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Evolução da arquitetura de computadores Apresentação A arquitetura de computadores é uma área essencial da computação, pois define a estrutura e o funcionamento dos sistemas que utilizamos diariamente, afirma Stallings (2024). Desde os primeiros dispositivos de cálculo até os computadores modernos, houve uma transformação profunda na forma como os componentes interagem para executar tarefas com agilidade e precisão, de acordo com Patterson e Hennessy (2017). Essa evolução acompanha o avanço da tecnologia e suas aplicações na sociedade. Patterson e Hennessy (2017) ainda explicam que, com o passar das décadas, as mudanças nos sistemas computacionais foram marcadas por inovações que impactaram diretamente a vida cotidiana. O surgimento de processadores mais rápidos, memórias mais eficientes e dispositivos de armazenamento com maior capacidade transformou a maneira como nos conectamos, trabalhamos e resolvemos problemas. Entender esse processo histórico ajuda a compreender os desafios atuais e as perspectivas da tecnologia. Nesta Unidade de Aprendizagem, você vai estudar a evolução da arquitetura de computadores, explorando desde os dispositivos mais antigos até os atuais. Vai compreender como o sistema computacional se desenvolveu no decorrer do tempo, identificar as diferenças entre os componentes contemporâneos e os antigos e conhecer o funcionamento dos processadores e suas subdivisões. Bons estudos. Ao final desta Unidade de Aprendizagem, você deve apresentar os seguintes aprendizados: Identificar os principais fatores que marcaram a evolução tecnológica e a história do sistema computacional. • Diferenciar os componentes atuais dos mais antigos.• Reconhecer o funcionamento de processadores e suas subdivisões.• Desafio Em ambientes corporativos, o desempenho de sistemas computacionais está diretamente ligado à configuração e à arquitetura dos servidores utilizados. A forma como o processador, a memória e os dispositivos de armazenamento interagem pode causar gargalos significativos se não estiverem bem dimensionados. Esses problemas afetam diretamente a produtividade da equipe e, muitas vezes, demandam uma análise técnica minuciosa para identificar a causa e aplicar uma solução eficiente e com bom custo-benefício. Uma situação comum e muito desgastante em empresas é acessar uma página na internet, um sistema web ou simplesmente tentar transferir arquivos pela rede interna e deparar com uma grande lentidão. Isso afeta toda a estrutura organizacional e o suporte da TI que deve fornecer uma solução para o problema. Com essas informações, considere-se parte da situação a seguir: Diante desse contexto, você deve identificar o problema que está causando a lentidão de acordo com a sua análise e propor uma solução, de forma a equilibrar as necessidades da agência com o melhor custo-benefício. Infográfico A evolução da computação está diretamente relacionada às necessidades humanas de realizar cálculos com mais agilidade, precisão e eficiência, defendem Tanenbaum e Austin (2013). Desde os tempos mais antigos, dispositivos como o ábaco e a régua de cálculo foram desenvolvidos para facilitar tarefas numéricas e resolver problemas cotidianos, o que reflete a engenhosidade dos povos em diferentes momentos históricos, segundo Patterson e Hennessy (2017). Tanenbaum e Austin (2013) destacam que, com o avanço das tecnologias nas áreas da matemática, engenharia e eletrônica, surgiram os primeiros computadores eletrônicos. Esses dispositivos, inicialmente gigantescos e de difícil acesso, foram se transformando com o passar das décadas, tornando-se cada vez mais compactos, rápidos e acessíveis. A evolução da arquitetura de computadores acompanhou — e impulsionou — transformações importantes na sociedade, o que permitiu o surgimento de plataformas digitais e sistemas complexos que utilizamos atualmente, explica Stallings (2024). Neste Infográfico, você vai entender como diferentes dispositivos de cálculo e processamento marcaram a história da computação. Para isso, vai explorar desde invenções antigas até os primeiros computadores modernos. Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. https://creator-files.plataforma.grupoa.education/learning-object/17351/16910_EXA_INF_V2-2025-10-20T14:17:11-03:00.png Conteúdo do Livro Patterson e Hennessy (2017) afirmam que a arquitetura de computadores é um dos pilares da computação, pois trata da estrutura e organização dos sistemas que executam as instruções e processam dados. Desde os dispositivos mecânicos mais antigos até os modernos computadores de alto desempenho, o modo como os componentes internos interagem evoluiu profundamente, o que impactou diretamente o desenvolvimento de tecnologias que transformam a sociedade, especificam Tanenbaum e Austin (2013). Compreender essa evolução histórica é fundamental para interpretar os desafios e avanços tecnológicos atuais, indicam Patterson e Hennessy (2017). Os computadores de hoje são resultado de sucessivas gerações de melhorias, tanto no hardware quanto na forma como processadores, memórias e outros dispositivos foram integrados. Estudar esses marcos ajuda a construir uma base sólida de conhecimentos sobre o funcionamento e a importância da arquitetura dos sistemas computacionais. No capítulo Evolução da arquitetura de computadores, base teórica desta Unidade de Aprendizagem, você vai descobrir como ocorreu a evolução da arquitetura de computadores com o passar do tempo, desde os primeiros dispositivos de cálculo até os sistemas modernos. Vai compreender os principais fatores históricos, identificar as mudanças nos componentes de hardware e analisar o funcionamento dos processadores e suas subdivisões. Boa leitura. ARQUITETURA DE COMPUTADORES E SISTEMAS DIGITAIS Fabrício Felipe Meleto Barboza Evolução da arquitetura de computadores Objetivos de aprendizagem Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados: Identificar os principais fatores que marcaram o histórico do sistema computacional. Explicar fatores acerca da evolução tecnológica. Diferenciar os componentes atuais dos mais antigos. Introdução Neste capítulo, você vai estudar sobre o histórico do sistema compu- tacional, fatores sobre a evolução tecnológica e a diferenciação entre componentes do passado e os atuais, além de ver como funciona um processador e suas subdivisões. Histórico do sistema computacional: principais fatores Os primórdios dos computadores datam de muitos anos atrás, por volta de 5500 a.C., com a criação do ábaco (Figura 1), que era utilizado para realizar diversos cálculos do dia a dia dos seres humanos em diversas etapas da humanidade. Figura 1. Ábaco. Fonte: Plutonius 3d / Shutterstock.com. Em 1622, o inglês William Oughtred inventou a régua de cálculo (Fi- gura 2), uma ferramenta baseada na tábua de logaritmos e que funciona por meio da aproximação de resultados, de forma não totalmente precisa. Figura 2. Régua de cálculo. Fonte: Coprid / Shutterstock.com. Em 1833, ocorreu um grande marco na história dos computadores: Charles Babbage e Ada Byron King se conhecem profissionalmente. Por volta de 1834, Charles Babbage inventou outra máquina: dessa vez, a má- quina analítica, que tinha propósito de uso geral. Foi a primeira máquina que poderia ser programada para executar vários comandos de qualquer tipo. Apesar de Babbage não ter tido oportunidade de construí-la, tanto por falta de recursos financeiros quanto tecnológicos, essa máquina foi base para os computadores que utilizamos até hoje, como, por exemplo, Evolução da arquitetura de computadores2 CPU e memória expansíveis. Logo em seguida, Ada se tornaria a primeira programadora de computadores do mundo, trabalhando muito tempo ao lado de Babbage. Ada foi quem inventou e visualizou a importância dos laços de repetição (loops), de forma a trabalhar em cartões perfurados para que istoocorresse. Sua contribuição para a informática foi tão grandiosa que o governo americano batizou uma linguagem de programação com o nome de Ada. Como terceiro ponto da evolução histórica marcante, temos a máquina de Pascal (Figura 3), considerada a primeira calculadora mecânica e que funcio- nava por meio de dois discos distintos, os quais desempenhavam o papel de inserir dados e colher os resultados. Figura 3. Máquina de Pascal. Fonte: Everett Historical/Shutterstock.com. Depois disso, foi a vez do lançamento do ENIAC (Electrical Numerical Integrator and Computer), que foi lançado em 1946. Muito rápido para a época, era um gigante, medindo 25 metros de comprimento por quase 6 metros de altura. 