ser considerado
como matéria de estudo na área da
inteligência.

8.  As primeiras máquinas mecânicas de calcular

 A primeira considerada máquina de calcular
foi desenvolvida por Wilhelm Schickard
(1592-1635). Esta fazia multiplicação e
divisão, mas foi perdida durante a Guerra dos
Trinta Anos.
 A primeira calculadora que fazia somas e
subtrações foi inventada em 1642 pelo
filósofo, físico e matemático francês Blaise
Pascal (1623-1662).

9.  Pascal, que aos 18 anos trabalhava com seu
pai em um escritório de coleta de impostos
na cidade de Rouen (uma cidade da região
francesa da Alta Normandia, em França. É a
capital do departamento do Seine-Maritime e
da região da Alta-Normandia, localizando-se
na foz do rio Sena. Tem cerca de 530 mil
habitantes. Era designada por Rotomagus
pelos romanos.), desenvolveu a máquina para
auxiliar o seu trabalho de contabilidade.

10.  Pascal recebeu uma patente do rei da França
para que lançasse sua máquina no comércio.
A comercialização de suas calculadoras não
foi satisfatória devido a seu funcionamento
pouco confiável, apesar de Pascal ter
construído cerca de 50 versões. As máquinas
de calcular, descendente da Pascalina, ainda
hoje podem ser encontradas em uso por
algumas lojas de departamentos.

11.  Em 1671, o filósofo e matemático alemão de
Leipzig, Gottfried Wilhelm Leibniz (21 de
junho de 1646 - 14 de novembro de 1716)
introduziu o conceito de realizar
multiplicações e divisões através de adições e
subtrações sucessivas. Em 1694, a máquina
foi construída, no entanto, sua operação
apresentava muita dificuldade e sujeita a
erros.

12.  Em 1820, o francês natural de Paris, Charles
Xavier Thomas, conhecido como Thomas de
Colmar, (1785-1870) projetou e construiu
uma máquina capaz de efetuar as 4
operações aritméticas básicas: a
Arithmometer. Esta foi à primeira calculadora
realmente comercializada com sucesso e
fazia multiplicações com o mesmo princípio
da calculadora de Leibnitz e com a
assistência do usuário, efetuava as divisões.

13.  A revolução industrial

 Em 1801, na França, durante a Revolução
Industrial, Joseph Marie Jacquard, mecânico
francês, (1752-1834) inventou um tear mecânico
controlado por grandes cartões perfurados. Sua
máquina era capaz de produzir tecidos com
desenhos bonitos e intrincados. Foi tamanho o
sucesso que Jacquard foi quase morto quando
levou o tear para Lyons: as pessoas tinham medo
que o tear lhes fizesse perder o emprego. Em 7
anos, já havia 11 mil teares desse tipo operando
na França.

14.  Babbage e Ada

 O brilhante matemático inglês Charles Babbage
(26 de dezembro de 1791 - 18 de outubro de
1871) é conhecido como o "Pai do Computador".
Babbage projetou o chamado "Calculador
Analítico", (Dispositivo criado por Babbage que
teria sido um computador moderno em pleno
desenvolvimento com um reconhecido ciclo de
IPOS - entrada, processamento, saída e
armazenamento), e teria utilizado cartões
perfurados de Jacquard para entrada de dados.
 Muito próximo da concepção de um computador
atual.

15.  O projeto, totalmente mecânico, era
composto de uma memória, um engenho
central, engrenagens e alavancas usadas para
a transferência de dados da memória para o
engenho centrais e dispositivos para entrada
e saída de dados. O calculador utilizaria
cartões perfurados e seria automático.
 Por algum tempo, o governo britânico
financiou Babbage para construir a sua
invenção.

