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  1. 1. www.ime.usp.br/~vwsetzer 1 HISTÓRIA DA COMPUTAÇÃO Valdemar W. Setzer Depto. de Ciência da Computação da USP www.ime.usp.br/~vwsetzer
  2. 2. www.ime.usp.br/~vwsetzer 2 TÓPICOS 1. O ser humano é uma máquina? 2. O que é um computador? O Computador a Papel: um recurso didático 3. Qual o computador mais simples? A Máquina de Turing 4. História da evolução dos computadores 5. Bibliografia
  3. 3. www.ime.usp.br/~vwsetzer 3 1. O ser humano é uma máquina? Favor responder SIM ou NÃO no papelzinho
  4. 4. www.ime.usp.br/~vwsetzer 4 1. O ser humano é uma máquina? (cont.) Desculpem, mas a pergunta estava E R R A D A:  Toda máquina é um artefato projetado e construído por seres humanos  Eventualmente com a ajuda de outras máquinas  QUEM projetou e construiu cada ser humano?  Certamente não um outro ser humano  Muito menos com a ajuda de outras máquinas
  5. 5. www.ime.usp.br/~vwsetzer 5 1. O ser humano é uma máquina? (cont.) Pergunta CORRETA: O ser humano é um sistema puramente físico?
  6. 6. www.ime.usp.br/~vwsetzer 6 1. O ser humano é uma máquina? (cont.) Resultados anteriores: O SER HUMANO É UMA MÁQUINA? SIM NÃOTOTAL %SIM 1 18/09/02 UFMT, Cuiabá (BCC) 25 21 46 54 2 09/09/02 Facs. Dom Domênico, Guarujá (grad) 26 54 80 33 3 25/09/02 PUC, SPaulo (pós G Jornalismo) 6 7 13 46 4 12/05/03 UNOESTE, Pres. Pruente (grad SI e CC) 17 20 37 46 5 30/05/03 IC Unicamp (pós Gr CC) 12 24 36 33 6 25/08/03 UNESP, Rio Claro (BCC) 13 11 24 54 7 28/08/03 UNISO, Sorocaba (Bach Sist Info) 73 105 178 41 8 15/09/03 Centro de Cultura Judaica, SPaulo (#) 10 10 20 50 9 17/09/03 CEFET, Alagoas, Maceió (Tecnol. PD) 76 60 136 56 10 25/09/03 Centro Cultural Itaú, SPaulo (#) 25 48 73 34 11 12/11/03 Faculdades SENAC, SPaulo (BCC) 13 9 22 59 12 21/10/04 UNIP, cp. Indianópolis, SPaulo (BCC, EC...) 56 32 88 64 13 20/10/05 UNESP, Rio Claro (BCC) 13 18 31 42 Totais 365 419 784 47
  7. 7. www.ime.usp.br/~vwsetzer 7 TÓPICOS  1. O ser humano é uma máquina? 2. O que é um computador? O Computador a Papel: um recurso didático 3. Qual o computador mais simples? A Máquina de Turing 4. História da evolução dos computadores 5. Bibliografia
  8. 8. www.ime.usp.br/~vwsetzer 8 2. O que é um computador? O Computador a Papel: um recurso didático  Funcionamento  Conceitos fundamentais  Unidades  Processador Central  Controla todo o funcionamento e o fluxo de dados  Contém um Apontador de Instrução  Contém uma Unidade Aritmética (mostrador: acumulador)  Unidade de Armazenamento (“mémória”)  Unidades de Entrada e de Saída
  9. 9. www.ime.usp.br/~vwsetzer 9 2. O que é um computador? O Computador a Papel: um recurso didático  Regras do Processador Central 1. Leia a instrução apontada pelo apontador de instrução e memorize-a 2. Mova o apontador de instrução para a próxima posição da unidade de armazenamento (“memória”) 3. Execute a instrução memorizada em (1) 4. Volte para o passo (1)
  10. 10. www.ime.usp.br/~vwsetzer 10  Conceitos fundamentais  Programa armazenado  Fluxo de execução  O Apontador de Instrução  O que aconteceria se o A. I. fosse incrementado depois da execução da instrução?  Codificação  Codificar a instrução numericamente no formato +IIEE » onde II é o código numérico da instrução » e EE é o endereço referenciado pela instrução  Resulta: computador HIPO 2. O que é um computador? O Computador a Papel: um recurso didático (cont.)
