I A C - Introdução à Computação.pdf

INTRODUO A COMPUTAO

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Obra organizada pela Universidade Luterana do Brasil. Informamos que de inteira responsabilidade dos autores a emisso de conceitos.

Nenhuma parte desta publicao poder ser reproduzida por qualquer meio ou forma sem a prvia autorizao da Editora da ULBRA.

A violao dos direitos autorais crime estabelecido na Lei n .610/98 e punido pelo Artigo 184 do Cdigo Penal.

Conselho Editorial EADDris Cristina GedratThomas HeimmanMara Salazar MachadoAndra de Azevedo EickAstomiro Romais

Setor de Processamento Tcnico da Biblioteca Martinho Lutero - ULBRA/Canoas

Dados Internacionais de Catalogao na Publicao (CIP)

C117i Cabral, Anderson Ricardo Yanzer. Introduo a computao / Anderson Ricardo Yanzer Cabral, Mauricio da Silva Escobar. Canoas: Ed. ULBRA, 2013. 120p.

1. Computao. 2. Soft ware. 3. Hardware. I. Escobar, Mauricio da Silva Escobar. II. Ttulo.

CDU: 681.3

Editorao: Roseli Menzen

Dados tcnicos do livroFontes: Palatino Linotype, Franklin Gothic Demi CondPapel: o set 75g (miolo) e supremo 240g (capa)Medidas: 15x22cm

ISBN 978-85-7528-498-8


APRESENTAO

Seja bem-vindo(a) ao estudo da disciplina de Introduo Computao!

Esta disciplina prope o estudo sobre a origem da computao, sua evoluo tecnolgica e cientfica, bem como o perfil dos profissionais que atuam nessa rea.

O livro tambm aborda fundamentos computacionais, apresentando ao aluno uma viso geral de como um computador funciona internamente, qual a diferena entre hardware e software, os detalhes de como um computador representa informaes, como organizar logicamente e projetar circuitos digitais bsicos de um computador e, como construir programas utilizando uma linguagem simblica.

O livro-texto da disciplina est organizado em dez captulos, subdivididos em unidades para que sua leitura e compreenso se dem de forma a agregar conhecimentos e favorea a realizao das atividades propostas ao final de cada captulo.

Cada um dos captulos e suas respectivas unidades propem estudo aprofundado sobre os conhecimentos focados nesta disciplina. importante que, ao longo de suas leituras e estudos, voc faa apontamentos pessoais que possam ser teis para a realizao das atividades solicitadas ao final de cada captulo. Estas tm a inteno de possibilitar articulao entre o que foi estudado com contextualizaes possveis em seu cotidiano profissional.

As referncias bibliogrficas sugerem obras de autores que fundamentam teoricamente os estudos realizados e oferecem a voc possibilidades de aprofundamento com leituras complementares. Durante o decorrer da disciplina sero sugeridos materiais complementares atravs de websites, vdeos e slides sobre os temas abordados.

Um bom trabalho a todos ns!

Professores Anderson Yanzer e Mauricio Escobar


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SOBRE O AUTOR

Anderson Ricardo Yanzer Cabral

Mestre e Doutor em Cincia da Computao; Gerente da Incubadora Tecnolgica da ULBRA e Diretor adjunto da Sociedade Brasileira de Gesto do Conhecimento

Mauricio da Silva Escobar

Doutor em Cincia da Computao pela PUCRS. Atualmente atua como professor na ULBRA Canoas/RS.


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SUMRIO

1 A ERA DA INFORMAO/CONHECIMENTO ..................................................................9 1.1 Perfi l Profi ssional ................................................................................................9 1.2 A era da Informao/Conhecimento ...................................................................11 Atividades .............................................................................................................162 HISTRICO DOS COMPUTADORES ............................................................................19 2.1 Histrico dos Computadores ..............................................................................19 Atividade .............................................................................................................263 HARDWARE: ARQUITETURA E ORGANIZAO DE COMPUTADORES..............................29 3.1 O modelo de Von Neumann .................................................................................29 3.2 Detalhes internos da CPU ..................................................................................31 3.3 Memrias .........................................................................................................32 3.4 Registradores ...................................................................................................34 3.5 Memria CACHE ................................................................................................34 3.6 Memria principal .............................................................................................35 3.7 Memria secundria ..........................................................................................35 Atividades .............................................................................................................364 SOFTWARE .............................................................................................................39 4.1 Conceito de Software .........................................................................................39 4.1 Classifi cao de Softwares Bsicos ...................................................................40 4.2 Classifi cao de Softwares Aplicativos ..............................................................41 4.3 Linguagem de Programao ..............................................................................42 4.4 Algoritmo ..........................................................................................................46 Atividade .............................................................................................................485 SISTEMA DE NUMERAO .......................................................................................51 5.1 Converso de bases ...........................................................................................53 5.2 Nmeros binrios com sinal ...............................................................................57 5.3 Soma binria .....................................................................................................57 5.4 Subtrao binria ..............................................................................................58 Atividades .............................................................................................................60


6 LGICA DIGITAL ......................................................................................................63 6.1 Portas e operaes lgicas ................................................................................63 6.2 lgebra booleana ..............................................................................................67 6.3 Equivalncia de circuitos ...................................................................................68 6.4 Proriedades da lgebra booleana .......................................................................69 Atividades .............................................................................................................707 CIRCUITOS LGICOS ...............................................................................................73 7.1 Decodifi cador ....................................................................................................73 7.2 Multiplexador ....................................................................................................75 7.3 Comparador ......................................................................................................76 7.4 Somador ...........................................................................................................76 7.5 Subtrator ..........................................................................................................77 7.6 Unidade lgica e aritmtica (ULA) ......................................................................78 7.7 Clock .............................................................................................................79 7.8 Unidade bsica de memria ...............................................................................80 Atividades .............................................................................................................818 PROJETO DE CIRCUITOS LGICOS ............................................................................85 8.1 Construindo um circuito atravs de uma expresso booleana ...............................87 8.2 Exibindo informaes ........................................................................................87 8.3 Construindo uma memria de 2 bits ....................................................................88 8.4 Construindo um contador de 2 bits .....................................................................89 Atividades .............................................................................................................899 INTRODUO LINGUAGEM DE MQUINA ................................................................93 9.1 Simulador SMS .................................................................................................95 9.2 Perifricos simulados ........................................................................................96 9.3 Registradores ...................................................................................................97 9.4 Conjunto de instrues .....................................................................................97 Atividades ...........................................................................................................10110 EXECUO DE PROGRAMAS ..................................................................................105 10.1 Controles bsicos de repetio .......................................................................103 10.2 Manipulando dados na memria .....................................................................105 10.3 Lendo dados do teclado .................................................................................107 10.4 Trabalhando com o perifrico semforo ..........................................................109 10.5 Trabalhando com o perifrico elevador ............................................................110 Atividades ...........................................................................................................113


1 A ERA DA INFORMAO/CONHECIMENTOAnderson Ricardo Yanzer Cabral

Este captulo tem por objetivo contextualizar o aluno quanto importncia da informao no processo de desenvolvimento e evoluo da informtica e dos principais recursos computacionais disponveis nas ltimas dcadas. Passamos pela chamada era da informao e estamos, para muitos autores e pensadores, na era do conhecimento. A busca pela informao e pelo conhecimento um dos fatores relevantes para os avanos tecnolgicos.

O livro-texto desta disciplina est organizado em oito captulos, subdivididos em unidades que seguem uma sequncia indica para um melhor aproveitamento da disciplina. Ao final de cada captulo so apresentadas atividades para consolidao de alguns pontos da disciplina.

importante que, ao longo de suas leituras e estudos, voc faa apontamentos pessoais que possam ser teis para a realizao das atividades solicitadas ao final de cada captulo. Podem ser utilizadas ferramentas colaborativas para organizar os conhecimentos desenvolvidos na disciplina.

As referncias bibliogrficas sugerem obras de autores que fundamentam teoricamente os estudos realizados e oferecem possibilidades de aprofundamento com leituras complementares. Existem muitos websites, blogs e slides disponveis na internet com material relevante e complementar para esta disciplina.

1.1 Perfil ProfissionalAntes de apresentar os contedos do captulo sobre informao e conhecimento, ser apresentado o perfil do profissional de informtica, de acordo com o projeto pedaggico do curso, baseado nas demandas do mercado de trabalho.


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a Este perfil composto por:

Habilidades pessoais: pensamento sistmico; capacidade de resoluo de problemas; capacidade de inovar; pensamento crtico; anlise de risco; disciplina pessoal; persistncia; curiosidade; capacidade de autoaprendizado e abertura s mudanas.

Habilidades interpessoais: trabalho colaborativo; capacidade de comunicao e capacidade para resoluo conjunta de problemas.

Conhecimentos tcnico cientfi cos: abstrao, representao e organizao da informao; arquitetura de sistemas empresariais; conceitos de distribuio da informao em sistemas; dinmica de mudanas; uso e desenvolvimento de ferramentas e sistemas computacionais.

