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23/08/2012 12h44 - Atualizado em 23/08/2012 12h55

Os relés e as máquinas digitais

B. Piropo
por
Para o TechTudo

Na coluna anterior apresentamos Claude Shannon e sua personalidade peculiar. Citamos sua contribuição para a ciência das telecomunicações como o trabalho mais importante de sua vida – e de fato sua publicação “A Mathematical Theory of Communication” de 1948 estabeleceu os fundamentos de uma nova área de conhecimentos, formulou teoremas e definiu conceitos básicos, como quantidade e fluxo de informações, conceitos que se tornaram clássicos e que até hoje orientam a teoria das comunicações. Shannon foi o grande teórico das comunicações modernas.

Mas nada dissemos sobre sua importância no campo da informática nem sobre o que ele teria a ver com o transistor, o fio condutor desta série de colunas.

Então vamos ao ponto.

No início da coluna anterior citamos Vannevar Bush, um dos pioneiros da informática moderna e seu Analisador Diferencial, capaz de resolver equações diferenciais de segunda ordem, na verdade um dos primeiros computadores da era moderna, uma máquina analógica fabricada usando componentes mecânicos e elétricos, inclusive relés.

Bush concebeu e fabricou sua máquina no MIT, o Instituto de Tecnologia de Massachusetts, onde Shannon, formado em engenharia pela Universidade de Michigan, iniciou seu mestrado em engenharia em 1936. E Bush foi o orientador de Shannon. Era, portanto, natural que o interesse de ambos gravitasse em torno do Analisador Diferencial. Mas um detalhe em particular chamou a atenção de Shannon: justamente a utilização de relés na fabricação da máquina.

Figura 1 - ReléFigura 1 - Relé (Foto: Reprodução

Para os que não sabem, um relé é um interruptor acionado eletricamente. Um exemplar moderno é mostrado na Figura 1. Sua concepção é muito simples, mas não cabe aqui uma explicação detalhada (que, porém, está disponível aos interessados, que podem consultar o  verbete “Relé” da Wikipédia, de onde a figura foi obtida). Mas a coisa é elementar: dois contatos elétricos, um dos quais contém um imã, estão separados por uma mola. Quando se aplica uma tensão elétrica a um terceiro contato, uma corrente elétrica atravessa uma bobina que induz um campo magnético que por sua vez atrai o imã e fecha os dois primeiros contatos permitindo que uma corrente elétrica flua entre eles.

Se isto lhe fez lembrar alguma coisa relativa aos transistores, há razões de sobra para isto. Pois, exceto pelo tamanho e uso do magnetismo para seu acionamento, um relé atua exatamente da mesma forma que um transistor quando usado como chaveador de corrente conforme explicado na coluna “Transistores para principiantes”: aplicando-se uma tensão ao terminal denominado Base permite-se que uma corrente elétrica flua entre seus terminais Emissor e Coletor.

Diz J. F. Porto da Silveira em artigo sobre Shannon publicado no interessante sítio da UFRGS  “Matemática elementar”: “Hoje, em plena Era da Informática, poucas pessoas são capazes de se dar conta de quanto enraizado estava o sistema de numeração decimal na mente dos engenheiros da época. Shannon, além de provar a possibilidade de se construir um computador totalmente eletrônico, foi o primeiro a atinar que os respectivos circuitos ficavam muito mais simples (e mais baratos) com o abandono do sistema decimal em favor do sistema binário”.

A razão desta afirmativa é simples: diferentemente do sistema numérico decimal (o sistema de base dez adotado universalmente que exprime os números usando dez algarismos), o sistema numérico binário, ou sistema de base dois, exprime qualquer número usando apenas dois algarismos, o zero e o um. Ora, um relé assume apenas dois estados: fechado (quando permite que uma corrente elétrica flua entre seus dois terminais) e aberto (quando não deixa passar corrente). Então é possível correlacionar um destes estados (em geral o primeiro) com o algarismo “um” e o outro com o algarismo “zero”. E com isto, usando uma quantidade suficiente de relés, exprimir qualquer número. Portanto, embora pareça contrariar o senso comum, é muito mais fácil conceber computadores que usem internamente o sistema numérico de base dois que o sistema decimal a que estamos acostumados.

Shannon foi o primeiro a perceber isto. Mas não só isto. Shannon percebeu ainda que todas as operações internas de processamento de dados poderiam ser efetuadas usando combinações de relés que poderiam não apenas tomar decisões baseadas na comparação de valores como também executar as operações matemáticas elementares que, por sua vez, poderiam ser combinadas para executar operações mais complexas. Em outras palavras: os dois estados dos relés poderiam ser usados não apenas para representarem os algarismos “um” e “zero” do sistema numérico de base dois como também os valores “Verdadeiro” e “Falso” da lógica digital. Portanto, se com relés judiciosamente interligados se poderia representar números, efetuar operações matemáticas com estes números e tomar decisões baseadas nos resultados destas operações, seria possível conceber um computador cujos componentes ativos fossem exclusivamente relés. Em suma: um computador digital.

A única coisa que faltava era uma ferramenta teórica para formular e analisar os circuitos baseados nestes componentes, circuitos que obedeciam à lógica digital.

O mais curioso nisto tudo é que esta ferramenta existia. Já estava pronta há quase um século, como que esperando que alguém a descobrisse e desse a ela uma utilização prática.

Que ferramenta foi esta e como Shannon a empregou para resolver seu problema veremos na próxima coluna.

Até lá.

B. Piropo

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  • Almir Ribeiro
    2012-08-24T09:39:01

    Leitura excelente! Informação de forma sucinta e agradável. Parabéns