16.  Em parceria com Charles Babbage, Ada
Augusta (1815-1852) ou Lady Lovelace, filha
do poeta Lord Byron, era matemática
amadora entusiasta. Ela tornou-se a pioneira
da lógica de programação, escrevendo séries
de instruções para o calculador analítico. Ada
inventou o conceito de subrotina, descobriu o
valor das repetições - os laços (loops) e
iniciou o desenvolvimento do desvio
condicional.

17.  Babbage teve muitas dificuldades com a
tecnologia da época, que era inadequada para
se construir componentes mecânicos com a
precisão necessária. Com a suspensão do
financiamento por parte do governo inglês,
Babbage e Ada utilizaram a fortuna da família
Byron até a falência, sem que pudessem
concluir o projeto e o calculador analítico
nunca foi construído.

18.  A lógica booleana

 As máquinas do início do século XIX utilizavam
base decimal (0 a 9), mas foram encontradas
dificuldades em implementar um dígito decimal
em componentes eletrônicos, pois qualquer
variação provocada por um ruído causaria erros
de cálculo consideráveis.
 O matemático inglês George Boole (1815-1864)
publicou em 1854 os princípios da lógica
booleana, onde as variáveis assumem apenas
valores 0 e 1 (verdadeiro e falso), e passou a ser
utilizada a partir do início do século XX.

19.  Hollerith e sua máquina de perfurar cartões

 Por volta de 1890, Dr. Herman Hollerith (1860-
1929) foi o responsável por uma grande
mudança na maneira de se processar os dados
dos censos da época.
 Os dados do censo de 1880, manualmente
processados, levaram 7 anos e meio para serem
compilados. Os do censo de 1890 foram
processados em 2 anos e meio, com a ajuda de
uma máquina de perfurar cartões e máquinas de
tabular e ordenar, criadas por Hollerith e sua
equipe.

20.  As informações sobre os indivíduos eram
armazenadas por meio de perfurações em
locais específicos do cartão. Nas máquinas de
tabular, um pino passava pelo furo e chegava
a uma jarra de mercúrio, fechando um
circuito elétrico e causando um incremento
de 1 em um contador mecânico.
 Mais tarde, Hollerith fundou uma companhia
para produzir máquinas de tabulação. Anos
depois, em 1924, essa companhia veio a se
chamar IBM.

21.  O primeiro computador

 O primeiro computador eletromecânico, o
chamado Z-1, usava relês e foi construído
pelo alemão Konrad Zuse (1910-1995) em
1936. Zuse tentou vendê-lo ao governo para
uso militar, mas foi subestimado pelos
nazistas, que não se interessaram pela
máquina.

22.  A guerra e os computadores

 Com a II Guerra Mundial, as pesquisas
aumentaram nessa área. Nos Estados Unidos, a
Marinha, em conjunto com a Universidade de
Harvard e a IBM, construiu em 1944 o Mark I, um
gigante eletromagnético. Num certo sentido,
essa máquina era a realização do projeto de
Babbage.
 Mark I ocupava 120 m3, tinha milhares de relês e
fazia muito barulho. Uma multiplicação de
números de 10 dígitos levava 3 segundos para
ser efetuada.

23.  Em segredo, o exército norte-americano também
desenvolvia seu computador. Esse usava apenas válvulas e
tinha por objetivo calcular as trajetórias de mísseis com
maior precisão.
 O engenheiro John Presper Eckert (1919-1995) e o físico
John Mauchly (1907-1980) projetaram o ENIAC: Eletronic
Numeric Integrator And Calculator. Com 18.000 válvulas, o
ENIAC conseguia fazer 500 multiplicações por segundo,
porém só ficou pronto em 1946; vários meses após o final
da guerra. Os custos para a manutenção e conservação do
ENIAC eram proibitivos, pois dezenas a centenas de
válvulas queimavam a cada hora e o calor gerado por elas
necessitava ser controlado por um complexo sistema de
refrigeração, além dos gastos elevadíssimos de energia
elétrica.

