ciência da computação

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C IÊNCIA DA C OMPUTAÇÃO
Computação Básica
Ao término deste curso, espera-se que o aluno seja capaz de
compreender o avanço da Informática desde o seu surgimento até
os dias atuais, selecionar a melhor configuração de
Hardware/software necessários a uma determinada demanda no
meio profissional, utilizar adequadamente os recursos de software e
hardware dos computadores, identificar e utilizar adequadamente os
principais softwares aplicativos na resolução de problemas
analisando seu funcionamento.
Prof. Erwin Alexander Uhlmann
02/08/2010
Universidade Guarulhos – Guarulhos - 10/02/2011
CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO
SUMÁRIO
1.
EMENTA: ........................................................................................................................... 3
2.
OBJETIVOS: ...................................................................................................................... 3
3.
COMPETÊNCIAS e HABILIDADES: .................................................................................... 3
4.
CONTEÚDO PROGRAMÁTICO: ....................................................................................... 3
5.
Conceitos básicos sobre o hardware............................................................................ 3
6.
Conceitos básicos sobre o peopleware .......................................................................3
7.
Conceitos básicos sobre o software.............................................................................. 4
8.
CRONOGRAMA DAS ATIVIDADES: ................................................................................. 4
9.
BIBLIOGRAFIA: ................................................................................................................. 5
BÁSICA: ................................................................................................................................ 5
COMPLEMENTAR: ................................................................................................................ 5
SUPLEMENTAR: ..................................................................................................................... 5
Aula 1 ......................................................................................................................................6
O Computador ................................................................................................................... 6
Número e Numeral.............................................................................................................. 6
Método de multiplicação dos romanos. .......................................................................7
Ábaco .............................................................................................................................. 7
Aula 2 .................................................................................................................................... 20
Sistemas de numeração ................................................................................................... 20
Números Decimais ......................................................................................................... 20
Sistema binário ............................................................................................................... 20
Sistema Hexadecimal .................................................................................................... 21
Sistema Octal ................................................................................................................. 22
Cálculos com binários ...................................................................................................... 22
Prof. Erwin Alexander Uhlmann – Instituto Siegen - 1
Soma .............................................................................................................................. 22
Subtração ...................................................................................................................... 23
Multiplicação ................................................................................................................. 23
Divisão ............................................................................................................................ 23
Aula 3 .................................................................................................................................... 25
Conversão de bases ......................................................................................................... 25
Aula 4 .................................................................................................................................... 27
Sistema Hexadecimal ....................................................................................................... 27
Sistema Octal .................................................................................................................... 27
bit, Byte e a Palavra.......................................................................................................... 28
Codificação EBCDIC ..................................................................................................... 28
Codificação BCD .......................................................................................................... 28
Codificação Hexadecimal ........................................................................................... 29
Codificação ASCII ......................................................................................................... 29
Aula 5 .................................................................................................................................... 31
Eletrica ... eletrônica – circuitos elétricos ......................................................................... 31
Aula 6 .................................................................................................................................... 34
Portas lógicas .................................................................................................................... 34
Aula 7 .................................................................................................................................... 38
Memória Principal ............................................................................................................. 38
Organização da Memória ............................................................................................... 38
Aula 7 .................................................................................................................................... 39
Arquitetura de Computadores ........................................................................................ 39
Aula 8 .................................................................................................................................... 41
Linguagem de Máquina ...................................................................................................... 41
Padrões de Instrução ........................................................................................................ 41
Instruções Aritméticas/Lógicas ..................................................................................... 41
Controle ......................................................................................................................... 42
Computação Básica
1. EMENTA:
Ao aluno desta disciplina será apresentada uma visão ampla do papel e potencial da
informática para o futuro profissional em Ciência da Computação; conhecimentos
práticos do computador e seu funcionamento; noções de Internet, pesquisas e
criação de páginas bem como de aplicativos como Planilhas Eletrônicas e
Processadores de Texto.
