Introdução à Informática, Notas de estudo de Administração Empresarial

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Edição 2002

da estrutura dos computadores atuais provém dos projetos de Charles Babbage, que é lembrado como um dos fundadores da computação moderna.

Essas máquinas eram chamadas de calculadoras. No início do século 20 já eram comuns as calculadoras mecânicas e elétricas. As calculadoras elétricas eram baseadas em um pequeno dispositivo elétrico, chamado de RELÉ. Os relés tinham aproximadamente o tamanho de uma caixa de fósforos. Máquinas calculadoras construídas com relés eram muito grandes, pois para construí-las eram necessários centenas de relés.

Figura 1 - Relés

As calculadoras elétricas, construídas com relés, eram muito melhores que as mecânicas. Eram mais rápidas e mais difíceis de apresentar defeitos. É verdade, essa estória de "erro do computador" já existia na época. As calculadoras mecânicas apresentavam muitos defeitos, da mesma forma como ocorre com qualquer máquina mecânica. As calculadoras a relé também apresentavam defeitos, mas eram muito mais raros. Resumindo, as calculadoras existentes até mais ou menos 1930 podiam ser de dois tipos:

• Mecânicas: Lentas, apresentavam muitos defeitos.
• Elétricas: Um pouco mais rápidas, e apresentavam defeitos, mas menos que as mecânicas

Já nos anos 30 existiam as válvulas eletrônicas, muito usadas em rádios. Um daqueles antigos rádios possuíam mais ou menos uma dúzia de válvulas eletrônicas. As válvulas funcionavam como relés mais sofisticados. Eram muito mais rápidas que os relés, mas tinham o inconveniente de durarem pouco tempo. Após cerca de 1000 horas de uso, as

válvulas "queimavam", assim como ocorre com as lâmpadas. Era então necessário trocar a válvula queimada.

Podemos ver na figura 2 uma válvula eletrônica.

Figura 2 - Válvula eletrônica

Em 1946 foi inventado o primeiro computador eletrônico de grande porte, o Eniac. Construído na Universidade da Pensilvânia, apresentava aproximadamente 18.000 válvulas e ocupava o espaço de uma sala. O objetivo do Eniac era ajudar o exército americano durante a 2ª guerra mundial. Apesar de não poder armazenar programas ou guardar mais que 20 dezenas de números digitais, o Eniac podia realizar aproximadamente 5.000 somas por segundo, ou seja, podia calcular a trajetória ou ângulo de uma bomba em 20 segundos. O peso aproximado do Eniac era de 30 toneladas. Com o revolucionário invento do Eniac, estava claro para muitas pessoas que trabalhavam no desenvolvimento do Eniac, que havia meio para melhorar a performance desse computador.

Figura 3 - Uma parte do famoso computador ENIAC

Figura 4 - Transistores

Realmente os transistores causaram um grande impacto em todos os aparelhos eletrônicos, como rádios, TVs, vitrolas e tudo o mais que antes utilizava válvulas. Mas foi nos computadores que esses pequenos componentes tiveram a maior repercussão. Isso não é muito difícil de entender. Uma TV ou um rádio transistorizados não era tão pequenos em comparação com os modelos a válvula. Mas no caso dos computadores, essa miniaturização era muito mais acentuada, já que os computadores a válvula eram verdadeiros gigantes. Computadores que ocupavam um salão inteiro podiam ser construídos a transistor e ficavam do tamanho de uma estante. Computadores a válvula que ocupavam um prédio inteiro, podiam ser construídos com transistor, e passavam a ocupar apenas um andar. Assim foram os computadores até mais ou menos 1965.

