[EXTRA] Hardware e Software: As Máquinas e a Memória - Aprender

(1A-IC-17) – Trabalhar de maneira responsável e segura com outros de maneira online.

Competências da Base Nacional Curricular Comum (BNCC) Utilizadas

Esse plano de aulas tem como objetivo de conscientizar o aluno sobre os riscos da comunicação online e como podemos fazer isto de maneira segura.

Esta aula compõe os pilares de Letramento Tecnológico e Letramento Científico da metodologia Flylab da Barco Voador.

Contexto

O Que Sabe Sobre Computadores?

Tempo sugerido: 45 minutos

Orientações:

Inicie a aula dizendo: Na vida cotidiana, usamos a palavra computador para nos referir a dispositivos de mesa ou portáteis. Essa ideia surgiu na década de 1980, em grande parte devido ao uso massivo de computadores para uso pessoal. No entanto, ele deixa de fora muitos dispositivos de computação com os quais interagimos diariamente.

Nesta atividade iremos analisar diferentes dimensões dos computadores: seus momentos de validade, a tecnologia envolvida, seus tamanhos e seu modo de interação com os humanos. Veremos que, ao considerar cada uma dessas características, sempre podemos encontrar exemplos que diferem de nossa representação usual do que é um computador.

Começamos a atividade com uma discussão em grupo para descobrir o que os alunos sabem sobre computadores. “Que computadores você conhece?” Eles devem mencionar computadores desktop e laptops. Caso não haja outros exemplos, explicamos que um celular, um tablet e uma televisão moderna também possuem computadores dentro.

Para começar a desmontar o preconceito do computador, podemos perguntar aos alunos: “Qual é a diferença entre um telefone celular e um tablet?” Orientamos a discussão de forma a chegarmos às seguintes conclusões: por um lado, apresentam uma forma diferente (os tablets costumam ser maiores); por outro, têm funções diferentes (por exemplo, com um podemos fazer chamadas e com o outro não).

Continuamos a perguntar: “O que os dispositivos já citados têm em comum?” Todos recebem informações, processam e geram um resultado com o qual fazem algo. Por exemplo, uma televisão recebe um sinal de cabo digital, decodifica-o e reproduz imagens que são exibidas na tela e sons que são emitidos pelos alto-falantes. Um celular recebe um sinal com dados que trafegam pelo ar, decodifica-o, identifica do que se trata e, por exemplo, avisa que chegou uma nova mensagem de uma rede de mensagens instantâneas.

Com base nos exemplos citados, sugerimos que os alunos reflitam sobre algumas diferenças em relação à forma como interagimos com esses dispositivos. Podemos fazer perguntas como: “Todos têm tela sensível ao toque? Com quais usamos o mouse? Espera-se que durante a discussão seja indicado, por exemplo, que alguns possuem alto-falantes e outros não, ou que apenas alguns possuem teclado. Caso não tenha sido mencionado, pode-se comentar que roteador wifi residencial é um computador que não possui teclado ou tela.

Explicamos aos alunos que existem componentes que nem sempre estão presentes em um computador. Cada um cumpre uma função específica. Por exemplo, os alto-falantes emitem sons; O teclado, cada vez que uma tecla é pressionada, envia um sinal que permite ao computador reconhecer a tecla pressionada. Os componentes desse tipo são genericamente chamados de periféricos.

Neste ponto temos todo o necessário para desenvolver uma primeira noção do computador com os alunos. Uma definição possível surge pensando sobre o que um computador faz. Discutimos com a classe a seguinte pergunta: “O que um computador faz?” Como afirmado antes, um computador recebe informações, processa-as e produz novas informações.

Continuamos perguntando: “O que todo computador tem, em termos gerais?” Em princípio, tem pelo menos uma entrada através da qual obtém a informação e uma saída através da qual expressa um resultado. Além disso, os computadores possuem memória, que é o componente físico onde as informações são armazenadas.

Por fim, um computador possui um núcleo principal, que normalmente é conhecido como unidade central de processamento ou CPU por sua sigla em inglês (Central Processing Unit). É um conjunto de circuitos eletrônicos integrados que constituem o suporte físico para que todo software possa ser executado, uma instrução após a outra.