2. OBJETIVOS:
Ao término deste curso, espera-se que o aluno seja capaz de:




Compreender o avanço da Informática desde o seu surgimento até os dias
atuais.
Selecionar a melhor configuração de Hardware/software necessários a uma
determinada demanda no meio profissional.
Utilizar adequadamente os recursos de software e hardware dos computadores.
Identificar e utilizar adequadamente os principais softwares aplicativos na
resolução de problemas analisando seu funcionamento.
3. COMPETÊNCIAS E HABILIDADES:
Capacitar o aluno a escolher entre as tecnologias, compreender plenamente seu
funcionamento seja de hardware ou de software, as interferências dele na sociedade
e suas potencialidades.
4. CONTEÚDO PROGRAMÁTICO:





Informática - Evolução e Conceitos
Processamento de Dados: Componentes / Plataformas
Conceito e Evolução da Informática: Conhecimento x Informação
Componentes da Informática (Hardware, Peopleware e Software)
Onde e por que utilizar o computador
5. CONCEITOS BÁSICOS SOBRE O HARDWARE





Arquitetura, componentes e periféricos
Memórias do Computador e CPU
Configurações e Padrões atuais
Principais opções de mercado
Tendências das evoluções
6. CONCEITOS BÁSICOS SOBRE O PEOPLEWARE


Descrição de cargos dos profissionais de informática
A importância do usuário no contexto da Informática
7. CONCEITOS BÁSICOS SOBRE O SOFTWARE




Tipos e níveis de Software
Sistema Operacional, Linguagens, Aplicativos e Utilitários
Estrutura de arquivos, documentação e Banco de dados
Prática no Pacote MS Office da Microsoft
8. CRONOGRAMA DAS ATIVIDADES:
Aula
TP
Conteúdo/Atividades
1
4
Apresentação do Programa e
Metodologia de Ensino / Aprendizagem
2
4
3
4
4
4
(Informática Básica – ALCADE, GARCIA,
PEÑUELAS – Pearson – cap. 1.1 ao 1.5)
Classificação das gerações de
computadores, história da evolução do
computador, desde a criação dos
números, métodos de cálculos, tabelas
e réguas de cálculos, máquinas de
cálcular (Pasqualina, Hollerith,
(cap. 1.6 ao 1.7) pag. 234
Classificação dos computadores
criação do conceito de digital, binário,
liga/desliga, computadores de 1ª, 2ª, 3ª,
4ª e a controversa 5ª geração modernos
quanto ao uso e quanto à sua
construção.
Conceitos básicos sobre Software e
Peopleware
5
4
Atividade em sala de assimilação do
conteúdo
6
4
7
4
8
9
4
4
Conceitos e componentes básicos de
um computador: Memória, CPU e I/O.
Arquitetura de Computadores:
Conceitos de bit, byte e unidades de
medida e velocidade ex: GHz, MHz, GB,
MB...
Avaliação B1
Sistemas de Numeração: Conversão
Binário – Decimal
10
4
Sistemas de Numeração: Conversão
Octal – Hexadecimal
11
4
Feriado
Estratégia de Aula /
Recursos
Aula expositiva em sala de
aula.
06/08
aula.
13/08
aula.
20/08
aula.
27/08
aula.
03/09
aula.
10/09
aula.
17/09
24/09
aula.
01/10
aula.
08/10
aula.
15/10
12
4
PEÑUELAS – Pearson – cap. 3.3 ao 3.9?)
Operações: com binários - adição e
subtração
Operações: com binários multiplicação e divisão
13
4
14
4
Exercícios de fixação contemplando as
conversões
15
4
Prática: Tipos softwares: Aplicativos e
Utilitários
16
4
17
18
19
20
4
4
4
4
Prática: Primeiras noções em Word Operações Básicas, Selecionando o
Texto, Estilos e Cores, Efeitos no Texto,
Espaçamento de Caracteres,
Alterações de Fontes , Aplicando o
Recuo Alinhamento de Texto, Margens e
Recuos, Espaço entre Parágrafos e
Linhas, Tabulação.
