História da Computação - 1
A computação moderna nos permite realizar ações simples com poucos passos, sem que precisemos saber como elas são feitas. Quase tudo está encapsulado e normalmente pronto para uso, no entanto, como programador, é quase necessário saber como as coisas realmente funcionam por “baixo dos panos” e compreender os motivos históricos que levaram ao desenvolvimento das tecnologias que usamos hoje.
E por quê?
Computadores são máquinas complexas com o propósito de computar, contar e calcular. Para esse texto que você está lendo nesse exato momento estar tela do seu dispositivo, muitas coisas foram abstraídas e simplificadas. Entender a história nos ajuda a compreender o “por quê” de as coisas serem abstraídas como são.
1600 - 1615
Sistema binário de Thomas Harriot (1600 - 1615):
Os manuscritos de Thomas Harriot continham uma tabela de números binários, que demonstrava que qualquer número poderia ser escrito em um sistema de base 2.
| Decimal | Representação binária (Harriot) | Notas |
|---|---|---|
| 1 | 1 | Unidade |
| 2 | 10 | 1 × 21 + 0 × 20 |
| 3 | 11 | 1 × 21 + 1 × 20 |
| 4 | 100 | 1 × 22 |
| 5 | 101 | 1 × 22 + 0 × 21 + 1 × 20 |
| 6 | 110 | 1 × 22 + 1 × 21 |
| 7 | 111 | 1 × 22 + 1 × 21 + 1 × 20 |
| 8 | 1000 | 1 × 23 |
Ele escrevia esses números como combinações de potências de 2, descrevendo cada número como uma soma, isto mostra que Harriot compreendia a lógica posicional binária, mesmo que não a formulasse simbolicamente como Leibniz faria um século depois. Antecipando o uso da base 2 como um sistema de contagem completo.
1642 - 1703
Pascalina (1642):
Inventada por Blaise Pascal, a Pascalina podia realizar adições e subtrações por meio de engrenagens e rodas numeradas. Foi uma das primeiras tentativas de automatizar cálculos aritméticos.
A calculadora de Pascal foi especialmente bem-sucedida no projeto de seu mecanismo de transporte, que adiciona 1 a 9 em um mostrador e carrega 1 para o próximo mostrador quando o primeiro mostrador muda de 9 para 0. Sua inovação tornou cada dígito independente do estado do mostrador, permitindo que vários carregamentos passem rapidamente de um dígito para outro, independentemente da capacidade da máquina. Pascal também foi o primeiro a encolher e adaptar para sua finalidade uma engrenagem de lanterna, usada em relógios de torre e rodas d'água. Essa inovação permitiu que o dispositivo resistisse à força de qualquer entrada do operador com muito pouco atrito adicionado.
Calculadora Escalonada (1673):
Inventada por Gottfried Wilhelm Leibniz, esta máquina podia realizar adição, subtração, multiplicação e divisão. Utilizava um mecanismo de rodas escalonadas para facilitar esses cálculos, Seu mecanismo de engrenagens de precisão, no entanto, estava um pouco além da tecnologia de fabricação da época, problemas mecânicos, além de uma falha de projeto no mecanismo de transporte, impediam que as máquinas funcionassem de forma confiável.
Sistema binário moderno (1703):
Leibniz simplificou o sistema binário e articulou propriedades lógicas como conjunção, disjunção, negação, identidade, inclusão e o conjunto vazio. Ele antecipou a interpolação lagrangiana e a teoria da informação algorítmica. Seu cálculo ratiocinator antecipou aspectos da máquina de Turing universal.
- Objetivo: Representar números usando apenas dois dígitos.
- Natureza: Númerica e Posicional.
1804 - 1854
Máquina Jacquard (1804):
Uso de cartões perfurados para controlar padrões. A ideia de programar uma máquina por meio de cartões influenciou diretamente projetos posteriores da computação.
A Máquina Jacquard é um dispositivo acoplado a um tear que simplifica o processo de fabricação de tecidos com padrões complexos. O conjunto resultante do tear e da máquina Jacquard é então chamado de tear Jacquard. A máquina era controlada por uma "corrente de cartões", vários cartões perfurados unidos em uma sequência contínua. Várias fileiras de furos eram perfuradas em cada cartão, com um cartão completo correspondendo a uma fileira do desenho.
Máquina Diferencial (1822)
Máquina Analítica (1837)
A Máquina Diferencial foi projetada para calcular e imprimir tabelas matemáticas automaticamente, reduzindo erros humanos. Utilizava o método das diferenças finitas para realizar cálculos polinomiais.
Em matemática, um polinômio é uma expressão matemática composta por indeterminadas e coeficientes, que envolve apenas as operações de adição, subtração, multiplicação e exponenciação a potências inteiras não negativas, e possui um número finito de termos.
A Máquina Analítica foi um projeto mais ambicioso, concebido como um computador de uso geral. Incluía uma unidade de processamento, memória e podia ser programada usando cartões perfurados, inspirados na Máquina Jacquard. Para a saída, a máquina teria uma impressora, um plotador de curvas e uma campainha. A máquina também seria capaz de perfurar números em cartões para serem lidos posteriormente. Ela empregava aritmética de ponto fixo de base 10 comum. Haveria um armazenamento (isto é, uma memória) capaz de armazenar 1.000 números de 40 dígitos decimais cada, cerca de 16.6kB. Uma unidade aritmética (o "moinho") seria capaz de realizar todas as quatro operações aritméticas, além de comparações e, opcionalmente, raízes quadradas.