Alm de apresentar o perfil profissional desejado, que tambm apontado por empresrios da rea como o ideal, tambm apontamos algumas dicas de como aproveitar melhor o seu curso (MAR et al. 2006):

Nade ou afunde

O meu sucesso acadmico e, por conseguinte profi ssional, determinado basicamente por mim (estudante);

A Universidade me proporcionar a oportunidade, mas depende de mim aproveit-la.

Leia e tambm aprenda sozinho

O conhecimento tambm deve ser buscado atravs de leituras em livros, artigos e revistas especializadas;

Um dos problemas dos estudantes atuais a superfi cialidade nas leituras, portanto use o tempo necessrio para entender o que foi lido.

Ensine o seu mestre

Eu gostei muito deste conceito... Pois v luta e aprenda mais sobre ele, para depois debater com o seu professor, com certeza ele fi car lisonjeado.

E ainda...

So importantes as experincias em estgios e trabalhos de pesquisa e as redes de contatos que so construdas entre colegas e professores.


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a Aproveite o conhecimento a sua disposio, a internet possui muito lixo mas tambm possui muito conhecimento com alta qualidade.

Faa cursos de extenso e capacitaes que o tornaro diferenciado no mercado de trabalho.

O ambiente acadmico propcio para cultivar amizades e o companheirismo entre colegas e professores.

V a congressos, participe de eventos e de palestras de empresas renomadas e especializadas.

Estude ingls!

Aps concluir o seu curso, no esquea que este foi s o comeo de uma grande caminhada, portanto:

Batalhe por um excelente emprego na rea em empresas privadas, pois o mercado de TI est altamente aquecido e com muitas oportunidades.

Desenvolva o seu esprito empreendedor e monte sua prpria empresa, existem muitas oportunidades para startups.

D continuidade sua carreira acadmica (especializao, mestrado, doutorado) e torne-se um pesquisador.

Mantenha-se atualizado com as novas tecnologias, elas surgem a uma velocidade cada vez maior.

Troque de emprego, se for preciso, mas cuidado para no queimar o fi lme no mercado fi cando trocando a todo momento de emprego.

Permanea sempre empregvel.

1.2 A era da Informao/ConhecimentoMuitos livros e artigos nas ltimas dcadas apontaram que estvamos vivendo a chamada era da informao, mas no incio da dcada de 90 muitos autores comearam a reverenciar o momento como a era do conhecimento. Ultimamente, alguns autores apontam que estamos vivendo a era da inovao. Todos estes elementos, informao, conhecimento e inovao, esto associados evoluo tecnolgica. A busca pela informao acompanha o homem desde os seus primrdios e a tecnologia tem sido um aliado crucial.

Desta forma, percebemos que a informtica e os recursos computacionais avanam para prover, em maior quantidade e qualidade, mais informao e conhecimento e, a inovao desempenha um papel importante neste cenrio.


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a Para uma melhor compreenso deste conceitos, abaixo apresentamos as suas definies.

Dado

Consiste em um fato bruto (nome de um funcionrio, nmero de matrcula, cdigo de um produto, etc.), ou suas representaes (imagens, sons, nmeros, etc.)

Dados so materiais brutos sem ao que precisam ser manipulados e colocados em um contexto compreensivo.

Informao

A informao um conceito central na rea de Sistemas de informao, o recurso mais valioso e importante nas organizaes na sociedade atual, a sociedade da informao.

Conceitos associados informao:

Dado

Conhecimento

Competncia

uma coleo de fatos organizados de forma a possuir um valor adicional aos fatos em si. Em outras palavras, so dados concatenados, que passaram por um processo de transformao, cuja forma e contedo so apropriados para um uso especfi co.

Conhecimento

Implica estar ciente e ter o entendimento de um conjunto de informaes e como estas informaes podem ser teis para suportar determinado processo ou tarefa, envolvendo uma combinao de instintos, ideias, informaes, regras e procedimentos que guiam aes e decises. O conhecimento uma informao valiosa da mente humana, que inclui refl exo, sntese e contexto. difcil de estruturar, de capturar em computadores, normalmente tcito (no explcito) e sua transferncia complexa.


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aAssociado aos conceitos de dado, informao e conhecimento, temos o conceito de competncia, que neste contexto, pode ser observado como:

O processo contnuo e articulado de formao e desenvolvimento de conhecimentos, habilidades e atitudes de gestores a partir da interao com outras pessoas no ambiente de trabalho, tendo em vista o aprimoramento de sua capacitao.

A capacidade de mobilizar, integrar e colocar em ao conhecimentos, habilidades e formas de atuar a fi m de atingir ou superar desempenhos confi gurados na misso da empresa e da rea

A Figura 1 ilustra a relao entre estes conceitos.

Figura 1 Relao dado, conhecimento e informao

O homem sempre buscou na informao uma forma de diferenciao e vantagem competitiva. Isso vale para negcios, guerras, luta pelo poder, desenvolvimento social, econmico e at pessoal. A informao sempre desempenhou um papel importante na tomada de decises, que como vimos, est associado ao conceito de competncia. A evoluo da informtica est diretamente associada busca da melhor gesto da informao.

Para Pierre Fayard (2000), que trata do tema informao e comunicao em estratgia, Informar-se significa direcionar um olhar panormico a uma ateno contnua e focalizada em objetos delimitados, para compreender, situar, prever e saber onde, quando e como agir conforme os interesses.

Figura 2 Dado e informao


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a Figura 3 O que fazemos com a informao

A informao possui uma srie de caractersticas que determinam seu valor para a organizao ou processo em anlise:

Precisa: sem erros

Completa: contm todos os fatos relevantes no processo em anlise

Econmica: o seu custo para ser gerada

Flexvel: armazenada de forma a ser utilizada em diversos processo

Confi vel: depende dos dados de origem e dos mtodos de coleta

Relevante: so importantes para os tomadores de deciso

Clara: simples, normalmente informaes complexas no so teis aos tomadores de deciso

Veloz: entregue quando necessria

Verificvel: deve permitir verificao pelo tomador de deciso quando necessrio

Acessvel: facilmente acessvel por usurios autorizados no formato e momento certo

Segura: acessada somente por usurios autorizados


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aFigura 4 A era da informao

Figura 5 Definio de informtica

Este primeiro captulo teve por objetivo apresentar aspectos gerais do perfil de um profissional de informtica e os desafios de um estudante desta rea. Tambm foram apresentados os conceitos de dados, informao e conhecimento, associando a busca do homem pela informao e a relao que esta possui com os avanos da tecnologia.


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a Atividades1) Dos itens a seguir, quais poderiam ser classifi cados como dados

a) Idade

b) relao de produtos mais vendidos

c) preo

d) relao das pessoas acima de 60 anos

e) lista de produtos

2) Dos itens a seguir, quais poderiam ser classifi cados como informao

a) Procedimentos de como comprar os melhores produtos

b) relao de produtos mais comprados

c) peso

d) relao dos funcionrios mais antigos

e) lista de produtos mais caros

3) Dos itens a seguir, quais esto associados ao conceito de conhecimento

a) Procedimentos de como comprar os melhores produtos

b) relao de produtos que esto em estoque

c) o que fazer quando o computador acusa erro de memria

d) nome do funcionrio

e) lista de produtos mais baratos

4) Um hacker descobriu uma falha de segurana e invadiu o Internet Banking do BB. Este deve pagar por esta ao como se fosse um crime?

( ) verdadeiro

( ) Falso

5) A empresa tem o direito de vasculhar os e-mails e arquivos dos empregados? uma vez que estes assinaram termo de compromisso de utilizar os equipamentos somente para fi ns profi ssionais.

( ) verdadeiro

( ) Falso


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aReferncias Bibliogrficas

BsicaCAPRON, H. L.; JOHNSON, J. A. Introduo Informtica. So Paulo: Pearson, 2004.

FAYARD, Pierre. O jogo da interao: Informao e Comunicao em Estratgia. Caxias do Sul: EDUCS, 2000.

Stallings, William. Arquitetura e organizao de Computadores. So Paulo: Pearson Pratice Hall, 2010.

WEBER, R. F. Fundamentos de Arquitetura de Computadores. Porto Alegre: Sagra-Luzzatto, 2000.

ComplementarAUDY, Jorge Nicolas; ANDRADE, Gilberto Keller; CIDRAL, Alexandre. Fundamentos de Sistemas de Informao. Porto Alegre: Bookman, 2005.

BROOKSHEAR, J. Glenn. Cincia da computao: uma viso abrangente. Porto Alegre: Bookman, 2005.

MARCHIORO, Gilberto; PETRY, Adriano; ZANUZ, Adriano. Caderno Universitrio: Introduo Computao. Canoas: Editora da ULBRA, 2006.

GUIMARES, ngelo de Moura. Introduo Cincia da Computao. Rio de Janeiro: LTC, 2001.

MONTEIRO, Mrio Antonio. Introduo Organizao de Computadores. Rio de Janeiro: LTC, 2002.

TANENBAUM, A. S. Organizao Estruturada de Computadores. 4. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2001.

