Organização de
Computadores
Professor conteudista: Renato Lellis
Sumário
Organização de Computadores
Unidade I
1 INTRODUÇÃO .......................................................................................................................................................1
1.1 O que é um computador? ....................................................................................................................1
1.2 Máquinas multiníveis ............................................................................................................................2
2 HISTÓRIA DA ARQUITETURA DE COMPUTADORES ...............................................................................6
2.1 Geração zero – computadores mecânicos (1642 – 1945) ......................................................6
2.2 Primeira geração – válvulas (1945 – 1955) ............................................................................... 10
2.3 Segunda geração – transistores (1955 – 1965) ....................................................................... 13
2.4 Terceira geração – circuitos integrados (1965 – 1980) ........................................................ 15
2.5 Quarta geração – integração em larga escala (1980 – 2000)............................................ 16
2.6 Quinta geração – computação ubíqua (2000 em diante) ................................................... 20
Unidade II
3 AFINAL DE CONTAS, QUEM INVENTOU O COMPUTADOR? ............................................................. 23
4 OS RUMOS DA EVOLUÇÃO DO COMPUTADOR ................................................................................... 23
5 A ORGANIZAÇÃO DO COMPUTADOR ...................................................................................................... 26
5.1 Processadores......................................................................................................................................... 26
5.1.1 Princípios de projeto para computadores modernos ............................................................... 29
5.1.2 Paralelismo ................................................................................................................................................ 31
5.2 Memória primária ................................................................................................................................ 36
5.2.1 Bits, bytes e terabytes ........................................................................................................................... 36
5.2.2 Endereços de memória ......................................................................................................................... 37
5.2.3 Memória cache ........................................................................................................................................ 38
5.3 Memória secundária ........................................................................................................................... 39
5.3.1 Hierarquias de memória ....................................................................................................................... 40
5.3.2 Discos magnéticos .................................................................................................................................. 41
5.3.3 Demais dispositivos................................................................................................................................ 43
5.3.4 Conjuntos de caracteres ...................................................................................................................... 43
Unidade III
6 CIRCUITOS DIGITAIS ....................................................................................................................................... 47
6.1 Sistemas de numeração ..................................................................................................................... 47
6.2 Sistema de números-base ................................................................................................................ 48
6.3 Por que binário? .................................................................................................................................... 52
6.4 Conversão entre bases........................................................................................................................ 52
6.5 Soma e subtração em bases não decimais ................................................................................ 55
Unidade IV
7 ÁLGEBRA BOOLEANA E PORTAS LÓGICAS ............................................................................................ 58
7.1 Função E ................................................................................................................................................... 59
7.2 Função OU ............................................................................................................................................... 60
7.3 Função NÃO ............................................................................................................................................ 60
7.4 Funções derivadas ................................................................................................................................ 61
7.4.1 NAND ........................................................................................................................................................... 61
7.4.2 NOR .............................................................................................................................................................. 62
7.4.3 XOR ............................................................................................................................................................... 63
7.5 Precedência de funções ..................................................................................................................... 64
7.6 Equivalência entre expressões e circuitos .................................................................................. 64
7.7 Exemplos de circuitos básicos ......................................................................................................... 65
7.7.1 Comparador .............................................................................................................................................. 65
7.7.2 Semissomador .......................................................................................................................................... 66
7.7.3 Somador completo................................................................................................................................. 67
7.7.4 Relógios ...................................................................................................................................................... 69
ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES
Unidade I
1 INTRODUÇÃO
1.1 O que é um computador?
Para estudarmos como um computador funciona, e como os
seus vários componentes são organizados para possibilitar esse
funcionamento, deveríamos primeiramente definir o que é um
computador, o que não é uma tarefa simples.
5
Segundo o Dicionário Houaiss1, a definição de computador é:
computador
Datação 1789 cf. MS1
Acepções
substantivo masculino
1 O que computa; calculador, calculista;
10
2 Rubrica: informática.
Máquina destinada ao processamento de dados;
dispositivo capaz de obedecer a instruções que visam
produzir certas transformações nos dados, com o
objetivo de alcançar um fim determinado.
