O que é Computador
Computador trata-se de um sistema com objetivo de processar informações, recebidas (entradas) de algum periférico, tais como mouse, teclado, scanner, máquina fotográfica, câmera, entre outros, e devolver uma resposta para algum periférico de saída, tais como monitores e impressoras.
De acordo com Tanenbaum, somar e comparar números, copiar dados de uma parte da memória para outra, e não muito mais do que isso, é o que o computador realmente consegue fazer, independentemente do quão extraordinário ele nos pareça. O computador consegue realizar estas operações por meio de instruções primitivas, denominadas linguagem de máquina. A linguagem de máquina remete ao primeiro nível de uma estrutura de computador. É no mínimo curioso que um equipamento limitado como este ofereça suporte para tantas aplicações. O que ocorre é que, posteriormente, foram incorporadas outras estruturas com uma série de abstrações, permitindo maior complexidade; ou seja, no nível de máquina, as instruções são simples, de modo que os programas que foram sendo incorporados é que conseguem tornar aquilo que é simples em algo cada vez mais complexo. Sendo assim, uma estrutura ou um nível de programa depende do outro.
Os usuários de computadores utilizam programas com linguagem de alto nível, ou seja, aquela que podemos compreender sem maiores problemas. Entretanto, o computador sempre realiza o processamento por meio de um nível mais baixo de linguagem, a já mencionada linguagem de máquina.
Para ser possível aos usuários executar as funções de que necessitam, é necessário que haja processos de tradução e interpretação.
Níveis do Computador
De acordo com Tanenbaum (2007a), a maioria dos computadores modernos possui dois ou mais níveis.
Os três primeiros níveis não são projetados para o programador de aplicações, que utiliza as linguagens C e Java (linguagem de alto nível), por exemplo. Esses níveis são projetados pelo fabricante, e seus interpretadores são desenvolvidos por programadores de sistemas. Naturalmente, os níveis mais baixos apresentam limitações, ou seja, dependem do que foi desenvolvido pelo fabricante.
O nível 0 representa os circuitos eletrônicos que realizam o processamento de informações na forma de impulsos elétricos dentro do processador.
O nível 1 corresponde à microarquitetura do processador (seus elementos internos), como veremos na Unidade II.
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 é determinado pelo projeto do processador. Normalmente não pode ser alterado.
O nível 3 corresponde ao sistema operacional (S.O.). O S.O., também chamado de plataforma, promove uma interface amigável para os usuários, ou seja, realiza a ligação entre o homem e a máquina de forma mais intuitiva. O S.O. também gerencia as estruturas computacionais e oferece recursos para os demais aplicativos, tais como editores de texto, por exemplo.
O nível 4 corresponde à linguagem de montagem. A linguagem de montagem, ou Assembly, fornece um método de programação para os níveis 1, 2 e 3 em uma forma mais agradável que a linguagem de máquina. 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 à solução de problemas, ou linguagem de alto nível. Esse tipo de linguagem independe 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.
A Evolução do Computador
Para entender o funcionamento de um computador, precisamos conhecer sua evolução. Como salientamos, os computadores que usamos hoje incorporam em sua estrutura decisões que foram tomadas tempos atrás. Explicamos ainda que o computador moderno ou digital possui níveis, e que o nível mais simples utiliza um conjunto de instruções denominado linguagem de máquina. Entretanto, mesmo esse nível mais simples não nasceu pronto. Ele é fruto de uma evolução, pois um dispositivo sempre incorpora ao menos parte da tecnologia de seus predecessores.
Geração zero de computadores
De acordo com Rossellini (2009), em 1642 na França, Blaise Pascal constrói uma máquina de calcular, a Pascalina, no intuito de auxiliar seu pai que era coletor de impostos. A máquina era totalmente
mecânica, mas representa uma automatização dos processos de cálculo. Realizava soma e subtração, apenas.