TORRES, G. Curso Completo de Hardware. 4. ed. Rio de Janeiro: Axcel Books, 2001.

VELLOSO, Fernando de Castro. Informtica 5. ed. Rio de Janeiro: Campus, 2004.

Brookshear, J. Glenn. Cincia da computao: uma viso abrangente. Porto Alegre: Bookman, 2005.

Gabarito 1) a, c

2) b, d, e

3) a, c

4) v

5) v


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2 HISTRICO DOS COMPUTADORESAnderson Ricardo Yanzer Cabral

Este captulo tem por objetivo contextualizar o aluno quanto ao desenvolvimento e evoluo dos computadores desde o seu surgimento. Esta contextualizao possibilita verificar as origens dos sistemas computacionais e a velocidade e a escala de evoluo dos mesmos. Alguns recursos computacionais, por exemplo, dobram a sua capacidade (processamento ou armazenamento) em perodos de dezoito meses. Entendendo o histrico e evoluo dos sistemas computacionais, podemos ter uma noo da dinmica e da velocidade dos avanos nas tecnologias da informao e comunicao (TIC) e a sua influncia na vida das pessoas e das corporaes.

2.1 Histrico dos ComputadoresA necessidade de computar (calcular, contar, avaliar, etc.) pelo homem, vem desde os seus primrdios, pois est associada s necessidades bsicas da raa humana. Talvez a mais primitiva esteja associada necessidade do homem contar e calcular os mais variados tipos de objetos e recursos.

A capacidade do ser humano de calcular quantidades nos mais variados modos, foi uma das descobertas que possibilitou o desenvolvimento da matemtica e da lgica. O desenvolvimento da tecnologia da computao foi resultado da unio de vrias reas do conhecimento humano, dentre os destaques podemos citar: a matemtica, a eletrnica digital, a lgica, entre outras.

Na regio do mediterrneo surgiu o alfabeto e o baco. O baco foi um dos primeiros mecanismos para contar e realizar clculos com uma certa automao. Quanto a este invento, podemos apontar que:

Era usado nas civilizaes chinesa, hindu e romana.

Composto de prolas que se movimentando sobre hastes.


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a Permite representar nmeros (memria).

Usado para efetuar adies e subtraes.

Figura 1 baco

Os Bastes de Neper, tambm foram dispositivos inventados para auxiliar a calcular de forma automatizada. Quanto a estes sabe-se que:

Foi inventado por John Neper no incio do sculo XVII (1615).

Criado para auxiliar a multiplicao.

Composto de 10 casas divididas por uma diagonal contendo unidades e dezenas do produto.

Foram utilizados por mais de 200 anos.

Figura 2 - Bastes de Neper


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a A Pascaline foi considerada a Primeira mquina de calcular e foi criada por Blaise Pascal em 1642. Ela consistia de um conjunto de rodas dentadas e engrenadas entre si e essas rodas representavam potncias de 10. Ela realizava adio e subtrao .

Figura 3 - Pascaline

Gottfried Wilhelm von Leibniz (1646-1716), um advogado alemo, construiu uma verso melhorada da Pascaline, a Calculadora de Leibniz, que fazia as quatro operaes e foi utilizada na prtica.

Figura 4 Calculadora de Leibniz

Outro equipamento que obteve sucesso no processo de automatizao de um processo, que utilizava uma pr-configurao de entrada, foi Tear Mecnico de Jaquard, que era uma mquina de tecer automtica, criada por Joseph Marie Jacquard em 1806. Ela utilizava uma leitora de cartes perfurados e obteve um grande sucesso, com 10000 mquinas em servio em 1812. Esta mquina era capaz de produzir tecidos com desenhos bem elaborados e intrincados. Foi tamanho o sucesso que Jacquard foi quase morto quando levou o tear para a cidade francesa de Lyon, pois as pessoas tinham medo de perder o emprego com este tear automatizado.


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a Figura 5 Tear mecnico de Jaquard

Em 1820, surgiu o Arithmometer, que foi a primeira calculadora produzida em escala industrial por um francs chamado Charles Xavior Thomas.

Figura 6 Arithomometer

Charles Babbage em 1833 criou a sua Mquina Analtica, e esta era composta de um moinho (unidade de clculo), um tambor (memria) e um dispositivo de controle. Ela podia ser programada com cartes perfurados (cartes de operaes, cartes de variveis e cartes de nmeros). Este invento tinha uma concepo muito prxima da de um computador atual. Por algum tempo, o governo britnico financiou Babbage para construir a sua inveno.

Figura 7 Mquina analtica de Babbage


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aBabbage teve muitas dificuldades com os recursos para a manufatura de componentes mecnicos com a preciso necessria, no possuindo equipamentos para a construo adequada dos seus projetos. O governo ingls financiou o comeo do projeto, mas aps um perodo suspendeu o financiamento e Babbage utilizou a fortuna da famlia at a falncia, sem que pudessem concluir o projeto e a calculadora analtica nunca foi totalmente construda.

As mquinas do sculo XIX usavam a base binria (0 a 9), s que isso provocava muitas dificuldades para representar um dgito decimal em componentes eletrnicos. O matemtico ingls George Boole (1815-1864) publicou em 1854 os princpios da lgica booleana, onde as variveis assumem apenas valores 0 e 1 (verdadeiro e falso), e esta concepo de representao de valores passou a ser utilizada a partir do incio do sculo XX, sendo at hoje a base de representao de valores para os sistemas digitais.

O uso da energia eltrica determina um marco na concepo de novos dispositivos o telgrafo de Morse (Samuel Morse, 1837) um equipamento pioneiro no sistema de comunicao distncia com uso de sinais eltricos.

Figura 8 Telgrafo de Morse

Por volta de 1890, nos EUA, Herman Hollerith (1860-1929) promoveu uma grande evoluo na maneira de se processar os dados obtidos atravs dos censos da poca. No censo de 1880, de forma manual, os dados levaram quase oito anos para serem compilados. No censo de 1890 os dados foram processados em menos de trs anos, com o uso de uma mquina de perfurar cartes e mquinas de tabular e ordenar, criadas por Hollerith e sua equipe. Os dados obtidos sobre os indivduos eram armazenados em cartes, por meio de perfuraes em locais especficos do carto. Nas mquinas de tabular, um pino passava pelo furo e chegava a uma jarra de mercrio, fechando os contatos de um circuito eltrico e causando um incremento de 1 (soma 1), em um contador mecnico. Hollerith fundou anos depois uma companhia para produzir mquinas de tabulao, que em 1924, veio a se chamar IBM.


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a Figura 9 Mquina estatstica de Hollerith

O Z-1 foi o primeiro computador eletromecnico e usava rels e foi construdo em 1936 pelo alemo Konrad Zuse, que tentou vend-lo ao governo alemo para uso militar, que no se interessaram pela mquina.

Com o advento da II Guerra Mundial, a necessidade por vantagens competitivas fez com as pesquisas aumentassem nessa rea. Nos Estados Unidos a Marinha, em conjunto com a Universidade de Harvard e a IBM, construram o Mark I em 1944. Este equipamento Utilizava princpios inspirados pelos trabalhos de Babbage, utilizava milhares de rels e ocupava 120 m3 e fazia um barulho infernal. Uma multiplicao de nmeros de 10 dgitos levava 3 segundos para ser efetuada.

Em segredo, o exrcito americano tambm desenvolvia seu computador, o ENIAC, que usava apenas vlvulas e tinha por objetivo calcular as trajetrias de msseis com maior preciso. O ENIAC: Eletronic Numeric Integrator And Calculator possuia 18.000 vlvulas, conseguia fazer 500 multiplicaes por segundo, porm s ficou pronto em 1946, meses aps o final da segunda guerra mundial.

Figura 10 MARK I


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aFigura 11 ENIAC

O matemtico hngaro John von Neumann (1903-1957) formalizou o projeto lgico de um computador. Von Neumann props que as instrues fossem armazenadas em um dispositivo de memria do computador. At este projeto elas eram lidas de cartes perfurados e executadas em sequncia. Armazen-las as instrues em um tipo de memria, para depois execut-las, tornaria o computador mais rpido, pois as instrues seriam obtidas e transferidas com muito mais rapidez (uso de dispositivos de memria eletrnica). A quase totalidade dos computadores de hoje em dia ainda est baseada no modelo proposto por Von Neumann.

Esse modelo define um computador sequencial digital, onde o processamento dos dados feito passo a passo, caracterizando um comportamento determinstico (ou seja, os mesmos dados de entrada produzem sempre a mesma resposta), que um dos princpios bsicos da computao.

At a dcada de 50 os poucos computadores que existiam, eram quase que exclusivos de projetos militares ou grandes institutos de pesquisa associados rgos governamentais. Na dcada de 60 os computadores comeam a ter apelo comercial, para uso em grandes corporaes e o computador que melhor representa este marco o IBM System 360. Ele representou a guinada para computadores mais poderosos e baratos e utilizava transistores e memria de ncleo magntico. Aceitava uma grande variedade de perifricos e consolidou a posio de lder da IBM que, se mantm at os dias atuais, uma das principais empresas de tecnologia.