Avaliação B2
Avaliação Substitutiva
Exames Finais
aula.
22/10
aula.
29/10
aula.
05/11
aula.
12/11
19/11
26/11
03/12
10/12
17/12
9. BIBLIOGRAFIA:
BÁSICA:
1.
MANZANO, Andre Luiz N. G;
MANZANO, Maria Izabel N. G. Estudo dirigido:
2.
informática básica. 4. ed. São Paulo:
Erica, 2002.
3.
PERSPECTION, Inc. Microsoft Word
Versão 2002. São Paulo: Makron Books, 2002.
4.
CAPRON, H. L.; JOHNSON, J. A.
Introdução a Informática - 8ª Ed. São Paulo: Pearson Education, 2004.
COMPLEMENTAR:
1.
MANZANO, Andre Luiz N. G;
MANZANO, Maria Izabel N. G. Estudo dirigido:
2.
informática básica. 4. ed. São Paulo:
Erica, 2002.
SUPLEMENTAR:
1.
PERSPECTION, Inc. Microsoft Word
Versão 2002. São Paulo: Makron Books, 2002.
2.
CAPRON, H. L.; JOHNSON, J. A.
Introdução a Informática - 8ª Ed. São Paulo: Pearson Education, 2004.
AULA 1
O Computador
Stonehenge – auxílio no cálculo do solstício, equinócio, luas. - Menires de 3 a 6m de
altura feito em cerca de 2.600 a.C. - 1.700 a.C
Segundo o dicionário Priberam:
“adj. e s. m.,
que ou aquele que faz cômputos, que calcula;
s. m.,
Inform.,
aparelho concebido para desempenhar cálculos e operações lógicas com facilidade,
rapidez e fiabilidade, segundo instruções (programas) nele introduzidas, constituído, de
um modo geral, por unidade(s) de introdução (input), unidade de processamento
central (C.P.U. ), unidade de armazenamento principal permanente, memória
temporária e unidade(s) de saída (output);
- pessoal: tipo de computador concebido para ser usado por um utilizador de cada
vez, baseado num microprocessador (pequeno circuito integrado) que desempenha
as funções de unidade de processamento central;
microcomputador.”
Número e Numeral
A diferença entre número e numeral é que erroneamente utilizamos a expressão para
dizer o “número 10”, quando na verdade deveríamos utilizar a expressão “ o numeral
10” ou “numeral que expressa graficamente o número 10”.
Número é o valor absoluto e numeral é o grafismo utilizado para representar um
número.
O 1º grande passo rumo à ciência foi a concepção dos números. É na verdade a idéia
comum de comparação de quantidades entre dois conjuntos.
Exemplo:
Existem tantos cavalos quantas pedras.
Existe tanta água na moringa quanto no jarro.
Passou-se tanto tempo quanto uma viajem de cavalo para a babilônia.
A evolução natural foi à criação de comparativos.
Exemplo:
A pedra grande equivale a 10 ovelhas e a pequena à uma.
Cada dedo equivale a uma ovelha e cada mão equivale a 5.
Primeiros métodos de cálculos
Método de multiplicação dos romanos.
Os romanos decoravam a tabuada apenas até o 5, do 6 em diante, utilizavam-se as
mãos no auxílio aos cálculos.
Cada mão vale 5, para a diferença, levantam-se os dedos necessários, depois somase os dedos levantados e multiplica-se os abaixados.
Exemplo:
7x8
Levante dois dedos de cada mão. Some os dedos levantados. Resultado 5.
Multiplique os abaixados. 2 x 3 = 6.
Ábaco
Assim que o homem percebeu que utilizar pedaços de madeira com pó, barro e
outros meios de escrita também auxiliavam nos cálculos, a evolução foi o ábaco.
