Arquiteturade

Computadores

Curso Técnico em Informática2º Semestre 2009

Prof. Renata P. G. Burdin Rocha

História dos Computadores

2000 a.C. - O Ábaco

Há cerca de quatro mil anos (4000 a.C.), povos primitivos desenvolveram sistemas de cálculo e numeração mais poderosos do que os até então existentes, mas sem usar nenhum "aparelho" para isso. Por volta de quinhentos anos mais tarde, surgia o primeiro instrumento capaz de calcular com precisão e rapidez. Composto de varetas (pedaços de madeira dispostos paralelamente) e pequenas bolas, nascia o primeiro modelo de Ábaco conhecido. Todavia, somente muito tempo depois surgia um modelo mais evoluído e que é usado até hoje no oriente: o ábaco chinês. Existem diversos modelos de ábaco, como o russo ou o japonês, mas a versão chinesa tornou-se a mais conhecida mundialmente. O ábaco mostrou-se tão eficiente e simples de usar que nada melhor que ele surgiu até o século XVII.

 1642 - A máquina de Pascal

O próximo passo no desenvolvimento de máquinas de calcular foi a invenção da primeira "engenhoca" capaz de somar ou diminuir números muito rapidamente. A Pascalina, como foi apelidada a primeira calculadora mecânica, foi criada quando Blaise Pascal (1623-1662) quando tinha apenas dezoito anos com o objetivo de livrar seu pai, coletor de impostos de Rouen (França), dos inúmeros cálculos que sua profissão lhe impunha. O modelo desenvolvido pelo jovem inventor consistia em uma caixa contendo rodas dentadas e engrenagens, que conforme se encaixavam, produziam os cálculos visados. O operador girava as rodas dentadas de modo que os números a serem somadas ficassem expostos no mostrador. Cada casa decimal era representada por uma roda diferente, isto é, uma era a unidade, outra a dezena, a seguinte a centena e assim por diante. Comercialmente, a Pascalina foi um fracasso, pois não foram produzidas mais de cinqüenta unidades e seu preço era excessivamente alto.

 1672 - A Calculadora de Leibniz

A Máquina de Pascal era boa, mas as operações mais complicadas e trabalhosas (multiplicação e divisão) ficavam de fora de seu círculo operacional. Como uma evolução da Pascalina, o alemão Gottfried Leibnitz (1646-1716), filósofo e matemático alemão, na ânsia de agilizar os intermináveis cálculos astronômicos (conhecidos por ele durante uma visita, em Paris, ao astrônomo Christian Huygens), se empenhou em aprimorar o modelo de Pascal. No ano seguinte à visita, Leibniz finalizava sua calculadora mecânica capaz de fazer facilmente cálculos envolvendo as quatro operações fundamentais e ainda extrair a raiz quadrada. O modelo era muito parecido com o de Pascal, mas com componentes extras que agilizavam os cálculos e se moviam dentro da máquina, otimizando os cálculos repetitivos. 

 No entanto, tal qual a máquina de Pascal, problemas técnicos impediram que a máquina de Leibniz se tornasse um dispositivo prático. Isto só se tornou possível quando Charles-Xavier Thomas de Colmar (1785-1870) construiu, baseado no modelo de Leibniz, o aritmômetro, uma máquina finalmente operacional da qual mais de 1500 unidades foram fabricadas e vendidas em trinta anos, tendo obtido a medalha de ouro da exposição de Paris de 1855.

1822 - A Máquina que "ficou no papel"

Charles Babbage era um matemático inglês que sempre buscou a precisão matemática até os limites da perfeição. Numa publicação científica do ano de 1822, Babbage escreveu sobre uma novíssima máquina capaz de calcular e imprimir longas tabelas científicas. A máquina que construiu, portanto, se empenhava em calcular funções (logarítmicas, trigonométricas, etc) sem o auxílio de um operador. Esse modelo ficou conhecido como Máquina de Diferenças. Após vários anos de trabalho, Babbage não conseguiu construir a máquina que ambicionava, ficando o protótipo muito abaixo do esperado pelo matemático. Babbage ainda construiu a menos conhecida Máquina Analítica.

