Geração de Computadores

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Geração de Computadores
História dos Computadores
Nos dias de hoje, quando se ouve falar num
processadores de 1 GHz até nos dá sono, de
tão comuns que eles já se tornaram. Pouca
gente já ouviu falar no 8088, que foi o
processador usado no PC XT, a quase 20 anos
atrás, e muito menos no Intel 4004, o
primeiro microprocessador, lançado em 71.
Na época dos nossos bisavôs os computadores
já existiam, apesar de extremamente
rudimentares. Eram os computadores
mecânicos, que realizavam cálculos através de
um sistema de engrenagens, accionado por
uma manivela ou outro sistema mecânico
qualquer. Este tipo de sistema, comum na
forma de caixas registadoras era bastante
utilizado naquela época.
No final do século XIX surgiu o relê, um
dispositivo electromecânico, formado por um
magneto móvel, que se desloca unindo dois
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contactos metálicos. O Relê foi muito usado
no sistema telefónico, aliás algumas centrais
analógicas ainda utilizam estes dispositivos
até hoje. Os relês podem ser considerados
uma espécie de antepassados dos
transístores. Suas limitações eram o fato de
serem relativamente caros, grandes demais e
ao mesmo tempo muito lentos: um relê
demora mais de um milésimo de segundo para
fechar um circuito, mais de dez milhões de
vezes mais lento que um transístor actual.
Também no final do século XIX, surgiram as
primeiras válvulas. As válvulas foram usadas
para criar os primeiros computadores
electrónicos, na década de 40.
As válvulas têm seu funcionamento baseado
no fluxo de electrões no vácuo. Tudo começou
numa certa tarde quando Thomas Edison,
inventor da lâmpada eléctrica estava
brincando com a sua invenção. Ele percebeu
que ao ligar a lâmpada ao pólo positivo de uma
bateria e uma placa metálica ao pólo negativo,
era possível medir uma certa corrente
fluindo do filamento da lâmpada à chapa
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metálica, mesmo que os dois estivessem
isolados. Havia sido descoberto o efeito
termiónico, o princípio de funcionamento das
válvulas.
As válvulas já eram bem mais rápidas que os
relês, atingiam frequências de alguns
Megahertz, o problema é que aqueciam muito,
consumiam muita electricidade e queimavamse
facilmente. Construir um computador, que
usava milhares era extremamente
complicado, e muito caro.
Apesar de tudo isso, os primeiros
computadores começaram a surgir durante a
década de 40, naturalmente com propósitos
militares. Os principais usos eram a
codificação e de codificação de mensagens e
cálculos de artilharia.
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Sem dúvida, o computador mais famoso
daquela época foi o ENIAC (Electronic
Numerical Integrator Analyzer and
Computer), construído em 1945. O ENIAC
era composto por nada menos do que 17,468
válvulas, ocupando um galpão imenso. Porém,
apesar do tamanho, o poder de
processamento do ENIAC é ridículo para os
padrões actuais, suficiente para processar
apenas 5.000 adições, 357 multiplicações e
38 divisões por segundo, bem menos até do
que uma calculadora de bolso actual, das mais
simples.
A ideia era construir um computador para
realizar vários tipos de cálculos de artilharia
para ajudar as tropas aliadas durante a
segunda Guerra mundial. Porém, o ENIAC
acabou sendo terminado exactos 3 meses
depois do final da Guerra e acabou sendo
usado durante a guerra-fria, contribuindo por
exemplo no projecto da bomba de Hidrogénio.
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Parte do galpão que abrigava o ENIAC
A programação do ENIAC era feita através
de 6.000 chaves manuais. A cada novo cálculo,
era preciso reprogramar várias destas
chaves. Isso sem falar no resultado, que era
dado de forma binária através de um
conjunto de luzes. Não é à toa que a maior
parte dos programadores da época eram
mulheres, só mesmo elas para ter a paciência
necessária para programar e reprogramar
esse emaranhado de chaves várias vezes ao
dia.
Abaixo está a foto de uma válvula muito
usada na década de 40:
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Vendo essa foto é fácil imaginar por que as
válvulas eram tão problemáticas e caras: elas
eram simplesmente complexas demais.
Mesmo assim, na época a maior parte da
indústria continuou trabalhando no
aperfeiçoamento das válvulas, obtendo
modelos menores e mais confiáveis. Porém,
vários pesquisadores, começaram a procurar
alternativas menos problemáticas.
Várias destas pesquisas tinha como objectivo
a pesquisa de novos materiais, tanto
condutores, quanto isolantes. Os
pesquisadores começaram então a descobrir
que alguns materiais não se enquadravam nem
em um grupo nem no outro, pois de acordo
com a circunstância, podiam actuar tanto
quando isolantes quanto como condutores,
formando uma espécie de grupo intermediário
que foi logo apelidado de grupo dos
semicondutores.
