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A história do desenvolvimento dos computadores, desde a era dos computadores grandes e complexos até a era dos microprocessadores. O texto aborda os inventores e projetos que marcaram a evolução da computação moderna, desde o trabalho de charles babbage até o eniac e a miniaturização dos computadores. Além disso, o documento discute a importância dos microprocessadores na formação da ucp (unidade central de processamento) e a evolução dos microprocessadores ao longo dos anos, incluindo a entrada da ibm no mercado de computadores pessoais.
Tipologia: Notas de estudo
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Introdução à informática
Introdução à informática para aqueles que estão começando a usar o computador e não sabem o que é arquivo, RAM, sistema operacional, disquete, etc...
Aqui vou explicar uma série de princípios sobre o funcionamento interno dos computadores. Esses princípios são válidos para qualquer tipo de computador, não importa o tamanho, a marca, o modelo, ou se trata de um computador novo ou antigo. Conhecendo o computador, você entenderá melhor o seu funcionamento e poderá tirar mais proveito do seu micro.
História da computação
Os modernos chips dos computadores devem sua existência ao trabalho de inventores geniais, durante três séculos.
Charles Babbage, considerado o pai do computador atual, construiu em 1830 o primeiro computador do mundo, cem anos antes de se tornar realidade. O projeto de Babbage apresentava desvantagens; uma delas era o fato de que o seu computador deveria ser mecânico, e a outra era a precariedade da engenharia da época. Apesar dos problemas, Charles Babbage construiu um aparelho que impressionou o governo inglês.
Entretanto, a história da computação começou muito antes. Como sabemos, o computador é uma máquina capaz de efetuar cálculos com um grupo de números e ainda adaptável para efetuar novos cálculos com um outro grupo de números. O primeiro "modelo" foi o ábaco, usado desde 2000 a.C. Ele é um tipo de computador em que se pode ver claramente a soma nos fios.
Blaise Pascal, matemático, físico e filósofo francês, inventou a primeira calculadora mecânica em 1642. A calculadora trabalhava perfeitamente, ela transferia os números da coluna de unidades para a coluna de dezenas por um dispositivo semelhante a um velocímetro do automóvel. Pascal chamou sua invenção de Pascalina.
Nos anos que se seguiram, vários projetos foram feitos com intuito de aperfeiçoar essa primeira calculadora. Entretanto, nada de significativo aconteceu, até que Babbage e Ada Lovelace começaram a considerar melhor o problema. Em 1822, Babbage apresentou a Sociedade Real de Astronomia o primeiro modelo de uma máquina de "diferença", capaz de fazer cálculos necessários para elaborar uma tabela de logaritmos. O nome da máquina foi derivado de uma técnica de matemática abstrata, o método das diferenças. Com o incentivo da sociedade, Charles Babbage continuou a trabalhar no aperfeiçoamento da máquina.
Com Ada Lovelace, filha de Lord Byron, iniciou um projeto mais ambicioso para construir uma "máquina analítica". Foi projetada para calcular valores de funções matemáticas bem mais complexas que as funções logarítmicas. A máquina era enorme, demonstrava inúmeros problemas e simplesmente não funcionava. Grande parte da arquitetura lógica e da estrutura dos computadores atuais provém dos projetos de Charles Babbage, que é lembrado como um dos fundadores da computação moderna.
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
Ainda nessa época, os computadores eram chamados de "calculadoras". Um dos famosos computadores da época era chamado de ENIAC (Electronic Numeric Integrator and Calculator).
A partir de 1951, começou a surgir empresas especializadas no comercio de computadores como a UNIVAC nos Estados Unidos e a Ferranti Mark I na Inglaterra.
A UNIVAC lançou um computador com o mesmo nome da empresa (UNIVAC), que processava cada dígito com mais precisão.
Ele possuía uma freqüência de clock de 2.25 Mhz e podia calcular números de dez dígitos com uma velocidade de 100.000 cálculos por segundo. O UNIVAC podia gravar em sua fita magnéticos dados com a velocidade de 40.000 dígitos binários por segundo (bits).
Computadores transistorizados
Uma grande melhoria em todos os aparelhos eletrônicos ocorreu após a invenção do TRANSISTOR. Esses pequenos componentes serviam para substituir as válvulas, mas com muitas vantagens. Eram muitos menores, consumiam menos corrente elétricas e duravam muitos anos. Tornou-se possível à construção de computadores de menor tamanho, mais rápidos, mais confiáveis e mais baratos. Já no final dos anos 50, todos os computadores eram construídos com transistores. Também passaram a serem fabricados em série. Cada computador não era mais um "filho único", e sim, fazia parte de uma série de máquinas iguais. Esses computadores ainda custavam milhões de dólares, mas passaram a ser usados em aplicações não militares:
A indústria de computadores começou a crescer, dando origem ao desenvolvimento dos grandes gigantes da informática mundial, como a IBM.
