O Computador

Computação

Uma determinada discoteca tinha vários procedimentos, que executava conforme decisão diária dos seus gerentes. Tinha-os numerados, devidamente descritos e guardados num arquivo.
Nesse dia foram dadas ao porteiro, o Tozé, instruções para executar o procedimento nº 5 durante o horário de funcionamento e, depois de fechar e antes de sair, executar o procedimento nº 8.
O Tozé foi então ao arquivo buscar o procedimento nº 5, que consistia em só permitir a entrada:

• A pessoas com idade superior a 18 anos,
• A pessoas com comprovativo de já terem efetuado o pagamento de consumo mínimo e, no caso de estas duas condições se verificarem,
• Depois de registar o sexo e a idade de cada cliente numa ficha própria.

Leu-o e guardou-o na sua memória, para que o pudesse efetuar. Porque o Tozé era distraído e falhava sistematicamente alguns passos do processo, arranjou uma forma simples de garantir que os cumpria sempre: montou um sistema de interruptores que ligava conforme cumpria os passos do procedimento. Só depois de estarem todos ligados, se acendia uma luz que o avisava de que já podia deixar entrar a pessoa em questão.

Quando a discoteca encerrou, o Tozé foi ao arquivo guardar o procedimento nº 5 e recolher o procedimento nº 8, que leu e memorizou. Dizia que deveria, com os dados que tinha registado, determinar a percentagem de clientes por sexo, calcular a idade média dos mesmos e determinar o total de clientes nesse dia. Deveria de seguida guardar os registos do dia e deixar na mesa do gerente o resultado deste processo, para que o mesmo pudesse com esta informação, tomar decisões quanto à gestão da discoteca. Feito isto, foi-se embora.

Ora, o Tozé recolheu dados sobre os clientes, executou procedimentos, ou programas, com os mesmos e obteve informações que lhe permitiram tomar decisões. Façamos alguma analogia entre o Tozé e um computador:

O Tozé foi buscar ao arquivo (Disco Rígido), um procedimento (Programa) que colocou na memória (Memória RAM), para que pudesse efetuar as instruções do procedimento em questão (Processamento) com os elementos que ia recolhendo sobre os clientes (Dados), e com os resultados obtidos (Informações), permitir-lhes ou não a entrada (Decisão)

O Tozé executou uma operação condicional, isto é, caso todas as condições necessárias se verificassem e após cumprir todas as instruções do procedimento, deixar entrar os clientes. E efetuou-o tal como o computador, ligando e desligando interruptores.

Veja-se a analogia do comportamento humano com o de uma máquina, por exemplo no caso da cancela de um parque de estacionamento. A máquina verifica a presença do carro (por detetores de volume), o pagamento do parqueamento (por introdução do cartão) e comunica os dados ao computador que por sua vez liga ou não os dois interruptores da condição que permite abrir ou não o circuito elétrico que levanta a cancela.

Esta introdução por analogias teve por fim melhor identificar quatro elementos fundamentais de uma operação de computação:

• Os dados, que correspondem a características próprias que se pretendem analisar e que serão fornecidos ao processador para que os incorpore na execução do programa.
• O processamento dos dados de acordo com um programa. O processamento é a execução de um programa. E um programa não é mais do que a descrição da forma e sequência com que fazemos determinadas coisas, numa língua própria do computador.
• A informação obtida através desse processamento, ou seja, do resultado desse processamento.
• A decisão que se pode tomar a partir do conhecimento dessas informações.

O processamento é a execução de um processo. E um processo não é mais do que o modo, o método, a maneira e a sequência com que fazemos determinadas coisas. A esta forma de procedimento ou processo, quando colocada num computador, chama-se programa e à sua execução processamento.

• No caso do procedimento nº 5, o processo (Programa) corresponde a uma operação lógica condicional simples.
• No caso do procedimento nº 8 o processo corresponde a uma operação matemática de cálculo, que se traduzirá em termos de computador, na execução da combinação de mais complexas operações de lógica matemática.