Haviam encontrado a chave para desenvolver
o transístor. O primeiro projecto surgiu em
16 de Dezembro de 47, onde era usado um
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pequeno bloco de germânio (que na época era
junto com o silício o semicondutor mais
pesquisado) e três filamentos de ouro. Um
filamento era o pólo positivo, o outro o pólo
negativo, enquanto o terceiro tinha a função
de controlo. Tendo apenas uma carga
eléctrica no pólo positivo, nada acontecia, o
germânio actuava como um isolante,
bloqueando a corrente. Porém, quando uma
certa tensão eléctrica era aplicada usando o
filamento de controlo, um fenómeno
acontecia e a carga eléctrica passava a fluir
para o pólo negativo. Haviam criado um
dispositivo que substituía a válvula, sem
possuir partes móveis, gastando uma fracção
da electricidade gasta por uma e, ao mesmo
tempo, muito mais rápido.
“O primeiro projecto de transístor”
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Este primeiro transístor era relativamente
grande, mas não demorou muito para que este
modelo inicial fosse aperfeiçoado. Durante a
década de 50, o transístor foi gradualmente
dominando a indústria, substituindo
rapidamente as problemáticas válvulas. Os
modelos foram diminuindo de tamanho, caindo
de preço e tornando-se mais rápidos. Alguns
transístores da época podiam operar a até
100 MHz. Claro que esta era a frequência que
podia ser alcançada por um transístor
sozinho, nos computadores da época, a
frequência de operação era muito menor, já
que em cada ciclo de processamento o sinal
precisa passar por vários transístores.
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Evolução dos Computadores
O primeiro computador do mundo foi o
ENIAC (Electronic Numerical Integrator and
Computer), uma concepção do Professor John
Mauchly, conjuntamente como professor
J.Presper.Eckert.
Mauchly e o Eckert propuseram em 1943 ao
exército norte-americano, em plena II
Guerra Mundial, a construção deste primeiro
computador, tendo como objectivo o auxílio
nos cálculos de precisão necessários para a
balística. Foi anunciada a sua conclusão em 14
de Fevereiro de 1946 e foi patenteado em 26
de Junho de 1947 com o registo n.º
3,120,606.
O ENIAC
(Electronic
Numerical
Da esquerda para
a direita:
J. Presper Eckert,
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Integrator and
Computer)
preenchia esta
sala, incomparável
com os
miniaturizados e
mais potentes
computadores
actuais.
Jr.; Professor J.
G. Brainerd; Sam
Feltman; Captain
H. H. Goldstine;
Dr. J. W. Mauchly;
Dean Harold
Pender; General G.
M. Barnes; Colonel
Paul N. Gillon.
O ENIAC era uma grande máquina para
efectuar cálculos e baseava a sua estrutura
nos avanços científicos já anteriormente
desenvolvidos, como as sofisticadas máquinas
de cálculos matemáticos de Charles Babage,
as calculadoras mecânicas de Blaise Pascal,
Leibniz e Charles Xavier Thomas, nas relés
electromagnéticas, nas válvulas e nas
máquinas perfuradoras de cartões. Uma
válvula é, de forma simples, um tubo metálico
de meia polegada, selado em vácuo dentro de
um tubo de vidro, onde uma corrente de
electrões pode passar entre os eléctrodos.
Os tubos de vácuo foram fundamentais para
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o desenvolvimento da rádio, televisão e
gravação de sons. Eram também peças
grandes e muito frágeis que tinham uma
grande perda de energia por calor.
O ENIAC foi construído com 17 468 tubos
de vácuo, 70 000 resistências, 10 000
condensadores, 1 500 relés e 6 000
interruptores.
O ENIAC pesava 30 toneladas, consumia 200
000 watts de potência e ocupava várias salas.
Quando em operação produzia tanto calor
que necessitava de um sistema de ar forçado
para arrefecimento. Era tão grande que tinha
de ser disposto em U com três painéis sobre
rodas, para que os operadores se pudessem
mover à volta dele.
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Quando em operação, os complexos cálculos
de balística passaram a realizar – se nuns
alucinantes 30 segundos, quando com as
calculadoras manuais que até aí se usavam
demorava 12 horas até se obter o mesmo
resultado.
O centro de processamento tinha uma
estrutura muito simular à dos processadores
mais básicos que actualmente utilizamos nas
nossas calculadoras de bolso. Tinha 20
registos de dez dígitos cada, onde se podiam
efectuar somas, subtracções, multiplicações,
divisões e raízes quadradas.
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O ENIAC era programado através de milhares
de interruptores, podendo cada um dele
assumir o valor 1 ou 0 consoante o interruptor
estava ligado ou desligado.