Os computadores da primeira gerao usavam vlvulas eletrnicas, quilmetros de fios, eram lentos, enormes e esquentavam muito, sendo um dos principais computadores desta gerao o UNIVAC.


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a A segunda gerao substituiu as vlvulas eletrnicas por transistores e os fios de ligao por circuitos impressos. Isso tornou os computadores mais rpidos, menores e de custo mais baixo. A terceira gerao foi construda com circuitos integrados, proporcionando maior compactao, reduo dos custos e velocidade de processamento da ordem de microsegundos e tambm marcada pelo incio da utilizao de avanados sistemas operacionais. A quarta gerao caracterizada por um aperfeioamento da tecnologia j existente, proporcionando uma otimizao da mquina para os problemas do usurio, maior grau de miniaturizao, confiabilidade e velocidade maior, j da ordem de nanosegundos. A quinta gerao iniciou com as arquiteturas avanadas e linguagens de programao orientadas a objetos.

O termo quinta gerao foi criado pelos japoneses para descrever os potentes computadores inteligentes que queriam construir em meados da dcada de 1990. Posteriormente, o termo passou a envolver elementos de diversas reas de pesquisa relacionadas inteligncia computacional: inteligncia artificial, sistemas especialistas e linguagem natural.

Mas o verdadeiro foco dessa ininterrupta quinta gerao a conectividade, o macio esforo da indstria para permitir aos usurios conectarem seus computadores a outros computadores. O conceito de supervia da informao capturou a imaginao tanto de profissionais da computao como de usurios comuns. O advento da internet e dos dispositivos mveis, tende a termos a unificao de outros tipos de dispositivos que permitem a comunicao e possuem alto poder de processamento, e nos dias atuais, o melhor exemplo so os smartphones.

AtividadePesquisa na internet sobre as novas tendncias computacionais relacionadas nanotecnologia.

Exerccios1) A arquitetura proposta por Von Neumann ainda utilizada pelos computadores

at os dias atuais?

( ) Verdadeiro

( ) Falso


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a2) O primeiro equipamento de comunicao em grande escala a utilizar energia eltrica foi:

( ) UNIVAC

( ) MARK III

( ) Telgrafo de Morse

( ) IBM 360

( ) Nenhuma resposta correta

3) O que aproximou o Tear de Jaquard do conceito de computao?

( ) produzir desenhos elaborados

( ) utilizar eletricidade

( ) utilizar cartes como entrada de informaes

( ) utilizar mecanismos de mecnica precisos


4) Qual dos computadores abaixo foi o primeiro a obter sucesso comercial:

( ) Apple II

( ) UNIVAC

( ) MARK I

( ) IBM System 360


5) O computador ENIAC foi construdo com o propsito de:

( ) Realizar censo de cidados

( ) Clculos meteorolgicos

( ) Clculo de trajetria de msseis

( ) Automao industrial



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a Referncias Bibliogrficas

BsicaSTALLINGS, William. Arquitetura e organizao de Computadores. So Paulo: Pearson Pratice Hall, 2010.

WEBER, R. F. Fundamentos de Arquitetura de Computadores. Porto Alegre: Sagra-Luzzatt o, 2000.

ComplementarBROOKSHEAR, J. Glenn. Cincia da computao: uma viso abrangente. Porto Alegre: Bookman, 2005.

MARCHIORO, Gilberto; PETRY, Adriano; ZANUZ, Adriano. Caderno Universitrio: introduo Computao. Canoas: Editora da ULBRA, 2006.

TANENBAUM, A. S. Organizao Estruturada de Computadores. 4. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2001.


Gabarito 1) Verdadeiro,

2) Telgrafo de Morse;

3) Utilizar cartes como entrada de informaes;

4) IBM System 360 ;

5) Clculo de trajetria de msseis


3 HARDWARE: ARQUITETURA E ORGANIZAO DE COMPUTADORESMauricio da Silva Escobar

Um computador digital composto por diversos componentes eletrnicos que realizam funes especializadas.

A arquitetura (ou modelo) de von Neumann, concebido em 1946, uma das arquiteturas mais utilizadas como base para o projeto de computadores digitais. O termo arquitetura nesse caso, pode ser visto inicialmente como uma forma de organizar os componentes internos de um computador.

Atualmente, a maioria dos computadores modernos possuem o mesmo esquema bsico, que compreende:

Memria,

CPU (Central Processing Unit), e,

Dispositivos de Entrada e Sada (E/S).

3.1 O modelo de Von NeumannNo modelo de Von Neumann, a memria enderevel, isto , ela organizada em diversas posies e cada posio possui um endereo bem definido.

Em um computador, a memria utilizada para armazenar instrues e dados. Um conjunto de comandos caracteriza uma aplicao, como por exemplo, o seu navegador, o seu editor de textos. Um comando, no nvel da mquina, corresponde a execuo de uma tarefa especfica, como por exemplo, somar dois nmeros.


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a A figura 1 ilustra a arquitetura bsica do modelo Von Neumann.

Figura 1: modelo geral da arquitetura de Von Neumann.

A CPU a unidade central em um computador. Ela responsvel por comandar a busca de instrues e dados da memria. Assim como comentado anteriormente, as instrues so comandos que sero executados na CPU e os dados so as informaes que sero processadas por essas instrues.

Alm buscar os dados, a CPU capaz de manipular esses dados gerando novas informaes, que tambm so armazenadas na memria enquanto um programa estiver ativo.

A CPU tambm capaz de processar novas dados oriundos dos dispositivos de entrada e sada. Os dispositivos de entrada so equipamentos ou perifricos capazes de alimentar um computador com dados. Os exemplos mais comuns de dispositivos de entrada so o teclado e o mouse. Podemos citar tambm outros exemplos mais sofisticados de entrada de dados, como por exemplo, um sensor de temperatura, um leitor de cdigo de barras, dentre outros exemplos.

Os dispositivos de sada so equipamentos ou perifricos capazes de expor dados para humanos ou outros computadores. O monitor um exemplo de dispositivo de sada para humanos. Um dispositivo de infravermelho um exemplo de dispositivo de sada que pode ser usado na comunicao entre computadores.

Por fim, de uma forma simples, o barramento pode ser visto como um canal de comunicao que integra as partes de um computador. atravs do barramento que todas as informaes trafegam entre os dispositivos de entrada e sada, a memria e o processador.


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a3.2 Detalhes internos da CPUA CPU composta por vrias unidades bsicas que so:

A Unidade Lgica e Aritmtica (ULA)

Os Registradores (de dados e de controle)

A Unidade de Controle

A fi gura 2 ilustra a organizao interna da CPU:

Figura 2: organizao interna da CPU.

A ULA consiste de um conjunto de circuitos que realizam operaes sobre dados. Essas operaes bsicas podem incluir: adio, subtrao e a manipulao de bits (e e ou lgicos).

Os registradores so unidades de armazenamento construdos dentro da CPU. Os registradores so acessados muito mais rapidamente que posies da memria (chegando em alguns casos de 5 a 10 vezes mais rpidos).

Como normalmente os registradores so construdos logicamente dentro da CPU, o nmero de registradores limitado, se comparado com a capacidade de armazenamento de uma memria. Por esse motivo, os registradores so reservados somente para as operaes e dados que o processador est utilizando em um dado momento.

O processador comanda, constantemente, a cpia de valores entre os registradores e a memria principal. Esses valores trafegam atravs dos barramentos que ligam estes componentes.

A Unidade de Controle responsvel por controlar as vrias funes que uma CPU pode executar. Ela formada de circuitos que realizam a busca de dados e instrues a partir da memria principal. Ela tambm controla o fluxo de dados dos registradores para a ULA e da ULA para os registradores.


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a Os caminhos que os dados seguem dentro da CPU formam a parte operativa. Na parte operativa, os dados trafegam atravs dos barramentos a partir dos registradores para a ULA e ento de volta para os registradores. Essa passagem completa de dados chamada de ciclo da parte operativa.

3.3 MemriasA memria um tipo de componente utilizado no projeto de computadores, cuja funo armazenar informaes que sero manipuladas pelo sistema.

So diversos tipos de memria disponveis variando em velocidade, capacidade de armazenamento e tecnologia de construo.

Um mesmo computador pode possuir diversos tipos de memria. Devido a grande variedade de memrias e diferentes necessidades (como desempenho) ao projetar um computador, praticamente impossvel projetar um computador com apenas um tipo de memria.

Os diferentes tipos de memria presentes em um computador podem ser organizadas hierarquicamente, seguindo uma relao Velocidade por Capacidade de armazenamento.

A figura 3 ilustra a hierarquia dos diferentes tipos de memria que so comuns em projeto de computadores.

Figura 3: organizao hierrquica dos tipos de memria.


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aSo diversos fatores que influenciam a produo de um determinado tipo de memria.