Circuitos integrados

Ao mesmo tempo em que os computadores transistorizados eram cada vez mais utilizados em todo o mundo, um outro grande avanço tecnológico ocorria: A corrida espacial. Americanos e soviéticos lançavam seus foguetes rumo ao espaço. A miniaturização de computadores era ainda mais importante, no caso de um computador a ser colocado a bordo de um foguete. Seria totalmente inviável levantar vôo carregando um enorme computador valvulado. Já para um computador transistorizado, isto era possível, mas se fosse conseguida uma miniaturização ainda maior, computadores mais poderosos ou então mais leves (ou ambas as coisas) poderiam ser embarcados nos foguetes. A NASA (Agência Espacial Norte-Americana) gastou bilhões de dólares com seu programa espacial, contratou empresas fabricantes de transistores para que realizassem uma miniaturização ainda maior. Uma dessas empresas, até hoje uma líder mundial em microeletrônica, é a TEXAS INSTRUMENTS. Foram então criados os primeiros CIRCUITOS INTEGRADOS, também chamados de CHIPS. Basicamente, um circuito integrado é um pequeno componente eletrônico que possui em seu interior, centenas, ou até milhares de transistores. A figura 5 mostra a comparação de tamanhos entre uma válvula, um transistor e um CHIP dos mais rudimentares. Enquanto um transistor é equivalente a uma válvula e tem um tamanho muito

menor, um CHIP dos mais simples tem aproximadamente o mesmo tamanho que um transistor comum, mas em seu interior existem, na verdade, centenas de transistores.

Figura 5 - Transistores, Chip e Válvula.

Aqueles velhos CHIPS dos anos 60 tinham em seu interior, dezenas ou centenas de transistores. Já o microprocessador PENTIUM, um moderno CHIP dos anos 90, contém em seu interior, nada menos que 3.500.000 transistores!

Os CHIPS podem ser divididos em várias categorias, dependendo da quantidade de transistores que existem em seu interior:

SSI - Short Scale of Integration, ou Integração em Baixa Escala. Esse chip contém em seu interior apenas algumas dezenas de transistores.

MSI - Medium Scale of Integration, ou Integração em Média Escala. Esse chip contém algumas dezenas de transistores.

LSI - Large Scale of Integration, ou Integração em Alta Escala. Contém em seu interior, alguns milhares de transistores.

VLSI - Very Large Scale of Integration, ou Integração em Escala Muito Alta. Esse chip contém da ordem de dezenas de milhares de transistores, ou mais.

Nos computadores modernos, quase todos os chips usados são do tipo LSI ou VLSI. Os chips SSI e MSI são ainda usados em pequenas quantidades, normalmente para auxiliar os chips LSI e VLSI.

Figura 7 - Microprocessador

Os microprocessadores formam uma parte importantíssima do computador, chamada de UCP (Unidade Central de Processamento), ou em inglês, CPU (Central Processing Unit). Antes da existência dos microprocessadores, as CPUs dos computadores eram formadas por um grande número de chips, distribuídos ao longo de uma ou diversas placas. Um microprocessador nada mais é que uma CPU inteira, dentro de um único CHIP. Podemos ver na figura 8, um microprocessador e uma placa de circuito. Um microprocessador contém todos os circuitos que antigamente eram formados por diversas placas.

Figura 8 - Microprocessador e placa de circuito impresso

Ligando-se um microprocessador a alguns chips de memória e alguns outros chips auxiliares, tornou-se possível construir um computador inteiro em uma única placa de circuito. Esse computador, por ter um tamanho muito menor que os computadores da época (início dos anos 70), passou a ser conhecido como MICROCOMPUTADOR. Esses primeiros microcomputadores eram bem diferentes dos atuais. Não tinham, por exemplo, teclado, nem vídeo, nem impressora. Eram ligados a um aparelho chamado de TELETYPE (ou TELETIPO). O teletipo era uma máquina de escrever que continha uma leitora e uma perfuradora de fita de papel. Os programas não eram armazenados em discos, como nos dias atuais. Eram gravados em fitas de papel. Os pequenos furos da fita de papel representavam as instruções dos programas.

Figura 9 - Microcomputadores do início dos anos 70

Uma famosa empresa americana, a INTEL, foi uma das primeiras a produzirem microprocessadores. Seu primeiro microprocessador era chamado de "4004". Aliás, essa é uma característica muito comum nos chips: são normalmente chamados por números, e não por nomes. O 4004 era um microprocessador ainda muito limitado. Era capaz de realizar operações com apenas 4 bits de cada vez. Se você ainda não sabe o que é um "BIT", não se preocupe, pois ainda nesta unidade explicaremos o que são BITS e BYTES. Para simplificar, um microprocessador de 4 bits só pode operar com números pequenos, de 0 a

15. Para usar números maiores, um microprocessador de 4 bits precisa dividir o número em várias partes e fazer as contas em várias etapas. Podemos exemplificar isto, fazendo uma analogia com o que acontece com o cérebro humano:

Pergunta: Quanto é 37x21?