3Evolução da arquitetura de computadores Figura 4. ENIAC (Electrical Numerical Integrator and Computer). Fonte: Everett Historical/Shutterstock.com. Após o sucesso do ENIAC, vieram os computadores modernos da segunda e terceira geração e, entre eles, destacaram-se: IBM 7030; PDP-8; IBM 360/91. Eis que chegamos na quarta geração dos computadores modernos, que é a geração que contempla os atuais computadores. Essa quarta geração iniciou-se com o lançamento do Altair 8800, má- quina compacta e com um visual apresentável, facilitando a sua adoção em massa, ao contrário dos fisicamente gigantes computadores disponíveis até então. Evolução da arquitetura de computadores4 Segundo Gugik (2009), o "Altair 8800, lançado em 1975, revolucionou tudo o que era conhecido como computador até aquela época. Com um tamanho que cabia facil- mente em uma mesa e um formato retangular, também era muito mais rápido que os computadores anteriores. O projeto usava o processador 8080 da Intel, fato que propiciou todo esse desempenho." A partir disso, surgiram pessoas conhecidas nos dias de hoje, como Steve Jobs e Bill Gates. Jobs sempre buscou a melhoria de usabilidade do operador do com- putador, tornando a Apple a empresa a lançar o mouse e a interface gráfica para melhor interação, dois grandes marcos na história dos computadores pessoais. Já Gates iniciou sua trajetória para a construção do que viria a ser o sistema operacional mais utilizado no mundo atualmente: o Microsoft Windows. A Intel realizou parcerias para o desenvolvimento de processadores para os computadores pessoais da IBM, e Gates aproveitou para comercializar o próprio Windows. Os computadores ficaram cada vez mais potentes e menores, maximizando sua adoção e popularidade ao redor do planeta. O Microsoft Windows teve sua primeira versão comercializada em 1985, mas o sucesso veio com o lançamento da versão 3.11 em 1990. Evolução tecnológica O paralelismo da evolução tecnológica entre sistemas ou plataformas e também equipamentos ou hardware ocorre de forma constante e ascendente. Até pouco tempo atrás, a plataforma de serviços como conhecemos hoje era impensável conceitualmente e, em alguns casos, não havia infraestrutura computacional capaz de suportar esses anseios tecnológicos. 5Evolução da arquitetura de computadores Pense sobre todos os servidores e componentes evolutivos que estão pre- sentes em cadeias de plataformas atuais, como o Uber ou o iFood. Ao solicitar um Uber, o recurso tecnológico usado, que pode ser o celular, possui processador, memória, disco e tela. Esses componentes se comunicam em uma velocidade ímpar e montam o pacote de dados da sua solicitação, que é transferido para os servidores da empresa, os quais, por sua vez, recebem e confirmam a autenticidade da solicitação a partir de componentes bem similares ao do telefone: processadores, discos e memórias diversas. Um processo semelhante ocorre com o iFood, caso você solicite uma refeição, para que chegue a entrega do prato escolhido ocorra. Veja e perceba o valor agregado que ocorre com a evolução tecnológica, tanto no sentido de equipamento em si quanto nessas outras frentes e horizontes que se abrem de forma plena para a humanidade. Diferenciação entre os componentes atuais e os mais antigos Nesta seção, veremos os componentes atuais e suas diferenças para os seus antecessores, destacando a evolução tecnológica por trás das mudanças sofridas. Com o objetivo de tornar o mundo um lugar melhor, o impacto das gera- ções atuais de computadores na sociedade é exponencial. A era tecnológica é fundamental para o desenvolvimento da humanidade e, ao contrário do que se pensava antes, sustentável. Você lembra como era a burocracia para solicitar um simples táxi para o aeroporto há dez anos? Um ritual era necessário: achar o cartão da central de rádio-táxi com o número de telefone; realizar a ligação; esperar na fila para atendimento; passar a sua localidade atual, o destino e horário desejados; aguardar a chegada do veículo sem informações sobre atrasos. Há vinte anos, toda vez que você necessitava de um extrato bancário era