A evolução dos computadores

Desenvolvimento do computador em quatro gerações Este módulo apresentará os principais marcos na invenção e evolução dos computadores para que você entenda como e por que os sistemas computacionais foram criados, além de conhecer as suas etapas.

Máquina de Turing

Antes de entender o desenvolvimento do primeiro computador, assista a este vídeo sobre a máquina de Turing: um precursor matemático do computador.



Vamos ver agora como ocorreu o desenvolvimento do computador, conhecendo suas quatro gerações.

Gerações dos computadores

Primeira geração: vávulas termiônicas Ainda durante a Segunda Guerra Mundial, nos Estados Unidos, foi desenvolvido o primeiro computador eletrônico da história. Trata-se do ENIAC, um computador integrador numérico eletrônico, cujos números impressionam. Veja a seguir uma foto deste modelo: Componentes: 170.000 válvulas termiônicas. Peso: Cerca de 30 toneladas. Espaço utilizado: Sala de 150m². Capacidade de processamento (número de cálculos por segundo): 1 bilhão de vezes menor que a dos celulares usados hoje em dia. Componentes: 170.000 válvulas termiônicas. Peso: Cerca de 30 toneladas. Espaço utilizado: Sala de 150m². Capacidade de processamento (número de cálculos por segundo): 1 bilhão de vezes menor que a dos celulares usados hoje em dia. Para evoluirmos desse verdadeiro elefante até os computadores atuais, foi preciso substituir as válvulas, já que elas eram pesadas e espaçosas. É possível que você esteja se perguntando: o que tornou isso viável? Quem possibilitou isso foi o transistor, cuja criação iniciou a era da microeletrônica. Segunda geração: transistores Os primeiros transistores ocupavam apenas alguns milímetros, precisando de bem menos energia que as válvulas. Assim, foi possível reduzir o tamanho de rádios, equipamentos eletrônicos em geral e computadores. Na imagem, um transistor. Terceira geração: circuitos integrados Na década de 1960, o próximo salto de evolução foi dado com a criação dos circuitos integrados (CI): pastilhas de silício que contêm um circuito eletrônico miniaturizado. É o que, de forma comum, chamamos de chip de computador Na imagem, um circuito integrado. Com o uso de transistores e CI, os computadores ficaram menores e cada vez mais baratos. Em meados da década de 1970, houve a eclosão dos computadores pessoais (denominados PCs, sigla em inglês para Personal Computers).

A base computacional em arquitetura de computadores refere-se aos fundamentos que sustentam o projeto, organização e funcionamento de sistemas computacionais. Esses fundamentos abrangem os princípios que definem como os componentes de hardware e software interagem para executar tarefas computacionais

1. Definição de Arquitetura de Computadores

A arquitetura de computadores é o conjunto de regras, estruturas e componentes que definem como um sistema computacional opera. Ela inclui: Componentes de Hardware: Processador (CPU), memória, dispositivos de entrada/saída (E/S) e barramentos. Organização: Como esses componentes são interconectados e gerenciados. Modelo de Computação: A forma como instruções e dados são processados, geralmente baseada no modelo de von Neumann ou Harvard.

Fundamentos da Base Computacional

A base computacional é centrada em conceitos que permitem o funcionamento eficiente de um computador: Sistema Binário: A computação é fundamentada em representações binárias (0s e 1s) para dados e instruções. Lógica Digital: Circuitos baseados em portas lógicas (AND, OR, NOT, etc.) formam a base para o processamento. Instruções e Dados: Programas são compostos por instruções que manipulam dados, armazenados e processados em memória. Ciclo de Máquina: O processo de busca, decodificação e execução de instruções (ciclo de fetch-decode-execute).

3. Componentes Principais

CPU (Unidade Central de Processamento): Cérebro do sistema, responsável por executar instruções. Inclui a Unidade de Controle (UC) e a Unidade Lógica e Aritmética (ULA). Memória: Dividida em: Memória Principal: RAM (volátil) e ROM (não volátil). Memória Secundária: Discos rígidos, SSDs. Cache: Memória rápida para acesso imediato pela CPU. Barramentos: Canais de comunicação para transferência de dados, endereços e controle. -Dispositivos de E/S: Interfaces como teclado, mouse, monitor e impressoras.

4.Modelos Arquiteturais

Arquitetura von Neumann: Usa uma única memória para armazenar dados e instruções, com um gargalo conhecido como "von Neumann bottleneck". Arquitetura Harvard: Separa memórias para dados e instruções, permitindo acesso simultâneo e maior eficiência em sistemas específicos, como DSPs. Arquiteturas Modernas**: Incluem RISC (Reduced Instruction Set Computing), CISC (Complex Instruction Set Computing), e arquiteturas paralelas como multicore e GPUs.

5. Conceitos-Chave

Hierarquia de Memória: Combina diferentes tipos de memória (registradores, cache, RAM, disco) para otimizar velocidade e custo. Pipeline: Técnica que divide a execução de instruções em estágios paralelos para aumentar a eficiência. Paralelismo: Uso de múltiplos núcleos ou threads para processar várias tarefas simultaneamente. Sistemas Operacionais e Firmware: Gerenciam a interação entre hardware e software, garantindo a execução eficiente de programas.

Aplicações Prática

A base computacional é essencial para projetar sistemas eficientes, desde computadores pessoais até supercomputadores e dispositivos embarcados. Ela impacta: Desempenho Otimização de velocidade e consumo de energia. Escalabilidade: Capacidade de expandir sistemas para lidar com cargas maiores. Compatibilidade: Garantia de que software e hardware funcionem juntos