 1801 - O Tear Programável

Em 1801, Joseph Marie Jacquard desenvolveu uma maneira rápida e eficiente de padronizar os desenhos nos tecidos de sua fábrica. Ele introduziu nos teares um

sistema de cartões perfurados que representavam justamente os desenhos pretendidos. Jacquard ficou tão satisfeito com os resultados obtidos que se viu tentado a despedir vários funcionários logo depois da implementação do sistema - coisa que fez tempos depois.

  

1847 - A teoria de Boole

Por mais estranho que possa parecer, uma das maiores revoluções para o "mundo dos cálculos", não foi nenhuma máquina milagrosa ou a evolução das já existentes - mas sim uma teoria. A publicação de dois livros, A Análise Matemática da Lógica e Uma Investigação das Leis do Pensamento, em 1847 e 1854 respectivamente, deram a George Boole o título de inventor da lógica matemática. Os dois livros formam a base da atual Ciência da Computação e da Cibernética. O que Boole propôs era que qualquer coisa (sejam números, letras ou mesmo objetos) poderia ser representado por símbolos e regras. Ele também introduziu o conceito dos códigos binários, ou seja, apenas dois tipos de entidades - sim ou não, verdadeiro ou falso, um ou zero, ligado ou desligado, passa corrente ou não passa corrente, em cima ou embaixo, etc. Boole achava que eliminando elementos subjetivos e mantendo restritas as opções, o sistema se manteria menos suscetível a falhas.

1890 – Hollerith

Visando acelerar o imenso trabalho dispensado ao censo nos Estados Unidos, Hermann Hollerith, desenvolveu um equipamento que usava os mesmos cartões perfurados idealizados por Jacquard. Incentivado por John Shaw Billings (seu futuro sogro e funcionário do governo americano, que havia dito a ele que o sistema de tabulação usado no censo poderia ser feito usando cartões perfurados), Hollerith aperfeiçoou o modelo predecessor: o tear programável. A máquina de Hollerith venceu várias outras num concurso realizado no mesmo ano que foi construída e ganhou a concorrência, ficando responsável pelo censo americano.

Desta vez, cada cartão perfurado era dividido em zonas correspondentes ao sexo, idade, moradia, data de nascimento, raça, nacionalidade e demais dados interessantes à um censo. Depois de perfurados no lugar correspondente a determinada característica da pessoa, o cartão era levado até a máquina propriamente dita. Os cartões eram então pressionados por dezenas de pinos que procuravam passar pelos buracos do cartão, sendo que os pinos que atravessavam eram somente aqueles dos lugares previamente perfurados. Uma vez transpassado o cartão, os pinos mergulhavam em um recipiente de mercúrio, fechando um circuito e indicando

sua posição. Esse sistema trabalhou de forma tão veloz que os resultados do censo saíram em um terço do tempo gasto usando métodos antigos.

O sucesso de Hollerith foi tanto que ele fundou, em 1896, a Tabulation Machine Company, empresa especializada em operar e fabricar as máquinas. A TMC veio a fundir-se com mais duas empresas formando a Computing Tabulation Recording Company. A mesma CTRC, anos depois da morte de Hollerith, mudava de nome nascia a mundialmente famosa IBM - Internacional Business Machine.  