15
É claro que quem utiliza um computador, seja ele um
computador doméstico, parte de um grande ambiente corporativo
ou mesmo um telefone celular, sabe que tal definição nem de
Disponível em <http://houaiss.uol.com.br/>. Consultado em
30/11/2008.
1
1
Unidade I
longe corresponde à capacidade que um desses dispositivos
possui.
O computador (de todos os portes imagináveis) hoje
desempenha as funções mais diversas e se tornou parte do
5 cotidiano de boa parte da população (mesmo que ela não saiba
disso).
O problema é que, em seu interior, o computador é uma
máquina que consegue fazer muito poucas coisas. Somar e
comparar números, mover valores de uma área de memória
10 para outra e não muito mais que isso é o que o computador
realmente consegue fazer, não importa o quão miraculoso ele
nos pareça quando olhamos do lado de fora.
Chega a ser paradoxal que um equipamento limitado como
esse consiga ser capaz de ser usado em tantas aplicações. Mas
15 não existe mágica aqui, apenas um longo e constante processo
evolucionário que começou no século XVII e ainda está longe
de acabar.
Explicar parte dos processos que tornam isso possível é
objetivo desta apostila.
1.2 Máquinas multiníveis
20
Um computador é uma máquina que pode realizar um
determinado conjunto de funções. As pessoas que utilizam
os computadores desejam fazer certas atividades que não
correspondem diretamente a esse conjunto de funções.
Para que seja possível que os usuários consigam executar as
25 funções de que necessitam, é necessário que haja um processo
de tradução.
Os primeiros computadores que foram construídos só
podiam ser utilizados pelos engenheiros que os construíram.
2
ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES
Era necessário saber exatamente como os circuitos eletrônicos
(ou eletromecânicos) se interligavam para que se conseguisse
realizar as atividades mais simples.
À medida que surgiu a necessidade de expandir a utilização
5 dos computadores, foi necessário criar mecanismos que
possibilitassem aos usuários realizar atividades sem que fosse
necessário um conhecimento profundo da arquitetura desses
mecanismos.
Imaginemos que o computador possa realizar uma
10 quantidade limitada de instruções ou comandos. Chamemos
esse conjunto de linguagem de máquina.
Tradução
Linguagem de Alto Nível
Linguagem de Máquina
Figura 1 Tradução entre os níveis de um computador
A linguagem que os usuários utilizam não pode se limitar à
linguagem de máquina, ela precisa se aproximar da linguagem
humana para atender problemas do mundo real. Chamemos
15 esta segunda linguagem de linguagem de alto nível. Para que
possa haver uma correspondência entre as duas linguagens,
é necessário que o segundo conjunto seja traduzido para o
conjunto inicial.
Esse processo ocorre diversas vezes dentro de um
20 computador. A história da evolução dos computadores é um
processo de adição de níveis de tradução. Se os primeiros
computadores só podiam ser utilizados pelos engenheiros que
os construíram, os computadores atuais podem ser utilizados
por pessoas com um conhecimento técnico mínimo, se tanto.
25 Isso só é possível porque as necessidades desses usuários são
submetidas a vários níveis de tradução até chegar a uma
3
Unidade I
instrução que o computador consiga efetivamente executar
por meio de impulsos elétricos.
Esse processo de evolução nos levou ao computador
contemporâneo, que possui diversos níveis, por isso o
5 denominamos máquina multiníveis. A interação entre cada
um dos níveis corresponde a um tipo de tradução.
O nível 0, chamado lógico digital, corresponde aos circuitos
eletrônicos que efetivamente realizam o processamento
de informações na forma de impulsos elétricos dentro do
10 processador.
O nível 1 corresponde à microarquitetura do processador,
que são elementos internos do processador: registradores (que
são a memória de alta velocidade interna do processador)
e a ULA – unidade lógica aritmética (que é o elemento do
15 processador que realiza operações aritméticas simples). Esses
registradores são conectados à ULA para formar um caminho
de dados, através do qual os dados transitam para dentro e
para fora do processador. Uma operação normal do caminho
de dados consiste em selecionar o conteúdo de um ou dois
20 registradores, submetê-lo à ULA e movimentar o resultado
para outro registrador.