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.
Os primeiros microprocessadores
Não confunda essas duas palavras:
É um computador pequeno, de tamanho tal que pode ser colocado sobre uma mesa. Quando surgiram os microcomputadores, existiam apenas os computadores de grande porte (que ocupavam salas inteiras) e os minicomputadores, que eram do tamanho de uma geladeira.
É um pequeno CHIP, que cabe na palma da mão. Podemos dizer que esse chip é o "cérebro" do computador. É ele que executa os programas, faz os cálculos e toma as decisões, de acordo com as instruções armazenadas na memória.
Podemos ver na figura 6 um MICROCOMPUTADOR e na figura 7 um MICROPROCESSADOR.
Figura 6 - Microcomputador
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
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.
Depois do 4004, a INTEL lançou o 8008, que era um microprocessador de 8 bits. Era muito mais rápido que o 4004, já que podia operar com números maiores. Com 8 bits, esse chip
podia operar diretamente com números entre 0 e 255. O que o 4004 precisava de duas etapas para realizar, podia ser realizado em uma única etapa pelo 8008.
Esses chips eram caríssimos. Custavam, na época do seu lançamento, mais de 1000 dólares!
Depois do 8008, a INTEL lançou um novo microprocessador de 8 bits, chamado de 8080. Era mais rápido e mais barato que o 8008. O 8080 foi o primeiro microprocessador a ser usado em larga escala nos chamados "computadores pessoais". Antes deles, os microcomputadores eram usados apenas em laboratórios científicos, em fábricas e em universidades. O 8080 popularizou o uso de microcomputadores por pequenas empresas e até para uso pessoal. Já no final dos anos 70 eram comuns os micros pessoais baseados no 8080 e em outros microprocessadores rivais: o MC6800 da Motorola, o 6502, usando em um antigo microcomputador chamado de APPLE, e o Z-80 fabricado pela ZILOG, usado em um antigo computador chamado TRS-80. Surgia então a indústria dos microcomputadores. Ao mesmo tempo, surgia a indústria do software para microcomputadores, que criava programas de vários tipos para serem usados nessas máquinas.
Os microcomputadores dessa época já tinham teclado, vídeo e impressora. Seus dados e programas eram gravados normalmente em gravadores de fita K-7 adaptados para trabalhar com microcomputadores.
Figura 10 - Microcomputador SCHUMEC M 101/
A INTEL produziu ainda, no final dos anos 70, um outro microprocessador para substituir o
Diretamente do túnel do tempo (1981), a figura 10 mostra um dos primeiros microcomputadores brasileiros, o SCHUMEC M-101/85. Tinha um microprocessador INTEL 8085 de 6 MHz, 16 KB de memória e um gravador de fita K-7 para armazenamento de programas e dados. Seu monitor de vídeo era na verdade uma TV PHILIPS adaptada, já que nesta época o Brasil não fabricava monitor.
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, uma altíssima capacidade para aquela época.
Todos esses computadores são chamados de "PC compatíveis". Mesmo esses modelos mais modernos, que são centenas de vezes mais velozes que o IBM PC original, ainda são chamados de "PCs".
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.
8088-2 8 MHz 60% mais rápido que o 8088 8088-1 10 MHz 2 vezes mais rápido que o 8088 80286-8 8 MHz 6 vezes mais rápido que o 8088 80286-10 10 MHz 7,5 vezes mais rápido que o 8088 80286-12 12 MHz 9 vezes mais rápido que o 8088 80286-16 16 MHz 12 vezes mais rápido que o 8088 80286-20 20 MHz 15 vezes mais rápido que o 8088 80286-25 25 MHz 18 vezes mais rápido que o 8088
Assim como o 80286, outros microprocessadores mais velozes foram lançados:
80386-16 16 MHz 17 vezes mais rápido que o 8088 80386DX-40 40 MHz 43 vezes mais rápido que o 8088 80486DX-25 25 MHz 54 vezes mais rápido que o 8088 80486DX4-100 100 MHz 200 vezes mais rápido que o 8088 Pentium-60 60 MHz 240 vezes mais rápido que o 8088 Pentium-100 100 MHz 400 vezes mais rápido que o 8088
Figura 11 - Microprocessador 80486
Assim como ocorreu com o 80286, os microprocessadores 80386, 80486 e PENTIUM também tiveram versões com diversas velocidades. O 80386 teve versões de 16, 20, 25, 33 e 40 MHz. O 80486 teve versões de 25, 33, 40, 50, 66, 75, 80 e 100 MHz (por enquanto). O PENTIUM foi lançado em versões de 60, 66, 90, 100 MHz.
