Computadores
Máquinas de calcular e computadores são dispositivas capazes
de efetuar "cálculos" de diversos graus de complexidade.
Numa máquina de calcular típica existe um processo pelo qual
um operador "informa" à máquina que tipo de cálculo
deseja executar e quais os números com que deve operar. A máquina,
após o processamento, isto é, a execução das
operações, "informa" ao operador o resultado da
operação.
A interação homem-máquina pode-se dar por vários
processos. Do homem para a máquina p0ode-se usar um teclado, uma
fita, um cartão perfurado ou um dispositivo de discagem (como num
telefone). Da máquina para o homem, pode-se usar a impressão
em papel (é o que faz uma máquina de escrever elétrica),
um mostrador luminoso ou um tubo de raios catódicos semelhante a
um tubo de televisão (figura 18).
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| figura 18 |
Num computador, os cálculos executados podem ser muito complexos,
envolvendo decisões lógicas, como, por exemplo, alterar o
próprio procedimento do cálculo, dependendo dos resultados
obtidos e resolvendo, de forma automática, equações
complexas.
As situações acima descritas envolvem cálculos digitais,
isto é, cálculos em que os dados de entrada e saída
estão na forma de números. Existem entretanto situações
em que os dados de entrada e/ou saída não estão na
forma de números, mas são representados por uma grandeza física
que varia continuamente. Como exemplo de saída não-digital,
podemos citar o caso de um computador que, em vez de fornecer os dados na
forma de tabela, aciona uma máquina que constrói gráficos.
Neste caso, dizemos que o gráfico é uma saída analógica
do computador (figura 19).
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| figura 19 |
Um exemplo de entrada analógica e saída digital é um
sistema usado em muitos supermercados para marcar o preço de produtos
de peso variável, como queijos, frangos, tomates, etc. Para isso,
o computador é formado por uma balança automática,
um calculador e um impressor.
Antes de iniciar o processo, a operador, por meio de um teclado, "informa" à máquina o preço de um quilograma de produto. Ao se colocar o produto no prato da balança, o sistema efetua uma multiplicação imprimindo o resultado em uma etiqueta a ser colocada no objeto para a venda. Você pode agora concluir que num posto de gasolina a "bomba de gasolina" inclui um "computador analógico digital".
A tecnologia moderna utiliza um grande número de computadores analógico-analógico,
isto é, com entrada e saída analógicas, para controlar
processos. Alguns são puramente mecânicos e de funcionamento
simples e foram inventados muito antes de aparecer o termo computador.
Outros são eletrônicos, complexos e usam os avanços
mais sofisticados da tecnologia moderna. Um exemplo de um computador analógico-analógico
simples é a bóia das caixas-d'água. Estes dispositivos
têm um sinal de entrada, que é o nível da água
na caixa, e um sinal de saída, que obre ou fecha a entrada
da água. Tanto mais cheia a caixa, menos água entra, até
que, quando a água atinge um certo nível, a válvula
de entrada da caixa é fechada (figura 20).
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| figura 20 |
Um computador analógico-analógico complexo é, por exemplo, o sistema de aterrissagem automática de aviões em aeroportos modernos que permite o aterrissagem de um avião em condições de visibilidade zero (campo coberto por neblina). Os sinais de entrada para o computador são informações referentes à posição, velocidade e orientação do avião em relação ao aeroporto. Os sinais de saída do computador acionam os controles do avião. Sistemas semelhantes a este foram usados nos módulos lunares para a alunissagem.
Até aqui tratamos da entrada e saída de um sistema de cálculo. Internamente ao computador, as informações podem ser processados analógicamente ou digitalmente. Se o computador é digital e a entrada e a saída são analógicas, existem dispositivos que convertem informações analógicas em digitais (CAD - conversor analógico digital) e outros que convertem informações digitais em analógicas (CDA - conversor digital analógico). Outras combinações de entrada e saída e processamento envolvem conversões adequadas. Num processamento digital todas as informações são processadas no computador na forma digital. Assim, nos passos intermediários do cálculo, as informações são transferidas e armazenadas na forma digital, isto é, haverá números sendo transmitidos e armazenados em sistemas de engrenagem ou por processos eletrônicos em que os números são convenientemente codificados.
