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QUAL É A ESSÊNCIA DOS COMPUTADORES? Valdemar W. Setzer Depto de Ciência da Computação IME-USP www.ime.usp.br/~vwsetzer g

QUAL É A ESSÊNCIA DOS COMPUTADORES? Valdemar W. Setzer Depto de Ciência da Computação IME-USP www.ime.usp.br/~vwsetzer google: valdemar setzer (Esta apresentação está no site ) Versão de 10/10/12. Índice. O ser humano é uma máquina? O que é a "essência" de um objeto?

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  1. QUAL É A ESSÊNCIA DOS COMPUTADORES? Valdemar W. Setzer Depto de Ciência da Computação IME-USP www.ime.usp.br/~vwsetzer google: valdemar setzer (Esta apresentação está no site) Versão de 10/10/12 30/10/13

  2. Índice • O ser humano é uma máquina? • O que é a "essência" de um objeto? • O que faz um computador? Comparação com outras máquinas. • O que são dados? • O que é informação? • O que é conhecimento? • O que é competência? • Qual o computador mais simples? Um critério de simplicidade. • A Máquina de Turing. • Exemplo de MT: verificar se um número binário é par. • Exercícios. • Características da MT. • Quantos tipos de instruções tem uma MT? • Tese de Church-Turing. • Por que Alan Turing desenvolveu a MT? • A MT universal. • Máquinas podem ser inteligentes? O Teste de Turing. • Inteligência e pensamento. A liberdade do pensamento. Hipótese vs. crença. • Transições não-deterministas na MT e em seres vivos. • O ser humano é uma máquina? 30/10/13

  3. 1. O ser humano é uma máquina? Favor responder SIM ou NÃO no papelzinho 30/10/13

  4. 1. O ser humano é uma máquina? (cont.) 30/10/13

  5. 1. O ser humano é uma máquina? (cont.) Desculpem, mas a pergunta estava E R R A D A: • Popularmente, toda máquina é um artefato projetado e construído por seres humanos • Eventualmente com a ajuda de outras máquinas • QUEM projetou e construiu cada ser humano? • Certamente não um outro ser humano • Muito menos com a ajuda de outras máquinas 30/10/13

  6. 1. O ser humano é uma máquina? (cont.) Pergunta CORRETA: O ser humano é um sistema puramente físico? Durante a palestra, vou usar a expressão comum (entre leigos e cientistas), errada, de o ser humano ser ou não uma máquina 30/10/13

  7. Índice • O ser humano é uma máquina?  • O que é a "essência" de um objeto? • O que faz um computador? Comparação com outras máquinas. • O que são dados? • O que é informação? • O que é conhecimento? • O que é competência? • Qual o computador mais simples? Um critério de simplicidade. • A Máquina de Turing. • Exemplo de MT: verificar se um número binário é par. • Exercícios. • Características da MT. • Quantos tipos de instruções tem uma MT? • Tese de Church-Turing. • Por que Alan Turing desenvolveu a MT? • A MT universal. • Máquinas podem ser inteligentes? O Teste de Turing. • Inteligência e pensamento. A liberdade do pensamento. Hipótese vs. crença. • Transições não-deterministas na MT e em seres vivos. • O ser humano é uma máquina? 30/10/13

  8. 2. O que é a "essência" de um objeto? • O que vocês estão percebendo visualmente na entrada da sala? • Todos responderam: “uma porta” • Todos estão errados: • O que se percebe visualmente são IMPULSOS LUMINOSOS • E a “porta”? • É um conceito • Não é perceptível sensorialmente • Esse conceito é a ESSÊNCIA do objeto • Qual é a ESSÊNCIA dos computadores? 30/10/13

  9. Índice • O ser humano é uma máquina?  • O que é a "essência" de um objeto?  • O que faz um computador? Comparação com outras máquinas. • O que são dados? • O que é informação? • O que é conhecimento? • O que é competência? • Qual o computador mais simples? Um critério de simplicidade. • A Máquina de Turing. • Exemplo de MT: verificar se um número binário é par. • Exercícios. • Características da MT. • Quantos tipos de instruções tem uma MT? • Tese de Church-Turing. • Por que Alan Turing desenvolveu a MT? • A MT universal. • Máquinas podem ser inteligentes? O Teste de Turing. • Inteligência e pensamento. A liberdade do pensamento. Hipótese vs. crença. • Transições não-deterministas na MT e em seres vivos. • O ser humano é uma máquina? 30/10/13