O nível 2 corresponde ao conjunto de instruções suportado
pelo processador. O conjunto de instruções corresponde aos
comandos que o processador pode receber de fontes externas e
25 é determinado pelo projeto do processador, e normalmente não
pode ser alterado. O conjunto de instruções também é comum
entre os processadores de uma mesma família, permitindo assim
a interoperabilidade de programas e sistemas operacionais
dentro dessa família.
30
4
O nível 3 corresponde ao sistema operacional. O SO fornece
uma plataforma que possibilita que os programas não tenham que
interagir diretamente com o hardware. Aliás, isto é mandatório
ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES
em se tratando de sistemas multitarefa. Não é possível existir um
sistema multitarefa sem que exista um elemento arbitrando o
acesso ao hardware – essa função é do sistema operacional. Em
sistemas computacionais modernos, todo acesso ao hardware é
5 feito por meio do sistema operacional.
O nível 4 corresponde à linguagem de montagem. A linguagem
de montagem, ou assembly, é uma linguagem dependente da
plataforma, ou seja, processadores diferentes ou de famílias
diferentes possuem linguagens de montagem diferentes
10 incompatíveis entre si. Um programa escrito em linguagem de
montagem só pode ser usado em uma determinada plataforma
ou família de processadores.
O nível 5 corresponde à linguagem orientada a problemas,
ou linguagem de alto nível. Esse tipo de linguagem independe
15 da plataforma em que for usada; ela deve ser traduzida
(compilada) para um formato que o sistema operacional
consiga interpretar e enviar para os níveis mais baixos da
máquina multiníveis.
Tradução
(compilação)
Linguagem orientada a problemas
Tradução
(montagem)
Linguagem de montagem
Interpretação
Sistema Operacional
Interpretação
Hardware
Conjunto de instruções
Microarquiterura
Nível lógico digital
Figura 2 Tradução entre os níveis de um computador contemporâneo
5
Unidade I
2 HISTÓRIA DA ARQUITETURA DE
COMPUTADORES2
Para entender como um computador funciona, precisamos
compreender como se deu sua evolução, pois um dispositivo
sempre incorpora ao menos parte da tecnologia dos seus
predecessores. Os computadores que usamos hoje incorporam
5 em seu design decisões que foram tomadas décadas atrás.
2.1 Geração zero – computadores mecânicos
(1642 – 1945)
As tentativas de criar mecanismos para processar dados
remontam ao século XVII. Foi naquela época que os primeiros
mecanismos capazes de realizar cálculos de forma automatizada
surgiram.
10
Os equipamentos da época eram totalmente mecânicos, já que
os dispositivos eletromecânicos surgiriam apenas no século XX.
O primeiro dispositivo desse tipo foi construído por Blaise
Pascal (1623 – 1662) em 1642 para auxiliar seu pai, que era
coletor de impostos. Pascal tinha apenas 19 anos. Esse dispositivo
15 ficou conhecido como Pascalina.
Figura 3 Uma das Pascalinas construídas por Blaise Pascal
Essa primeira máquina criada por Pascal podia executar
apenas somas e subtrações. Trinta anos depois, Gottfried Wilhelm
Todas as fotografias utilizadas foram tiradas de <http://commons.
wikimedia.org/wiki/templates:GFDL/pt>.
2
6
ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES
von Leibniz criou um dispositivo que podia executar as quatro
operações básicas.
Figura 4 Staffelwalze, uma das calculadoras mecânicas projetadas por Leibniz
Esses dispositivos foram as primeiras tentativas de
automatizar processos manuais, neste caso, cálculos. Mas eles
5 se limitavam a isso.
A evolução desses equipamentos foi proposta apenas em
1822, por Charles Babbage (1792 – 1871).
O novo dispositivo foi chamado de máquina diferencial e, ao
contrário de seus predecessores, que apenas realizavam operações
10 simples, ele foi desenhado para executar um algoritmo. O
objetivo dessa máquina e seu algoritmo era produzir tabelas
úteis para a navegação naval, assunto estratégico para a época.