Moinho: Como a unidade central de processamento (CPU) em um computador moderno, o moinho dependeria de seus próprios procedimentos internos, aproximadamente equivalentes ao microcódigo em CPUs modernas, armazenados na forma de pinos inseridos em tambores giratórios chamados "barris", para executar algumas das instruções mais complexas que o programa do usuário pudesse especificar.
A linguagem de programação a ser utilizada pelos usuários era semelhante às linguagens de montagem modernas. Laços e ramificações condicionais eram possíveis, e a linguagem, como concebida, teria sido Turing-completa, conforme definida posteriormente por Alan Turing. Três tipos diferentes de cartões perfurados eram usados: um para operações aritméticas, um para constantes numéricas e um para operações de carga e armazenamento, transferindo números do armazenamento para a unidade aritmética ou vice-versa. Havia três leitores separados para os três tipos de cartões. Babbage desenvolveu cerca de duas dúzias de programas para a máquina analítica entre 1837 e 1840, e um programa posteriormente. Esses programas tratam de polinômios, fórmulas iterativas, eliminação gaussiana e números de Bernoulli.
Augusta Ada Byron King:
também conhecida como Ada Lovelace, foi uma matemática e escritora inglesa, principalmente conhecida por seu trabalho no computador mecânico de uso geral proposto por Charles Babbage, a Máquina Analítica. Ela foi a primeira a reconhecer que a máquina tinha aplicações além do cálculo puro. Ada Lovelace é por vezes considerada a primeira programadora de computadores.
Entre 1842 e 1843, Lovelace traduziu um artigo do engenheiro militar Luigi Menabrea sobre a Máquina Analítica, complementando-o com sete longas notas explicativas. Essas notas descreviam um método de utilização da máquina para calcular os números de Bernoulli, frequentemente considerado o primeiro programa de computador publicado.
Ela também desenvolveu uma visão da capacidade dos computadores de irem além do mero cálculo ou processamento de números, enquanto muitos outros, incluindo o próprio Babbage, se concentravam apenas nessas capacidades. Lovelace foi a primeira a apontar a possibilidade de codificar informações além de meros números aritméticos, como música, e manipulá-las com tal máquina. Sua mentalidade de "ciência poética" a levou a questionar a Máquina Analítica, examinando como os indivíduos e a sociedade se relacionam com a tecnologia como uma ferramenta colaborativa.
Álgebra Booleana:
A álgebra booleana foi introduzida por George Boole em seu primeiro livro, A Análise Matemática da Lógica (1847).
Em matemática e lógica matemática, a álgebra booleana é um ramo da álgebra. Ela difere da álgebra elementar de duas maneiras. Primeiro, os valores das variáveis são os valores de verdade verdadeiro e falso, geralmente denotados por 1 e 0, enquanto na álgebra elementar os valores das variáveis são números. Segundo, a álgebra booleana usa operadores lógicos como a conjunção (e), denotada por ∧, a disjunção (ou), denotada por ∨, e a negação (não), denotada por ¬. A álgebra elementar, por outro lado, usa operadores aritméticos como adição, multiplicação, subtração e divisão. A álgebra booleana é, portanto, uma maneira formal de descrever operações lógicas da mesma forma que a álgebra elementar descreve operações numéricas.
- Objetivo: Modelar operações lógicas e relações entre conjuntos.
- Natureza: Lógica e Binária.
| Símbolo | Alternativa(s) | Operação Lógica |
|---|---|---|
| ¬ | ~ ou ' (apóstrofo) | Negação (NOT) |
| ∧ | · ou & | Conjunção (AND) |
| ∨ | + | Disjunção (OR) |
| → | ⇒ | Condicional (IF...THEN) |
| ↔ | ⇔ | Bicondicional (IF AND ONLY IF) |
| ⊕ | ⊻ ou XOR | Disjunção Exclusiva (XOR) |
Uma outra forma de explicar o que é a álgebra booleana é pensar nela como a gramática, e o sistema binário o alfabeto.
1876 - 1890
Invenção do telefone (1876):
Inventado por Alexander Graham Bell, o telefone revolucionou a comunicação ao permitir a transmissão de voz a longas distâncias, comunicação elétrica direta entre pessoas, tornando-se a base para redes de computadores no futuro.
Álgebra booleana em circuitos elétricos (1886):
Charles Sanders Peirce foi o primeiro a reconhecer que a álgebra booleana poderia ser aplicada a circuitos elétricos que utilizam relés e interruptores. ele descreveu como os princípios da álgebra booleana poderiam ser usados para simplificar o design de tais circuitos. Embora Peirce tenha sido pioneiro nessa ideia, seu trabalho não recebeu muita atenção na época. Foi somente mais tarde, que outros pesquisadores, como Claude Shannon, expandiram e aplicaram essas ideias de maneira mais ampla, estabelecendo as bases para a teoria moderna dos circuitos digitais.
Máquina Tabuladora (1890):
A máquina de tabulação era um equipamento eletromecânico projetado para auxiliar na sumarização de informações armazenadas em cartões perfurados. Inventada por Herman Hollerith, a máquina foi desenvolvida para ajudar no processamento de dados para o Censo dos EUA de 1890. Modelos posteriores foram amplamente utilizados em aplicações comerciais, como contabilidade e controle de estoque. Ela deu origem a uma classe de máquinas, conhecidas como equipamentos de registro unitário, e à indústria de processamento de dados.