O funcionamento do ábaco era da seguinte forma:
Uma caixa quadrada, com uma divisão horizontal à cerca de 2/3 da base e 4, 5, 6 ou
mais hastes longitudinais com contas inseridas.
Na parte superior da caixa, da DIREITA para à ESQUERDA, as contas valem 5, 50, 500,
5000, e assim por diante.
Na parte inferior, também da DIREITA para à ESQUERDA, cada conta vale
1,10,100,1000 e assim por diante.
O número que se quisesse representar deveria conter as contas juntas à divisão.
Exemplo:
O número 5: Apenas a primeira conta da parte superior da DIREITA junto à divisão.
O Número 6: A 1ª conta superior da com a primeira conta inferior.
O nº 236: A 1ª conta superior e uma inferior, a segunda haste com 3 contas da parte
inferior e a 3ª haste com 2 contas da parte inferior.
Monte os números:
436
506
508
2345
Auxílios manuais nos cálculos escritos.
Nosso método de multiplicação atual é uma evolução – ou derivação – do método
tabular árabe.
Mostrar exemplo.
x
2
1
7
1
2
1
7
4
8
4
2 // 8
3
0
3
8
Na 1ª linha é feito o produto de dígito do número 217 por 1.
Na 2ª de 217 por 4.
Observe que 4 por 7 exige o transporte do dígito 2 que é colocado na parte de cima
da diagonal.
O produto é conseguido pela soma dos dígitos nas diagonais:
8
4 + 2 + 7 = 3 (vai 1)
(1) + 8 + 1 = 0 (vai 1)
(1) + 2 = 3
Logo = 3.038
Exercícios.
John Napier, nobre escocês, teólogo e matemático observou a seguinte sequência:
1
2
4
8
16
32
64
128
...
0
1
2
3
4
5
6
7
…
Esta descoberta tornou mais simples os cálculos aritméticos, transformando operações
de multiplicação em operações de soma, e divisão em operações de subtração.
A tábua de logaritmos consiste basicamente de duas colunas de números. A cada
número da esquerda corresponde um número à sua direita, chamado o seu logaritmo.
Para multiplicar dois números, por exemplo, basta somar seus logaritmos.
Exemplo:
4 x 16 → Procure na coluna da ESQUERDA os números 4 e 16.
Some seus logaritmos. (direita).
Encontre o na coluna de ESQUERDA qual o nº correspondente à soma dos logaritmos.
Nº
Log
1
0
2
1
4
2
8
3
16
4
32
5
64
6
128
7
256
8
512
9
1024 10
Exercícios:
64 x 8 = 6 + 3 = 9 = 512
128 x 4 = 7 + 2 = 9 = 512
128 : 16 = 7 – 4 = 3 = 8
512 : 32 = 9 – 5 = 5 = 32
Auxílios mecânicos para os Cálculos
Pesquise mais em:
http://www-03.ibm.com/ibm/history/exhibits/attic2/attic2_057.html
John Napier, generalizou o procedimento tabular dos árabes e em 1617 desenvolveu
um dispositivo simples e barato constituído de uma caixa de madeira com bastões de
ossos e cilindros com as tabelas, de 1 a 9.
No século XVII foi inventada a régua de cálculo aplicando-se as idéias dos logaritmos.
As operações de multiplicação e divisão são executadas simplesmente somando ou
subtraindo a distância medida na régua externa, aquela marcada na régua interna
deslizante. A régua de cálculo é, na verdade, uma tábua compacta de logaritmos.
Em 1642 o filósofo Blaise Pascal construiu uma calculadora (a primeira máquina de
somar) para auxiliar seu pai, coletor de impostos. Inventou uma máquina capaz de
registrar valores decimais baseada na rotação de rodas dentadas de 10 posições (0 a
9). Quando uma roda excedia 10 unidades, ou seja, uma volta, acionava a roda
seguinte (assim como um odômetro atual). Com tal máquina era possível somar e
subtrair.