  11. 11. www.ime.usp.br/~vwsetzer 11 Posição Instrução do computador a papel HIPO 01 Carregue o ACC com [30] +1130 02 Armazene o [ACC] na posição 40 +1240 03 Receba um número e coloque-o em 45 +3145 04 Exiba numericamente [45] +4145 05 Carregue o ACC com [45] +1145 06 Se [ACC] < 0 desvie para 11 +5611 07 Carregue o ACC com [40] +1140 08 Adicione [45] ao ACC +2145 09 Armazene o [ACC] na posição 40 +1240 10 Desvie incondicionalmente para 03 +5103 11 Exiba numericamente [40] +4140 12 Pare +7000 30 +0000 40 45 2. O que é um computador? O Computador a Papel: um recurso didático (cont.)
  12. 12. www.ime.usp.br/~vwsetzer 12  Conceitos fundamentais (cont.)  Posição de “memória”, “palavra”  Endereço  Instrução/computador de um só endereço  Daí a necessidade do Acumulador  Poderia ser de 2 ou de 3 endereços  Ex: Some [40] ao [45] e armazene em 40  Simulador HIPO (carregar de meu site) 2. O que é um computador? O Computador a Papel: um recurso didático (cont.)
  13. 13. www.ime.usp.br/~vwsetzer 13  Conceitos fundamentais (cont.)  Dado  Como o Processador Central distingue entre uma instrução e um dado?  Tudo é “dado”!  Entrada e saída de dados  Dados alfabéticos  No HIPO, representados por dois algarismos  A = 01, B = 02, ...  Ex: DUDA = +0421 +0401  Novas instruções de entrada/saída de dados 2. O que é um computador? O Computador a Papel: um recurso didático (cont.)
  14. 14. www.ime.usp.br/~vwsetzer 14  Conceitos fundamentais (cont.)  Dados grandes e pequenos  Notação de Ponto Flutuante (“excesso 50”)  Exs: 1 = +5001 200 = +5120 (20x101 ) -35 = -5035 1500 = +5315 (15x103 ) 0,1 = +4901 (1x10-1 ) 0,00083 = +4583 (83x10-5 )  Extensão do HIPO para maior precisão  Ex: “palavras” de 8 dígitos: 6 de precisão » Ex: -46123456 ?? 2. O que é um computador? O Computador a Papel: um recurso didático (cont.)
  15. 15. www.ime.usp.br/~vwsetzer 15 ESTRUTURA DE UM COMPUTADOR 2. O que é um computador? O Computador a Papel: um recurso didático (cont.) CPU Unidades de entrada Unidades de saída Unidade central de armazenamento Unidades externas de armazenamento
  16. 16. www.ime.usp.br/~vwsetzer 16 TÓPICOS  1. O ser humano é uma máquina?  2. O que é um computador? O Computador a Papel: um recurso didático 3. Qual o computador mais simples? A Máquina de Turing 4. História da evolução dos computadores 5. Bibliografia
  17. 17. www.ime.usp.br/~vwsetzer 17 3. Qual o computador mais simples? A Máquina de Turing O Computador a Papel e o HIPO tinham muitas instruções  Um computador real tem centenas  Qual a quantidade mínima de tipos diferentes de instruções é necessária e suficiente para executar qualquer processamento de dados em um computador isolado?  Um único tipo de instrução!