Na escola nunca estudamos a tabuada de 37, e nem de 21. O máximo que conseguimos calcular "de cabeça" é 9x9. Para calcular 37x21 temos que fazer a conta:

Como nosso cérebro só sabe multiplicar números menores que 10, dividimos a operação em várias etapas, e encontramos assim o resultado 777. Um microprocessador de 4 bits como o 4004 faz esse mesmo tipo de desmembramento para operar com números maiores.

Os microcomputadores modernos

Até o final dos anos 70, os microcomputadores existentes operavam com 8 bits. Nessa época, a INTEL lançou os primeiros microprocessadores de 16 bits: o 8086 e o 8088. Um microprocessador de 16 bits é capaz de operar com números maiores e de forma mais rápida que os modelos de 8 bits. Os dois microcomputadores que dominavam o mercado eram o APPLE e o TRS-80 de 8 bits.

Nessa ocasião, a IBM, que é o maior fabricante de computadores em todo o mundo, ainda não fabricava microcomputadores. Seus produtos eram os computadores de grande porte usados nos grandes centros de processamento de dados, e custavam alguns milhões de dólares. Em 1981 foi lançado o microcomputador da IBM: O IBM PC (Personal Computer). No entanto, a estratégia de marketing da IBM: na verdade, o que a IBM queria não era vender o IBM PC ou torná-lo um padrão de mercado, mas vender computadores de grande porte. A idéia era simples: alguém que tivesse um microcomputador IBM PC em casa daria preferência a comprar um computador “de verdade” da marca IBM para a sua empresa. O microcomputador seria apenas um chamariz para a marca IBM.

Escolheu então o microprocessador 8088 para usar em seu microcomputador. O IBM PC, o primeiro microcomputador de 16 bits, passou logo a dominar o mercado. Até os dias atuais, os modernos microcomputadores são compatíveis com o IBM PC original, lançado em

1981. Este microcomputador tinha as seguintes características:

- Microprocessador 8088, operando a 4.77 MHz - Monitor de vídeo monocromático - 2 drives de 320 KB - 16 KB de memória, possibilitando expansão até 64 KB - Conexão para gravador K- 

Pouco tempo depois, a IBM realizou melhorias no projeto deste microcomputador e lançou o IBM PC-XT. A sigla "XT" significa "Extended Technology" (Tecnologia estendida). As características dos primeiros modelos do IBM PC-XT eram as seguintes:

• Microprocessador 8088, operando a 4.77 MHz
• Monitor de vídeo monocromático ou colorido
• 2 drives de 360 KB
• 64 KB de memória, possibilitando expansão até 256 Kb
• Disco Winchester de 10 MB

A grande vantagem do IBM PC-XT em relação ao IBM PC era a possibilidade de operar com um disco rígido (também chamado de winchester) de 10 MB.

Ao longo dos anos foram surgindo novos fabricantes PC’s aumentando a competição IBM, com isso foi havendo melhorias como:

Preço : Com o aumento da produção e o uso de chips VLSI, foi possível reduzir drasticamente o preço dos equipamentos.

Microprocessador : A cada ano eram lançados novos tipos de microprocessadores, cada vez mais velozes.

Por exemplo, o microprocessador 80286 foi utilizado em outro modelo da IBM chamado de IBM PC-AT.

A sigla "AT" significa "Advanced Technology" (Tecnologia Avançada). O IBM PC-AT operava com 8 MHz, mas ao longo dos anos foram lançados novos modelos com velocidades mais altas.

Assim como ocorreu com o 80286, os microprocessadores 80386, 80486 e PENTIUM também tiveram versões com diversas velocidades.