Em 1673, Gottfried Wilhelm von Leibnitz, filósofo e matemático alemão, utilizando o fato
de que uma multiplicação é a soma de uma mesma parcela um certo número de
vezes, mostrou como um multiplicador mecânico com dois contadores (um para
efetuar a adição e outro para determinar quando a adição deve parar) poderia ser
implementado. Esta máquina foi construída em 1694.
5x3=5+ 5+5
Então aqui se começa a observar que não só buscava-se um mecanismo que fizesse
contas automaticamente, mas que para além de se inventar um mecanismo, nada se
conseguiria se também não fosse inventada a programação deste mecanismo.
Cada mecanismo novo era como uma máquina industrial.
Uma máquina de injetora atual pode possuir dois tipos de programação. Mecânica e
digital. A programação mecânica é elaborada com as peças, com o hardware.
Quando o produto passar pelo duto, um sensor ligará um braço mecânico que abrirá
um compartimento com um saco plástico e ao final do ciclo do braço que abriu o
compartimento, duas peças em formato de pinça, aquecidas, deverão fechar o saco
plástico para acondicionar o produto.
Na programação digital, o cilo mecânico foi substituído pelos cilos de um processador,
ou seja, pelo clock.
A grande questão é elaborar uma programação que seja lógica e “fale” com a
máquina.
Atualmente além dessa preocupação existe também a exigência de que o programa,
também “fale” a linguagem do usuário, a usabilidade.
Auxílio mecânicos automáticos
Leonardo Da Vinci começou se enveredar pelo mundo da informática por volta do
ano 1425-1519 com uma máquina de engrenagens que de forma exponencial
mostravam o resultado em voltas.
Cada engrenagem era ligada ao eixo de outra e essa a outra e assim por diante.
Em 1728 o engenheiro francês Basile Bouchon construiu um tear, que podia tecer
desenhos de seda, de acordo com fichas perfuradas. As agulhas só passariam pelos
furos feitos nestas fichas. Conforme os ciclos da máquina as fichas mudavam de
posição e conseqüentemente mudavam o desenhos ou as cores.
Em 1801 Joseph Marie Jacquard conclui o tear com cartões e aperfeiçoou,
influenciando significativamente as idéias de como comandar, programar, as
máquinas.
Em 1812, Charles P. Babbage, matemático inglês, ao consultar tabelas de logaritmos
com erros, resolveu construir uma máquina de computar tabelas matemáticas que
resolvesse os erros encontrados. O principal era encontrar uma forma de resolver
problemas com uma metodologia única.
Exemplo:
B = A³
Para calcular qualquer que fosse o valor atribuído à A, deveria-se utilizar a adição. Se
A = 8 de veríamos somar os números existentes na tabelas de Napier até chegar ao
resultado, ou seja:
SE B = A³ e A = 8, então B=8³.
Para calcular 8³ devemos fazer a multiplicação de 8 por ele mesmo 3 vezes, então:
8 x 8 x 8 = 512
Como o dispositivo de Babage não tinha como computar a multiplicação, então
deveria-se seguir por adição.
8 + 8 + 8 + 8 + 8 + 8 ... até chegar à 512.
Com o auxílio de Napier e a tabela de logs, vejamos:
0
1
2
3
4
5
6
7
1
2
4
8
16
32
64
128
Tenha em mente, sempre é utilizada a base de log 2, a base binária.
8
512
9
1024
Ele desenvolveu um sistema que possibilitasse então a utilização das variáveis.
A
B(A=x³)
D1
D2
D3
0
0
1
1
1
2
8
7
6
3
27
19
12
6
4
64
37
18
6
5
125
61
24
6
6
216
91
30
6
7
343
127
36
6
Ele percebeu que com contas de + e de – seria possível resolver de forma rápida e
mecanicamente reduzida, uma exponenciação, somando-se 343+127+36+6 = 512
Essa máquina era chamada de A máquina de Diferencial de Babage, pois calculava
as diferenças entre B, D1, D2 e D3.