A máquina diferencial podia executar apenas esse algoritmo.
Figura 5 Máquina diferencial construída pelo Museu de Londres a partir de notas
de Babbage
7
Unidade I
Apesar da aceitação de suas ideias e do financiamento do
governo britânico, Babbage tinha planos mais ambiciosos. Ele
vislumbrou um dispositivo programável. Esta nova máquina
foi batizada de máquina analítica, e continha vários conceitos
5 presentes ainda hoje nos computadores modernos, como um
dispositivo de entrada (uma leitora de cartões perfurados),
dispositivos de saída (impressora e perfuradora de cartões),
memória (capaz de armazenar mil números) e uma unidade
aritmética (chamada de moinho).
10
Babbage descreveu essa máquina pela primeira vez em
1837. Sob vários aspectos, a máquina diferencial antecipou o
computador moderno em cem anos.
No século XIX, diversas máquinas diferenciais foram
construídas com base nas teorias e documentos de Babbage,
15 mas ele próprio nunca chegou a produzi-las, nem a máquina
analítica.
As suas ideias, entretanto, influenciariam diversos pioneiros
da computação. Ele correspondeu-se com a condessa Ada
Lovelace, que se interessou por suas propostas para a máquina
20 analítica e chegou a desenvolver um método de calcular
números de Bernoulli utilizando a máquina analítica. Esse é
considerado o primeiro programa de computador da história e a
condessa Ada Lovelace, a primeira programadora. A linguagem
ADA foi batizada em sua homenagem.
25
O problema que Babbage enfrentou é que a tecnologia do
século XIX não podia fornecer a precisão que seria necessária
para a construção de um mecanismo tão complexo e ambicioso
quanto a máquina analítica. Mesmo nunca tendo concretizado
sua visão, Charles Babbage é considerado o avô do computador,
30 e os equipamentos atuais ainda incorporam conceitos que ele
anteviu mais de cem anos atrás.
O passo seguinte no caminho do computador seria dado
apenas na década de 1930, quando em vários pontos começaram
8
ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES
a surgir dispositivos calculadores eletromecânicos utilizando
relés.
Na Alemanha, Konrad Zuse construiu uma série de
equipamentos para executar cálculos usando relés. Todos os seus
5 equipamentos foram destruídos durante a guerra, o que impediu
que seus designs tivessem influências nos desenvolvimentos
subsequentes.
Pouco tempo depois de Zuse, na Universidade de Iowa, nos
Estados Unidos, John Atanasoff projetou um equipamento para
10 fazer cálculos que utilizava aritmética binária e capacitores
como memória de armazenamento. Da mesma forma que
outros predecessores, o projeto de Atanasoff nunca se tornou
operacional.
Simultaneamente, também nos Estados Unidos, George
15 Stibbitz construiu um equipamento para fazer cálculos que
realmente funcionava, apesar de ser menos sofisticado que o
projeto de Atanasoff. Stibbitz fez uma grande demonstração
de sua criação em 1940. Entre os que assistiram a essa
demonstração estava John Mauchley, que depois daria suas
20 próprias contribuições à história do computador.
Zuse, Stibbitz e Atanasoff estavam tentando criar
máquinas calculadoras automáticas. Apesar de compartilharem
componentes com os computadores, elas tinham um propósito
único: realizar cálculos. Nenhum desses projetos tencionava ser
25 o que Babbage tinha almejado no século XIX: um equipamento
programável.
O próximo passo neste caminho foi dado também nos
Estados Unidos em 1944: Howard Aiken construiu o Harvard
Mark I, o primeiro computador digital da história. Ele era
30 capaz de realizar cálculos. Aiken baseou-se nos conceitos de
Babbage para criar o Mark I. Apesar de ter sido bem-sucedido,
o sucessor do Mark I, o Mark II, já estava obsoleto ao ser
9
Unidade I
concluído. A era dos computadores eletromecânicos havia
chegado ao fim.
Começava a era dos computadores eletrônicos.
