CAPÍTULO 1 - HISTÓRICO E CONCEITOS BÁSICOS

1.1. HISTÓRICO E EVOLUÇÃO DOS COMPUTADORES

A tarefa de processar dados consiste em tomar certa informação, processá-la e obter o resultado desejado.

Desde que o homem começou a processar dados, ele tentou construir máquinas para ajudá-lo em seu trabalho. O computador eletrônico é um dos resultados das pesquisas e tentativas que vêm sendo realizadas através dos séculos, sendo um dos principais produtos desenvolvidos pela ciência no século XX.

O ábaco pode ser considerado como a primeira calculadora digital e é basicamente uma forma mecanizada de contar seixos. Pequenas bolas furadas deslizando sobre uma vara de bambu foram os substitutos dos seixos. O primeiro desses ábacos apareceu na China dois mil anos atrás, contudo em algumas partes da Ásia eles ainda continuam em uso.

O matemático, filósofo e escritor francês Blaise Pascal inventou em 1642 a primeira calculadora mecanizada - as máquinas mecânicas tipo Facit e Schubert são modelos sofisticados desta máquina primitiva - para efetuar adições e subtrações.

De 1671 a 1694 o filósofo e matemático Gottfried Wilhelm Von Leibnitz aprimorou o desenvolvimento de Pascal: desenvolveu uma calculadora que era capaz de multiplicar e dividir diretamente.

Faz pouco mais de um século que Charles Babbage, matemático inglês, projetou uma máquina inspirada nos mesmos princípios básicos dos computadores eletrônicos de hoje. Sua primeira máquina, a que ele denominou de máquina residual, era uma máquina relativamente simples que podia gerar, automaticamente, tabelas com uma aproximação de até seis casas decimais. Ao concluir seu trabalho em 1822, ganhou a Medalha de Ouro da Real Sociedade Astronômica Britânica. Era intenção de Babbage construir uma máquina capaz de trabalhar sobre um programa planejado de antemão e cujas instruções pudessem ser dadas por meio de fitas perfuradas. Sua criação incluía também um sistema de “armazenamento” de informações, uma unidade aritmética, um dispositivo para dar entrada às instruções e dados e outro que daria saída aos resultados impressos, e ser-lhe-ía possível, em um determinado momento, ser capaz de tomar uma decisão própria (unidade lógica). A este projeto que somente em meados do século atual pode ser desenvolvido, Babbage chamou de Máquina Analítica.

Em 1937, Howard G. Aiken começou a construir uma máquina capaz de calcular integrais e diferenciais, utilizando relês e outros dispositivos eletromecânicos. A máquina começou a funcionar em 1944 e foi chamada de MARK I - foi retirado do serviço ativo em 1959. Possuía 78 diferentes dispositivos ou unidades interligados por mais de 800.000 metros de fios elétricos.

Em 1946, entrou em funcionamento o primeiro computador digital eletrônico, chamado ENIAC (Eletronic Numerical Integrator And Calculator). Possuía 19.000 válvulas, 1500 relês, diversos resistores, capacitores, indutores, consumindo cerca de 200Kwh. Sua memória podia registrar até 20 números de 10 dígitos cada um. Sua programação era feita conectando-se tomadas através de fios e pinos como num painel de telefonista.

Ainda em 1946, John Von Neumann sugeriu que as instruções e os dados necessários fossem acumulados dentro da memória do computador ao mesmo tempo em que a máquina deveria ter condição para modificar - em casos necessários - essas instruções (programa) sob controle de um programa previamente inserido (o sistema monitor).

A primeira máquina baseada nesta proposta foi a EDVAC (Eletronic Discrete Variable Automatic Computer), construída em 1948. A partir daí surgiram os primeiros computadores em escala comercial, sendo que o precursor foi o UNIVAC, utilizado com sucesso no censo de 1951 nos EUA.