Figura 11 - Microprocessador 80486

Winchester : Os XTs usavam discos Winchester com 10 MB, mas atualmente existem winchesters com várias capacidades

Figura 12 - Um moderno disco winchester

CPU, INPUT e OUTPUT

Vimos uma evolução da história dos computadores, para entender como tiveram origem os microcomputadores modernos.

Todos os computadores possuem uma parte muito importante, chamada de UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO (UCP). Em inglês, usamos a sigla CPU, que é abreviatura de CENTRAL PROCESSING UNIT. Nos computadores de grande porte, a CPU é formada por uma ou várias placas. Cada uma dessas placas contém vários CHIPS. Nos microcomputadores a CPU nada mais é que o próprio MICROPROCESSADOR. É também comum chamar a placa que contém o microprocessador de PLACA DE CPU. Não quer dizer que a CPU seja a placa inteira. A PLACA DE CPU é a placa que contém a CPU, ou seja, que contém o MICROPROCESSADOR.

Figura 14 - Placa de CPU

Figura 15 - Microprocessador

Portanto, "CPU" não é a mesma coisa que "microprocessador". O certo é dizer que o microprocessador é a CPU do microcomputador, e que a PLACA DE CPU de um microcomputador é a placa onde está localizado o microprocessador. Não é simples?

Não importa de que tipo de CPU estamos falando, seja um microprocessador, ou uma das várias placas que formam a CPU de um computador de grande porte, podemos dizer que a CPU realiza as seguintes tarefas:

a) Busca e executa as instruções existentes na memória.

Os programas e os dados que ficam gravados no disco (winchester ou disquetes), são transferidos para a memória. Uma vez estando na memória, a CPU pode executar os programas e processar os dados.

b) Comanda todos os outros chips do computador.

A CPU é auxiliada por vários circuitos que desempenham diversas funções. Por exemplo, quando você pressiona uma tecla, faz com que o teclado transmita o código da tecla pressionada. Este código é recebido por um circuito chamado de INTERFACE DE TECLADO. Ao receber o código de uma tecla, a interface de teclado avisa a CPU que existe um caráter recebido. Por outro lado, quando a CPU precisa enviar uma mensagem para o usuário, precisa que a mensagem seja colocada na tela. Isto é feito com auxílio de um circuito chamado de INTERFACE DE VÍDEO. A CPU envia para a interface de vídeo, a mensagem, seja ela em forma de texto ou figura. A interface de vídeo coloca então a mensagem na tela.

Quando a CPU executa instruções e processa dados, dizemos que está PROCESSANDO. A CPU passa, na verdade, o tempo todo processando instruções e dados. Quando um circuito recebe um dado e o transmite para a CPU, como no caso do teclado, dizemos que se trata de uma operação de ENTRADA DE DADOS (INPUT). Quando um circuito transmite um dado, como no caso do vídeo, ou da impressora, dizemos que se trata de uma operação de

Imagine, por exemplo, um número qualquer de 3 algarismos, como por exemplo, 732. Dizemos que esse número tem 3 dígitos decimais. O primeiro dígito, o das centenas, é o 7. O segundo dígito, o das dezenas, é o 3, e o terceiro dígito, o das unidades, é o 2. Existem muitos outros números de 3 dígitos. O menor deles é o 100, e o maior deles é o 999.

Os computadores podem receber valores decimais, através do teclado, e escrever valores decimais, através do vídeo, por exemplo. Mas internamente, ou seja, no interior da CPU e da memória, os valores são armazenados em um outro sistema, mas adequado aos circuitos do computador. Trata-se do SISTEMA BINÁRIO. Enquanto no sistema decimal, cada dígito pode assumir 10 valores (0, 1, 2, 3, ..., 9), no SISTEMA BINÁRIO cada dígito pode assumir apenas 2 valores: 0 e 1. Por exemplo, o número 13, que no sistema decimal é representado apenas com dois dígitos (1 e 3), no sistema binário é representado com 4 dígitos, na forma: 1011.