A evolução natural veio em 1820 com Charles Xavier Thomas, que projetou primeira
máquina de calcular de uso comercial. Mesmo não sendo ainda totalmente
automática, ela somava, subtraia, multiplicava e dividia a partir de pinos móveis.
Em 1875, Frank Baldwin inventou uma máquina com as mesmas funções a partir de
pinos móveis.
Dorr E. Felt criou o computômetro em 1887, a antecedente das caixas registradoras
atuais.
Foi então que Herman Hollerith inventou uma máquina que registrava os números e
valores em cartões perfurados e sua leitura se dava ao introduzir o cartão e os pinos
que passavam pelos furos “liam” os valores. Eram as máquinas tabuladoras.
A partir dessas máquinas Hollerith montou um sistema para apuração das eleições
americanas. O sucesso foi tamanho que ele fundou Tabulating Machine Company ou
a TMC, que virou Computing Tabulating Recording, CTR, e depois INTERNATIONAL
BUSINESS MACHINES, IBM.
As válvulas passaram então a assumir o papel das engrenagens.
O cada dente da engrenagem e sua depressão passou a ser traduzido como 0 e 1, ou
seja, ligado e desligado.
Automatismo completo
A diferença entre o conceito de Babage e os computadores atuais é que antes se
utilizavam engrenagens e agora os relés e fazem esta função.
Mais de um século depois de Babage, em 1937, Howard G. Aiken construiu uma
máquina capaz de calcular diferenciais integrais com dispositivos eletromecânicos. Era
MARK I, que começou a funcionar em 1944.
Em 1946 o primeiro computador digital entrou em funcionamento, o ENIAC (Eletronic
Numerical Integrator And Calculator), com 19.000 válvulas, 1.500 relés, diversos
resistores, capacitores, indutores e um consumo de cerca de 200KW/h e sua memória
registrava até 20 números de 10 dígitos cada.
O ENIAC armazenava apenas os números, pois os programas eram construídos
interligando plugs em painéis como as antigas centrais telefônicas, o que era
demorado e inconveniente, além de ser propenso a erros.
J. Von Neumann, em 1946 apresentou um artigo que propunha o armazenamento dos
dados e dos programas, o que influenciou a arquitetura até hoje dos computadores.
A máquina proposta era o EDVAC (Eletronic Dicrete Variable Automatic Computer).
Que foi de fato construída em 1948 e a partir deste, os computadores feitos em escala
comercial com o UNIVAC utilizado para o censo de 1951 nos EUA.
Evolução tecnológica
Como vimos, os primeiros computadores eram eletromecânicos, com a invenção do
transistor pela Bell, em 1948, a redução dos componentes era evidente e sua
capacidade ampliada, seu consumo reduzido, e a propensão aos erros minimizada,
pois as válvulas esquentavam e queimavam facilmente com o próprio calor ou por
fatores externos com o insetos.
Estes, aliás, foram os responsáveis por um termo até hoje conhecido. O Bug.
Nos computadores da segunda geração – sendo o de Babage de primeira geração - ,
as válvulas atraiam insetos que queimavam as válvulas e os programas paravam de
funcionar, foi então que o problema conhecido se tornou expressão. Veja se não
temos um Bug na máquina. Isto se tornou sinônimo de erro, até o Bug do milênio.
Conectar todos os transistores era uma tarefa árdua, então surgiram os circuitos
impressos e os transistores vinham já previamente alocados nessas placas plásticas e
conectados por filamentos metálicos impressos nessa placa. Eram os computadores
de terceira geração.
A placa se tornou uma pastilha ou chip, com a redução dos transistores, essa pastilha
passou a se chamar LSI ou VLSI (Very Large Scale Integration), sendo os computadores
de quarta geração.

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