Peça para os alunos abrirem o material nas páginas 33, 34, 35 e 36, ou imprima aqui: Folheto 1, 2, 3 e 4. Os incentivamos a buscar informações na Internet que lhes permitam resolver as questões. A atividade se propõe a buscar computadores de acordo com diferentes características, como o tamanho ou o tempo de existência. A seguir, como referência, é reproduzida a história de um grupo de computadores que permitem o preenchimento das tabelas de atividades. Faça um slide e mostre aos alunos:

A primeira questão propõe a busca de informações em três computadores antes de 1960. O computador Z3 foi criado na Alemanha em 1941 e foi a primeira máquina programável totalmente automática.

O Mark 1, de 1944, foi o primeiro computador eletromecânico. Construído pela IBM nos Estados Unidos, em 1947 foi instalado em Harvard. No mesmo país, em 1946, foi construído o famoso computador ENIAC, sigla para Electronic Numerical Integrator And Computer (Computer and Electronic Numerical Integrator, em espanhol). Foi um dos primeiros computadores a ser chamado de uso geral. O ENIAC foi inicialmente projetado para calcular as trajetórias dos projéteis e realizar operações matemáticas para o Exército dos Estados Unidos.

As programadoras ENIAC
A máquina foi projetada por dois engenheiros, John Presper Eckert e John William Mauchly, mas foi programada por seis mulheres: Betty Snyder Holberton, Jean Jennings Bartik, Ruth Lichterman Teitelbaum, Kathleen McNulty Mauchly Antonelli, Frances Bilas Spence e Marlyn Wescoff Meltzer.

O governo dos Estados Unidos contratou esse grupo de matemáticas para escrever os programas em sistema binário e realizar as diferentes operações que, na época, envolviam conectar e desconectar cabos. Elas não apenas cumpriram a tarefa, mas também modificaram a evolução da programação entre as décadas de 1940 e 1950. Somente em 1997 seus méritos foram reconhecidos e incluídos no Hall da Fama Internacional da Mulher em Tecnologia. Além disso, em 2014 foi feito o documentário Os Computadores, baseado em sua história.

A segunda questão propõe encontrar dois computadores de dois séculos diferentes. Por exemplo, o motor analítico projetado pelo matemático britânico Charles Babbage entre 1833 e 1842. Babbage tentou construir o motor, mas não conseguiu concluí-lo. Era um computador mecânico programável. A entrada era impressa em cartões perfurados, a saída produzida por um mecanismo que combinava um equipamento de desenho e uma campainha, e a operação montada em uma estrutura semelhante a um tear. Anos depois, a matemática e escritora Augusta Ada King escreveu vários programas para a máquina projetada por Babbage. Augusta era britânica e filha do poeta Lord Byron e da matemática e poetisa Anne Isabella Noel Byron. Ela é considerada a primeira programadora da história e é conhecida como Ada Lovelace.

Outro exemplo possível para completar a questão é o computador eletromecânico Z1. Foi projetado entre 1935 e 1938, na Alemanha. Foi proposto como uma solução para o problema de ter que fazer cálculos complexos muito semelhantes muitas vezes.

A terceira questão propõe encontrar três computadores cujos mecanismos de entrada e saída não sejam fornecidos por um teclado alfanumérico e uma tela. Pode-se sugerir que os alunos pensem em artefatos que lhes sejam familiares e descubram se são computadores ou se os contêm. Um exemplo são os roteadores Wi-Fi, dispositivos usados para fornecer acesso a uma rede de computadores sem fio. Eles geralmente não incluem um teclado ou tela. Por outro lado, um sintetizador musical é um computador cuja entrada são as teclas de um piano e sua saída é um alto-falante. Por último, os carros modernos vêm equipados com um computador que atua como o “cérebro” do carro; Usando informações de sensores, ele controla aspectos como a injeção de gasolina no motor e o ar condicionado dentro do carro. Em alguns casos, também armazena as preferências de cada motorista que utiliza o veículo, o que permite que a posição dos retrovisores, a altura do assento, etc. sejam ajustadas automaticamente.

A quarta e ultima questão pede para encontrar computadores atuais de tamanhos diferentes. Para resolvê-lo, você pode recorrer a aparelhos como tocadores de música, celulares, laptops e desktops.

Discuta com a turma:

No final da atividade, passamos o trabalho a limpo: um computador é um dispositivo que recebe informações, processa e gera novas informações; ele usa memória para armazenar dados e uma unidade de processamento central para realizar cálculos. Muitos artefatos que fazem parte de nossa vida cotidiana são computadores, embora geralmente não pensemos neles como tal.