Trinta anos depois, Gottfried Wilhelm von Leibniz criou um dispositivo que podia executar as quatro operações básicas: o Staffelwalze
Segundo Tanenbaum (2007a), somente cerca de 150 anos depois é que um professor da Universidade de Cambridge, Charles Babbage (1792-1871), consegue projetar um dispositivo mecânico batizado de máquina diferencial, capaz de executar um algoritmo. Um algoritmo é uma sequência de instruções, tais como uma receita. A máquina diferencial foi uma inovação para a época, pois os demais instrumentos existentes apenas realizavam operações simples. O objetivo dessa máquina era produzir tabelas úteis para a navegação marítima, entretanto, a máquina diferencial podia executar apenas esse único algoritmo. Uma das características mais interessantes da máquina: sua saída (ou resultado) era representada por uma chapa de cobre perfurada, técnica que foi posteriormente adaptada aos cartões perfurados e mais recentemente à gravação de CD-ROMs.
Primeira geração
O estímulo para construção de computadores eletrônicos foi a Segunda Guerra Mundial.
No auge da Segunda Guerra, a Alemanha nazista utilizava um equipamento eletromecânico chamado Enigma. A máquina codificava mensagens de forma mais eficiente do que os métodos manuais.
Objetivando quebrar os códigos gerados pelo Enigma, o governo britânico patrocinou a construção do primeiro computador eletrônico, batizado Colossus, que entrou em operação em 1943, com a participação do famoso matemático Alan Turing, criador de muitos dos conceitos utilizados atualmente na Inteligência Artificial. Infelizmente, todo o projeto foi mantido em segredo pelo governo britânico, não pôde ser compartilhado e não teve influência nas gerações posteriores de computadores. O Colossus foi revelado décadas após o término da guerra, quando já era extremamente obsoleto.
Entretanto, na mesma época John Mauchley nos Estados Unidos elaborou a proposta de um computador eletrônico e a remeteu ao exército americano. A proposta foi aceita e, sendo financiados ele e seu aluno de pós-graduação, J.Presper Eckert, passaram a construir o computador ao qual deram o nome de ENIAC (Eletronic Numerical Integrator and Computer – Integrador e computador numérico eletrônico).
Um dos colaboradores na construção do ENIAC, John Von Neumann, um verdadeiro gênio, percebeu que a ideia de programar um computador através de muitos interruptores cabos e soquetes não era muito viável e que o programa poderia ser armazenado na memória da máquina junto com outros dados. O projeto básico dessa arquitetura é denominado máquina de Von Neumann e é a base de quase todos os computadores digitais da atualidade, elucida Tanenbaum (2007a).
Segunda geração
O transistor foi inventado por John Bardeen, Walter Brattain e William Shockley no Bell Labs (Alcatel-Lucent) em 1948. O transistor substituiu a válvula, que em pouco tempo mudou a face da computação, pois apresentava grandes vantagens: era menor e tinha vida útil infinitamente maior. O primeiro computador com transistor foi desenvolvido na década de 1950 no Lincoln Laboratory do MIT (Massachusetts Institute of Technology), uma máquina de 16 bits que recebeu o nome de TX-0
Em 1961 a DEC (Digital Equipment Corporation) lançou o PDP-1, versão comercial do computador com a metade da capacidade de processamento do IBM 7090, o computador científico mais rápido do mundo na época, mas que custava 120 mil dólares, enquanto o 7090 custava milhões. A DEC vendeu dezenas de PDP-1 e criou o mercado de minicomputadores.
Segundo Tanenbaum (2007a), enquanto a DEC ganhava o mercado de minicomputadores, a IBM desenvolvia computadores de alto desempenho destinados ao uso científico, tais como o 7090, e sua evolução, o 7094. Simultaneamente, a IBM obtinha sucesso com outro tipo de computador, o 1401, um aparelho de desempenho menor que o 7094, para aplicações científicas, entretanto mais barato e bastante adequado para aplicações comerciais.