24.  Em sua proposta, Von Neumann sugeriu que as
instruções fossem armazenadas na memória do
computador. Até então elas eram lidas de cartões
perfurados e executadas, uma a uma. Armazená-
las na memória, para então executá-las, tornaria
o computador mais rápido, já que, no momento
da execução, as instruções seriam obtidas com
rapidez eletrônica.
 A maioria dos computadores de hoje em dia
segue ainda o modelo proposto por von
Neumann.

25.  Esse modelo define um computador
seqüencial digital em que o processamento
das informações é feito passo a passo,
caracterizando um comportamento
determinístico (ou seja, os mesmos dados de
entrada produzem sempre a mesma
resposta).

26.  Gerações de computadores

 A arquitetura de um computador depende do seu
projeto lógico, enquanto que a sua implementação
depende da tecnologia disponível.
 As três primeiras gerações de computadores
refletiam a evolução dos componentes básicos do
computador (hardware) e um aprimoramento dos
programas (software) existentes.
 Os computadores de primeira geração (1945–1959)
usavam válvulas eletrônicas, quilômetros de fios,
eram lentos, enormes e esquentavam muito.

27.  A segunda geração (1959–1964) substituiu as
válvulas eletrônicas por transistores e os fios de
ligação por circuitos impressos, o que tornou os
computadores mais rápidos, menores e de custo
mais baixo.
 A terceira geração de computadores (1964–1970)
foi construída com circuitos integrados,
proporcionando maior compactação, redução dos
custos e velocidade de processamento da ordem
de microssegundos. Tem início a utilização de
avançados sistemas operacionais.

28.  A quarta geração, de 1970 até hoje, é
caracterizada por um aperfeiçoamento da
tecnologia já existente, proporcionando uma
otimização da máquina para os problemas do
usuário, maior grau de miniaturização,
confiabilidade e velocidade maior, já da
ordem de nanosegundos (bilionésima parte
do segundo).

29.  Lógicas nos Computadores

 Lógica é extensivamente usada em áreas como
Inteligência Artificial, e Ciência da computação.
 Nas décadas de 50 e 60, pesquisadores previram
que quando o conhecimento humano pudesse
ser expresso usando lógica com notação
matemática, supunham que seria possível criar
uma máquina com a capacidade de pensar, ou
seja, inteligência artificial. Isto se mostrou mais
difícil que o esperado em função da
complexidade do raciocínio humano.

30.  Programação lógica é uma tentativa de fazer
computadores usarem raciocínio lógico e a
linguagem de programação Prolog é comumente
utilizada para isto.
 Na lógica simbólica e lógica matemática,
demonstrações feitas por humanos podem ser
auxiliadas por computador. Usando
demonstração automática de teoremas os
computadores podem achar e checar
demonstrações, assim como trabalhar com
demonstrações muito extensas.
 Na ciência da computação, a álgebra booleana é
à base do projeto de hardware.

31.  Hardware

 Num computador, essa é a parte física
propriamente dita (uma tradução de hardware
poderia ser lataria), ou seja, a máquina em si,
que é dividida em vários componentes. O
hardware se distingue dos dados que o
computador opera e do software que fornece
instruções, baseadas nos dados, para o
hardware.

32.  O firmware, como a BIOS, do computador
pessoal, por exemplo, é um software que é
acoplado ao hardware, mas o firmware é de
interesse dos programadores e engenheiros
de computação e não é algo de que os
usuários de computador precisam se
preocupar.
 Um computador pessoal (PC) típico contém
em uma caixa horizontal ou torre, o gabinete,
as seguintes partes:

33.  Placa mãe que contém a CPU, a memória
principal e outras partes, e tem slot para placas
de expansão.
 Fonte de energia - Uma caixa que contém um
transformador, um regulador de tensão
(voltagem) e um ou mais ventilador (es).
 Controladores de armazenamentos, do tipo IDE,
SCSI, Serial ATA ou outro, que controla o disco
rígido, o drive de disquete, o CD-ROM, DVD e
outros dispositivos; os controladores ficam
diretamente na CPU (on-board) ou em placas de
expansão.