2.2 Primeira geração – válvulas (1945 – 1955)
Os primeiros computadores eletrônicos surgiram na fase
5 final da Segunda Guerra Mundial.
O interesse dos militares por computadores se dava em dois
campos específicos: quebra de códigos criptográficos e cálculos
de artilharia.
Para este segundo propósito John Mauchley propôs a
10 construção de uma máquina para o Exército Americano, o que
viria a se tornar o ENIAC.
Durante muito tempo, o ENIAC (Electronic Numerical
Integrator and Computer) foi considerado o primeiro computador
eletrônico da história. O seu projeto, que foi patrocinado pelas
15 forças armadas dos Estados Unidos e conduzido por John
Mauchley e J. Presper Eckert, iniciou-se em 1943. O ENIAC
entrou em operação em 1946, tarde demais para seu propósito
bélico original.
Figura 6 O ENIAC em operação na década de 1940
10
ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES
Entretanto, décadas depois do final da guerra o trabalho
de um grupo de cientistas britânico veio a público. No auge
da Segunda Grande Guerra, a Alemanha nazista utilizava um
equipamento eletromecânico para codificar mensagens de
5 forma muito mais eficiente do que os métodos manuais:
trata-se da máquina Enigma.
Figura 7 Um exemplar da máquina Enigma
Para quebrar os códigos gerados por esse dispositivo, o
governo britânico patrocinou a construção do que foi de fato
o primeiro computador eletrônico, batizado de Colossus. Este
10 dispositivo entrou em operação em 1943, e o famoso matemático
Alan Turing, criador de muitos dos conceitos do computador
moderno, participou do projeto. Infelizmente, todo o projeto foi
mantido em segredo pelo governo britânico e, por esse motivo,
o trabalho pioneiro de Turing e seus colegas não pôde ser
15 compartilhado e não teve influência nas gerações posteriores
de computadores.
O ENIAC, por outro lado, teve descendentes diretos.
O conhecimento do projeto de Mauchley e Eckert foi
compartilhado com vários colegas cientistas que criaram seus
20 próprios computadores. Os próprios Mauchley e Eckert deixaram
a Universidade da Pensilvânia, onde lecionavam, para fundar
uma companhia, a Eckert-Mauchley Computer Corporation.
11
Unidade I
Hoje, após uma série de fusões e aquisições, essa companhia é
parte da Unisys Corporation.
Naquela época de interesse florescente, um dos cientistas
envolvidos no projeto do ENIAC deu uma contribuição
5 fundamental para a evolução do computador moderno.
Seu nome era John von Neumann, e uma das coisas que ele
percebeu nos computadores da época é que programar um
computador usando quantidades enormes de cabos e chaves
era uma tarefa demorada e tediosa. Ele também apontou a
10 vantagem de usar os dados armazenados em forma binária
em vez de decimal (como o ENIAC fazia). O projeto básico que
ele concebeu na década de 1940 foi utilizado na construção
da máquina IAS. Essa arquitetura foi batizada de máquina
de Von Neumann e é até hoje a estrutura básica de qualquer
15 computador comercial.
Memória
Unidade de
controle
Unidade lógico
aritmética
Acumulador
Entrada
Saída
Figura 8 A estrutura da máquina de Von Neumann
Enquanto tudo isso acontecia, a IBM lentamente despertava
para o mercado de computadores comerciais. Apesar de ter
parcialmente financiado o projeto de Howard Aiken, a IBM não
estava muito interessada em computadores até que lançou o IBM
20 701, em 1953. Ele era um computador voltado para aplicações
científicas, e em cerca de dez anos esse mercado seria dominado
pela IBM.
12
ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES
2.3 Segunda geração – transistores (1955
– 1965)
O transistor foi inventado por John Bardeen, Walter Brattain
e William Shockley em 1948, nos laboratórios Bell.
Em pouco tempo o transistor mudou a face da computação
(e de toda a incipiente indústria de eletrônica de consumo),
5 pois apresentava grandes vantagens em relação à válvula: era
menor e tinha vida útil infinitamente maior. Dez anos após a
invenção do transistor, os computadores com válvulas estavam
obsoletos.