 

1948 - Teoria da Informação

Inspirado na lógica booleana de 1847, Claude Shannon, um estudante do MIT (Instituto de Tecnologia de Massachusetts), estudava meios mais simples que não fossem através de grandes e complicadas engrenagens de calcular. Ele percebeu quão semelhante era o princípio booleano de números binários com um circuito elétrico - e que esse circuito poderia ser usado em um computador. Prosseguindo em seus estudos e experiências sobre códigos binários, o estudante publicou em sua tese de mestrado as conclusões que havia chegado. A sua teoria foi tão bem recebida que dentro de meses já estava sendo adaptada aos sistema telefônicos americanos. Shannon foi o responsável pela expansão do conceito de numeração binário e introduzindo nos meios acadêmicos o bit como é conhecido atualmente: binary digit.

Geração de Computadores

As cinco gerações

A partir do momento que surgiram os primeiros computadores na acepção popular da palavra, divide-se a história dos computadores em cinco gerações distintas. O pulo para a geração seguinte se dá com o advento de um nova tecnologia que possibilita grandes avanços do poder de cálculo ou descobertas que modificam a base de um computador. Os computadores da primeira geração serão analisados em separado,

visto que cada novo modelo apresentava diferenças substanciais. Da segunda geração em diante, serão analisadas características gerais dos computadores, já que eles eram muitos e observá-los em separado renderia várias páginas. Embora existam diferenças e discordâncias quanto as datas das gerações de computadores, será usada aqui aquela mais amplamente aceita.

 

1ª Geração: tecnologia de válvulas (1940 - 1955)

1943 - Mark I

Numa parceria da IBM com a marinha Norte-Americana, o Mark I era totalmente eletromecânico: ele tinha cerca de 17 metros de comprimento por 2 metros e meio de altura e uma massa de cerca de 5 toneladas. O barulho do computador em funcionamento, segundo relatos da época, se assemelhava a varias pessoas tricotando dentro de uma sala. Mark I continha nada menos que 750.000 partes unidas por aproximadamente 80 km de fios. Ele foi o primeiro computador totalmente automático a ser usado para fins bélicos.

 

1945 - ENIAC

A segunda Grande Guerra estava no seu auge e a demanda por computadores cada vez mais rápidas vinha crescendo. Os britânicos criavam a menos famosa Colossus para decifrar os códigos nazistas e os americanos apresentavam o ENIAC (Eletronic Numerical Integrator and Calculator). O modelo utilizava válvulas eletrônicas e os números eram manipulados na forma decimal. Apesar da alta velocidade para a época, era extremamente difícil mudar as instruções contidas dentro do computador, já que a programação era feita por meio de válvulas e fios que eram trocados de posição de acordo com o que se desejava. A demora ainda era maior porque o computador utilizava o sistema decimal.

O ENIAC tinhas as seguintes características:

totalmente eletrônico 17.468 válvulas 500.000 conexões de solda 30 toneladas de peso 180 m² de área construída 5,5 m de altura 25 m de comprimento 2 vezes maior que MARK I

realizava uma soma em 0,0002 s realizava uma multiplicação em 0,005 s com números de 10 dígitos

 O ENIAC tinha um grande problema: por causa do número tão grande de válvulas, operando à taxa de 100.000 pulsos por segundo, havia 1,7 bilhão de chances a cada segundo de que uma válvula falhasse, além da grande tendência de superaquecer-se. Pois as válvulas liberavam tanto calor, que mesmo com os ventiladores a temperatura ambiente subia, às vezes, até 67°C. Então Eckert, aproveitou a idéia utilizada em órgãos eletrônicos, fazendo com que as válvulas funcionassem sob uma tensão menor que a necessária, reduzindo assim as falhas a 1 ou 2 por semana.Nesta época, as válvulas representavam um grande avanço tecnológico, mas apresentavam os seguintes problemas:

aquecimento demasiado provocando queima constante elevado consumo de energia eram relativamente lentas

O ENIAC foi desativado em 2 de outubro de 1955.