O tempo de acesso de uma memria indica o tempo que a memria leva para tornar uma informao disponvel, isto , desde o momento em que foi iniciada a operao de acesso at que a informao tenha sido efetivamente transferida para seu destino. Esses valores de transferncia variam de acordo com o tipo de circuito utilizado no projeto da memria.

A capacidade refere-se quantidade de informao que pode ser armazenada em uma memria. A unidade mais comum utilizada o byte. Dependendo do tamanho da memria, isto , de sua capacidade, utiliza-se valores numricos simplificados, atravs da incluso da nomenclatura M (mega), G (giga) ou T (tera).

Exemplos de nomenclatura para capacidades de diferentes tipos de memria:

A arquitetura x86 possui um registrador chamado EAX que possui 32 bits de capacidade.

Um CD-ROM possui a capacidade de 700 MB (mega bytes).

Um DVD-ROM possui a capacidade de 4,7 GB (giga bytes).

Um disco rgido (HD hard disk ou sua variao HDD hard disk drive) possui a capacidade de 1,5 TB (tera bytes).

A volatilidade indica se a memria mantm as informaes nela armazenadas sem o fornecimento de energia. A memria voltil aquela que perde a informao quando o equipamento desligado, por exemplo, em um computador desktop tradicional, tudo que est na memria principal perdido caso o computador seja desligado. Os registradores tambm so exemplos de memrias volteis.

A memria no voltil capaz de manter armazenadas informaes mesmo sem o fornecimento de energia. Por exemplo, um pen drive e um disco rgido so exemplos de memrias no volteis.

Por fim, a tecnologia de fabricao e o custo so aspectos considerveis no projeto de memrias. O custo est diretamente associado qualidade dos materiais utilizados que compreendem, por exemplo, nos condutores utilizados, nos materiais magnticos, dentre outros tipos de componentes. Em geral, tratando-se de memrias, quanto menor o componente (miniaturizao), mais avanada deve ser a tecnologia de fabricao e de maior qualidade devem ser os materiais.

Alm dos materiais utilizados, o tamanho da memria influencia diretamente no custo. O custo tende a elevar-se medida que a capacidade de armazenamento aumenta.


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a 3.4 RegistradoresOs registradores so unidades lgicas capazes de armazenar um determinado nmero de bits. Eles podem ser usados, por exemplo, para receberem (armazenar) o resultado resultante de uma operao aritmtica realizada pela ULA.

A figura 4 ilustra o esquema de um registrador de 4 bits.

Figura 4: exemplo da estrutura de um registrador.

Os detalhes internos e funcionamento do clock ser abordado no captulo Circuitos Lgicos Bsicos. Por enquanto voc precisa saber que o clock um tipo de sinal (valor lgico) que determina quando uma informao deve ser escrita ou no, neste caso, armazenada no registrador.

Alm do clock, o registrador ilustrado na figura possui quatro sinais de entrada e quatro sinais de sada. Os sinais de entrada no registrador receber um valor a ser armazenado no registrador. Os sinais de entrada sero utilizados pelo computador para ler o valor que est armazenado no registrador.

3.5 Memria CACHEAo longo do tempo, os processadores tornaram-se mais rpidos que as memrias. Sempre que o computador precisa fazer uma operao, ele deve buscar as informaes na memria, armazenar nos registradores, realizar a operao, e, devolver a informao para a memria.

Na tentativa de melhorar o desempenho, os processadores modernos incorporam em seus projetos memria cache. Devido a proximidade (fsica) ao processador, os dados em cache so acessados mais rapidamente se tivessem que serem obtidos na memria principal. Dessa forma, os dados mais utilizados pelo sistema so armazenados na memria cache at que no sejam mais necessrios.

Por fim, a memria cache possui um custo elevado em relao s demais tecnologias de memrias, com exceo dos registradores. Memrias cache internas ao processador so mais caras que as externas ao processador.


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a3.6 Memria principalA memria principal um dos principais componentes da arquitetura de von Neumann. A memria principal a memria bsica de um sistema computacional. nela que so armazenados os programas a serem executados pelo computador, sendo cada programa (ou aplicaes) caracterizado como um conjunto de instrues e dados.

Atualmente, o principal tipo de memria utilizado no projeto de computadores o RAM, que significa em ingls Random Access Memory, ou Memria de Acesso Remoto. A RAM um tipo de memria que permite a leitura e escrita de informaes de forma simultnea.

A figura 5 ilustra o chip de uma memria RAM.

Figura 5: exemplo de uma placa de memria RAM.

3.7 Memria secundriaNa base da hierarquia das memrias encontram-se os tipos de memrias como maior capacidade de armazenamento e de menor custo, em relao s memrias j apresentadas.

Um computador pode possuir diversas unidades de memria secundria, diretamente conectados ao computador para acesso, como por exemplo, um disco rgido ou outros equipamentos que podem ser conectados pelo usurio quando desejado, como por exemplo, os disquetes, que hoje em dia uma tecnologia obsoleta, cartes de memria ou at mesmo um pen drive.

A figura 6 ilustra diferentes tipos de tecnologias de armazenamento secundrio.


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a Figura 6: dispositivos de armazenamento secundrio.

Referncias bibliogrficasHennessy, John L. Organizao e projeto de computadores : a interface hardware/soft ware / John L. Hennessy, David A. Patt erson ; colaborao James R. Larus ; traduo Nery Machado Filho. 2. ed. Rio de Janeiro : LTC, 2000. xxii, 551 p., il. (5)

Monteiro, Mario A. Introduo a organizao de computadores / Mario A. Monteiro. 3. ed. Rio de Janeiro : LTC, 1996. 397 p., il.

Tanenbaum, Andrew S. Organizao estruturada de computadores / Andrew S. Tanenbaum ; traduo Nery Machado Filho. 4. ed. Rio de Janeiro : LTC, 2001. 398 p., il. (3) Tanenbaum, Andrew S. Organizao Estruturada de Computadores - 5 edio. (Biblioteca Virtual Pearson)

Stallings, William. Arquitetura e Organizao de Computadores - 8 edio. (Biblioteca Virtual Pearson)

Atividades1) Sobre Registradores correto afi rmar que:

I. Podem ser utilizados para armazenar o resultado de uma operao na ULA.

II. A gravao dos dados de entrada determinada pelo sinal do clock.

III. Sua estrutura pode ser utilizada no projeto de uma Memria.

Assinale a alternativa correta:

a) Apenas a I est correta.

b) Apenas a I e II esto corretas.

c) Apenas a II e III esto corretas.

d) Todas as alternativas esto corretas.


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a2) Sobre a memria principal, selecione a alternativa correta:

a) Seu estado mantido mesmo sem o fornecimento de energia ao computador.

b) Serve para armazenar instrues e dados.

c) So utilizadas no projeto de registradores.

d) Suas posies no possuem endereo bem defi nido.

3) Segundo a arquitetura de Von Neumann, a estrutura interna da CPU composta por:

I. Unidade de Controle

II. Memria RAM

III. Unidade Lgica Aritmtica

Assinale a alternativa correta:

a) Apenas a I est correta.

b) Apenas a II est correta.

c) Apenas a I e II esto corretas.

d) Apenas a I e III esto corretas.

4) Desenhe a arquitetura de Von Neumann.

5) Qual a diferena entre a memria RAM e um disco rgido em relao caracterstica volatilidade.

Gabarito 1) d

2) b

3) d


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a 4)

5) O disco rgido capaz de manter informaes nele previamente armazenadas mesmo sem o fornecimento de energia. A memria RAM mantm as informaes enquanto o computador ou equipamento estiver ligado. Se estas informaes no forem posteriormente persistidas em uma unidade de armazenamento secundrio, sero perdidas caso ocorra uma interrupo no fornecimento de energia.


4 SOFTWAREAnderson Ricardo Yanzer Cabral

Este captulo tem por objetivo contextualizar o aluno quanto ao conceito, o histrico e a evoluo do software. Nos primeiros computadores o conceito de programao estava estritamente ligado ao hardware. A programao era diretamente em componentes de hardware ou em linguagens de mquina. Com a evoluo dos computadores houve tambm um grande salto da variedade e complexidade dos softwares disponibilizados. Com o surgimento dos computadores pessoais o salto de diversidade de softwares foi imenso, pois deixou-se de produzir software somente para as aplicaes das empresas.

4.1 Conceito de SoftwareO Computador uma mquina que resolve problemas executando uma srie de comandos.

cada comando InstruoUm Programa (ou Software) um conjunto de instrues que descreve a maneira de se realizar uma tarefa.

Dentre algumas definies do que um software, podemos apontar que uma sequncia de instrues escritas (em linguagem especfica) para serem interpretadas por computadores com o objetivo de executar tarefas pr-determinadas. Para a computao, o software classificado como a parte lgica, cujo funcionamento est associado a fornecer instrues para as operaes do hardware. O hardware podemos entender como a parte fsica que constitui o computador, por exemplo, a CPU, a memria e os dispositivos de entrada e sada de dados (teclado, mouse, monitor, etc.).