Winchester : Os XTs usavam discos Winchester com 10 MB, mas atualmente existem winchesters com várias capacidades
Figura 12 - Um moderno disco winchester
Memória : Os primeiros PCs usavam 16 KB de memória. Os programas da época eram suficientemente pequenos para funcionar bem com esta pequena quantidade de memória.
Figura 13 - Módulos de memória
Todos os microcomputadores atuais, equipados com os microprocessadores 80286, 80386, 80486 e PENTIUM, são na verdade sucessores do IBM PC-AT, que é por sua vez, sucessor do IBM PC.
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
SAÍDA DE DADOS (OUTPUT). Podemos dizer que o computador é uma máquina que passa o tempo todo realizando três operações:
A entrada de dados é realizada por diversos dispositivos coordenados pela CPU. Entre eles podemos citar o teclado. O processamento é realizado pela própria CPU. Lembre-se que CPU significa "Unidade Central de Processamento". A saída de dados é realizada por vários dispositivos, sob a coordenação da CPU. Entre eles podemos citar o vídeo e a impressora.
Vejamos então um pequeno resumo dos conceitos apresentados nesta lição:
CPU - É a Unidade Central de Processamento. Em computadores de grande porte, a CPU é formada por uma ou mais placas. Nos microcomputadores, a CPU é o próprio MICROPROCESSADOR.
PLACA DE CPU - Todo microcomputador possui uma placa principal, chamada de PLACA DE CPU. Esta placa contém o microprocessador, a memória e outros circuitos importantes.
PROCESSAMENTO - É a principal função da CPU. Além de realizar o processamento dos dados. A CPU também comanda as operações de ENTRADA e SAÍDA, que são realizadas por circuitos auxiliares chamados de INTERFACES.
BIT - Número que pode representar apenas dois valores: 0 e 1.
BYTE - Grupo de 8 bits. Pode representar valores numéricos entre 0 e 255. Pode também ser usado para representar caracteres. Cada caráter ocupa um byte.
KB (KILOBYTE) - Um grupo de aproximadamente 1.000 bytes.
MB (MEGABYTE) - Um grupo de aproximadamente 1.000.000 bytes.
GB (GIGABYTE) - Um grupo de aproximadamente 1.000.000.000 bytes.
Estamos acostumados a utilizar o SISTEMA DECIMAL DE NUMERAÇÃO. Esse sistema usa 10 algarismos para formar todos os números: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, e 9. O sistema de numeração decimal usa exatamente 10 algarismos, devido ao fato dos seres humanos terem 10 dedos. Historicamente o número 10 foi escolhido, pois os números eram usados na vida cotidiana para contar. Contar carneiros, bois, pães, pessoas, etc. Nada mais natural que contar com os dedos. Se você não acredita nisso, pergunte a uma criança de 3 anos, quantos anos ela tem. Você verá que a criança responderá mostrando 3 dedos da mão.
pássaros de um mesmo bando. 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:
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.
O multiplicador "G" (lê-se "giga"), que normalmente vale 1 bilhão, na computação vale:
1 G = 1024 M = 1024x1024x1024 = 1.073.741.
Portanto, 1 GB (lê-se "um gigabyte") são exatamente 1.073.741.824 bytes, mas para efeitos práticos podemos dizer que 1 GB é aproximadamente 1 bilhão de bytes.
Memória principal
A CPU é a parte mais importante de um computador. Essa importância é tão grande, que é comum ouvir pessoas chamando seus computadores pelo nome do microprocessador: "... possuo um computador 486...".
Podemos dizer que depois da CPU, a parte mais importante de um computador é a MEMÓRIA. Tanto é assim que ouvimos muitos usuários de micros falarem: "... possuo um 486 com 8 MB de memória...".
A MEMÓRIA PRINCIPAL é aquela que é acessada diretamente pelo microprocessador. É formada por diversos tipos de CHIPs. Podemos ver na figura 16 alguns tipos de chips de memória, usados para formar a memória principal de microcomputadores.
Figura 16 - Chips de memória
Além da MEMÓRIA PRINCIPAL, que é diretamente acessada pela CPU, existe também a MEMÓRIA SECUNDÁRIA, que será estudada na próxima seção. A memória secundária não é acessada diretamente pela CPU. Seu acesso é feito através de interfaces ou controladoras especiais. Podemos citar como exemplo de memória secundária, o WINCHESTER. A memória secundária não é formada por chips, e sim, por dispositivos