Os primeiros computadores descritos nos itens anteriores utilizavam circuitos eletromecânicos e válvulas. O aparecimento do transistor trouxe redução de tamanho e de custo além de ganho em robustez e confiabilidade. Em seguida vieram os computadores usando circuitos integrados, com maior capacidade de cálculo e novamente menores, mais baratos, mais robustos e confiáveis. A utilização de VLSI (Very Large Scale Integration) mais uma vez causou revolução no mundo dos computadores. Chegamos aos dias atuais com a popularização dos microcomputadores nos últimos dez anos - associado a um grande avanço tecnológico na área de telecomunicações (só conseguido graças à capacidade dos atuais computadores): da associação das telecomunicações com os computadores surgiram as redes de computadores.

1.2 - CONCEITOS BÁSICOS

Em informática, a exemplo do que acontece nas demais áreas técnicas do conhecimento, existe um vocabulário básico que deve ser conhecido por todos aqueles que desejam adquirir conhecimentos a esse respeito. Ao longo do texto os novos termos serão definidos tão logo sejam referenciados, no entanto, existe um pequeno glossário de termos que será apresentado a seguir, antecipando-se ao seu aparecimento no texto, em função de sua relevância para a área.

1.2.1. TERMINOLOGIA BÁSICA EM INFORMÁTICA

ALGORITMO - conjunto finito de instruções, numa determinada seqüência, que quando é executado leva à solução de um problema. Pode ser representado utilizando-se uma linguagem natural (tal como Português, Inglês, etc.), uma pseudolinguagem (por exemplo, um subconjunto do Português) ou ainda uma Linguagem de Programação (tal como PASCAL, FORTRAN, COBOL, DELPHI, CLIPPER).

ARQUIVO - um conjunto de dados, geralmente relacionados, considerados como uma unidade e armazenados em um dispositivo físico segundo algum critério de organização. Os arquivos podem estar em uma forma legível por humanos ou legível apenas por máquinas. No nosso caso, os arquivos serão armazenados em meio magnético - em disquete ou em no disco rígido do computador (também conhecido como Winchester).

BIT - forma abreviada de binary digit, corresponde à menor unidade de informação que pode ser manipulada por um computador. Em um BIT podemos armazenar um dígito binário - 0 ou 1 no sistema binário de numeração.

BYTE - conjunto de bits, normalmente oito (8), capaz de representar um caráter (letra, dígito ou símbolo especial). É a unidade utilizada como medida da capacidade da memória dos computadores.

COMPILADOR - um programa que realiza a compilação. Tem duas atribuições básicas: 1) verificação da sintaxe dos comandos (instruções) de um programa escrito em uma determinada Linguagem de Programação (Programa Fonte) e 2) geração de um programa equivalente em linguagem que a máquina entenda diretamente (Programa Objeto). Em função destas características é que os compiladores geralmente são específicos para as linguagens de programação e para os equipamentos a que se destinam.

COMPILAR - efetuar a compilação de um programa fonte. Consiste em verificar a sintaxe dos comandos do programa fonte e preparar o programa equivalente em linguagem de máquina, utilizando a estrutura lógica global do programa original, com auxílio de um compilador.

CPU - Central Processing Unit - Unidade Central de Processamento.

DOS - Disk Operating System - um termo genérico para descrever qualquer Sistema Operacional que é carregado a partir de disco magnético toda vez que a máquina é ligada ou reinicializada (através de uma operação de Reset).

EDITOR DE TEXTOS - um programa, parte do software básico, que visa facilitar a criação de arquivos de texto e sua edição (modificação de arquivos de texto existentes) tanto para uso interno como para impressão ou exibição. O Word for Windows é um exemplo de editor de textos.

HARDWARE - representa a parte física (equipamentos) de uma configuração de computador - sendo constituído dos seus componentes mecânicos, elétricos e eletrônicos - incluindo quaisquer equipamentos periféricos tais como impressora, teclado, modem e mouse.

INTERNET - Rede gigantesca e mundial que conecta centena de milhares de computadores, cada um dos quais podendo estar conectado à sua própria rede local de computadores. Através da INTERNET você pode enviar correio eletrônico para outros usuários; trocar mensagens com membros de grupos de discussão sobre assuntos de interesse especial; pesquisar informações sobre qualquer que seja o assunto; transferir arquivos; ou ainda, criar “home page” com as mais variadas informações.