1949 - O sucessor do ENIAC

O EDVAC (Electronic Discrete Variable Computer- Computador Eletrônico de Variáveis Discretas), apesar de ser mais moderno, não diminuiu de tamanho e ocupava 100% do espaço que o ENIAC ocupava. Todavia, ele era dotado de cem vezes mais memória interna que o ENIAC - um grande salto para a época. As instruções já não eram passadas ao computador por meios de fios ou válvulas: elas ficavam em um dispositivo eletrônico denominado linha de retardo. Esse dispositivo era um tubo contendo vários cristais que refletiam pulsos eletrônicos para frente e para trás muito lentamente. Um outro grande avanço do EDVAC foi o abandono do modelo decimal e a utilização dos códigos binários, reduzindo drasticamente o número de válvulas. Seus criadores, Mauchly e Eckert, começaram a trabalhar neste modelo logo após o lançamento do ENIAC.

Em 1949, surge também o EDSAC - Eletronic Delay Storage Automatic Calculator ou "Calculadora Automática com Armazenamento por Retardo Eletrônico", o qual marcou o último grande passo na série de avanços decisivos inspirados pela guerra: Começou a "Era do Computador"!

 1951 - UNIVAC I

Baseado na revolucionária teoria de Von Neumann (pensada por ele a partir do funcionamento do EDVAC), o UNIVAC I (Universal Automatic Computer) era bem menor que seus predecessores. Tinha "apenas" vinte metros quadrados e um massa de cerca de cinco toneladas. O computador recebia as instruções de cartões magnéticos e não mais de cartões perfurados. Ao todo, venderam-se 46 unidades do UNIVAC Modelo I, que eram normalmente acompanhados de um dispositivo impressor chamado UNIPRINTER, que, sozinho, consumia 14.000 W. Foram construídas nos anos seguintes máquinas muito semelhantes, como o MANIAC-I (Mathematical Analyser Numerator, Integrator and Computer), MANIAC-II e o UNICAC-II. Foram produzidas quinze unidades do UNIVAC I e ele foi o primeiro computador comercial da história. 

 

 

2ª Geração: a utilização do transistor (1955-1965)

Em 1952 surgiu um novo componente que apresentava inúmeras vantagens em relação às antigas válvulas: ele tinha características como menor aquecimento, maior poder de cálculo e confiabilidade e um consumo de energia bem menor - com o adicional de que não necessitava de tempo para aquecer. A Bell Laboratories inventava o transistor. Os cálculos passaram a ser medidos de segundos para

microssegundos. As linguagens utilizadas para esses computadores eram normalmente a FORTRAN, COBOL ou ALGOL.

1954 - IBM 650

O computador IBM 650 foi disponibilizado publicamente nos USA pela IBM em Dezembro de 1954. Media 1,5 m X 0,9 m X 1,8 m e tinha uma massa de 892 Kg. O IBM 650 era indicado para resolver problemas comerciais e científicos. A empresa projetou a venda de 50 exemplares do computador (mais do que todos os computadores do mundo juntos) - o que foi considerado um exagero. Apesar do pessimismo, em 1958, duas mil unidades do IBM 650 estavam espalhadas pelo mundo. O IBM 650 era capaz de fazer em um segundo 1.300 somas e 100 multiplicações de números de dez dígitos.

A partir desse momento, devido à maior facilidade e praticidade do transistor, muito modelos de computador surgiram. O primeiro modelo de computado 100% transistorizado foi o TRADIC, da Bell Laboratories. Outro modelo dessa época era o IBM 1401, com uma capacidade memória base de 4.096 bytes operando em ciclos de memória de 12 microssegundos. A instalação de um IBM 1401 ocupava uma sala e o tamanho dos computadores ainda era bastante grande. Existiam também outros modelos, como o sofisticado IBM 7094. O IBM TX-0, de 1958, tinha um monitor de vídeo de alta qualidade, além de ser rápido e relativamente pequeno. Um outro modelo de computador virou mania no MIT era o PDP-1: alunos utilizavam o computador para jogar Rato-no-Labirinto e Spacewar utilizando o auxílio de uma caneta óptica e um joystick. No entanto, os elevados custos destas máquinas restringiam sua utilização a aplicações estratégicas do governo, grandes empresas e universidades. 