necessário se deslocar até o caixa eletrônico e imprimir os lançamentos do período desejado, obtendo um formulário contínuo dependendo da quantidade de lançamentos. A tecnologia atual facilita essas e outras atividades do cotidiano das pes- soas, transparecendo funcionalidade e dando facilidades ao usuário final. Evolução da arquitetura de computadores6 Mas, para suportar e dar vida aos inúmeros aplicativos que surgem a cada dia, é necessário uma estrutura de servidores de alta performance e tecnologia embarcada para suportar acessos simultâneos. Assim, a partir de agora, veremos alguns dos componentes dos sistemas computacionais divididos em subitens para melhor organização e para facilitar o seu entendimento. Processador A evolução aqui ocorre a passos largos para acompanhar a sede por mais poder de capacidade computacional nos dias atuais. Como principal fabricante de processadores atualmente, a Intel é uma gigante tecnológica com grande histórico e capaz de fabricar estas jóias tão pequenas, mas tão poderosas, que são os processadores dos compu- tadores atuais. Do ponto de partida, com o lançamento do Intel 4004, a Intel foi pioneira na construção de processadores. Atualmente, detém a maior fatia de participação no mercado de forma disparada. Moreira (2011) menciona que o processador Intel 4004 foi desenvolvido por Federico Faggin, Ted Hoff e Mazor Stanley e foi um processador de 4 bits e 16 pinos que operava em 740 KHz. O chip contava com oito ciclos de clock por ciclo de instrução, o que significa que ele era capaz de realizar até 92.600 instruções por segundo. Esse processador foi, inicialmente, desenvolvido para uma fabricante de calculadoras japonesa que detinha os direitos de projeto e que, mais tarde, liberou a Intel para comercializar o processador com outras companhias. Com a explosão de vendas de computadores pessoais da IBM, a In- tel conseguiu expressivas vendas e se solidificou como empresa de forma permanente. Memória As memórias para os computadores sempre foram necessárias, pois armazenam informações que serão processadas pelo CPU ou gravadas no disco rígido. 7Evolução da arquitetura de computadores A evolução desse componente diz respeito à quantidade e velocidade tanto do próprio módulo de memória quanto da interface de comunicação com a placa mãe. A sincronização de clock das memórias nos anos 1990 e a adição de mais um sinal por clock, totalizando dois, foram os diferenciais para que a evolução das memórias acompanhassem a do processador, não deixando gargalos de desempenho. Fisicamente, memórias antigas do tipo DIMM (Figura 5) possuem dois cortes, enquanto memórias mais novas, do tipo DDR (Figura 6), possuem apenas um corte. Figura 5. Memória do tipo DIMM. Fonte: Darren Pullman/Shutterstock.com. Figura 6. Memória do tipo DDR. Fonte: Artizarus/Shutterstock.com. Evolução da arquitetura de computadores8 Disco rígido A escrita de dados de forma permanente ocorre no disco rígido. Sua evo- lução foi exponencial, indo desde os antigos big foots até os atuais SSDs. Essa evolução também ocorreu na forma de conectoresque permeiam esses dispositivos, indo dos antigos e lentos IDE (Figura 7) até os atuais e rápidos, do tipo SATA (Figura 8). Figura 7. Cabo IDE. Fonte: ManeeshUpadhyay/Shutterstock.com. Figura 8. Cabo SATA. Fonte: Makovsky Art/Shutterstock.com. 9Evolução da arquitetura de computadores Placa mãe Para suportar e dar vazão a todos esses conectores e poderio de processamento, a placa mãe também teve que se reinventar. Novas funcionalidades, controles e componentes foram adicionados nas estruturas desse equipamento. Assim, antigos conectores deram lugares a novos, como a troca de IDE para SATA, a troca de AGP para PCI-X, DIMM para DDR, conector AT para ATX, etc. GUGIK, G. A história dos computadores e da computação. 2009. Disponível em: . Acesso em: 24 jul. 2018. MOREIRA, E. Intel 4004, o primeiro processador da história, comemora 40 anos de idade. 