Sim, porque é bom não esquecermos que o computador só entende ligado e desligado. É uma máquina de interruptores. Para que se entenda como funciona a máquina de interruptores é preciso descermos à essência da sua forma de atuar. E à essência da forma como devemos falar com ela

Como Intercomunicamos

As formas mais correntes de comunicação interativa com o computador são o teclado, o rato e o monitor.
É através do monitor que o computador nos pede os dados de que necessita para o processamento, para de  seguida nos fornecer a informação. Utiliza para isso interfaces gráficas (este é o nome pomposo para as janelas em que trabalhamos no monitor), espaços de trabalho atrativos e elucidativos, com locais próprios para a introdução dos dados e escolha de opções. É seleccionando essas opções com o rato e preenchendo os devidos espaços com o teclado que fornecemos os dados ao computador, para que ele os processe e nos forneça a informação resultante através do mesmo monitor.
Mas há outras formas de comunicação, com as quais fornecemos ao computador, a qualquer momento, os dados por ele esperados. Será o caso dos leitores óticos (por ex Leitores de barras), dos sensores de volume ou das células fotoelétricas (verificam a presença), das pranchas de desenho, das câmaras de vídeo ou fotográficas, dos digitalizadores, dos microfones, dos dispositivos de jogos e de todos os que já existam que me dispenso de referenciar e aqueles que a imaginação humana venha a criar. Há também muitas outras formas de o computador nos fornecer informações, na sua maioria vias idênticas às da impressora e do monitor.
Importantes também, são as formas em que o computador comunica connosco executando acções, isto é, decidindo em função da informação, como no caso da abertura do circuito elétrico que levanta a cancela do parqueamento. Um exemplo tão simples mas que mostra o caminho para a robotização e para a cada vez maior automatização da produção assistida por computador.
Na ligação com o mundo exterior ao computador e vice-versa, temos assim definidos os dispositivos de I/O de “Input/Output” ou de E/S, de Entrada/Saída”.

Como nasceu o Computador

Agora que já fizemos uma pequena abordagem sobre o que o computador faz e como comunica connosco e nós com ele, vamos tentar entender o que esteve na origem do seu nascimento.
Há muitos anos atrás, mais de um século, um senhor chamado George Boole determinou que era possível através das leis do pensamento criar expressões que resolveriam todos os problemas de Álgebra através da Lógica. Era a dualidade verdadeiro/falso normalmente anotada como 1/0 respetivamente, que substituía as habituais variáveis numéricas e as operações de adição e multiplicação pelas operações lógicas de conjunção (AND), disjunção (OR) e negação (NOT).
Mal este senhor imaginava aquilo que um século depois viria a nascer na sequência da criação da sua Álgebra e da Lógica proposicional. E tudo porque um outro senhor chamado Claude Shannon teimou e demonstrou que era possível recriar a abstração matemática da álgebra de Boole através de circuitos elétricos e interruptores (grandes relés) que ele ligava e desligava por forma a formar os circuitos necessários. Mas a esta realidade já vamos de seguida.
Para já vamos reter a afirmação atrás produzida que a álgebra de Boole substituía as variáveis numéricas da Álgebra tradicional pela dualidade verdadeiro/falso, normalmente anotada como 1 e 0. Assim, 1 e 0 são os dígitos necessários para resolver todas as expressões da Lógica Proposicional e consequentemente todos os problemas Matemáticos. Portanto essa será a Linguagem da Máquina, uma vez que como dissemos o computador foi criado para executar as expressões da Lógica Proposicional .

