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- -1 A evolução histórica dos computadores eletrônicos Marcio Regis Manso Fraga Introdução Você deve utilizar um ou vários computadores durante o seu dia, não é mesmo? Eles possuem papel fundamental nas empresas e nas relações interpessoais. Mas você já se perguntou como eles surgiram? Neste texto-base, estudaremos a origem dos computadores e conhecer quais acontecimentos foram importantes e influenciaram a estrutura e a tecnologia utilizada em cada geração. Além disso, analisaremos o nascimento do mercado de computadores pessoais, observando o que de fato mudou em cada momento e promoveu uma evolução tecnológica nesse mercado até chegarmos nos computadores atuais. Veremos também o surgimento da arquitetura x86 e as características dos seus principais processadores. Bom estudo! Ao final desta aula, você será capaz de: • Conhecer a evolução histórica dos computadores, identificando as diferenças entre cada geração. Características de cada geração de Computadores O primeiro registro de uso de máquinas para efetuar cálculos foi entre 2500 a 3000 a.C. com os chineses, quando comerciantes utilizavam o ábaco para efetuar contagem simples. Ao longo do tempo, esse equipamento foi utilizado por outros povos, como os romanos, para cálculos aritméticos simples (MONTEIRO, 2010). Outras máquinas analógicas foram o calculador de Pascal e o calculador mecânico de Leibniz. Esse tipo de equipamento é chamado de computador analógico e se caracteriza por utilizar eventos mecânicos, elétricos ou hidráulicos para solucionar problemas, através da analogia entre quantidade de pesos ou elementos e comprimentos de escala. A baixa velocidade de processamento e a falta de confiabilidade dos resultados são alguns problemas dos computadores analógicos. A evolução tecnológica e o advento de dispositivos, materiais e conhecimentos permitiram o desenvolvimento de computadores mais eficientes e confiáveis. Assim, podemos classificar a evolução dos computadores em gerações, de acordo com a tecnologia utilizada. • - -2 Primeira Geração: computadores a válvula O primeiro computador de propósito geral no mundo foi o ENIAC (Computador e Integrador Numérico Eletrônico), desenvolvido sob a supervisão dos cientistas John Mauchly e John Presper Eckert, na Universidade da Pensilvânia (STALLINGS, 2010). O projeto ENIAC surgiu da necessidade do Governo Americano em reduzir o tempo na produção de tabelas de trajetória balísticas com precisão, para uso durante a Segunda Guerra Mundial. Até então, o exército americano utilizava 200 pessoas para resolver repetidamente equações balísticas e gerar os dados necessários para construir as tabelas. O ENIAC, concluído em 1946, pesava cerca de 30 toneladas, com mais de 1.700 válvulas, 6.000 chaves e 800 quilômetros de cabos e consumia uma enorme quantidade de energia. Além disso, trabalhava na base decimal e possuía 20 registradores e realizava cerca de 10.000 operações por segundo, considerado muito veloz para a época. Figura 1 - ENIAC Fonte: Everett Historical. Shutterstock, 2019. O ENIAC permaneceu em operação até 1955. Nesse período, o computador foi utilizado para a operação de SAIBA MAIS A divulgação de documentos sigilosos do Governo Britânico revelou que Alan Turing desenvolveu uma máquina, em 1943, chamada Colossus, com o objetivo de quebrar códigos militares do exército alemão. Em 2014, foi lançado um filme chamado ,O jogo da imitação dirigido por Morten Tyldum, que conta a história da construção da Colossus. - -3 O ENIAC permaneceu em operação até 1955. Nesse período, o computador foi utilizado para a operação de cálculos complexos em relação ao uso da bomba H, provando que era uma máquina de uso geral (MONTEIRO, 2010). Contudo, era de difícil operação, visto que a programação levava dias, pois era feito através da redistribuição de cabos em tomadas, rearranjo de chaves e com uma manutenção onerosa, pois as válvulas queimavam com frequência devido ao calor. Além do ENIAC, John Von Neumann e outros cientistas iniciaram a construção de outra máquina, conhecida como IAS ( ),Institute for Advanced Study Embora seja uma máquina da primeira geração, as ideias propostas por Von Neumann no IAS são utilizados até hoje, mas com melhorias, que promoveram aumento na velocidade e capacidade de processamento. Segunda Geração: transistores Em 1947, a empresa desenvolveu um componente capaz de substituir a válvula: o transistor.Bell Laboratories Além de realizar as mesmas funções básicas e ser mais confiável (queimava com facilidade), era apenas 1/200 do tamanho de uma das primeiras válvulas e consumia menos de 1/100 da sua energia. Isso promoveu uma revolução na indústria eletrônica e o transistor passou a ser o componente básico na construção de computadores. O transistor é um dispositivo que têm a função básica de um interruptor eletrônico que interrompe ou inicia um circuito elétrico. Existem vários modelos de transistores com características distintas de acordo com a sua aplicação. EXEMPLO Para programar no IAS, bastava estabelecer um conjunto ordenado de passos e armazenar na memória, junto com os dados. O IAS busca o comando, interpreta a operação em questão, trás os dados necessários e, por fim, executa o comando e retorna o resultado. - -4 Figura 2 - Transistores. No final da década de 1950, surgiram os primeiros computadores comerciais totalmente transistorizados. A empresa Bell lançou o primeiro, o TRADIC, com 800 transistores. Outras empresas, como IBM, NCR e RCA, também foram pioneiras com o lançamento de máquinas transistorizadas. Terceira Geração: circuitos integrados Com o aumento na demanda por computadores mais poderosos, a quantidade de transistores aumentou significativamente, chegando a ter 10 mil por unidade, provocando um problema de acomodação desses componentes no computador. Assim, foi desenvolvido os circuitos integrados (CI), que incorpora inúmeros transistores e outros componentes eletrônicos