  10. 3. O que faz um computador? Comparação com outras máquinas 30/10/13

  11. 3. O que faz um computador? Comparação com outras máquinas 30/10/13

  12. 3. O que faz um computador? Comparação com outras máquinas 30/10/13

  13. 3. O que faz um computador? Comparação com outras máquinas 30/10/13

  14. Índice • O ser humano é uma máquina?  • O que é a "essência" de um objeto?  • O que faz um computador? Comparação com outras máquinas.  • O que são dados? • O que é informação? • O que é conhecimento? • O que é competência? • Qual o computador mais simples? Um critério de simplicidade. • A Máquina de Turing. • Exemplo de MT: verificar se um número binário é par • Exercícios. • Características da MT. • Quantos tipos de instruções tem uma MT? • Tese de Church-Turing. • Por que Alan Turing desenvolveu a MT? • A MT universal. • Máquinas podem ser inteligentes? O Teste de Turing. • Inteligência e pensamento. A liberdade do pensamento. Hipótese vs. crença. • Transições não-deterministas na MT e em seres vivos. • O ser humano é uma máquina? 30/10/13

  15. 4. O que são dados? Dados são representações simbólicas quantificadas ou quantificáveis • Quantificáveis: • Depois de quantificar algo e reproduzi-lo, o resultado é indistinguível do original • Exemplos: • Texto, fotos, animação • Uma árvore é quantificável??? • NÃO! • Puramente sintáticos (estruturais) • Computadores só processam dados • São máquinas sintáticas 30/10/13

  16. Índice • O ser humano é uma máquina?  • O que é a "essência" de um objeto?  • O que faz um computador? Comparação com outras máquinas.  • O que são dados?  • O que é informação? • O que é conhecimento? • O que é competência? • Qual o computador mais simples? Um critério de simplicidade. • A Máquina de Turing. • Exemplo de MT: verificar se um número binário é par • Exercícios. • Características da MT. • Quantos tipos de instruções tem uma MT? • Tese de Church-Turing. • Por que Alan Turing desenvolveu a MT? • A MT universal. • Máquinas podem ser inteligentes? O Teste de Turing. • Inteligência e pensamento. A liberdade do pensamento. Hipótese vs. crença. • Transições não-deterministas na MT e em seres vivos. • O ser humano é uma máquina? 30/10/13

  17. 5. O que é informação? Algo que está incorporado mentalmente como conceito, e é compreendido • Exemplos: • Previsão do tempo: “Vai chover amanhã” • O que incorporamos mentalmente quando sentimos uma dor ou frio, relativo a eles • Informação envolve compreensão • Compreensão envolve semântica • Computadores são máquinas sintáticas • Portanto, os computadores NÃO processam informações • Processam dados • Não “compreendem” absolutamente nada • A expressão “informática” está errada! • Devia ser “dadática” ou “dadótica” 30/10/13

  18. 5. O que é informação? (cont.) • Contra-exemplo: • Para quem não entende russo, esses sãodados, e não informação! • Depois de entender, vira informação 30/10/13

  19. Índice • O ser humano é uma máquina?  • O que é a "essência" de um objeto?  • O que faz um computador? Comparação com outras máquinas.  • O que são dados?  • O que é informação?  • O que é conhecimento? • O que é competência? • Qual o computador mais simples? Um critério de simplicidade. • A Máquina de Turing. • Exemplo de MT: verificar se um número binário é par • Exercícios. • Características da MT. • Quantos tipos de instruções tem uma MT? • Tese de Church-Turing. • Por que Alan Turing desenvolveu a MT? • A MT universal. • Máquinas podem ser inteligentes? O Teste de Turing. • Inteligência e pensamento. A liberdade do pensamento. Hipótese vs. crença. • Transições não-deterministas na MT e em seres vivos. • O ser humano é uma máquina? 30/10/13

