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Curso de Hardware… Do ábaco à eletricidade

Dando continuidade ao nosso curso de hardware, em nossa aula anterior tratamos do processo em que a civilização humana começou a utilizar ferramentas de observação e análise para modificar o meio em que vive. Chegamos então a um dos primeiros dispositivos que auxiliavam neste processo. Hoje iremos continuar do ábaco até o advento da eletricidade.

As ferramentas de processamento

O ábaco mostrou-se muito útil para uma série de tarefas que envolviam cálculos. Igualmente em outras áreas surgiam dispositivos com o objetivo de agilizar tarefas cotidianas. O processo de manufatura começava a dar os primeiros passos para a mecanização e consequente automação da produção.

E o que isso tem a ver com nossa história? Muita coisa… pois o próprio ábaco poderia sofrer melhorias. Quem sabe os cálculos poderiam ser realizados de alguma forma onde o trabalho do calculador seria apenas informar os números que seriam calculados e – mediante a instrução fornecida – realizar o cálculo.

Historicamente o primeiro dispositivo que foi capaz de realizar tal tarefa feito criado por Bláise Pascal (filósofo e matemático francês) no século XVII. A Pascaline ou Calculadora de Pascal.

A calculadora de Pascal

Em 1642, Pascal iniciou o projeto de sua máquina. Ele precisou criar cerca de 50 protótipos até a versão “final” em 1645. E diferentemente do que se pensa, a tal calculadora era produzida artesanalmente, sendo que Pascal criou cerca de 20 máquinas funcionais ao longo de uma década… a cada nova máquina uma melhoria era implementada.

A Pascaline... historicamente, a primeira calculadora mecânica
A Pascaline… historicamente, a primeira calculadora mecânica

E a máquina da Pascal trabalhava com um conceito matemático simples… engrenagens e discos metálicos que eram posicionados de modo conveniente para corresponder às posições de um número. Sendo assim, a máquina era capaz de realizar somas e subtrações de número que eram registrados nos discos.

Uma estrutura de engrenagens permitia a realização de cálculos de adição e subtração
Uma estrutura de engrenagens permitia a realização de cálculos de adição e subtração

Perceba que a questão aqui não é estudar a fundo o funcionamento da máquina de Pascal, mas perceber que ele conseguiu criar uma máquina que:

  • Recebia informações na forma de dados
  • Possuía um mecanismo responsável pelo processamentos destes dados
  • O mecanismo funcionava de acordo com uma instrução prévia (que neste caso, não era programável, mas fixa)
  • Após o processamento, os dados retornavam uma nova informação

E este padrão: ENTRADA DE DADOS – PROCESSAMENTO – SAÍDA DE DADOS é a base de funcionamento de um computador moderno. Claro que a forma como isto é feito é bem diferente em computador. Mas a essência é a mesma.

Uma máquina inspirando outras… a calculadora de Leibniz

Gottfried Leibniz foi um filósofo racionalista e matemático. Ele concebeu em 1672 uma máquina que realizava cálculos tal como a Pascaline. Com a vantagem dela ser capaz de realizar multiplicações e divisões. Tudo graças ao contador de passos inventado por Leibniz. E muita gente vê sua calculadora como uma evolução da máquina de Pascal.

Na verdade, ele havia concebido a ideia de sua máquina e só depois é que tomou conhecimento dos trabalhos de Pascal. E aí sim, ele passou a explorar as possibilidades de evolução do dispositivos aplicando suas ideias iniciais. E de fato, se observarmos a estrutura da máquina, veremos que ela é bem parecida.

Máquina de Leibniz... uma calculadora para as operações básicas
Máquina de Leibniz… uma calculadora para as operações básicas

Mais uma vez, conseguimos perceber o mesmo padrão… entrada – processamento – saída.

E da produção de tecidos veio a ideia do cartão perfurado

No século XVIII o mundo conheceu a Revolução Industrial. A produção sofria um sensível aumento por conta de novas máquinas que substituíam a produção manual. E isso em todas as áreas: alimentação, vestuário, mobiliário… a cada momento novas máquinas e tecnologias surgiam. E a história da informação toma emprestado uma desta criações que surgiram no ramo da tecelagem.