O primeiro computador a usufruir da nova tecnologia foi o
10 TX-0 (Transistored Experimental Computer 0), construído no MIT
(Massachusetts Institute of Technology). O objetivo desse projeto
era servir como dispositivo de testes para um equipamento mais
sofisticado, o TX-2.
O TX-2 não foi um grande sucesso, mas um dos engenheiros
15 que participaram do projeto fundou uma companhia, a Digital
Equipment Corporation – DEC em 1957, para construir um
computador cujo projeto era baseado no TX-0. Esse computador
foi batizado de PDP-1.
Na época, a DEC demorou quatro anos para conseguir
20 financiamento para seu produto, pois os investidores tinham
sérias dúvidas sobre a viabilidade do mercado de computadores
comerciais.
O PDP-1 foi finalmente lançado em 1961. Ele tinha cerca
de metade da capacidade de processamento do IBM 7090, o
25 computador científico mais rápido do mundo na época, mas
custava 120 mil dólares, enquanto o 7090 custava milhões.
A DEC vendeu dezenas de PDP-1 e criou o mercado de
minicomputadores.
13
Unidade I
Alguns anos mais tarde, a DEC lançou uma nova máquina, o
PDP-8. Além de ser mais barata que o PDP-1 (16 mil dólares), ela
trouxe uma inovação importante: o uso de um barramento. Essa
arquitetura representou uma mudança importante em relação
5 à da máquina IAS, que era centrada na memória e é usada em
computadores até hoje.
CPU
Memória
Terminal
de
Console
E/S de
fita de
papel
Outras
E/S
Omnibus
Figura 9 Barramento Omnibus do PDP-8
Enquanto a DEC se consolidava no mercado de
minicomputadores, a IBM produzia equipamentos de alto
desempenho para aplicações científicas, como o 7090, já citado,
10 e sua versão melhorada, o 7094.
Em outra frente, a IBM estava obtendo sucesso com outro
tipo de equipamento, chamado 1401. Ele tinha um desempenho
muito menor que o 7094 para aplicações científicas, mas era
bastante adequado para aplicações comerciais, sem mencionar
15 que era muito mais barato.
Em 1964, uma pequena companhia lançou um equipamento
voltado para aplicações científicas batizado de 6600. O CDC 6600
conseguiu ser mais rápido que o IBM 7094 e qualquer outro
computador da época, principalmente por introduzir paralelismo
20 em alta escala, além de pequenos computadores internos para
reduzir a carga de processamento da CPU principal.
Muitas ideias referentes a paralelismo presentes nos
computadores modernos descendem diretamente do CDC 6600.
O seu projetista, Seymour Cray, dedicou a vida à produção de
25 computadores (depois da CDC, ele criou sua própria empresa, a
Cray Computing) cada vez mais rápidos, criando o mercado de
supercomputadores no processo.
14
ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES
2.4 Terceira geração – circuitos integrados
(1965 – 1980)
A invenção do circuito integrado de silício por Robert Noyce,
em 1958, permitiu que dezenas de transistores fossem colocados
em uma única pastilha (ou chip). Isso conduziu a produção de
computadores a um novo patamar, totalmente impensável nas
5 gerações anteriores. Agora eles poderiam ser menores, mais
rápidos e mais baratos do que jamais havia sido possível.
Mas uma das maiores inovações daquele período não
dependia de desenvolvimento de novas tecnologias.
A IBM tinha na época dois equipamentos de sucesso, os já
10 citados 1401 e 7094. O problema é que eles eram totalmente
incompatíveis entre si. Um cliente que possuísse os dois
equipamentos teria que ter duas equipes distintas para fazer
uso deles.
Quando chegou a hora de lançar os substitutos desses
15 equipamentos, a IBM deu um passo revolucionário, lançando
vários computadores em uma mesma linha, chamada
System/360.