BIT nada mais é que a abreviatura de BINARY DIGIT, ou seja, dígito binário. Talvez os nossos conhecidos algarismos do sistema decimal devessem ser chamados de "DET" (Decimal Digit). Poderíamos dizer nesse caso que os "DETS" existentes são 0, 1, 2, 3, ... 9. Não existe o termo "DET" que estamos apresentando aqui, apenas para fazer uma analogia. Dessa forma você pode entender melhor que os BITS podem assumir dois valores: 0 e 1.

Dentro do computador, todos os dados que estão sendo armazenados ou processados são representados na forma de BITS. Como um BIT é muito pouco, já que pode representar apenas dois valores, os computadores trabalham com agrupamentos de bits. Por exemplo, os microprocessadores antigos, como o 8080, podiam operar com 8 bits de cada vez. Os PCs que usam os microprocessadores 8088 e 80286 trabalham com 16 bits (apesar de aceitarem também instruções e dados de 8 bits). Os microprocessadores 80386, 80486 e PENTIUM operam com 32 bits (apesar de aceitarem também instruções e dados de 8 ou 16 bits).

Sempre que um microprocessador, uma memória, ou outro chip qualquer precisar receber ou transmitir dados, esses dados são transferidos na forma de BITS. Entretanto, para que a transferência seja mais rápida, esses bits não são transferidos um de cada vez, e sim, vários de uma só vez. Com um único fio só é possível transmitir um bit de cada vez. Com 8 fios é possível transmitir 8 bits de cada vez, o que é muito mais rápido. Portanto, os bits nos computadores são sempre transmitidos em grupos de 8, 16 ou 32 bits.

• Um grupo de 4 bits é chamado de NIBBLE
• Um grupo de 8 bits é chamado de BYTE
• Um grupo de 16 bits é chamado de WORD
• Um grupo de 32 bits é chamado de DOUBLE WORD
• Um grupo de 64 bits é chamado de QUAD WORD

Você não precisa decorar todas essas palavras. Basta saber que um BYTE (lê-se "báite") é um grupo formado por 8 bits. Esses 8 bits caminham sempre juntos. Toda vez que um bit é

transferido de um lugar para outro, os 8 bits seguem o mesmo caminho, cada um por um "fio" diferente.

Os BYTES podem ser usados para representar números, caracteres, figuras, ou qualquer outro tipo de dado armazenado ou processado em um computador. Convenciona-se, por exemplo, que as letras do alfabeto, os números e outros caracteres são representados como está exemplificado abaixo:

01000001 - A 01000010 - B 01001010 - L 00100011 - # 01010100 - T

Ninguém precisa decorar esses números. Na verdade, alguns "micreiros" acabam, de forma imperceptível, decorando esses valores. Mas não é necessário decorar esses números para saber usar o computador. É importante que você saiba que, por exemplo, quando você pressiona a tecla "T", o teclado transmitirá para o computador um código que representa esta letra (este código, que você não precisa decorar, é 01010100). Não é importante saber qual é o código, mas é importante saber que é formado por 8 bits, e que ficarão armazenados na memória do computador, ocupando exatamente 1 BYTE.

Vejamos agora o que é KB, MB e GB. Dissemos anteriormente que 1 KB é aproximadamente 1000 bytes. Na verdade, 1 KB são 1024 bytes. Este número foi escolhido porque sua representação binária é muito mais simples que a representação do número 1000:

1000 = 01111101000 em binário 1024 = 10000000000 em binário

Por razões de simplificação de hardware, o número 1024 foi o escolhido para representar o "k" da computação. Na vida cotidiana e na física, o "k" vale 1000:

• 1 km = 1000 metros
• 1 kg = 1000 gramas
• 1 kV = 1000 volts

Entretanto, na informática, o multiplicador "k" (lê-se "quilo" ou "ká") vale 1024. Por isso dizemos que 1 KB é aproximadamente 1000 bytes.

Da mesma forma, o multiplicador "M" (lê-se "mega"), que normalmente vale 1.000.000, na computação vale:

1 M = 1024 k = 1024x1024 = 1.048.

Portanto, 1 MB (lê-se "um megabyte") são exatamente 1.048.576 bytes. Mas para efeitos práticos, podemos dizer que 1 MB é aproximadamente 1 milhão de bytes.