Num processamento analógico, as informações são transmitidas e armazenadas na forma de alguma grandeza física que toma valores variáveis, proporcionais ao valor das grandezas que representam. Assim, um número, uma força, um deslocamento ou uma velocidade podem estar representados num computador analógico por uma tensão ou uma corrente.
Vejamos, a título de exemplo e usando conhecimentos que você já adquiriu no curso, como poderia ser construído um calculador analógico que calculasse o preço de venda de produtos (P), conhecendo o custo por quilograma (C). O problema envolve uma multiplicação de C pela massa M do produto, assim: P = CM.
Entre os fenômenos elétricos que estudou, você deve lembrar que corrente, tensão e resistência num resistor estão relacionados da seguinte forma: V = Ri, isto é, a tensão no resistor é igual ao produto da corrente que percorre pelo valor do resistência.
Será possível fazer uma analogia entre o relação V = Ri do fenômeno elétrico com a relação P = CM do problema que se quer resolver?
Se for possível variar o valor da resistência de forma que seja proporcional à massa e o valor da corrente de forma que seja proporcional ao custo por quilograma, a tensão no resistor será proporcional ao produto -(massa) X (custo por quilograma) -e, portanto, proporcional ao preço de venda. Isto é, fazemos corresponder P a V, C a i e M a R.
Como podemos variar o valor de um resistor de forma que seja proporcional
a uma massa?
Podemos associar um resistor variável a uma balança de mola.
Uma forma de fazer esta associação seria usar como resistor
um fio com um dos contatos deslizantes. Se a posição do contato
depender do peso no prato da balança (figura 21), o problema estará
resolvido.
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| figura 21 |
Como podemos variar a corrente pelo resistor?
É possível construir fontes que geram uma corrente cujo valor
é ajustável manualmente. No caso do sistema da figura 21,
a corrente é medida por um amperímetro.
Consideremos um caso numérico. Suponhamos que o resistor de fio
tenha um comprimento total de 10 cm e tenho uma resistência de 10
figura. Verifica-se experimentalmente que a resistência elétrica
de um fio metálico é proporcional ao seu comprimento. Suponhamos
que a mola da balança se alonga de 1 cm para cada quilograma colocado
no prato. Suponhamo ainda que o custo do material colocado no balança
seja de Cr$25,00 por quilograma. É fácil ver que, se a corrente
for fixado em 25 ampères (valor numericamente igual ao custo por
quilograma), a tensão em volts indicada pelo voltímetro será
numericamente igual ao preço de venda do produto (em cruzeiros),
pois V = iR. Assim, se a massa for de 3,5 kg, a mola se alongará
de 3,5 cm e o voltímetro medirá o tensão de um trecho
de 3,5 cm do fio, que terá 3,50 de resistência. A leitura do
voltímetro será V = iR = 25 ampères X 3,5 figura
= 87,5 volts. O preço de venda será Cr$ 87,50.
Neste exemplo, o operador gera um sinal de entrada ajustando a corrente
i num valor que corresponde ao custo por quilograma. A colocação
do frango no prato da balança ajusta o valor da resistência
R de forma que tenha tantos ohms quantos quilogramas tiver o frango (outro
sinal de entrada). A passagem da corrente pelo resistor fará com
que a tensão V = Ri tome numericamente o valor do preço da
venda.
O voltímetro é o elemento de acoplamento entre o computador e o operador, permitindo que o resultado do cálculo, na forma de tensão (sinal de saída), possa ser compreendido pelo operador.
Este processo ilustra como uma lei física pode ser usada como princípio de funcionamento de um calculador analógico. No entanto, para tarefas mais simples há em geral processos menos sofisticados que este (as balanças de açougue fazem este cálculo tendo simplesmente várias escalas de custo para vários preços por quilograma).
Na indústria usam-se procedimentos semelhantes ao acima descrito
que efetuam cálculos analógicos para controlar processos industriais.
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