em um único elemento. Com isso, circuitos que antes ocupavam uma placa inteira, passaram a ser acomodados em uma pastilha (chip) de silício, ganhando em espaço, dissipando menos calor e consumindo menos energia que os transistores. - -5 Figura 3 - Circuito integrado. Fonte: Audrius Merfeldas. Shutterstock, 2019. Além disso, surgem os teclados e monitores para a entrada e saída de dados. A velocidade de processamento era na ordem de microssegundos. O principal computador dessa geração foi o da série 360, da IBM, que trouxe diversas inovações, tais como assinala Monteiro (2010): • Família de computadores: a empresa comercializa computadores com mesma arquitetura e linguagem semelhante, mas com capacidade de armazenamento e processamento diferentes. • A unidade de controle no hardware deu lugar a unidade de controle que permite escrever pequenos programas com instruções elementares ao nível das operações de transferência de registros. Essa característica é chamada de microprogramação. • Vários programas compartilhando a memória e a CPU, dando a impressão que estão sendo executados simultaneamente. • Memória e processamento mais poderosos. • O sistema operacional OS/360, capaz de gerenciar os recursos da máquina. Quarta Geração: microprocessadores A partir de 1970, a evolução tecnológica seguiu, principalmente, o caminho da miniaturização dos componentes internos. Nessa geração, os circuitos passaram a uma larga escala de integração, conhecido como LSI (Large Scale ).Integration Dessa forma, a empresa lançou no mercado um tipo novo de circuito integrado: oIntel Corporation microprocessador. • • • • • - -6 Figura 4 - Microprocessadores. Fonte: Tatiana Popova, Shutterstock, 2019. Quinta Geração: supercomputadores Alguns autores afirmam que, a partir de meados de 1980, iniciou-se a quinta geração dos computadores, onde os processadores possuem milhões de transistores em uma escala de ultra integração (ULSI). FIQUE ATENTO O microprocessador concentrava componentes importantes de um computador, como a CPU, controladores de memóriae de entrada e saída. Assim, começou a surgir um novo tipo de computador no mercado: os computadores pessoais ou microcomputadores. O surgimento dos microcomputadores provocou uma revolução no mercado, causando a progressiva substituição dos computadores de grande porte pelos microcomputadores. Grandes estruturas de empresas e órgãos públicos são baseadas em microcomputadores, restringindo o mercado de computadores de grande porte a organizações como bancos e laboratórios científicos que exigem um processamento elevado. - -7 Outras características importantes são o surgimento de computadores de execução paralela, equipamentos com alta conectividade entre si e o uso de técnicas de Inteligência Artificial. História da arquitetura X86 A arquitetura x86 surgiu com a empresa , com o lançamento da primeira geração: osIntel Corporation processadores 8086/8088. O processador 8088 foi escolhido pela IBM para compor o seu primeiro computador pessoal, o IBM PC. Esse equipamento transformou o mercado e abriu o caminho para o surgimento de grandes empresas, como Microsoft, Compaq, Dell, entre outros fabricantes. Além disso, o seu sucesso foi fundamental para a diminuição do mercado de computadores de grande porte. De acordo com Stallings (2010), os processadores importantes com arquitetura x86 lançados pela Intel são: • Processador 80386: foi o primeiro de 32 bits e a oferecer suporte para execução simultânea de vários programas. • Processador 80486: possuía um coprocessador aritmético de ponto flutuante, aliviando a CPU principal do processamento de operações aritméticas complexas. • Processador da família Pentium: foi o primeiro a utilizar a tecnologia superescalar, permitindo a execução de múltiplas instruções paralelamente. Além disso, no Pentium II e III foi incorporado tecnologia que processa de forma eficiente vídeos, áudio e gráficos 3D. FIQUE ATENTO Na década de 1980, o Governo japonês iniciou um projeto intitulado “Fifth Generation Computer Systems (FGCS)” com o objetivo de iniciar a quinta geração de computadores. Embora tenha findado com uma visão de insucesso, o projeto deu um impulso relevante em alguns dos seus objetivos, como a criação de computadores em paralelo, o uso de Linguagens de programação lógica e aplicação prática de Inteligência Artificial. FIQUE ATENTO Nessa estrutura, não existem vários processadores e, sim, unidades funcionais capazes de paralelizar a execução de instruções independentes pelo ciclo de clock. Esse tipo de processador pode ter várias unidades funcionais. • • • - -8 Fechamento Neste texto-base, estudamos a origem e as gerações de computadores ao longo dos anos e a evolução tecnológica que ocorreu até os dias atuais. Aprendemos que os computadores digitais surgiram para fins militares, durante a segunda guerra mundial, mas que logo em seguida começou a ser utilizado para outras finalidades. Vimos, ainda, que o surgimento dos circuitos integrados possibilitou o aparecimento dos computadores pessoais, o que revolucionou o mercado e que gradativamente ganhou o espaço dos computadores de grande porte. Assim como, a arquitetura x86 foi um marco importante para o mercado, pois possibilitou o surgimento de grandes empresas no desenvolvimento de hardware e software, além de estar em constante evolução tecnológica até os dias atuais. Referências MONTEIRO, M. A. . 5. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2010.Introdução à Organização de Computadores STALLINGS, W. projeto para o desempenho. 8. ed. São Paulo.Arquitetura e Organização de Computadores: Prentice Hall, 2010. Introdução Características de cada geração de Computadores Primeira Geração: computadores a válvula ENIAC Segunda Geração: transistores Transistores. Terceira Geração: circuitos integrados Circuito integrado. Quarta Geração: microprocessadores Microprocessadores. Quinta Geração: supercomputadores História da arquitetura X86 Fechamento Referências