O grande diferencial da linha 360 é que vários modelos
de vários portes compartilhavam uma mesma arquitetura,
20 o que permitia que um mesmo programa fosse utilizado nos
vários modelos da mesma família. Hoje isso parece óbvio, mas
durante os anos 1950 o foco do desenvolvimento sempre foi o
hardware. A família 360 foi a primeira vez em que se pensou em
interoperabilidade e compatibilidade.
25
Outra novidade importante na família 360 era o conceito de
multiprogramação. Esse conceito permitia que o computador
mantivesse vários programas em memória e, enquanto um
programa estivesse esperando uma operação de E/S, ele pudesse
executar outro. Este conceito simples, uma das primeiras
15
Unidade I
implementações de multitarefa, aumenta a utilização da
CPU. E também torna mais importante uma figura até então
desconhecida: o sistema operacional. O conceito de multitarefa
só pode existir com a presença de um sistema operacional.
5
O mercado de minicomputadores também evoluiu, e o
lançamento mais significativo foi o PDP-11 da DEC, que teve
enorme sucesso, em especial em universidades.
2.5 Quarta geração – integração em larga
escala (1980 – 2000)
Na década de 1980, a VLSI (Very Large Scale Integration
– Integração em Escala Muito Grande) possibilitou colocar
10 dezenas de milhares, depois centenas de milhares e por fim
milhões de transistores em um único chip. Esse desenvolvimento
levou a computadores menores e mais rápidos. Antes do PDP-1,
os computadores eram tão grandes e caros que universidades
e empresas precisavam ter departamentos dedicados à
15 sua operação. Com a chegada do minicomputador, cada
departamento poderia ter seu próprio computador.
No início dos anos 1980, o processo de barateamento e
miniaturização dos computadores chegou a tal ponto que um
indivíduo podia possuir seu próprio computador. Era o início da
20 era do computador pessoal, o microcomputador.
Os primeiros microcomputadores não eram fabricados da
mesma forma que os computadores comerciais da época. Eles
eram vendidos como kits para serem montados em casa por
hobistas na área de eletrônica ou computação. Um dos primeiros
25 foi o Altair 8800, mostrado na figura seguinte.
Figura 10 Altair 8800, um dos primeiros microcomputadores comerciais
16
ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES
Esses primeiros computadores não tinham muita aplicação
prática, pois, além de montar seus computadores, os usuários
tinham que desenvolver seus próprios programas.
Apesar das limitações desses equipamentos, diversas
5 empresas investiram no nascente mercado de computação
pessoal. Uma das mais bem-sucedidas foi a Apple, fundada por
Steve Jobs e Steve Wozniak, cujo modelo Apple II (lançado em
1977) foi um sucesso comercial. O sucesso do Apple II foi tão
significativo na época de seu lançamento que a Apple se tornou
10 um grande fabricante de computadores praticamente da noite
para o dia.
Figura 11 O Apple II, um dos primeiros microcomputadores comerciais de sucesso
Enquanto a Apple e outras pequenas empresas criavam todo
um novo mercado de computadores para uso doméstico, os
grandes fabricantes, como a IBM, estavam hesitantes quanto a
15 investir ou não nesse nicho.
A IBM decidiu por fim entrar no mercado do computador
pessoal, mas, ao contrário do que era seu hábito, decidiu utilizar
componentes de mercado, em vez de desenvolver todo o
projeto.
20
Como microprocessador foi escolhido o 8088 da Intel, e o
IBM PC foi lançado em 1981. Um dos grandes erros da história da
17
Unidade I
IBM foi cometido nessa época. Ela não resguardou seu produto
por patentes; muito pelo contrário, ela divulgou publicamente
os dados do projeto de seu microcomputador.
O resultado foi o surgimento de toda uma indústria de “PC
5 Clones”, ou computadores-padrão IBM PC, da qual uma pequena
parte apenas era fabricada e vendida pela IBM.
Figura 12 Um dos primeiros IBM PC
A IBM também se associou à Microsoft para o desenvolvimento
do sistema operacional de seu microcomputador. Outro grande
erro da IBM foi não enxergar o potencial do software para
10 essa plataforma. Na verdade, os executivos da IBM estavam
interessados na venda de hardware. Como consequência, o MSDOS da Microsoft se tornou o sistema operacional padrão para
os computadores padrão IBM PC, o que ajudou a Microsoft a ser
tornar uma das empresas mais ricas do mundo nos anos 1990.