LINGUAGEM DE PROGRAMAÇÃO - conjunto bem definido de símbolos, regras sintáticas e semânticas utilizado para escrever programas de computador. Em função de suas peculiaridades, cada linguagem de programação tem seu próprio compilador para cada família de equipamentos.

MS-DOS - Sistema Operacional em Disco, desenvolvido pela Microsoft.

PASCAL - uma linguagem de programação de alto nível voltada para o desenvolvimento de programas utilizando a técnica de Programação Estruturada. A Linguagem PASCAL foi desenvolvida na Universidade Técnica de Zurique - Suíça, no final da década de sessenta e início da década de setenta, pelo professor Niklaus Wirth (nascido em Winterthur - Suíça, em 1934). O nome da Linguagem é uma homenagem ao matemático e filósofo francês Blaise Pascal que construiu a primeira calculadora mecânica (em 1642) para efetuar adições e subtrações.

PLANILHA ELETRÔNICA - um programa comumente usado para elaboração de orçamentos, planejamentos e outras tarefas relacionadas com finanças. O Microsoft Excel é um exemplo de planilha eletrônica.

PROGRAMA - O mesmo que Software; uma seqüência de instruções que pode ser executada por um computador. Um algoritmo escrito em uma linguagem de programação.

SISTEMA OPERACIONAL - O software responsável por controlar a alocação e o uso dos recursos de hardware tais como memória, tempo de CPU, espaço em disco, e demais dispositivos periféricos. O Windows 95, o Windows 3.1, e o MS-DOS são exemplos de Sistemas Operacionais para microcomputadores.

SOFTWARE - conjunto de programas, rotinas, sistemas operacionais, compiladores e utilitários que juntamente com a parte física do computador (Hardware) coloca-o em condições de ser utilizado. O mesmo que programa.

VÍRUS - um programa que infecta arquivos de computador (geralmente outros programas executáveis) através da inserção de cópias de si próprio nestes programas. Isto é feito usualmente de maneira que as cópias serão executadas quando o arquivo está carregado na memória, permitindo então infectar ainda outros arquivos, e assim por diante.

WINDOWS - nome de rua para Microsoft Windows, um sistema operacional multi-tarefa, com interface gráfica. Roda em computadores baseados no MS-DOS.

1.2.2. ORGANIZAÇÃO INTERNA E FUNCIONAMENTO

Os computadores digitais funcionam sob o comando de programas (Software). Estes programas podem ser classificados, de modo simplificado, em duas grandes categorias: 1) o software básico, formado pelos compiladores, sistemas operacionais e demais rotinas que visam facilitar a comunicação do usuário com o equipamento e 2) o software aplicativo, formado por sistemas - são conjuntos de programas para automatização de determinadas tarefas repetitivas - e por programas isolados, desenvolvidos pelo usuário ou adquiridos na forma de pacotes. De modo geral a ação dos computadores obedece ao esquema:

A entrada é feita através das Unidades (equipamentos) de Entrada. Os computadores podem dispor, isolada ou agrupadamente, de vários tipos de Unidades de Entrada. As unidades de entrada mais comuns atualmente são: Teclado, Unidade de Disco Flexível, Unidade de Disco Rígido, Unidade de Fita Magnética e Unidade de Leitura Ótica.

É através das Unidades de saída que o computador fornece as mais variadas formas de resultados para o usuário. As unidades de saída mais usuais são o monitor de vídeo, a impressora, unidade de disco flexível, unidade de disco rígido, unidade de fita magnética e plotter (traçador de gráficos).

O processamento das informações é efetuado na Unidade Central de Processamento (CPU). A CPU é formada basicamente pela Unidade de Lógica e Aritmética, Unidade de Controle, e Memória Principal.

O programa a ser executado e também os dados que estiverem sendo processados em um determinado instante, estarão armazenados na memória principal. A capacidade de armazenamento da memória principal é um dos parâmetros utilizados tanto para dimensionar uma configuração de computador quanto para estabelecer comparações entre duas configurações. A quantidade mínima de memória necessária para armazenar um caráter é o byte. Cada grupo de 1024 bytes é chamado de Kilobyte ou Kbyte. A capacidade das memórias geralmente é expressa em Kbytes.