  18. 18. www.ime.usp.br/~vwsetzer 18 3. Qual o computador mais simples? A Máquina de Turing (cont.) CONTROLE FINITO  1 0 # # 0 1 ... L / G   ...   Resulta: CONTROLE FINITO  1 0 0 # 0 1 ... L / G #   ...   Est.At. Entrada Saída Movim. Próx.Est. A # # D B B 0 0 D B B 1 1 D B B # 0 D C C # E F Estado inicial: A. Estado final: F. #,#;D #,0;D 0,0;D 1,1;D ,#;E A B C F movimento símbolo gravado símbolo lido
  19. 19. www.ime.usp.br/~vwsetzer 19 3. Qual o computador mais simples? A Máquina de Turing (cont.) Exercícios 1. Desenhar um diagrama de estados comentado de uma máquina de Turing para fazer somas unárias #1111+11=#  #1111+11=111111# 2. Idem, para verificar se o número de a’s é o mesmo que o número de b’s #abaababb#  #abaababb#SIM# #bbababba#  #bbababba#NÃO#
  20. 20. www.ime.usp.br/~vwsetzer 20 3. Qual o computador mais simples? A Máquina de Turing (cont.)  Um só tipo de instrução: (Est. atual, Símb. de entrada, Símb. de saída, Movimento, Próx. estado) Ex: (B,#,0,D,C)  É uma máquina abstrata!  Foi inventada por Turing em 1935 para resolver o Entscheidungsproblem de David Hilbert Será que todo problema matemático bem formulado tem solução, isto é, é decidível? O problema da parada (Halting problem)  Turing provou que não é possível construir uma MT que receba na fita a descrição de uma outra e seus dados de entrada, e deduza que essa outra vai parar durante a execução
  21. 21. www.ime.usp.br/~vwsetzer 21 3. Qual o computador mais simples? A Máquina de Turing (cont.)  Máquina universal  Pode-se construir uma MT que recebe a descrição de uma outra e sua entrada e executa exatamente o que essa outra faria  Quais as diferenças entre uma M.T. e um computador real?  Essencialmente, o armazenamento infinito  Praticamente, instruções mais potentes nos computadores
  22. 22. www.ime.usp.br/~vwsetzer 22 TÓPICOS  1. O ser humano é uma máquina?  2. O que é um computador? O Computador a Papel: um recurso didático  3. Qual o computador mais simples? A Máquina de Turing 4. História da evolução dos computadores 5. Bibliografia
  23. 23. www.ime.usp.br/~vwsetzer 23 4. História da evolução dos computadores  Ver http://pt.wikipedia.org/wiki/Computador www.computerhistory.org/ www.mansano.com/beaba/hist_comp.htm
  24. 24. www.ime.usp.br/~vwsetzer 24 4. História da evolução dos computadores  Início: talvez pedrinhas para ajudar a contar  Ábaco  Origem babilônica  Palavra semita  Hebraico: abac (poeira), ibeq (remover a poeira), provavelmente por se usar areia ou poeira sobre uma bandeja, em montinhos, para contar
  25. 25. www.ime.usp.br/~vwsetzer 25 4. História da evolução dos computadores (cont.)  Primeiras máquinas de calcular  Leonardo da Vinci (1452-1519) fez um projeto de uma calculadora, suficiente para que hoje se construísse uma
  26. 26. www.ime.usp.br/~vwsetzer 26 4. História da evolução dos computadores (cont.)  Primeiras máquinas de calcular (cont.)  1642: Blaise Pascal (1623-1662) constrói 1ª calculadora que foi usada  Projetada para seu pai, que era coletor de impostos  Primeira “calculadora comercial”  Construiu 50 em 10 anos  Baseada em engrenagens  Somente adição e subtração  Introduziu o “vai um” mecânico  Entrada por movimento de engrenagens com marcas dos dígitos
  27. 27. www.ime.usp.br/~vwsetzer 27 4. História da evolução dos computadores (cont.) Primeiras máquinas de calcular (cont.)  1668: Samuel Morland inventa uma máquina de calcular para o sistema monetário inglês, que não era decimal  1671: Gottfried Wilhelm von Leibniz (1646-1716) constrói uma máquina de calcular que ele denominou “reconhecedor de passos”  Fazia também multiplicações por meio de adições repetidas e deslocamentos  Foi defensor do sistema binário  Permitia uso de chaves em lugar de engrenagens  Mas nunca a usou
  28. 28. www.ime.usp.br/~vwsetzer 28 4. História da evolução dos computadores (cont.) Primeiras máquinas de calcular (cont.)  1673: o matemático e astrônomo alemão Wilhelm Schickard constrói uma sob encomenda de Kepler  Chamou de “relógio de cálculo”  Nunca foi usada