Nessa época, os computadores eram modulares e programados com cartões perfurados. O programador levava os lotes de cartões e os colocava em uma máquina leitora, que gravava os dados ou tarefas em fitas magnéticas. Posteriormente, a fita era transferida para outro módulo que processava os dados e gerava outra fita com o resultado. Esta fita era encaminhada para um terceiro módulo, que a lia e imprimia o resultado. A linguagem normalmente empregada era a Assembly e a Fortran
Terceira geração
A terceira geração é marcada pela criação do circuito integrado de silício criado por Robert Noyce e Jack Kilby em 1958, e representou um avanço muito grande, pois passou a permitir a miniaturização no sistema, além de maior organização dos componentes, ou seja, permitiu que muitos transistores fossem colocados em um único chip.
Apesar do grande sucesso do CDC 6600, em 1964 a IBM era a líder no mercado de computadores com o 7094 e o 1401. Porém, elas eram duas máquinas diferentes e incompatíveis. Quando chegou a hora de substituir essas duas máquinas, a IBM deu um passo radical, criou uma linha de um único produto já com circuito integrado, a família System/360 com diversos modelos, esclarece Tanenbaum (2007a). O IBM 360 foi a primeira linha de computadores a usar circuitos integrados.
O grande diferencial da família System/360 era permitir que um mesmo programa pudesse ser utilizado nos vários modelos. Foi a primeira vez em que se pensou em compatibilidade, e, logo, outros fabricantes já estavam adotando a ideia. A família System/360 também permitia a emulação, ou seja, a simulação de outros computadores. Outra novidade importante do System/360 foi o conceito de multiprogramação. A multiprogramação permite ao computador manter vários programas na memória.
Atualmente, esse conceito permite a existência da multitarefa nos sistemas operacionais modernos, permanência de diversas janelas ou programas em execução.
Quarta geração
A quarta geração deu-se pelo avanço da tecnologia em relação aos eletrônicos, a capacidade de integrar milhões de transistores em um único chip, as placas de circuito impresso, entre outros, que favoreceram a miniaturização e o baixo custo promovendo o uso do computador pessoal.
Os primeiros microcomputadores não eram fabricados da mesma forma que os computadores comerciais da época. Usados principalmente para processar textos e montar planilhas, eram vendidos como kits para serem montados em casa. O software não era fornecido; um dos primeiros foi o Altair 8800.
Nessa época, surgiram a Apple computadores e a Microsoft, ambas alavancando significativamente o mercado de microcomputadores. A Apple atuando no desenvolvimento de hardware e software, e a Microsoft no desenvolvimento de software.
A Apple foi fundada por Steve Jobs e Steve Wozniak em uma garagem. Na ocasião, Steve Jobs tinha obsessão por superar a IBM, mas, por questões ideológicas, começou a trabalhar no projeto do Apple I, que passou a gozar de popularidade entre os usuários domésticos e escolas, fazendo da Apple Computadores um participante sério no mercado da noite para o dia.
O Apple I era muito mais simples e intuitivo que o Altair, além de possuir um monitor e um teclado integrado. O Altair possuía chaves e um programa que necessitava de diversas ligações sem erros para funcionar. A resposta do Altair era apresentada em forma de luzes que piscavam.
A Microsoft era uma empresa minúscula e desenvolvia o sistema operacional MS-DOS para a IBM, que concorria no mercado de microcomputadores com o IBM PC.
Em 1984 a Apple lança o Macintosh, o primeiro computador com interface gráfica para o usuário, permitindo maior interação por meio do mouse.
A Microsoft passa, então, a desenvolver para a IBM o sistema operacional OS/2, com uma interface gráfica parecida com a do Macintosh, e, em paralelo, desenvolvia o MS – Windows, também com interface gráfica.
Quinta geração
A quinta geração de computadores está relacionada ao avanço da já citada Inteligência Artificial, miniaturização e barateamento de componentes devido à produção em larga escala, à popularização da internet, à criação de redes locais cabeadas e wireless (sem fio), bluetooth etc. Esses fatores permitiram, desde o final da década de 1990, a criação de muitos dispositivos diferentes do computador tradicional, mas com capacidade de processamento, tais como: PDA (Personal Digital Assistants), agenda eletrônica, telefones celulares, caixas eletrônicos, além de automóveis, aviões etc., com tecnologia de processamento embarcada.