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a Uma das principais formas de classificar os tipos de software dividi-los em: Soft ware Bsico: so programas que possuem como propsito controlar o

funcionamento do computador. Sem o soft ware bsico, o computador no pode ser utilizado, pois os demais soft wares no poderiam ser executados. O soft ware bsico responsvel pelo gerenciamento, funcionamento e execuo de todos os programas, sendo constitudo de sistema operacional e alguns programas utilitrios.

Soft ware Aplicativo: so os programas que possuem como propsito oferecer funcionalidades (aplicaes) ao usurio. Este tipo de soft ware facilita a utilizao do computador para realizao de tarefas dos usurios. So constitudos de programas de uso geral ou programas desenvolvidos com propsitos restritos.

4.1 Classificao de Softwares Bsicos

4.1.1 Sistema OperacionalTodo computador precisa de, no mnimo, um programa em execuo para que o computador possa ser utilizado. Este programa chamado de sistema operacional, que determina entre vrias tarefas, quais programas podem ser executados, quando, e que recursos (como memria, CPU e dispositivos de E/S) este poder utilizar.

O sistema operacional, tambm, fornece uma camada de abstrao sobre o hardware, possibilitando que outros programas tenham acesso ao hardware do computador, de forma transparente. Isso permite aos programadores escreverem programas sem a necessidade de conhecerem especificidades de todos os dispositivos eletrnicos do computador, como por exemplo, os discos e memria. Ou seja, um programa editor de texto, por exemplo, no precisa se preocupar em como escrever um dado no hard disk do computador, pois o sistema operacional ir realizar esta tarefa para o editor de texto.

O sistema operacional composto por um conjunto de programas de controle projetados para trabalhar com o hardware e com softwares aplicativos. As funes bsicas de um sistema operacional so: gerenciamento de programas; gerenciamento de discos; gerenciamento e distribuio de memria; tratamento e controle de dispositivos de entrada e sada (E/S) e fornecer interfaces de interao com o usurio.


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aOs tipos de sistemas operacionais podem, de uma maneira genrica, serem classificados:

Quanto ao nmero de usurios:

- Mono Usurio: opera para somente um nico usurio de cada vez. Exemplo: MSDOS

- Multiusurio: compartilha os recursos com mais de um usurio ao mesmo tempo. Exemplo: Windows, Linux, Unix,...

Quanto execuo de programas

- Monotarefa: executa apenas uma tarefa de cada vez. Exemplo: MSDOS

- Multitarefa Cooperativa: capaz de executar diversas tarefas simultaneamente. Exemplo: Windows 3.1

- Multitarefa Preemptiva: executa diversas tarefas ao mesmo tempo e, tambm, permite a recuperao do controle, caso um aplicativo em execuo apresente problemas. Exemplo: Linux, Windows 95 em diante, MAC OS 8 em diante.

Devido aos sistemas operacionais multitarefa, muitos computadores aparentam para o usurio estarem executando vrios programas ao mesmo tempo. Na realidade, a CPU executa as instrues de um programa por um curto perodo de tempo (time slice) e, em seguida, troca para outro programa e executa algumas de suas instrues. Esta troca, chamada de preempo, cria a iluso de que vrios programas esto sendo executados simultaneamente. O que acontece que o acesso CPU do computador (tempo) compartilhado entre os programas em execuo. Este compartilhamento de tempo e normalmente controlado pelo sistema operacional.

4.1.2 Programas UtilitriosSo tipos de programas que fornecem recursos (ferramentas) para auxiliar o usurio e executar tarefas de manuteno do sistema operacional. Os programas utilitrios esto, muitas vezes, includos com sistemas operacionais. Muitos utilitrios so considerados essenciais, como: editor de texto (bsico), backup, antivrus, firewall, desfragmentador, compactador, limpeza de disco, etc.

4.2 Classificao de Softwares AplicativosOs softwares aplicativos so todos aqueles que oferecerem funcionalidades (aplicaes) teis ao usurio. Tambm, pode-se afirmar que so todos aqueles que no so softwares bsicos. Estes podem ser divididos, por exemplo, em duas categorias:


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a - Horizontais: programas de uso geral que resolvem as necessidades de variados tipos de usurios. Exemplo: editores de texto, planilhas eletrnicas, bancos de dados, jogos, navegadores, editores de imagens, etc.

- Verticais: programas projetados para necessidades especfi cas de empresas e esto associados a alguma regra de negcio. So aplicativos normalmente customizados para determinada empresa, pois atende as especifi cidades desta. Podem partir de solues simples, como cadastros bsicos comuns em empresas, at sistemas complexos, como por exemplo, sistemas de gesto integrada de diversos setores da empresa.

Outra forma de classificar software quanto ao tipo de licena. Considerando que a maioria dos programas de computador tem direitos autorais protegidos, estas licenas de software podem ser:

- Comercial: o usurio deve pagar pelo uso do soft ware, existindo diversas formas de como acordar este pagamento, entre a empresa fornecedora e o usurio.

- Shareware: quando o usurio pode experimentar o soft ware por um perodo acordado, antes de comprar, se assim desejar.

- Freeware: o soft ware livre de direitos autorais, o usurio pode usar livremente, com a condio de que no poder vend-lo para obter lucro. Um exemplo clssico desta categoria o Linux.

Opensource, GPL e GNU: uma distribuio livre, de cdigo-fonte aberto e disponvel gratuitamente para download. O usurio tem total liberdade para fazer suas prprias alteraes e posteriormente os desenvolvedores podero utilizar esse cdigo no projeto seguindo o mesmo padro GPL (GNU Public License) que o formato padro Open-source

Domnio Pblico: sem direitos de explorao comercial.

4.3 Linguagem de Programao um conjunto de regras sintticas e semnticas usadas para definir um programa de computador. uma linguagem artificial, criada para dizer ao computador o que deve ser feito. Possui vocabulrio e conjunto de regras que o programador deve conhecer.

Assim como os computadores, as linguagens evoluram e tambm foram classificadas em geraes:

- Primeira Gerao: composta por linguagens que possuem estruturas de controle aparentemente orientadas a mquina com nmeros binrios (0s e 1s). Essa programao era extremamente trabalhosa, difcil, variava de computador


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apara computador, os programas no eram muito complexos, mas difceis de serem construdos. Essa programao era extremamente trabalhosa, difcil, variava de computador para computador, os programas no eram muito complexos, mas difceis de serem construdos;

- Segunda Gerao: baseada na Linguagem Assembly, chamada de linguagem de baixo nvel por operar diretamente recursos de hardware. Linguagem semelhante binria, mas o programador no necessitava conhecer linguagem binria da mquina. A segunda gerao elaborou melhor e generalizou diversas estruturas de controle das linguagens de primeira gerao. Uma das grandes contribuies desta gerao foram suas estruturas de nomes, que eram hierarquicamente aninhadas.

- Terceira Gerao: as linguagens comeam a operar com mais simplicidade e efi cincia. Uma linguagem tpica desta gerao a linguagem Pascal, que tambm foi muito utilizada para fi ns didticos. A preocupao deixa de estar no controla da mquina para passar para a aplicao. Deixa de existir a necessidade de entendimento de detalhes de funcionamento do computador.

- Quarta Gerao: So linguagens no procedurais. Buscam a capacidade de reutilizao de componentes para facilitar o trabalho de programao e aumentar a efi cincia na programao. Esta gerao essencialmente o sinnimo para linguagens com abstrao de dados. A maioria das linguagens de quarta gerao orientada a objetos.

Quinta gerao - Nesta gerao dada nfase para o paradigma funcional e o paradigma lgico onde temos linguagens mais voltadas para a Inteligncia artificial como as linguagens lgicas (Prolog) e para as linguagens funcionais (Lisp).

A ACM (Association for Computing Machinery), que uma das principais instituies norteadoras dos avanos na rea da computao tambm apresenta um sistema de classificao:

Linguagens aplicativas, ou de aplicao

Linguagens concorrentes, distribudas e paralelas

Linguagens de fl uxo de dados

Linguagens de projeto

Linguagens extensveis

Linguagens de montagem e de macro

Linguagens de microprogramao

Linguagens no determinsticas


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a Linguagens no procedurais

Linguagens orientadas a objeto

Linguagens de aplicao especializada

Linguagens de altssimo nvel

Quadro 1: Exemplos de Linguagens de Programao. Fonte: MAR et al., 2006

Exemplos de Linguagens de Programao

Linguagem Origem do nome Ano Comentrio

ADA Augusta ADA Byron (Lady Lovelace) 1979Derivada do Pascal, utilizada inicialmente para fins militares.

ALGOL ALGOrithmic Language 1960Primeira linguagem de programao estruturada, utilizada principalmente na resoluo de problemas matemticos.

APL A Programming Language 1961

Linguagem interpretada, utilizando um grande conjunto de smbolos especiais e sintaxe compacta. Utilizada principalmente por matemticos.

BASICBeginners All-Purpose Symbolic Instruction Code

1965Linguagem de programao de alto nvel muito popular, frequentemente utilizada por iniciantes na programao.