Desafio

Uma Nova Máquina

Inicie a aula dizendo que é a vez dos alunos propor e projetar um computador. Eles começarão identificando um problema e propondo uma solução computacional para resolvê-lo.

Diga aos alunos: “Levante a mão para quem gosta de lavar louça!” Se espera que ninguém na classe vai. “Tudo bem, parece que todo mundo nesta classe é preguiçoso. Felizmente existe uma máquina de lavar louça, uma máquina que se encarrega de lavar a louça para nós. Também limpa vidros e
panelas. Você acredita nisso? Uma verdadeira maravilha ”.

Pedimos para eles abrirem o material nas páginas 37 e 38, ou imprima aqui: Folheto 1 e 2. . Na primeira questão, eles são solicitados a descrever um problema que poderia ser resolvido com a ajuda de um computador. Fizemos a eles a pergunta: “Qual problema você gostaria de resolver?” É importante que todos dediquem um tempo para identificar claramente o problema que pretendem resolver. No caso do exemplo com que iniciamos a atividade, o problema é conseguir lavar a louça sem fazer muito esforço.

A segunda questão consiste em descrever a arquitetura de um artefato que resolve o problema identificado. A proposta deve envolver o uso de algum tipo de dispositivo de computação. Continuando com a máquina de lavar louça, podemos dizer aos alunos que se trata de um aparelho semelhante a uma máquina de lavar, mas em vez de roupa lava pratos, copos, talheres e outros utensílios de cozinha. Tem um computador ao qual é possível dar instruções através de alguns botões. Você pode, por exemplo, escolher entre diferentes tipos de programas de lavagem ou selecionar a temperatura da água. Além disso, possui uma tela que mostra diversas mensagens, como o tempo ou o tempo que falta para concluir a lavagem. O aparelho está ligado a uma torneira e a um ralo, por onde circula a água que utiliza. Também possui pequenos recipientes nos quais são depositados sabão em pó, abrilhantador e sal antitártaro. Por fim, tem uma porta frontal que abrimos e fechamos para colocar e retirar a louça, entre outras coisas.

A terceira questão indaga sobre as entradas e saídas do dispositivo. Continuando com o exemplo, como entrada usamos botões, que nos dão a possibilidade, por exemplo, de indicar se vai ser feita uma lavagem a meia carga. Existem entradas menos óbvias, como sensores de controle de temperatura e nível de água. A saída é exibida na tela, onde aparecem determinadas informações, como os níveis de consumo de energia ou a taxa de lavagem de louça por semana. Alguns aparelhos também possuem pequenos LEDs, que servem como alarmes em caso de situação anômala, como abastecimento insuficiente de água. Tanto a tela quanto os LEDs são saídas.

A quarta questão pede para identificar o processamento realizado pelo computador dentro do artefato projetado. Para o eletrodoméstico que estamos analisando, basta responder como: “O computador executa um programa que, de acordo com o que o usuário digitou, realiza uma ou outra lavagem”.

A quinta e última questão convida os alunos a desenharem um pôster que mostre como é a máquina inventada e o que ela faz. A atividade termina com a apresentação de cada grupo no computador por eles projetado.

Discuta com a turma:

Dizemos aos alunos que, na indústria pesada, computadores para fins específicos conhecidos como PLCs (a sigla deve-se ao seu nome em inglês, Programmable Logic Controller) são frequentemente usados. São amplamente utilizados nas indústrias mecânica e eletrônica, onde controlam o comportamento de diversos tipos de máquinas. Podemos citar como exemplo um computador que controla o braço que coloca as rolhas nas garrafas de vinho.

Mão na Massa

O Que Tem na Memória?

Tempo sugerido: 20 minutos

Orientações:

Começamos a atividade perguntando aos alunos: “E se estivermos trabalhando com um computador desktop e o fornecimento de energia for interrompido repentinamente? Por exemplo, se faltar energia ou se o cão passar sem querer e levar o cabo à frente ”. Orientamos o intercâmbio com os alunos para concluir que nesses casos, se trabalharmos com programas offline, é provável que alguma informação se perca. “Por exemplo, se estivéssemos escrevendo em um processador de texto, as alterações feitas no documento desde a última vez que o salvamos seriam perdidas.”

Explicamos aos alunos que, nessas situações, as informações perdidas ficam armazenadas na memória rápida. Por representar valores com níveis de tensão, para funcionar necessita de energia. Sem eletricidade, não preserva seu conteúdo. Por esta razão, é considerada uma memória volátil. Normalmente é conhecida como memória RAM (acrônimo em inglês para Random Access Memory).