A Linguagem do Computador

O Vocabulário do Computador

Para o computador, em cada ponto possível de análise, temos sempre e só duas opções possíveis. Ligado ou desligado, com ou sem tensão. Esta é a realidade física no computador. Vamos agora levar este conceito para o campo da abstração do raciocínio lógico e matemático humano. A dualidade absoluta representada pelo conceito físico ligado/desligado, corresponde em raciocínio lógico à dualidade verdadeiro/falso quanto ao valor de uma afirmação, a que atribuímos o valor correspondente “1 ou 0”. É este o único vocabulário de que dispomos para falar com o computador. Dois algarismos, 1 ou 0.
Convenhamos que não é fácil entender como se pôde criar uma máquina que, só entendendo este reduzido vocabulário, evoluiu de forma a tornar o seu próprio criador dependente dela.
Chegados aqui, entendo que, para podermos continuar, temos que fazer uma pequena introdução ao conceito dos sistemas numéricos posicionais, nos quais se insere aquele em que nós humanos nos entendemos, que é o sistema decimal ou de base 10.

Sistema numérico posicional

Vamos começar por definir, de forma muito básica, alguns conceitos importantes:

1. Um número, é uma forma de representar uma quantidade de qualquer coisa.
2. Um algarismo, é um número de um só dígito que vai de 0 até ao valor anterior à base em que se insere. No caso da base 10 são os algarismos de 0 a 9, exatamente os 10 algarismos disponíveis para representar números na Base 10.
3. A base é a quantidade de algarismos de que dispomos para representar um número. Por exemplo, na base 10 são 10 (0 a 9).
4. Um sistema numérico, é uma forma sistemática de representar números.

Agora podemos definir o sistema numérico posicional como sendo uma forma sistemática de representar números que se baseia no valor de cada algarismo (sempre inferior ao da base) e na sua posição na representação do número (conjunto de algarismos). Vejamos concretamente como na base 10 se representa um número.

Sistema Decimal

No caso do sistema numérico posicional de base 10, o Sistema Decimal,  cada algarismo representa o valor da sua multiplicação pelo valor da base tantas vezes quantas a sua posição na representação do número a contar da direita para a esquerda (ou para quem entenda, pelo valor da base elevado à potência da sua posição), sendo que o primeiro algarismo está na posição 0 (qualquer número elevado à potência 0 é igual a 1). O valor do número que se representa resulta da soma de todas estas parcelas. Porque é importante o entendimento deste conceito vamos exemplificar na Figura 1.
Tomemos por exemplo o número representado pelos dígitos 491622. Como dissemos, devemos primeiro multiplicar cada algarismo pelo valor da base tantas vezes quanto a sua posição na representação do número, a contar da direita para a esquerda, sendo que o primeiro algarismo está na posição 0.

Já que se pode representar um número em qualquer base vamos agora analisar a base 16 e perceber como funciona.

Sistema hexadecimal

Sistema hexadecimal, ou sistema numérico posicional de base 16, precisa de 15 algarismos para representar um número.
Porque, para além do 9, já não havia algarismos simples que representassem valores da base (no nosso conceito decimal de algarismo), escolheram-se símbolos alfanuméricos (A, B, C, D, E, F) para representarem os algarismos que faltavam. Assim os dígitos da base hexadecimal são como se representa na Figura 2 com analogia ao seu valor no sistema decimal.
Em qualquer base diferente da nossa base decimal, o conjunto de algarismos 10 não se deve ler dez mas “um, zero” e assim sucessivamente.

Vamos agora, a título de exemplo, ver qual é o valor na base decimal, que corresponde ao valor FF na base hexadecimal, o que fazemos na Figura 4, de acordo com o mesmo procedimento que usámos na base 10.
O que significa que, na base hexadecimal, se conseguem representar com dois dígitos 256 valores (de 0 a 255).
Continuando no mesmo entendimento de que um número se pode representar em qualquer base, vamos agora falar da base 2.

Sistema binário

O sistema binário corresponde exatamente ao vocabulário do nosso amigo Computador. Como o nome diz é composto por dois dígitos: o 0 e o 1. Lembrem-se que estamos na base 2, o que significa que precisamos de 2 algarismos para representar qualquer número.
Vejamos agora a equivalência de representação de um número na base 2 e na base 10 na Figura 1-5 que vai até quatro dígitos na base 2.