CSucessor da Linguagem B dos Laboratrios Bell

1972

Linguagem de programao compilada, estruturada, normalmente utilizada em muitos locais de trabalho uma vez que seus programas so portveis entre diversos tipos de computadores.

C++

Verso avanada de C, desenvolvida pelos laboratrios ATT Bell.

1985

C++ utilizada em diversas reas, como sistemas de contabilidade e finanas, e projeto auxiliado por computador. Suporta programao orientada a objetos.

COBOL COmmon Business-Oriented Language 1959

Linguagem de programao English-like, enfatizando estruturas de dados. Largamente utilizada no passado, especialmente em negcios.

FORTHFOuRTH-Generation language (4 GL)

1970Interpretada, linguagem estruturada, facilmente entendida. Permite muita funcionalidade em espao limitado.

Fortran FORmula TRANslation 1954

Inicialmente projetada para uso cientfico e de engenharia esta linguagem de alto nvel compilada atualmente utilizada em muitas reas. Introduz diversos conceitos como variveis, instrues condicionais e subrotinas compiladas separadamente.


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HTML HyperText Markup Language 1989Projetada para publicao de hipertextos na internet.

JAVA

Desenvolvedores da Sun beberam muito caf (marca Java) codificando esta linguagem

1990Originalmente desenvolvida para uso em set-top boxes, transferida para a World Wide Web em 1994.

LISP LISt Processing 1960

Uma linguagem de programao orientada a listas, utilizada principalmente para a manipulao de listas de dados. Linguagem interpretada, frequentemente utilizada em pesquisas cientficas, considerada linguagem padro para projetos de Inteligncia Artificial.

LOGOOriginada do Grego logos, significando palavra

1968

Linguagem de programao normalmente utilizada por crianas. Prov um ambiente simples de desenho e diversas caractersticas de alto nvel de Lisp. Uso educacional.

Modula-2

Linguagem MODULAr, projetada como segunda fase do Pascal (Niklaus Wirth criou ambas)

1980

Linguagem que enfatiza programao modular. Linguagem de alto nvel baseada em Pascal, caracterizada pela falta de funes padres e procedimentos.

Pascal

Blaise PASCAL, matemtico e inventor do primeiro dispositivo de computao

1971

Linguagem estruturada, compilada, baseada em Algol. Adiciona tipos de dados e estruturas com uma sintaxe simplificada. Como a linguagem C, uma linguagem padro de desenvolvimento em microcomputadores.

PERLPractical Extraction and Report Language

1988

uma linguagem de processamento de textos que parece uma combinao de C e diversos utilitrios de processamento de textos Unix.

PILOTProgrammed Inquiry, Language Or Teaching

1969

Linguagem de programao utilizada principalmente para a criao de aplicaes para computer-aided instruction. Contem uma sintaxe muito reduzida.


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PL/1 Programming Language One 1964

Projetada para combinar as caractersticas chaves do Fortran, COBOL, e ALGOL, uma linguagem de programao complexa. Linguagem estruturada, compilada e adaptada a multitarefa e tratamento de erros, utilizada em alguns ambientes acadmicos e de pesquisa.

SGMLStandard Generalized Markup Language

1986

Projetada como uma metalinguagem, utilizada como um padro internacional para a descrio de textos no formato eletrnico marcado.

SQL Structured Query Language 1986Projetado para a criao de bancos de dados complexos e acesso a dados em bancos relacionais.

VB Visual Basic 1990 utilizado na construo rpida de aplicaes contendo interface grfica.

XML Extensible Markup Language 1977Utilizado para a criao de documentos estruturados e pginas internet; est normalmente associado internet.

4.4 Algoritmo uma sequncia finita e ordenada de instrues e sem ambiguidade de passos, que levam resoluo de um dado problema. Algoritmos podem ser implementados em vrias linguagens de programao.

Um algoritmo no representa, necessariamente, um programa de computador, e sim os passos necessrios para realizar uma tarefa. Sua implementao pode ser feita por um computador, por outro tipo de autmato ou mesmo por um ser humano.

O conjunto de instrues que compem um algoritmo no to rico quanto o conjunto de instrues da linguagem humana. O computador tem apenas um limitado nmero de instrues bem definidas.

Os passos dos algoritmos devem ser: simples, sem ambiguidade estarem em uma ordem cuidadosamente definida. Como exemplo, vamos solucionar o problema de Trocar a lmpada queimada com a ajuda de um algoritmo:

Um primeiro algoritmo:

1. Remova a lmpada

2. Coloque a nova lmpada


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aUm algoritmo mais refinado seria:

1. Posicione a escada debaixo da lmpada queimada

2. Suba at que a lmpada possa ser alcanada

3. Gire a lmpada no sentido anti-horrio at que se solte

4. Escolha uma nova lmpada de mesma potncia da queimada

5. Posicione a nova lmpada no soquete

6. Gire-a no sentido horrio at que ela se fi rme

7. Desa a escada

A Figura 1 ilustra um algoritmo bastante simples.

Figura 1 Exemplo de algoritmo


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a Tambm podemos representar o algoritmo diretamente em uma linguagem de programao como no exemplo abaixo, onde o algoritmo implementado ir retornar a soma de dois valores, recebidos por parmetro, na linguagem pascal:

function Soma_Dois_Valores( A, B: Integer ): Integer; var Result : Integer; begin Result := A + B; Soma_Dois_Valores:= Result; end;

Atividade- Localize sites onde podem ser baixados (download) soft wares e verifi que os

tipos de licena disponveis

- Pesquise o que uma App Store (Application Store)

Exerccios 1) um tipo de soft ware bsico:

a) Editor de texto

b) Planilha Eletrnica

c) Sistema operacional

d) Folha de pagamento

e) nenhuma das respostas

2) um tipo de soft ware aplicativo:

a) Programa de backup

b) Desfragmentador de disco

c) Sistema operacional

d) Folha de pagamento

e) nenhuma das respostas


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a3) No funo do sistema operacional

a) Gerncia dos discos

b) Gerncia da memria

c) Gerncia de arquivos

d) Gerncia de dispositivos de E/S

e) Todas as respostas anteriores so funes do sistema operacional

4) Um soft ware que permite que o usurio experimentar por um perodo acordado, antes de comprar, um:

a) Freeware

b) Shareware

c) Comercial

d) Domnio Pblico

e ) nenhuma das respostas

5) Em relao gerao das linguagens de programao, pode-se afirmar que quanto mais nova a gerao, menor a preocupao com aspectos dos recursos de hardware, mais simples a linguagem e maior a preocupao com a reutilizao de cdigo.

( ) verdadeiro

( ) Falso

Referncias Bibliogrficas

BsicaACM. Association for Computing Machinery: Advancing Compunting as a Science & Profession. Capturado em htt p://www.acm.org. Maio, 2013.

CAPRON, H. L.; JOHNSON, J. A. Introduo Informtica. So Paulo: Pearson, 2004.



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a STALLINGS, William. Arquitetura e organizao de Computadores. So Paulo: Pearson Pratice Hall, 2010.

WEBER, R. F. Fundamentos de Arquitetura de Computadores. Porto Alegre: Sagra-Luzzatt o, 2000.

ComplementarBROOKSHEAR, J. Glenn. Cincia da computao: uma viso abrangente. Porto Alegre: Bookman, 2005.



Gabarito 1) c,

2) d,

3) e,

4) a,

5) verdadeiro


5 SISTEMA DE NUMERAOMauricio da Silva Escobar

Este captulo apresentar os conceitos e uma viso prtica sobre os principais sistemas de numerao, bases numricas e tcnicas de converso entre sistemas de numerao.

Toda informao processada por um computador, seja ela uma instruo (comando) para o computador ou um dado que ser processado possuem uma representao padro que possa ser entendida pelo computador, isto , interpretados e processados.

O formato mais simples de representao o binrio que utiliza os valores 0 e 1 combinados para formar uma informao. Dessa forma, a menor informao armazenada por um computador um dgito binrio, tambm conhecido como bit. O bit consequentemente, pode assumir somente o valor 0 ou 1.

O computador utiliza combinaes de bits para formar uma informao a ser processada. Por exemplo, se um programa deseja somar os nmeros 2 e 3 por exemplo, primeiro ele deve converter individualmente esses nmeros para uma representao uniforme (cadeias de bits) para ao final realizar a operao aritmtica.

Outra conveno bastante utilizada na indstria a utilizao do termo byte. Um byte consiste de uma informao formada por uma cadeia de 8 bits. Voc deve estar acostumado com os termos utilizados pelo mercado quando divulga equipamentos de armazenamento, como por exemplo, um disco de 1 giga bytes o simplesmente 1GB. Outra indicao bastante utilizada a abreviatura MB, que a abreviatura do termo mega byte.

A forma mais utilizada para a representao numrica conhecida como notao posicional. A notao posicional indica que a posio em que um algarismo aparece


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a em um nmero define seu valor. O valor total desse nmero consiste dessa forma da soma dos valores relativos a cada algarismo.