  29. 29. www.ime.usp.br/~vwsetzer 29 4. História da evolução dos computadores (cont.)  Fim do séc. XVIII: primeiro projeto de computar tabelas das principais funções (seno, log, etc.). Linha de produção:  6 matemáticos: métodos de cálculo  8-10 computadores para “pontos pivô”, a 5- 10 vezes o intervalo da tabela  100 computadores de baixo nível para os outros pontos  17 volumes computados, mas nunca publicados  Em 1820 o gov. britânico fez proposta para publicação mas nada ocorreu
  30. 30. www.ime.usp.br/~vwsetzer 30 4. História da evolução dos computadores (cont.)  1804-5: Joseph-Marie Jacquard inventa o tear de Jacquard  Controlado por cartões  Cartões controlavam o movimento das navetas, produzindo diferentes padrões  Seqüência de cartões era lida automaticamente  Método de dar instruções à máquina usado até o sec. XX  1812: havia 11.000 deles na França  Com o tear de Jacquard, a programação foi inventada antes dos computadores! Gravura de 1874
  31. 31. www.ime.usp.br/~vwsetzer 31 4. História da evolução dos computadores (cont.) 1820: O francês Charles Xavier Thomas de Colmar construiu o Aritmômetro  Primeira calculadora produzida em massa  Baseada na tecnologia de Leibniz  Adição, subtração, multiplicação e, com ações do usuário, divisão  Ocupava todo o tampo de uma mesa  Foi muito popular, e vendida por 90 anos
  32. 32. www.ime.usp.br/~vwsetzer 32 4. História da evolução dos computadores (cont.)  1822: Charles Babbage (1792-1871) inventa a “Difference Engine” 2 4 6 8 10  6 dígitos  Cálculo de polinômios por meio de somas e subtrações (Cálculo de Diferenças) N N2 +N+41 D1 D2 0 41 1 43 2 2 47 2 3 53 2 4 61 2 5 71
  33. 33. www.ime.usp.br/~vwsetzer 33 4. História da evolução dos computadores (cont.)  1822: Charles Babbage (cont.)  Razão para se usar polinômios  Teorema de Weiestrass (1815-1897): Qualquer intervalo de qualquer função pode ser aproximado por um polinômio  É assim que computadores calculam seno, coseno, log, etc., pois têm precisão fixa (“Aproximações de Tchebitchev”)  Projeto previa polinômios até grau 6  Construção nunca foi completada
  34. 34. www.ime.usp.br/~vwsetzer 34 4. História da evolução dos computadores (cont.)  1833: Babbage projeta a sua Analytical Engine  Calculava qualquer problema aritmético  No projeto, 60 somas por minuto  Tudo mecânico, energia por vapor  4 partes  Store - hoje unidade central de armazenamento  colunas de engrenagens com 10 dígitos  1000 números de 50 dígitos  Mill - hoje, o processador central (CPU)  Unidade de transferência entre mill e store - hoje, bus  Mecanismos de entrada/saída  Sua colaboradora Ada Lovelace é considerada a primeira programadora
  35. 35. www.ime.usp.br/~vwsetzer 35 4. História da evolução dos computadores (cont.)  1925: início da era moderna dos computadores  Computador analógico no MIT  1939-44: Howard Aiken, Mark I (Automatic Sequence Controlled Calculator) com IBM  Aiken: “o sonho de Babbage tornado realidade”  Máquina eletromecânica, com 3.000 relés  Instruções introduzidas por meio de fita de papel perfurada  4,5 s para multiplicar 2 números de 23 dígitos
  36. 36. www.ime.usp.br/~vwsetzer 36 4. História da evolução dos computadores (cont.)  1943: ENIAC (Electronic Integrator and Calculator), de Presper Eckert e John Mauchly  Na Moore School of Eng., Univ. da Pensilvânia  Primeiro computador realmente eletrônico  Com válvulas (velocidade de chaveamento de 1 seg)  Pronto em 1946  18.000 vávulas, 70.000 resistores, 10.000 capacitores, 6.000 chaves - o sistema eletrônico mais complexo do mundo  30x3x3 m, consumo de 140 kw
  37. 37. www.ime.usp.br/~vwsetzer 37 4. História da evolução dos computadores (cont.)  ENIAC (cont.)  Dispositivo especial para armazenar números  Programa era feito conectando-se painéis furados, com fios (“pegas”), como em centrais telefônicas locais antigas  Motivação: cálculo balístico  1945: EDVAC (Electronic Delay Storage Automatic Calculator)  Algum tempo antes de o ENIAC entrar em funcionamento,  Moore School
  38. 38. www.ime.usp.br/~vwsetzer 38 4. História da evolução dos computadores (cont.)  EDVAC (cont.)  Primeiro computador com programa armazenado  Idéia de John von Neumann (1903-1957) - relatório de 1945 1o. a perceber que os computadores executam funções lógicas, e que os aspectos elétricos eram secundários  Por isso o tipo dos computadores modernos é denominado de Máquina von Neumann  Armazenamento central por linha acústica de atraso  Entrou em operação em maio de 1949  operou até 1962