Continuando com o exemplo, podemos perguntar: “Por que as alterações anteriores à última vez que salvamos o documento não foram perdidas?” Isso ocorre porque eles foram armazenados em uma grande memória. Em contraste com a memória flash, os dados armazenados nela são preservados mesmo quando o componente não está mais ligado. É por isso que se diz que é uma memória persistente. Para levar os alunos a um terreno familiar, dizemos a eles que tanto os discos rígidos quanto os pendrives pertencem a essa classe de memórias. “Nunca conectamos dispositivos USB à corrente elétrica e, mesmo assim, não perdemos as informações que eles armazenam, você viu?” Dizemos também que existem aparelhos que não possuem este tipo de memória e que, portanto, ao serem desconectados da rede elétrica, perdem todas as informações que estavam utilizando.

Peça para os alunos abrirem o material nas páginas 39 e 40, ou imprima aqui: Folheto 1 e 2, e dizemos que é um dever de casa. Eles têm que preencher uma tabela indicando quais informações os diferentes dispositivos de computação armazenam em cada uma das memórias, rápidas e grandes. Por exemplo, se removermos a bateria de um telefone celular, os aplicativos abertos ainda estarão abertos quando eu ligar novamente? E se colocarmos uma foto como papel de parede? A foto ainda aparece ou mostra o papel de parede que você trouxe da fábrica? Eles podem coletar informações para concluir a atividade desconectando os cabos e removendo as baterias. É conveniente esclarecer que nem todos os artefatos do mesmo tipo gerenciam as informações da mesma maneira. Continuando com o exemplo, pode haver telefones que se lembram de aplicativos abertos mesmo quando removemos a bateria, e outros que não. As respostas possíveis estão listadas abaixo.

Continuamos a perguntar: “Por que você acha que as memórias de computador são classificadas como memória rápida e memória grande? Por que não rápido e lento ou pequeno e grande? ”. Essa classificação se deve ao fato de que existe uma relação inversa entre o tamanho da memória e o tempo que levamos para ler as informações que ela armazena ou para inserir novos dados nela. Quanto menor for o tamanho, maior será a velocidade de acesso. Quanto maior o tamanho, mais lento é.

Para entender a diferença entre as velocidades de acesso, a seguinte analogia pode ser usada: Se a RAM fosse um avião supersônico, um disco rígido seria uma bicicleta de alta velocidade e uma memória USB teria a velocidade de um caracol. Em outras palavras, eles funcionam em escalas de velocidade totalmente diferentes. Também existe uma relação direta entre a velocidade da memória e seu preço. Quanto mais rápido, mais caro; e quanto mais lento, mais barato. É por isso que a RAM tem muito menos capacidade do que um disco rígido, embora os preços sejam semelhantes.

Discuta com a turma:

Como encerramento pode-se destacar que, ao trabalhar na nuvem (como, por exemplo, ao fazer com editores de texto online), não perdemos informações quando o dispositivo fica sem energia.
Isso ocorre porque os dados não são armazenados na memória permanente de nossos computadores, mas na memória permanente de terceiros. Como diz uma campanha da Free Software Foundation of Europe: “Não existe computação em nuvem, existem computadores de outras pessoas”

Sistematização

Hardware e Software

Tempo sugerido: 5 minutos

Os alunos serão capazes de:

Analisar diferentes tipos de computadores.
Conceitualizar a ideia de computador

Projetar um computador para fins específicos.
Mostrar que a tecnologia intervém na vida das pessoas.
Exercitar o pensamento criativo.
Praticar apresentando ideias.

Diferenciar as memórias voláteis das permanentes.
Distinguir as pequenas memórias das grandes.
Discriminar memórias rápidas de memórias lentas.

Referências Bibliográficas:

CASTELAN, J.; BARD, R. D. Implementação das metodologias ativas de
aprendizagem nos cursos presenciais de graduação. Revista Vincci, v. 3, n. 1,
p. 2-22, 2018.

MATTAR, J. Metodologias Ativas para a educação presencial blended e a
distância. São Paulo: Artesanato Educacional, 2017.

ZWICKER, M. R. G. A aprendizagem ativa e o cérebro: contribuições da
neurociência para uma nova forma de educar. In: SANTOS, C. M. R. G.;

Websites:

https://www.commonsense.org/