 

3ª Geração: os circuitos integrados (1965-1980)

Em 1960 existiam cerca de 5.000 computadores nos EUA. É desta época o termo software. Em 1964, a CSC, Computer Sciences Corporation, criada em 1959 com um capital de 100 dólares, tornou-se a primeira companhia de software com ações negociadas em bolsa. O primeiro minicomputador comercial surgiu em 1965, o PDP-5,

lançado pela americana DEC, Digital Equipament Corporation. Dependendo de sua configuração e acessórios ele podia ser adquirido pelo preço de US $ 18,000.00. Seguiu-se o PDP-8, de preço ainda mais competitivo. Seguindo seu caminho outras companhias lançaram seus modelos, fazendo com que no final da década já existissem cerca de 100.000 computadores espalhados pelo mundo. Em 1970 a INTEL Corporation introduziu no mercado um tipo novo de circuito integrado: o microprocessador. O primeiro foi o 4004, de quatro bits. Foi seguido pelo 8008, em 1972, o difundidíssimo 8080, o 8085, etc. A partir daí surgem os microcomputadores. O mouse foi introduzido no mercado em 1974, com o minicomputador Xerox Alto, permitindo abrir várias janelas de programas na tela, com menus e ícones. Para muitos, a quarta geração surge com os chips VLSI, de integração em muito larga escala. As coisas começam a acontecer com maior rapidez e freqüência. Em 1972 Bushnell lança o vídeo game Atari. Kildall lança o CP/M em 1974. O primeiro kit de microcomputador, o ALTAIR 8800 em 1974/5. Em 1975 Paul Allen e Bill Gates criam a Microsoft e o primeiro software para microcomputador: uma adaptação BASIC para o ALTAIR. Em 1976 Kildall estabelece a Digital Research Incorporation, para vender o sistema operacional CP/M. Em 1977 Jobs e Wozniak criam o microcomputador Apple, a Radio Shack o TRS-80 e a Commodore o PET. A planilha Visicalc (calculador visível) de 1978/9, primeiro programa comercial, da Software Arts. Em 1979 Rubinstein começa a comercializar um software escrito por Barnaby: o Wordstar, e Paul Lutus produz o Apple Writer. O programa de um engenheiro da NASA, Waine Ratliff, o dBASE II, de 1981. Também de 1981 o IBM-PC e o Lotus 1-2-3, de Kapor, que alcançou a lista dos mais vendidos em 1982.

.

  IBM 360

 

4ª Geração: circuitos de larga escala (1981-1990)

Surgiram em decorrência do uso da técnica dos circuitos LSI (LARGE SCALE INTEGRATION) e VLSI (VERY LARGE SCALE INTEGRATION). Nesse período surgiu também o processamento distribuído, o disco ótico e o a grande difusão do microcomputador, que passou a ser utilizado para processamento de texto, cálculos auxiliados, etc. -1982- Surge o 286 Usando memória de 30 pinos e slots ISA de 16 bits, já vinha equipado com memória cache, para auxiliar o processador em suas funções. Utilizava ainda monitores CGA em alguns raros modelos estes monitores eram coloridos mas a grande maioria era verde, laranja ou cinza. -1985- O 386 Ainda usava memória de 30 pinos, porém devido ás sua velocidade de processamento já era possível rodar softwares gráficos mais avançados como era o caso do Windows 3.1, seu antecessor podia rodar apenas a versão 3.0 devido à baixa qualidade dos monitores CGA, o 386 já contava com placas VGA que podiam atingir até 256 cores desde que o monitor também suportasse essa configuração. -1989- O 486 DX A partir deste momento o coprocessador matemático já vinha embutido no próprio processador, houve também uma melhora sensível na velocidade devido o advento da memória de 72 pinos, muito mais rápida que sua antepassada de 30 pinos e das placas PCI de 32 bits duas vezes mais velozes que as placas ISA . Os equipamentos

