O documento descreve a evolução da computação desde os primeiros computadores mecânicos até a terceira geração de computadores baseados em circuitos integrados. Ele detalha as principais invenções e máquinas desenvolvidas em cada geração, incluindo os computadores mecânicos de Pascal e Babbage, os primeiros computadores eletrônicos como o ENIAC e o EDVAC, e a transição para computadores baseados em transistores e circuitos integrados.
2. Introdução
O uso de computadores, no significado moderno e usual da palavra nos remete a
pensarmos em interatividade, computadores conectados ao redor do mundo e apenas com um
clique do mouse é possível encontrarmos pessoas e serviços que procuramos. Porém, o
surgimento da computação não teve como principal objetivo o de entreter as pessoas, mas sim
ajudar na resolução de problemas matemáticos,
Como diz a definição do dicionário Aurélio, a palavra computação significa “dar
computo de, contar”, e esta foi a razão primordial do desenvolvimento de computadores,
formar máquinas que ajudassem os cientistas em seus cálculos. Com o passar do tempo foi
necessário o desenvolvimento de novas técnicas e processos para aumento da eficácia do ato
de computar.
Um desses avanços foi a introdução do sistema binário, projetada por von Neumann,
que achava que os métodos vigentes eram demasiados ineficazes. Todavia, nem sempre a
evolução natural da computação foi realizada de modo eficaz, pois muitas vezes a genialidade
dos projetistas ficou restrita aos recursos tecnológicos da época, sendo corriqueiro que alguma
das ideias nunca puderam sair do papel, porém, essas ideias tiveram papel fundamental na
computação, já que posteriormente puderam ser concluídas ou adaptadas para novos projetos.
Este trabalho visa mostrar algumas das mais importantes evoluções na área
computacional. Obviamente, descrever todo e qualquer tipo de mudança nesta área tão ampla
seria um trabalho exaustivo, por isso, este trabalho se limita a descrever, de forma resumida,
algumas mudanças radicais na computação, como por exemplo, a transição entre
computadores mecanizados e seus sucessores. Outras mudanças não tão significativas do
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3. ponto de vista geral não foram abordadas, apesar de terem um papel importante na
computação como conhecemos hoje.
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4. 2. Evolução Computação
2.1 Computadores Mecânicos
A primeira pessoa que desenvolveu uma máquina que realizava cálculos foi o
cientista francês Blaise Pascal (1623-1662). Máquina esta construída em 1642 era puramente
mecânica, sendo utilizadas engrenagens e funcionava através de uma manivela, cujo
acionamento era manual. Esta calculadora apenas somava e subtraia valores.
30 anos após a invenção de Pascal, um matemático alemão chamado Barão Gottfried
Wilhelm Von Leibniz desenvolveu uma máquina que, além de somar e subtrair, também tinha
a capacidade de multiplicar e dividir.
Anos mais tarde, um professor da universidade de Cambridge, Charles Babbage, que
também fora o inventor do velocímetro, projetou e construiu uma máquina de diferenças.
Embora esse experimento pudesse apenas somar e subtrair, ela utilizava um algoritmo
simples, usando polinômios. Um aspecto a destacar desta máquina, era a saída de dados: ela
perfurava os resultados em uma placa de cobre com um buril de aço, sendo um precursor dos
cartões perfurados e discos ópticos.
Apesar da máquina de diferenças representar um grande avanço, ela nunca foi
realmente funcional, dada as limitações da tecnologia da época. Entretanto, Babbage não se
satisfez com a limitação de sua própria máquina, por isso, utilizando verba particular e
pública, desenvolvendo a máquina analítica. Era composta por quatro componentes:
armazenamento (memória), engenho (unidade de cálculo), seção de entrada (leitora de cartões
perfurados) e seção de saída (saída perfurada e impressa). O armazenamento consistia em
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5. 1.000 palavras de 50 dígitos decimais utilizadas para armazenar variáveis e resultados. O
grande diferencial desta máquina era que possuía diferentes usos. Dependendo do uso
pretendido a máquina poderia somar dois números no armazenamento, levar ao engenho,
processar a informação, efetuar o cálculo e enviar o resultado de volta ao armazenamento.
Como a máquina era programável numa linguagem simples, era necessário um
software. A responsável por produzir o software foi Ada Augusta Lovelace, filha de um
respeitável poeta britânico. Porém, Babbage nunca conseguiu usar o hardware em toda sua
capacidade, pois eram necessários milhares de dentes, rodas e engrenagens numa precisão
impossível de ser conseguida no século 19. Porém, o sistema de funcionamento da máquina
(entrada de dados, armazenamento, unidade de processamento e saída de dados) continua
sendo utilizada até hoje, de modo que a máquina analítica pode ser considerada um antecessor
dos computadores modernos, apesar de a máquina nunca ter sido efetivamente concluída.
O próximo passo importante para a computação ocorreu na década de 30, com um
estudante de engenharia chamado Konrad Zuse, que desenvolveu uma máquina de calcular
automática, usando relés eletromagnéticos. Infelizmente, suas máquinas foram destruídas no
bombardeio a Berlim pelos aliados, em 1944, deste modo, seu trabalho não influenciou outros
trabalhos, posteriores.
Logo após o invento de Zuse, no Iowa State College John Atanasoff desenvolveu
uma calculadora considerada moderna para a época. O sistema dessa calculadora era baseado
em aritmética binária e possuía capacitores para a memória, que eram refrescados em
intervalos regulares para evitar que se descarregassem. Porém, devido as limitações do
hardware, a máquina nunca se tornou operacional.
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6. Enquanto isso, em Bell Labs, Geroge Stibbitz desenvolvia um outro protótipo de
calculadora. Embora esta calculadora fosse menos avançada que a de Atanasoff, era realmente
funcional, pois Stibbitz fez uma demonstração pública de seu aparelho funcionando.