  39. 39. www.ime.usp.br/~vwsetzer 39 4. História da evolução dos computadores (cont.)  1949: EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Calculator)  Desenvolvido por Wilkes, Univ. de Cambridge, Inglaterra  1a. máquina do mundo a usar programas armazenados  Apresentado em 6/1949  Armazenamento central por linha acústica de atraso  4.000 válvulas Gerador/ Amplific. 1450 m/s
  40. 40. www.ime.usp.br/~vwsetzer 40 4. História da evolução dos computadores (cont.)  1953: IBM 701  Armazenamento por tubos eletrostáticos, e por tambor magnético e fitas magnéticas  19 foram construídos  1957: UNIVAC I (Universal Automatic Computer), da Sperry-Rand, por Eckert e Mauchly  Fornecido para o Depto. do Censo americano  Funcionou até 1963
  41. 41. www.ime.usp.br/~vwsetzer 41 4. História da evolução dos computadores (cont.)  6/1948: na Inglaterra, já havia funcionado um computador  Usava tubos de raios catódicos (de TV ou radar) para armazenamento  32 linhas de 32 pontos (bits)  Mais um tubo para controle e outro para acumulador  1949: na Inglaterra, testou-se armazenamento com tambor magnético  1948: é inventado o transistor  por Bardeen, Brattain e Shockley (prêmios Nobel de 1956)
  42. 42. www.ime.usp.br/~vwsetzer 42 4. História da evolução dos computadores (cont.)  Circuito básico: biestável (flip-flop) - pode representar 0 ou 1 Quando a tensão é ligada, apenas um dos dois transistores conduz, e seu Led fica aceso. Aterrando sua base, ele deixa de conduzir e o outro passa a conduzir, acendendo o outro LED. 0 1 Muda para 1 Muda para 0
  43. 43. www.ime.usp.br/~vwsetzer 43 4. História da evolução dos computadores (cont.)  Armazenamento com núcleos magnéticos  Permitiu “grandes unidades de armazenamento”  1962 (?): IBM 7090, 1º grande computador, transistorizado, 32.000 “palavras” de 36 bits  Primeira linguagem de “alto nível”: FORTRAN, IBM 1957
  44. 44. www.ime.usp.br/~vwsetzer 44 4. História da evolução dos computadores (cont.) O primeiro computador no Brasil  1961 (?)  PUC-RJ  Burroughs (650?), com tambor magnético  1962 (?): Primeiros computadores transistorizados no Brasil, com núcleos magnéticos  IBM 1401 (4.000 ou 8.000 bytes), comercial  IBM 1620, na USP (20.000 dígitos decimais)  1º disco magnético (1964): 2 Mb, pilha de discos grandes, removível
  45. 45. www.ime.usp.br/~vwsetzer 45 TÓPICOS  1. O ser humano é uma máquina?  2. O que é um computador? O Computador a Papel: um recurso didático  3. Qual o computador mais simples? A Máquina de Turing  4. História da evolução dos computadores 5. Bibliografia
  46. 46. www.ime.usp.br/~vwsetzer 46 5. Bibliografia Setzer, V.W. e Chaves, E. O Uso de Computadores em Escolas - Fundamentos e Críticas. S. Paulo: Ed. Scipione, 1988. Setzer, V.W. Meios Eletrônicos e Educação: uma visão alternativa. S.Paulo: Ed. Escrituras, 3a. ed. 2005. Setzer, V.W. e Hirata Jr., R. O Dia da Computação (uma introdução rápida ao computador e à computação). Caderno da Revista do Professor de Matemática Vol. 4, No. 1, 1993. Setzer, V.W. Vários artigos e o simulador do HIPO em www.ime.usp.br/~vwsetzer Hodges, A. Alan Turing - the Enigma. New York: Walker & Co., 2000. Bernstein, J. The Analytical Engine: Computers Past, Present and Future. New York: Wm Morrow 1981.
  47. 47. www.ime.usp.br/~vwsetzer 47 5. Bibliografia (cont.) Goldstine, H.H. The Computer from Pascal to von Neumann. Princeton: Princeton Univ. Press, 1972. Harmon, M. Stretching Man’s Minds: a History of Data Processing. New York: Mason/Charte, 1975. Halacy Jr., D.S. Computers - the Machines we Think with. New York: Harper & Row, 1969.
  48. 48. www.ime.usp.br/~vwsetzer 48 TÓPICOS  1. O ser humano é uma máquina?  2. O que é um computador? O Computador a Papel: um recurso didático  3. Qual o computador mais simples? A Máquina de Turing  4. História da evolução dos computadores  5. Bibliografia

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