já tinham capacidade para as placas SVGA que poderiam atingir até 16 milhões de cores, porém este artifício seria usado comercialmente mais para frente com o advento do Windows 95. Neste momento iniciava uma grande debandada para as pequenas redes como, a Novel e a Lantastic que rodariam perfeitamente nestes equipamentos, substituindo os "micrões" que rodavam em sua grande maioria os sistema UNIX (Exemplo o HP-UX da Hewlett Packard e o AIX da IBM). Esta substituição era extremamente viável devido à diferença brutal de preço entre estas máquinas. Os computadores citados popularizaram tanto o uso dessas máquinas que foi cunhado o conceito de "PC", ou "Personal Computer" (Computador Pessoal em português). 

 

5ª Geração: Ultra Large Scale Integration (1990 - hoje)

As aplicações exigem cada vez mais uma maior capacidade de processamento e armazenamento de dados. Sistemas especialistas, sistemas multimídia (combinação de textos, gráficos, imagens e sons), banco de dados distribuídos e redes neurais, são apenas alguns exemplos dessas necessidades. Uma das principais características dessa geração é a simplificação e miniaturização do computador, além de melhor desempenho e maior capacidade de armazenamento. Tudo isso, com os preços cada vez mais acessíveis. A tecnologia VLSI está sendo substituída pela ULSI (ULTRA LARGE SCALE INTEGRATION). O conceito de processamento está partindo para os processadores paralelos, ou seja, a execução de muitas operações simultaneamente pelas máquinas. A redução dos custos de produção e do volume dos componentes permitiram a aplicação destes computadores nos chamados sistemas embutidos, que controlam aeronaves, embarcações, automóveis e computadores de pequeno porte. São exemplos desta geração de computadores, os micros que utilizam a linha de processadores Pentium, da INTEL. 1993- Surge o Pentium As grandes mudanças neste periodo ficariam por conta das memórias DIMM de 108 pinos, do aparecimento das placas de video AGP e de um aprimoramento da slot PCI melhorando ainda mais seu desempenho. 1997- O Pentium II / 1999- O Pentium III / 2001- o Pentium 4 Não houveram grandes novidades após 1997, sendo que as mudanças ficaram por conta dos cada vez mais velozes processadores.

 

 

6ª Geração: Alta tecnologia

Um exemplo desta geração é o Microsoft Surface é um computador composto por uma “mesa-display” de 30 polegadas, integrada com a tecnologia Multi-Touchscreen. Isso quer dizer, que ela é capaz de reconhecer diversos toques simultâneos, que possibilita a operação em conjunto com várias pessoas, além de abrir espaço para comandos gestuais durante a operação.

Seus comandos permitem um manuseio intuitivo na manipulação de arquivos, fotos, vídeos, navegação em mapas e tudo o que se tem direito, sendo que sua interface dispensa o uso de mouse e teclado para qualquer operação. Bastando apenas separar um dedo do outro, aumenta-se o tamanho de uma foto, clicando no canto de uma janela, ela gira para exibir novas opções, arrastando a mão sobre a superfície, você rola um menu slide para acessar os aplicativos, e assim por diante!

Mas além de tudo isso, um recurso interessante no Surface é o sistema de reconhecimento de objetos, o que possibilita uma ótima integração com dispositivos portáteis, tais como: câmeras digitais, celulares, smartphones e PDAs, bastando apenas colocá-los sobre a mesa para acessar seu conteúdo.

Realmente essa é a tecnologia que alegra os olhares de qualquer fanático por tecnologia, mas embora a Surface tenha alcançado um patamar funcional, a princípio, este sistema será direcionado unicamente para estabelecimentos comerciais, como recepção de hotéis, cassinos e restaurantes.