34.  Controladora de vídeo que produz as saídas
para o Monitor e algumas vezes para outros
dispositivos (como televisores e projetores).
Também pode ser colocada fisicamente na
própria placa mãe.
 O disco rígido, o drive de disquete e outros
drives para armazenamento de dados.
 Portas de conexão com dispositivos externos:
porta paralela, porta serial, porta PS/2, USB
ou Firewire, que permitem a conexão com o
mouse, a impressora e outros dispositivos.

35.  Periféricos. Entre os periféricos existentes
podemos citar o teclado (envia ao
computador informações digitadas pelo
operador), a impressora (recebe informação
do computador e imprime essas informações
no papel ou transparência), placa de som
(recebe informações de som vindas do
processador e envia aos alto-falantes), etc.


36.  Periféricos são aparelhos ou placas que
enviam ou recebem informações do
computador.
 Desde que pela primeira vez se ouviu falar
em máquinas de calcular até os dias atuais
com nossos supercomputadores que o
desenvolvimento e o aperfeiçoamento dos
acessórios ligados ao computador vem
evoluindo cada vez mais.

37.  Cada periférico tem sua função definida e executa ou
envia tarefas ao computador de acordo com essa
função. Dentre muitos periféricos existentes
podemos citar teclado (envia ao computador
informações digitadas pelo operador), mouse
(permite o envio de informações por meio do
acionamento de botões virtuais) impressora (recebe
informação do computador e imprime essas
informações no papel), placa de Som (recebe
informações de som vindas do processador e envia à
caixa de som), sistemas sensíveis ao toque, calor,
luz, impressoras, modem, óculos de simulação,
controladores de jogos (joystick), caixas de som, etc.

38.  Existem três tipos de periféricos: os
periféricos de entrada (enviam informação
para o computador [teclado, rato,
microfone]); os periféricos de saída (recebem
informação do computador [monitor,
impressora, colunas, headfones]); e os
periféricos mistos (enviam/recebem
informação para/do computador [écran
tácteis, cd's, dvd's, telefones voip]).

39.  Software

 Software, logicial ou programa de computador é
uma seqüência de instruções a serem seguidas
e/ou executadas, na manipulação,
redirecionamento ou modificação de um
dado/informação ou acontecimento.
 É composto por uma seqüência lógica de
instruções, que é interpretada e executada por
um processador. Um programa pode ser
executado por qualquer dispositivo capaz de
interpretar e executar as instruções de que é
formado.

40.  Quando um software está escrito usando
instruções que podem ser executadas
diretamente por um processador dizemos que
está escrito em linguagem de máquina. A
execução de um software também pode ser
intermediada por um programa interpretador,
responsável por interpretar e executar cada uma
de suas instruções. Uma categoria especial e
notável de interpretadores são as máquinas
virtuais, como a JVM (Máquina Virtual Java), que
simulam uns computadores inteiros, reais ou
imaginados.

41.  O dispositivo mais conhecido que dispõe de
um processador é o computador. Existem
outras máquinas programáveis, como
telefone celular, máquinas de automação
industrial, calculadora, etc.
 Um programa é feito usando Linguagens de
Programação, ou instruções do processador.
Qualquer computador moderno tem uma
variedade de programas que fazem diversas
tarefas. Eles podem ser classificados em duas
grandes categorias:

42.  Software de sistema que incluiu o firmware (A
BIOS dos computadores pessoais, por
exemplo), drivers de dispositivos, o sistema
operacional e tipicamente uma interface
gráfica que, em conjunto, permitem ao
usuário interagir com o computador e seus
periféricos.

43.  Software aplicativo, que permite ao usuário
fazer uma ou mais tarefas específicas. Os
softwares aplicativos podem ter uma
abrangência de uso de larga escala, muitas
vezes em âmbito mundial; nestes casos, os
programas tendem a ser mais robustos e
mais padronizados. Programas escritos para
um pequeno mercado têm um nível de
padronização menor.