2011. Disponível em: . Acesso em: 24 jul. 2018. Evolução da arquitetura de computadores10 Dica do Professor A memória é um dos componentes mais relevantes dentro da arquitetura de computadores, aponta Stallings (2024). Ela permite armazenar dados temporários e permanentes, o que garante que o processador tenha acesso rápido às informações necessárias para executar tarefas com eficiência, afirmam Patterson e Hennessy (2017). Com o passar do tempo, os tipos de memória evoluíram em capacidade, velocidade e aplicação. Stallings (2024) esclarece que, desde as válvulas a vácuo até os modernos módulos DDR, as memórias passaram por diversas transformações tecnológicas. Hoje, é possível encontrar diferentes tipos de memória com funções distintas dentro de um mesmo sistema computacional, que otimizam o desempenho conforme a necessidade. Nesta Dica do Professor, você vai entender como as memórias surgiram na área da informática e quais são os seus principais tipos. Assim, vai explorar suas características, aplicações e importância nos sistemas computacionais. Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. https://fast.player.liquidplatform.com/pApiv2/embed/cee29914fad5b594d8f5918df1e801fd/43b03e433e31072a9763369a19117091 Exercícios 1) Durante a evolução da arquitetura dos computadores, surgiram várias gerações com características distintas. A terceira geração, por exemplo, trouxe inovações significativas que permitiram maior velocidade de processamento, confiabilidade e redução no tamanho físico dos equipamentos. Com base nesse contexto, assinale a alternativa que representa corretamente uma inovação introduzida na terceira geração de computadores: A) Utilização de tubos de vácuo como componentes principais. B) Introdução de microprocessadores com alta integração. C) Uso de circuitos integrados, proporcionando maior compactação. D) Implantação de sistemas ópticos e inteligência artificial. E) Emprego de cartões perfurados como sistema de entrada e saída. 2) Os componentes dos computadores passaram por transformações que melhoraram desempenho, eficiência energética e capacidade de processamento. Essa evolução é visível em itens como memória, processador e dispositivos de armazenamento. Com base nisso, avalie as afirmativas a seguir: I. Os SSDs apresentam desempenho superior aos HDs por não terem partes móveis. II. Memórias DDR4 são mais rápidas e eficientes que memórias DDR2. III. Os processadores multicore permitem execução paralela de tarefas. IV. A memória SRAM, por ser mais barata, é usada como principal memória RAM. Assinale a alternativa correta: A) Apenas as afirmativas I, II e III estão corretas. B) Apenas as afirmativas II, III e IV estão corretas. Apenas as afirmativas I e IV estão corretas.C) D) As afirmativas I, II, III e IV estão corretas. E) Apenas as afirmativas I e II estão corretas. 3) O processador é o cérebro do computador, responsável por executar instruções por meio de ciclos bem-definidos. O ciclo básico de funcionamento envolve um conjunto de operações que permitem ao sistema processar instruções e realizar tarefas. Conhecer essas etapas ajuda a compreender como as operações lógicas e aritméticas são realizadas no interior de um computador. Leia as afirmações sobre o ciclo de funcionamento de um processador e assinale V para verdadeiro e F para falso: ( ) O processador inicia seu ciclo com a etapa de execução, seguida pela busca e decodificação. ( ) O ciclo de busca, decodificação e execução é essencial para o funcionamento das instruções. ( ) A unidade lógica e aritmética é responsável pela execução das operações solicitadas. ( ) O processador pode decodificar uma instrução antes de buscá-la na memória. Assinale a alternativa com a sequência correta: A) F, V, V, F. B) V, F, V, V. C) F, V, F, V. D) V, V, V, F. E) F, F, V, F. A evolução dos processadores impactou diretamente a forma como instruções são executadas, principalmente com a introdução do paralelismo e dos núcleos múltiplos. Considere dois processadores: um de núcleo único (single-core) e outro de quatro núcleos (quad-core), ambos com a mesma frequência de 2,5 GHz. Suponha que uma aplicação consiga dividir sua carga de trabalho de forma perfeita entre os núcleos disponíveis. 4) Com base nessa informação, qual seria o ganho teórico de desempenho ao executar a aplicação no processador quad-core em relação ao single-core? A) 50% mais rápido. B) O dobro da velocidade. C) Quatro vezes mais rápido. D) Sem diferença de desempenho. E) Metade da velocidade. 