  20. 6. O que é conhecimento? Uma vivência incorporada interiormente • Exemplo: • Visitar Paris • Informação: estudar sobre Paris 30/10/13

  21. Índice • O ser humano é uma máquina?  • O que é a "essência" de um objeto?  • O que faz um computador? Comparação com outras máquinas.  • O que são dados?  • O que é informação?  • O que é conhecimento?  • O que é competência? • Qual o computador mais simples? Um critério de simplicidade. • A Máquina de Turing. • Exemplo de MT: verificar se um número binário é par • Exercícios • Características da MT. • Quantos tipos de instruções tem uma MT? • Tese de Church-Turing. • Por que Alan Turing desenvolveu a MT? • A MT universal. • Máquinas podem ser inteligentes? O Teste de Turing. • Inteligência e pensamento. A liberdade do pensamento. Hipótese vs. crença. • Transições não-deterministas na MT e em seres vivos. • O ser humano é uma máquina? 30/10/13

  22. 7. O que é competência? Ser competente é ter a capacidade de realizar algo útil, já tendo demonstrado isso • Exemplo: já ter servido de guia em Paris Competência sempre envolve uma habilidade em uma área de conhecimento • Exemplo: ser competente em leitura em inglês Ver meu artigo “Dado, informação, conhecimento e competência”, em meu site 30/10/13

  23. 7. O que é competência? (cont.) Portanto, uma das essências dos computadores é que eles processam dados, e não informações, conhecimento ou competência Vamos ver mais um aspecto da essência dos computadores • Para isso, vamos inicialmente reduzir os computadores à sua expressão mais simples 30/10/13

  24. Índice • O ser humano é uma máquina?  • O que é a "essência" de um objeto?  • O que faz um computador? Comparação com outras máquinas.  • O que são dados?  • O que é informação?  • O que é conhecimento?  • O que é competência?  • Qual o computador mais simples? Um critério de simplicidade. • A Máquina de Turing. • Exemplo de MT: verificar se um número binário é par • Exercícios • Características da MT. • Quantos tipos de instruções tem uma MT? • Tese de Church-Turing. • Por que Alan Turing desenvolveu a MT? • A MT universal. • Máquinas podem ser inteligentes? O Teste de Turing. • Inteligência e pensamento. A liberdade do pensamento. Hipótese vs. crença. • Transições não-deterministas na MT e em seres vivos. • O ser humano é uma máquina? 30/10/13

  25. 8. Qual o computador mais simples? • Um critério de simplicidade: Número de tipos de instruções • PC tem centenas de tipos de instruções • Qual é o número mínimo de tipos de instruções que um computador deve ter para fazer qualquer processamento de dados, excluindo uso de dispositivos de entrada/saída? • Com isso, adquirimos mais informação sobre a essência dos computadores 30/10/13

  26. Índice • O ser humano é uma máquina?  • O que é a "essência" de um objeto?  • O que faz um computador? Comparação com outras máquinas.  • O que são dados?  • O que é informação?  • O que é conhecimento?  • O que é competência?  • Qual o computador mais simples? Um critério de simplicidade.  • A Máquina de Turing. • Exemplo de MT: verificar se um número binário é par • Exercícios • Características da MT. • Quantos tipos de instruções tem uma MT? • Tese de Church-Turing. • Por que Alan Turing desenvolveu a MT? • A MT universal. • Máquinas podem ser inteligentes? O Teste de Turing. • Inteligência e pensamento. A liberdade do pensamento. Hipótese vs. crença. • Transições não-deterministas na MT e em seres vivos. • O ser humano é uma máquina? 30/10/13

  27. ... ... b b b # 1 0 0 1 # b b L / G CONTROLE FINITO 9. A Máquina de Turing É uma máquina abstrata (autômato formal), com a seguinte configuração: 30/10/13

  28. s3 s1 ... sn s2 9. A Máquina de Turing (cont.) Características do controle finito: 1. Tem um número finito de estados 30/10/13

  29. s3 s1 ... sn s2 9. A Máquina de Turing (cont.) Características do controle finito (cont.): 2. Está somente em um único estado em cada instante 30/10/13