A base de um nmero indica o nmero de smbolos que ela possui, que combinados, servem para formar um determinado nmero.

Principais sistemas de numerao e seus respectivos smbolos:

A base binria possui dois smbolos: 0 e 1.

Base decimal possui dez smbolos: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 e 9.

Base hexadecimal possui dezesseis smbolos: 0 a 9, A, B, C, D e E.

Todos esses sistemas de numerao so posicionais, isto a posio onde cada algarismo aparece em um nmero influencia no valor do nmero.

Considere o exemplo a seguir:

123 na base decimal, ou representado da seguinte forma para deixar explcita a base (123)10.

Neste exemplo o nmero composto por trs algarismos: 1, 2 e 3 e , cada algarismo assume um valor correspondente posio em que ele aparece no nmero.

O algarismo 3 (mais direita) representa 3 unidades. Seu valor absoluto 3. O algarismo 2 representa a potncia 1 da base 10, isto :

2 x 101 = 20.

Por fim, o valor 1 representa a potencia 2 na base 10, isto :

1 x 102 = 100

Para determinar o valor total do nmero basta somar o resultado de suas potncias:

(1 x 102) + (2 x 101) + (3 x 100) = 123

O exemplo a seguir representa um nmero em base hexadecimal (base 16):

(FA)16A determinao do seu valor similar ao exemplo anterior, que determinou o nmero em representao decimal.

Deve-se calcular individualmente cada algarismo considerando sua potncia na base em considerao, como a seguir:

(F x 161) + (A x 160)

O smbolo F neste caso, representa o valor decimal 15, sendo assim:

15 x 161 = 240


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aO smbolo A representa o valor decimal 10, sendo assim:

10 x 160= 10

O valor resultante pode ser expresso como:

240 (potncia 1) + 10 (potncia 0) = 250 em decimal.

5.1 Converso de basesA seo anterior introduziu a noo de sistema de numerao e a representao de um nmero utilizando uma base numrica em notao posicional.

Nesta seo sero apresentados os principais mtodos de converso entre as bases numricas decimal binria e hexadecimal.

Decimal BinrioA forma mais intuitiva para converter um nmero decimal para binrio (base 2) montar uma tabela onde cada coluna representa uma das potncias de 2, da direita para a esquerda, como no exemplo:

2n 25 24 23 22 1 21 20

... 32 16 8 4 2 1

...

Para converter, voc deve preencher a tabela com 0s e 1s de forma que soma dos decimais das casas em 1 seja igual ao nmero decimal desejado.

Exemplo, converter o nmero (38)10 para binrio:

2n 25 24 23 22 1 21 20

... 32 16 8 4 2 1

... 1 0 0 1 1 0

32 + 4 + 2 = 38

Logo, o nmero binrio resultante : (100110)2

Binrio DecimalPara converter de binrio para decimal voc pode utilizar a mesma tabela (potncias de 2) e somar os valores em decimal das colunas onde ocorre o valor binrio 1 na tabela.


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a Exemplo:

Converter o nmero (1001110)2 para decimal.

Passo 1 montar a tabela:

O nmero apresentado representado em 7 bits, dessa forma a tabela deve conter 7 colunas, como mostrado a seguir.

26 25 24 23 22 1 21 20

64 32 16 8 4 2 1

Passo 2 transpor o valor binrio na tabela.

2n 25 24 23 22 1 21 20

64 32 16 8 4 2 1

1 0 0 1 1 1 0

Passo 3 somar os valores decimais respectivos s colunas com valor binrio em 1.

2n 25 24 23 22 1 21 20

64 32 16 8 4 2 1

1 0 0 1 1 1 0

64 + 8 + 4 + 2 = (78)10

Decimal HexadecimalA converso de um nmero decimal para hexadecimal ocorre atravs de divises (inteiras) sucessivas pela base, isto , pelo nmero 16.

Lembre-se que em uma diviso temos 4 elementos, como ilustrado na figura a seguir:

Dividendo 10 3 Divisor 9 3 Quociente Resto 1


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aNa converso de decimal para hexadecimal precisaremos de todos os restos e do ltimo quociente utilizados nas divises sucessivas para determinar qual ser o nmero resultado em base hexadecimal. Considere o exemplo a seguir:

Converter o nmero (80)10 para hexadecimal.

Dividendo 80 16 Divisor 80 5 Quociente Resto 0 Ao determinar que no mais possvel realizar uma diviso inteira, isto , chegamos ao final do processo, devemos utilizar o quociente final e os restos obtidos em ordem inversa. Dessa forma, em relao ao exemplo anterior, o nmero resultado ser (50)16.

Considere o segundo exemplo:


12 16 0 0 12

O valor resultado 12, que representado pelo smbolo C em hexadecimal. A resposta correta ento nmero (0C)16.

Considere agora um nmero maior, que exercita a construo de um nmero hexadecimal com mais de dois algarismos.


1480 16 1472 92 16 8 80 5 16 12 0 0 5

Agrupando os elementos em ordem inversa a partir do ltimo quociente obtemos os nmeros 0, 5, 12 e 8. Lembrando que 12 o smbolo C, obtemos como valor final o nmero (5C8)16. O zero a esquerda pode ser desconsiderado, simplificando o nmero para somente 3 algarismos.

Hexadecimal DecimalA converso de hexadecimal para decimal similar converso para binrio. Deve-se multiplicar cada algarismo do nmero hexadecimal pela sua base


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a elevado na sua posio, somando-se ao resultado final. Considere os exemplos a seguir:

Converter o nmero (F5)16 para decimal.

Lembrando que F equivale ao nmero 15 em decimal.

(15 x 161) + (5 x 160) = (245)10

Converter o nmero (5C8)16 para decimal.

(5 x 162) + (12 x 161) + (8 x 160) =

1280 + 192 + 8 = (1480)10

Binrio HexadecimalAntes de vermos como converter um nmero binrio para hexadecimal importante ressaltarmos uma propriedade importante sobre como representar um nmero hexadecimal em binrio.

Um bit assume o valor 0 ou 1. O menor nmero hexadecimal, isto , de 1 dgito, pode assumir o valor 0 a F (0 a 15). Dessa forma, para representar 1 dgito hexadecimal so necessrios pelo menos 4 bits.

Entendida essa propriedade, para realizar a converso de um nmero binrio para hexadecimal basta converter, da direita para esquerda, de 4 em 4 bits.

Exemplo: converter o nmero (11100101)2 para hexadecimal.

Valor original (1110 0101) Converter os primeiros 4 bits 0101 = 5 Converter os prximos 4 bits 1110 = E Agrupar os resultados (E5)16

Hexadecimal BinrioA converso de hexadecimal para binrio ocorre convertendo-se individualmente cada dgito (utilizando 4 bits), concatenando-se o nmero binrio resultante ao nmero final.

Exemplo: converter o nmero (9E)16 para binrio.

9 = (1001)2 E = (1110)2


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aDessa forma, basta concatenar os valores parciais para formar o valor final.

(9E)16 igual ao valor 10011110 em binrio.

5.2 Nmeros binrios com sinalExistem algumas formas de representar nmeros binrios com sinal. A forma mais utilizada chamada de Complemento de 2. O complemento de 2 uma representao que utiliza o bit mais significativo, isto , o mais a esquerda de um nmero binrio para representar seu sinal. O nmero ser negativo se este bit estiver em 1 e no negativo se estiver em zero.

Para determinar o valor decimal de um nmero negativo em complemento de 2 basta inverter o valor de todos os bits e somar o valor 1 em binrio. A tabela a seguir ilustra a utilizao de complemento de 2 para representar nmeros binrios de 4 bits.

0000 0 1000 -8

0001 1 1001 -7

0010 2 1010 -6

0011 3 1011 -5

0100 4 1100 -4

0101 5 1101 -3

0110 6 1110 -2

0111 7 1111 -1

Este captulo apresentar os procedimentos para adio e subtrao de nmeros binrios.

5.3 Soma binriaA soma binria similar soma de nmeros decimais, isto , soma-se individualmente cada algarismo. A nica diferena que em binrio h somente dois algarismo disponveis, o 0 e o 1.


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a Considere as regras de soma abaixo:

a) 0 + 0 = 0

b) 0 + 1 = 1

c) 1 + 0 = 1

d) 1 + 1 = 1 e vai 1

O vai 1 indica que houve um excedente na soma que deve ser considerado no prximo algarismo.

Considere os exemplos a seguir:

5.4 Subtrao binriaA subtrao binria um pouco mais complicada em relao soma binria devido a limitao de valores (apenas 0 e 1). Dessa forma ao subtrair 0 por 1 devemos pedir emprestado ao primeiro algarismo esquerda que for diferente de zero.

Considere os exemplos a seguir:


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aA partir da direita para esquerda:

a) 1 1 = 0

b) 0 1 no possvel. Devemos retirar o prximo 1 da esquerda passando-o para a direita para aumentar a ordem do valor, isto , passando-o por exemplo para o valor 2 (em binrio).

a. Logo, 2 1 = 1

c) 0 0 = 0

d) 1 0 = 0

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