5) O desempenho de um sistema computacional depende do equilíbrio entre seus principais componentes: processador, memória e dispositivos de armazenamento. Quando há desproporção entre eles, surgem gargalos que comprometem a eficiência geral. A memória RAM, por exemplo, é essencial para manter dados temporários acessíveis ao processador. Com base nisso, analise o cenário: Durante análise de desempenho em uma agência pública, observou-se que o servidor apresentava uso de memória RAM constantemente acima de 90%, enquanto o processador permanecia com baixíssima atividade. O sistema apresentava lentidão, impactando diretamente o fluxo de trabalho dos colaboradores. A equipe técnica foi acionada para propor uma solução de baixo custo e com impacto direto na melhoria da performance. Carlos, o responsável pelo setor de infraestrutura de TI, precisa decidir qual ação tomar primeiro para solucionar esse problema. Com base nesse cenário, qual seria a recomendação mais adequada? A) Substituir imediatamente o processador por um modelo mais recente. B) Aumentar a quantidade de memória RAM disponível nos servidores. C) Trocar toda a estrutura por um sistema baseado em armazenamento em nuvem. D) Implementar unidades SSD para melhorar o desempenho do disco. E) Reduzir o número de usuários para evitar sobrecarga do sistema. Na prática A trajetória da computação é marcada por uma série de avanços que transformaram os dispositivos de cálculo em sistemas complexos e inteligentes. Tanenbaum e Austin (2013) expõem que, desde o uso do ábaco até o desenvolvimento de processadores multicore, cada etapa foi impulsionada por necessidades sociais, científicas e econômicas. Compreender essa evolução permite ao profissional da área de TI fazer escolhas mais conscientes, especialmente quando precisa lidar com sistemas legados, propor atualizações tecnológicas ou comparar arquiteturas distintas (Patterson; Hennessy, 2017). A análise crítica sobre o passado tecnológico é um recurso fundamental para planejar as soluções computacionais. Neste Na Prática, você vai acompanhar um caso em que um analista de sistemas avalia a infraestrutura de uma empresa que ainda utiliza computadores antigos. Como solução, ele propõe uma atualização baseadanos principais marcos da evolução tecnológica. Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. https://creator-files.plataforma.grupoa.education/learning-object/17355/16910_EXA_NAP_V2-2025-10-20T14:47:36-03:00.png Saiba mais Para ampliar o seu conhecimento a respeito desse assunto, veja abaixo as sugestões do professor: Evolução dos computadores Nesse vídeo, confira uma diferenciação dos componentes lógicos (software) dos físicos (hardware) e entenda como programas e algoritmos interagem com dispositivos como processador, memória e periféricos. Você vai acompanhar a evolução dos computadores desde os analógicos, que mediam grandezas físicas, até os digitais, capazes de processar dados em código binário. Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. Resenha do livro “Arquitetura e organização de computadores: uma introdução” Leia essa resenha que enfatiza a importância da obra como referência introdutória e didática no campo da arquitetura de computadores, destacando sua contribuição relevante para estudantes e profissionais da área. Você vai conhecer os principais temas abordados pelo livro e contextualizar sua utilidade pedagógica, com destaque aos pontos fortes na abordagem da organização e funcionamento dos sistemas computacionais. Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. Desenvolvimento de jogos não digitais por alunos do ensino médio: um relato de experiência envolvendo arquitetura de computadores https://www.youtube.com/embed/jNRxV5DPeTc?si=ALTb3iftqiebUej8 https://journals-sol.sbc.org.br/index.php/ijcae/article/download/5344/3035/24388 Com a leitura desse artigo, conheça uma iniciativa pedagógica aplicada em 2022 com 191 estudantes do curso técnico integrado ao ensino médio em redes de computadores. Essa proposta envolveu a criação de jogos não digitais como estratégia de ensino para temas desafiadores da arquitetura de computadores. Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. https://sol.sbc.org.br/index.php/wie/article/download/22338/22162/