  30. s3 s1 ... sn s2 9. A Máquina de Turing (cont.) Características do controle finito (cont.): 2. Está somente em um único estado em cada instante 30/10/13

  31. s3 s1 ... sn s2 9. A Máquina de Turing (cont.) Características do controle finito (cont.): 3. Estando em um estado, pode mudar para outro estado, ou mudar para o mesmo estado Instante t1: 30/10/13

  32. s3 s1 ... sn s2 9. A Máquina de Turing (cont.) Características do controle finito (cont.): 3. Estando em um estado, pode mudar para outro estado, ou mudar para o mesmo estado (cont.) Instante t2: 30/10/13

  33. s3 s1 ... sn s2 9. A Máquina de Turing (cont.) Características do controle finito (cont.): 3. Estando em um estado, pode mudar para outro estado, ou mudar para o mesmo estado (cont.) 30/10/13

  34. s3 s1 ... sn s2 9. A Máquina de Turing (cont.) Características do controle finito (cont.): 3. Estando em um estado, pode mudar para outro estado, ou mudar para o mesmo estado (cont.)Instante t1: 30/10/13

  35. s3 s1 ... sn s2 9. A Máquina de Turing (cont.) Características do controle finito (cont.): 3. Estando em um estado, pode mudar para outro estado, ou mudar para o mesmo estado (cont.)Instante t2: 30/10/13

  36. sj ... ... b b b # 1 0 0 1 # b b # L / G si CONTROLE 1 FINITO sk 9. A Máquina de Turing (cont.) Características do controle finito (cont.): 4. Uma transição entre de um estado si para outro (ou para o mesmo) estado é feita da seguinte maneira, nessa sequência: 4.1 É lido um símbolo da fita e escolhida a transição marcada com esse símbolo 30/10/13

  37. sj ... ... b b b # 1 0 0 1 # b b #, # L / G si CONTROLE 1, x FINITO sk 9. A Máquina de Turing (cont.) Características do controle finito (cont.): 4. Uma transição entre de um estado si para outro (ou para o mesmo) estado é feita da seguinte maneira, nessa sequência (cont.): 4.2 Na célula onde está a cabeça é gravado o símbolo indicado na transição 30/10/13

  38. sj ... ... b b b # x 0 0 1 # b b #, # L / G si CONTROLE 1, x FINITO sk 9. A Máquina de Turing (cont.) Características do controle finito (cont.): 4. Uma transição entre de um estado si para outro (ou para o mesmo) estado é feita da seguinte maneira, nessa sequência (cont.): 4.2 Na célula onde está a cabeça é gravado o símbolo indicado na transição (cont.) 30/10/13

  39. sj ... ... b b b # x 0 0 1 # b b #, #, E L / G si CONTROLE FINITO 1, x, D sk 9. A Máquina de Turing (cont.) Características do controle finito (cont.): 4. Uma transição entre de um estado si para outro (ou para o mesmo) estado é feita da seguinte maneira, nessa sequência (cont.): 4.3 A cabeça é movida de acordo com a marca de movimento indicada na transição (E ou D) 30/10/13

  40. sj ... ... b b b # x 0 0 1 # b b #, #, E L / G si CONTROLE 1, x, D FINITO sk 9. A Máquina de Turing (cont.) Características do controle finito (cont.): 4. Uma transição entre de um estado si para outro (ou para o mesmo) estado é feita da seguinte maneira , nessa sequência (cont.): 4.4 É feita a mudança para o estado indicado na transição 30/10/13

  41. sj #, #, E si 1, x, D sk 9. A Máquina de Turing (cont.) Características do controle finito (cont.): Portanto, uma transição é definida por uma 5-tupla ordenada, p.ex. (si, #, #, E, sj), (si, 1, x, D, sk), etc. 30/10/13

  42. sj #, #, E si 1, a, D sk 9. A Máquina de Turing (cont.) (si, 1, a, D, sk) próximo estado movimento da cabeça símbolo a ser gravado símbolo lido estado atual 5. Há um estado inicial 30/10/13