Como a memória principal é volátil, todas as informações ali armazenadas serão destruídas caso ocorra interrupção do fornecimento de energia elétrica. Para minimizar os prejuízos com tais interrupções, utilizam-se as memórias auxiliares (ou memórias secundárias).

As memórias auxiliares são de baixo custo, capacidade ilimitada de armazenamento - visto que podem ser mantidas "OFF- LINE", e não são voláteis. Sua principal desvantagem em relação às memórias principais é a velocidade menor de armazenamento e de recuperação de informações. Os discos flexíveis, os discos rígidos e as fitas magnéticas são os exemplos mais comuns de memórias auxiliares.

A Unidade de Lógica e Aritmética é encarregada da interpretação e da execução das instruções dos programas (escritos ou não pelo usuário) sendo também chamada de processador.

A Unidade de Controle coordena e controla o funcionamento simultâneo da memória principal e das Unidades de Entrada e Saída. É a Unidade de Controle que gerencia o fluxo dos dados (qualquer informação codificada será chamada de dado) entre a memória principal e as unidades de entrada/saída de dados.

1.2.3. RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS COM AUXILIO DO COMPUTADOR

Para resolver problemas utilizando o computador como ferramenta de apoio, vários passos devem ser sempre seguidos. Inicialmente, identifica-se exatamente o problema a ser resolvido. O conjunto de procedimentos a ser automatizado deve levar à solução do problema antes de se tentar efetuar a automação.

Deve ser lembrado sempre que o computador é muito útil tanto para processar rapidamente grande quantidade de informações, quanto para efetuar cálculos repetitivos e que envolvem muitos números - sempre com muita segurança. No entanto, é necessário que haja total domínio e conhecimento dos métodos e procedimentos que serão automatizados. Após a delimitação da área de abrangência do problema a ser automatizado, deve ser efetuada uma análise detalhada do problema de modo a quebrá-lo em subproblemas. De maneira análoga e recursiva, cada subproblema deve ser dividido em subproblemas até que cada subproblema possa ser tratado como uma tarefa indivisível e cuja solução possa ser visualizada de maneira global. Finalmente, para cada tarefa indivisível deve ser construído um algoritmo a ser transformado em um programa de computador.

Após o algoritmo ter sido representado em alguma linguagem de programação e testado através de conferência visual, é chegada a hora de sua implementação em computador. Inicialmente, o algoritmo que já estará escrito em alguma linguagem de programação e será, portanto, um programa de computador, será digitado. Após a digitação, seguidamente serão executados os seguintes passos, até que a solução seja satisfatória:

1 - Compilação do Programa Fonte.

2 - Se encontrar erro de sintaxe, corrigir e voltar ao passo 1.

3 - Executar o programa fornecendo os dados necessários para teste. Não esqueça as fronteiras e as exceções.

4 - Analisar resultados. Esteja atento ao fato de que os programas são determinísticos e os resultados previsíveis. Alterar o programa se necessário e, neste caso, voltar ao passo 1.

5 - Quando o programa estiver aparentemente correto, solicite a outro programador para testá-lo para você. Volte ao passo 1 se fizer alguma modificação no programa.

6 - Aparentemente o seu programa resolve o problema para o qual foi desenvolvido. Teste-o EXAUSTIVAMENTE para dados reais e volte ao passo 1 sempre que fizer alguma mudança no programa.

7 - Foi gratificante chegar aqui! Não perca tempo: inicie a elaboração de seu próximo programa. Lembre-se que cada problema, por maior que seja, pode ser resolvido com a ajuda de vários programas pequenos.

1.3. EXERCÍCIOS PROPOSTOS

1. O que é um algoritmo?

2. O que é um compilador?

3. O que é um programa de computador?

4. O que é hardware?

5. O que é software?

6. O que são unidades de entrada?

7. O que são unidades de saída?

8. O que é um erro de compilação?

9. O que é um erro de execução?

10. O que é um programa fonte?

11. O que é um programa objeto?

12. Que passos devem ser seguidos para resolver um problema com auxílio de um computador?

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