Para o programar era necessário uma grande
quantidade de pessoas que percorriam as
longas filas de interruptores dando ao ENIAC
as instruções necessárias para computar, ou
seja, calcular.
Existia uma equipa de 80 mulheres na
Universidade da Pensilvânia cuja função era
calcular manualmente as equações diferenciais
necessárias para os cálculos de balística. O
exército chamava à função destas pessoas:
computadores. Quando o ENIAC ficou pronto
6 mulheres computador foram escolhidas para
testarem a nova máquina.
Curiosamente, o termo deixou de estar
associado às pessoas que operavam a máquina
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para dar nome à máquina propriamente dita,
uma vez que de facto a máquina passou a
realizar as contas que antes eram realizadas
por essas pessoas.
O ENIAC torna-se obsoleto e
economicamente inviável de manter após 10
anos de operação, tendo sido desmontado.
Hoje encontram-se peças do ENIAC por
muitos museus do mundo, incluindo o
Smithsonian em Washington D.C. e no local
preciso onde foi construído, na Moore School
for Electrical Engineering da Universidade da
Pensilvânia.
O ENIAC serviu de inspiração para muitos
outros computadores que se seguiram como: o
EDVAC (Electronic Discrete Variable
Computer); o ORDVAC (Ordnance Variable
Automatic Computer; SEAC (Standards
Automatic Computer) e o UNIVAC, este
último também construído por Eckert e
Mauchly para o processamento dos dados dos
censos da população americana.
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Em 1955, um computador já só pesava 3
toneladas e consumia 50 kwatts de potência,
tendo um custo de $200 000. Uma máquina
destas podia realizar 50 multiplicações por
segundo. Assim, os primeiros computadores
eram também eles máquinas que só estavam ao
alcance de grandes empresas ou instituições
que tinham necessidades de cálculo muito
exigentes e que possuíam as condições
económicas para tão grande investimento.Com
o rápido desenvolvimento dos transístores
entre 1952 e 1960, os tubos de vácuo
tornaram-se obsoletos e foi este avanço
tecnológico que permitiu a criação de
máquinas muito mais rápidas, mais pequenas e
mais baratas.
Com o tempo, os transístores passaram a ser a
base da electrónica, seguindo-se a VLSI (Very
Large Scale Integration), ou seja, a
construção de circuitos cada vez mais
pequenos de forma a ser mais leves e
dispender menos energia, por terem menos
superfície para a dissipação de energia por
calor. Esta miniaturização permitiu que se
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tivesse a mesma capacidade de cálculo de um
ENIAC na palma de uma mão. A diminuição do
tamanho fez também diminuir a quantidade de
energia necessária e o custo caiu com a
produção em série dos novos processadores.
Em 1977 uma calculadora manual pesava menos
de meio quilo e consumia meio watt e podia
realizar 250 multiplicações por segundo,
custando $300.
Hoje uma calculadora pesa poucos gramas
podendo ser incorporada em réguas ou
agendas, funciona até a energia solar e custa
menos de $5.
Um Pentium a 150Mhz é capaz de realizar 300
milhões de somas por segundo, enquanto o
ENIAC apenas conseguia realizar 5 000. A
memória do ENIAC apenas permitia guardar
200 bits, enquanto qualquer computador tem
pelo menos 128 Mbytes, ou seja, 1 073 741
824 bits.
Nos meados da década de 70 os computadores
começaram a ter preços cada vez mais
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acessíveis. Em 1981 a IBM lançou no mercado
o PC (Personal Computer).
O PC distinguia-se das máquinas existentes
até então por estar dirigido a utilizadores
individuais que poderiam passar a ter na sua
secretária uma máquina para uso exclusivo,
quando até aí esse conceito não existia... Os
computadores eram mainframe, centralizados,
e os utilizadores tinham apenas um monitor e
um teclado sendo todo o processamento
realizado no servidor.
O PC tinha ainda outra característica que o
tornou revolucionário que era o facto de ter
uma arquitectura aberta, ou seja, qualquer
fabricante poderia criar peças adaptáveis
àquela máquina dando-lhe uma funcionalidade
mais especializada, o que até aí era sempre
privilégio reservado para o fabricante do
computador. Assim o PC passou a ser o
standard de facto na indústria.
Uma regra estatística que se tem verificado
desde a invenção do primeiro computador é a
Lei de Moore que diz: “A cada 18 a 24 meses é
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lançada uma nova tecnologia que permite que
os computadores dupliquem o desempenho”.
Isto significa que em 2010 os processadores
terão a velocidade de 50Ghz e em 2020 terão
uma velocidade de 2000Ghz. Para os menos
conhecedores desta área, os melhores
computadores actuais (Novembro/2004)
funcionam a 3,2Ghz... O desempenho dos
computadores não se mede somente pela
velocidade do processador, mas este exemplo
simplista torna mais clara a evolução futura
previsível.

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