  43. sj #, #, E si 1, a, D sk 9. A Máquina de Turing (cont.) 6. Há um conjunto de estados finais 30/10/13

  44. 9. A Máquina de Turing (cont.) 6. Portanto, o controle finito pode ser definido por uma 5-pla ordenada (S, si , SF, A, T) Função multivalente de transição Alfabeto (conjunto finito) da fita Conjunto de estados finais Estado inicial Conjunto finito de estados onde si S, SF  S, T: S x A → A x M x S, M = {E, D} 30/10/13

  45. 9. A Máquina de Turing (cont.) 7. Um processamento de uma MT inicia com a cabeça em uma certa célula da fita e o controle no estado inicial; as transições vão sendo seguidas até que 7.1 A máquina atinja um estado final ou 7.2 Em um estado que foi atingido, não há transição definida para o símbolo de entrada quando então se diz que essa MT parou. 30/10/13

  46. Índice • O ser humano é uma máquina?  • O que é a "essência" de um objeto?  • O que faz um computador? Comparação com outras máquinas.  • O que são dados?  • O que é informação?  • O que é conhecimento?  • O que é competência?  • Qual o computador mais simples? Um critério de simplicidade.  • A Máquina de Turing.  • Exemplo de MT: verificar se um número binário é par. • Exercícios. • Características da MT. • Quantos tipos de instruções tem uma MT? • Tese de Church-Turing. • Por que Alan Turing desenvolveu a MT? • A MT universal. • Máquinas podem ser inteligentes? O Teste de Turing. • Inteligência e pensamento. A liberdade do pensamento. Hipótese vs. crença. • Transições não-deterministas na MT e em seres vivos. • O ser humano é uma máquina? 30/10/13

  47. ... bb# 1 0 1 0#bb ... ... b b# 10 10PAR #bb ... ... b b # 10 11 IMPAR #b b ... ... bb# 10 11#bb ... 10. Exemplo de uma Máquina de Turing Problema: verificar a paridade de um número binário Entrada: Resultado: Algoritmo: 1. Ir uma célula para a direita; 2. pular à direita todos os 1s e 0s até encontrar um #; 3. Voltar uma para a esquerda; 4.1 Se for 0, ir para a próxima à direita e gravar P, A, R, #; 4.2 Se for 1, ir para a próxima à direita e gravar I, M, P, A , R, #. 30/10/13

  48. ... bb# 10 1 0#bb ... ... b b# 10 10 PAR #bb ... 10. Exemplo de uma Máquina de Turing (cont.) 1,1,D #,#,D #,#,E 0,0,D #,P,D b,A,D 1,1,D b,P,D b,R,D 0,0,D #,I,D b,M,D b,#,D Diagrama de Estados 30/10/13

  49. Índice • O ser humano é uma máquina?  • O que é a "essência" de um objeto?  • O que faz um computador? Comparação com outras máquinas.  • O que são dados?  • O que é informação?  • O que é conhecimento?  • O que é competência?  • Qual o computador mais simples? Um critério de simplicidade.  • A Máquina de Turing.  • Exemplo de MT: verificar se um número binário é par.  • Exercícios. • Características da MT. • Quantos tipos de instruções tem uma MT? • Tese de Church-Turing. • Por que Alan Turing desenvolveu a MT? • A MT universal. • Máquinas podem ser inteligentes? O Teste de Turing. • Inteligência e pensamento. A liberdade do pensamento. Hipótese vs. crença. • Transições não-deterministas na MT e em seres vivos. • O ser humano é uma máquina? 30/10/13

  50. 11. Exercícios Desenhar os diagramas de estados de MTs para: 1. Multiplicar um número binário por 2: # 1 1 0 0 1 # → # 1 1 0 0 1 0 # 2. Somar dois números unários: # 1 1 1 + 1 1 1 1 1 = # → → # 1 1 1 + 1 1 1 1 1 = 1 1 1 1 1 1 1 1 # (considerar também os nulos!) 3. Verificar se numa cadeia de a’s e b’s há o mesmo número de a’s do que de b’s: # a b a a b b # → # a b a a b b # S I M # # a b a b a a b # → # a b a b a a b # N Ã O # 30/10/13

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