15
A arquitetura desenvolvida pela IBM se tornou o padrão
para microcomputadores de uso comercial, e a maioria das
empresas que fabricava microcomputadores com padrões
distintos (Commodore, Atari, Sinclair, entre outras) desapareceu
ou abandonou esse nicho de mercado.
20
A Apple conseguiu sobreviver, em parte por ter sido a
primeira a introduzir uma interface gráfica utilizável. Essa
característica foi introduzida inicialmente no Apple Lisa, mas
encontrou sucesso no Apple Macintosh.
18
ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES
Figura 13 Apple Lisa
O Apple Lisa fracassou devido ao alto preço, mas deixou
claras as vantagens do uso de uma GUI (Graphical User Interface
– Interface Gráfica com o Usuário). Esse tipo de interface
usa um dispositivo apontador (normalmente um mouse) e
5 elementos gráficos como ícones e menus como meio principal
para interação com o usuário. As outras gerações usavam
principalmente comandos em shells ou prompts de comando,
o que requeria um treinamento mais aprofundado para os
usuários de computadores.
10
Com a introdução da interface gráfica e o aumento da
facilidade de uso, a popularização dos microcomputadores se
acelerou ainda mais.
Figura 14 O Apple Macintosh original
19
Unidade I
2.6 Quinta geração – computação ubíqua
(2000 em diante)
Ao contrário das gerações anteriores, atualmente os
equipamentos com capacidade de processamento não são
mais necessariamente computadores. Desde o final dos anos
1990, diversos equipamentos passaram a possuir capacidade de
5 processamento, sem que necessariamente fossem computadores
completos. Palmtops, telefones celulares e até mesmo automóveis
e certos refrigeradores hoje possuem alguma capacidade de
processamento, podendo até mesmo rivalizar com computadores
de gerações anteriores.
Como exemplo dessa evolução, podemos tomar o AGC
(Apollo Guidance Computer), computador embarcado usado
pela missão Apollo, responsável por levar os primeiros
astronautas para a lua. Esse equipamento tinha menos
de 64 KB de memória e 2 Mhz de velocidade de clock – se
15 compararmos esse equipamento (que era tecnologia de ponta
no final do anos 1960) com um computador desktop padrão
de mercado atual, que tem 1 ou 2 Gigabytes de memória e
2 Ghz de velocidade de clock, chegaremos à conclusão que
o segundo é cerca de mil vezes mais rápido e possui mais de
20 32.000 vezes mais memória, sem mencionar a complexidade
do equipamento. Isso pode servir como parâmetro para a
velocidade de evolução da tecnologia de processamento de
dados nas últimas três décadas.
10
Figura 15 Unidade de interface com o usuário do AGC
20
ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES
Mas, além do barateamento e aumento de capacidade de
elementos como dispositivos de armazenamento (discos e
afins) e memória, o desenvolvimento de várias tecnologias,
como redes locais, Bluetooth e WiFi, e a popularização da
5 Internet permitiram o desenvolvimento de equipamentos
que se apoiem em redes e recursos localizados em outros
computadores para atender às necessidades de seus
usuários.
Os computadores das gerações anteriores precisavam manter
10 suas massas de dados acessíveis localmente e contar apenas com
sua capacidade de processamento. Os computadores de quinta
geração podem contar com a capacidade de armazenamento e
de processamento de outros computadores através de redes de
diversos tipos.
Figura 16 Exemplo de smartphone: Motorola Q1
Esse tipo de capacidade pode criar ambientes tão
complexos que pode se tornar difícil no futuro determinar
onde começa e termina o computador e onde estão os
dados que utilizamos, pois teremos à nossa volta diversos
dispositivos interagindo entre si para atender às nossas
20 necessidades.
15
21
Unidade I
Quando esse tipo de ambiente se tornar comum, talvez
não tenhamos uma sexta geração de computadores, mas algo
totalmente diferente.
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