Em 1804, Joseph Marie Jacquard criou um tear (máquina para fazer tecidos) automatizado. Ele percebeu que os tecidos eram sempre criados por meio de um padrão de passagem das agulhas com as linhas e a cada padrão pré-definido, um tipo de produção difernte. Então ele imaginou uma maneira de fazer com que o tear fosse programável. Ele usou cartões perfurados para “programar” as agulhas de seu tear.

Os cartões perfurados foram uma sacada genial. Porque a partir disso era possível programar as instruções para a máquina. O tear não era uma máquina computacional, mas funcionava sob o mesmo princípio: transformar um dado (os fios) por meio de uma informações (o padrão dos cartões) que após o seu processamento (passagem das agulhas) entregava uma nova informação (o tecido).

A máquina diferencial de Charles Babbage

Muitos atribuem a Charles Babbage o título de “pai do computador”. De fato, o matemático e cientista desenvolveu ideias para a construção de um dispositivo que fosse capaz de receber instruções e processar dados. Este era o princípio de funcionamento de sua Máquina Analítica, descrita por Babbage em 1835.

Em conjunto com outra figura importante desta história – Ada Lovelace – foram concebidos vários designs e protótipos. Nenhum deles totalmente funcional. Apesar de genial em sua área de conhecimento, Babbage era inepto politicamente e não conseguiu manter o financiamento de seu projeto ambicioso.

A máquina usava todos os princípios vistos anteriormente: as engrenagens diferenciais, os cartões perfurados e o princípio dos processamento de informação. A máquina projetada por Babbage nunca se tornou operacional e somente no final do século XX é que o Museu de Ciências de Londres construíram e finalizaram o projeto. Apesar de pequenos erros estruturais, a máquina funcionava dentro da precisão prevista por Babbage.

Versão moderna da máquina diferencial de Charles Babbage
Versão moderna da máquina diferencial de Charles Babbage

Uma ajuda da matemática… os números binários

As máquinas que se aproximavam do computador faziam cálculos e talvez o mais correto seria considerá-las precursores das calculadoras mecânicas. E elas usavam o sistema decimal de numeração. Nada contra, mas isto significava utilizar 10 numerais (0 a 9) para a representação numérica. E reproduzir isso mecanicamente vinha se mostrando bem complicado.

Um sistema com menos números facilitariam as coisas… e o sistema binário (que já era conhecido desde o século III a.C.) facilitaria as coisas. Pois neste sistema, apenas dois numerais (0 e 1) seriam necessários para representação numérica. Coube a Leibniz (sim… ele mesmo) descrever o sistema binário e depois George Boole criou todo um sistema lógico utilizando o sistema binário. E a partir daí surgia a álgebra Booleana.

O sistema binário permitiu uma simplificação dos sistemas lógicos. No exemplo, a representação do número 36 (base decimal) na base binária (100100)
O sistema binário permitiu uma simplificação dos sistemas lógicos. No exemplo, a representação do número 36 (base decimal) na base binária (100100)

A eletricidade surge na equação

Um grande limitador das máquina de cálculo – principalmente no que se referia à velocidade – residia no fato delas funcionarem por princípios mecânicos. Para o próximo passo seria necessário incorporar algum elemento que pudesse ser usado para receber a informação, processá-la segundo um conjunto de instruções para finalmente devolver àquela informação transformada.

E coube a Hermann Holerith criar a primeira máquina que foi capaz de mudar o paradigma das máquinas de processamento. E o que ele incluiu no processo? A energia elétrica que por meio de um engenhoso sistema de cartões perfurados passando por placas eletrificadas poderia ser mensurada e cada valor obtido desta medição corresponderia a um valor previsto.

Este era o princípio de funcionamento do Tabulador de Dados de Hollerith. Uma máquina desenvolvida para compilar dados em grandes volumes. Aliás, a história desta máquina merece um capítulo à parte em nossa história. Mas isso fica para o nosso próximo encontro.

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Publicado em:Hardware,Informação,Modos de Fazer

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