44.  O Programa tem que ser "carregado" na
memória principal para ser executado. Após
carregar o programa, o computador entra em
funcionamento, executando outros
programas. As instruções de um programa
aplicativo podem ser passadas para o sistema
ou diretamente para o hardware, que recebe
as instruções na forma de linguagem de
máquina.

45.  Sistemas Operacionais

 Sistema Operacional (como é conhecido no
Brasil), ou sistema operativo (como é
conhecido em Portugal), é um conjunto de
ferramentas necessárias para que um
computador possa ser utilizado de forma
adequada. Consiste na camada intermediária
entre o aplicativo e o hardware da máquina.

46.  Este conjunto é constituído por um Kernel, ou
núcleo, e um conjunto de Software básicos,
que executam operações simples, mas que
juntos fazem uma grande diferença.
 Se não existisse sistema desse tipo, todo
software desenvolvido deveria saber se
comunicar com os dispositivos do
computador de que precisasse.

47.  Quando temos um Sistema Operacional, é ele
quem precisa saber lidar com os dispositivos,
sabendo falar com a placa de som, a internet,
os drives de CDC, DVD, Blu-Ray... Assim, um
software que seja feito para funcionar neste
sistema não precisará de informações
específicas do equipamento. Ao invés disso,
ele chamará Função do kernel e o Sistema
Operacional é que fará a comunicação,
repassando os resultados.

48.  Cada Sistema Operacional pode ter uma
Linguagem de máquina própria e distinta. Por
isso é comum que softwares feitos para um
Sistema Operacional não funcionem em
outro.

49.  Classificações

 Segundo o tipo de comercialização que adotaram, os
sistemas operacionais ou sistemas operativos dividem se
em quatro tipos:
 Sistemas Proprietários - Aqueles que são pagos e cujo
código fonte não é livremente disponibilizado. (Windows).
 Sistemas Gratuitos - Aqueles que não são pagos, mas cujo
código fonte também não é de livre acesso (BeOS).
 Sistemas Open Source (Código Aberto) - Aqueles cujo
código fonte é aberto (Unix).
 Sistemas Livres - Aqueles que são Open Source, e cujo
código fonte pode ser livremente alterado (Linux, BSD).

50.  Microsoft Windows

 Microsoft Windows é um sistema operacional
muito popular, criado pela Microsoft,
empresa fundada por Bill Gates e Paul Allen.
 O Windows é um produto comercial, com
preços diferenciados para cada versão,
embora haja uma enorme quantidade de
cópias ilegais instaladas.

51.  Apesar do sistema ser conhecido pelas suas
falhas críticas na segurança e como
plataforma de vírus e spywares, o impacto
deste sistema no mundo atual é
simplesmente incalculável devido ao enorme
número de cópias instaladas. Conhecimentos
mínimos desse sistema, do seu
funcionamento, da sua história e do seu
contexto são, na visão de muitos,
indispensáveis, mesmo para os leigos em
informática.

52.  Significado do nome

 A palavra windows em inglês significa janelas. A
sua interface é baseada num padrão de janelas
que exibem informações e recebem respostas
dos utilizadores através de um teclado ou de
cliques do mouse.
 Este padrão de interface não foi, no entanto,
criado pela Microsoft, como veremos adiante.
 O registro da marca Windows foi legalmente
complicado, pelo fato de essa palavra ser de uso
corrente em inglês.

53.  Necessidade de um sistema operacional

 Podemos dizer que um computador não possui
nenhuma utilidade prática sem pelo menos um
sistema operacional instalado. Resumidamente,
ele é responsável pelo funcionamento do
computador, controle dos periféricos, execução
de aplicativos, gerência de memória, rede, etc.
 As versões do Windows estão preocupadas em
atender essas necessidades no mercado
empresial e doméstico, e suas características e
falhas devem ser vistas neste contexto.