Howard Aiken estava fazendo sua pesquisa para o doutorado quando se deparou com
o trabalho de Bobbage, e decidiu construir a máquina imaginada por Bobbage, utilizando relés
ao invés de rodas dentadas.
O primeiro protótipo de Aiken foi batizado de Mark I, em Harvard, em 1944. Ele
possuía 72 palavras de 23 dígitos decimais cada. Para entrada e saída de dados eram utilizadas
fitas de papel perfurado. Quando Aiken terminou o Mark II, a utilização de relés estava
obsoleto. Era o início da era eletrônica.
2.2 Primeira Geração – Válvulas
Com a Segunda Guerra Mundial, ocorreu uma verdadeira explosão de projetos de
computadores. Um desses computadores foi o ENIAC (Electronic Numerical, Integrator And
Computer, ou seja, Computador e Integrador Numérico Eletrônico), desenvolvido por John
Mauchley e seu aluno J. Presper Eckert, com auxílio financeiro do exército norte-americano.
O ENIAC ficou pronto em 1946, após o término da guerra. Ele era constituído de 18.000
válvulas e 1.500 relés, consumia 140 quilowatts de potência e pesava 30 toneladas. A
máquina possuía 20 registradores, cada um capaz de armazenar um número decimal de 10
dígitos. Possuía 6.000 chaves multiposicionais cuja função era programar a máquina.
Mesmo sem ser usado nos seus objetivos originais, Mauchley e Eckert obtiveram
permissão de realizar um curso de verão para descrever o trabalho deles para outros cientistas.
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7. Após esse curso diversos cientistas resolveram desenvolver computadores eletrônicos, como
por exemplo o EDSAC, construído na Universidade de Cambridge, considerado o primeiro
computador operacional. Outros exemplos são o JOHNIAC, na Rand Corporation, o ILLIAC,
em Illinois e o WEIZAC, no Weizmann Institute, em Israel.
Eckert e Mauchley começaram a construção do sucessor do ENIAC, o EDVAC
(Electronic Discrete Variable Automatic Computer, ou seja, Computador Automático
Eletrônico de Variáveis Discretas), mas, ao deixarem a Universidade da Pennsylvania para
criar sua própria companhia, o projeto sofreu um revés.
Enquanto isso, John Von Neumann, que havia participado do projeto ENIAC, foi
para o Instituto de Estudos Avançados de Princeton para construir sua versão do EDVAC, a
máquina IAS. Von Neumann percebeu que a programação por cabos e chaves era inviável, e
ao invés disso, poderia ser representada em forma digital na memória do computador,
juntamente com os dados. Observou, também, que a aritmética decimal usada no ENIAC, por
válvulas, poderia ser substituída por uma aritmética binária paralela.
Simultaneamente ao trabalho de Neumann na sua máquina IAS, pesquisadores do
MIT estavam desenvolvendo o seu próprio computador, o Whirlwind I. Porém, ao contrário
do IAS, ENIAC e derivados, que possuíam comprimentos longos de palavras, o Whirlwind
possuía palavras de 16 bits, voltado para controle de tempo real.
A IBM, que até este momento era uma companhia pequena no ramo da fabricação de
perfuradoras de cartões e de máquinas mecânicas de classificação de cartões, não estava
muito interessada em investir em computadores, apesar de ter financiado o projeto de Aiken.
Porém, em 1953 começaram a produção do 701, que tinha 2K de palavras de 36 bits cada,
com duas instruções por palavra. Três anos após o surgimento do 701, a IBM desenvolveu seu
sucessor, o 704, que detinha 4K de memória de núcleo, instruções de 36 bits e hardware para
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8. ponto-flutuante. Em 1958, a IBM iniciou a produção de sua última máquina a válvulas, 0 709,
que era uma atualização do 704.
2.3 Segunda Geração – Transistores
Em 1948, três pesquisadores do Bell Labs, John Bardeen, Walter Brattain e William
Shockley, inventaram o transistor. Esta invenção revolucionou o mundo da computação, e em
10 anos os computadores a válvula estavam obsoletos. No Lincoln Laboratory, no M.I.T, o
primeiro computador transistorizado estava sendo construído, uma máquina de 16 bits
baseada no Whirlwind I. Esta máquina, batizada de TX-0 (Transistorized eXperimental
computer 0 – Computador transistorizado experimental 0) foi um protótipo, para o posterior
lançamento do TX-2, uma versão melhorada.
Um dos envolvidos no projeto do TX-0 criou sua companhia, a DEC, onde passou a
desenvolver uma máquina semelhante ao TX-0, o PDP-1. Possuindo 4K palavras de 18 bits e
um tempo de ciclo de cinco microssegundos, tinha metade do desempenho do IBM 7090
(versão transistorizada do 709). Porém, enquanto o 7090 custava milhões de dólares, o PDP-1
custava US$ 120.000, o que fez com que suas vendas fossem altas.
Um dos diferenciais do PDP-1 era um display visual (CRT) e a capacidade de se
plotar pontos em qualquer posição de uma tela de 512 por 512. Uma das primeiras unidades
do PDP-1 foi doada para o MIT, onde atraiu diversos jovens estudantes, fascinados pelo
campo da computação. Em pouco tempo eles reprogramaram o PDP-1 para jogar guerra nas
estrelas, surgindo assim o primeiro videogame.
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9. A DEC, que havia lançado o PDP-1, anos mais tarde passou a comercializar o PDP-
8, que possuía 12 bits, mas era muito mais barata que o PDP-1, custando US$ 16.000,00. Um
dos diferenciais do PDP-8 era a presença de um barramento único, o omnibus. O surgimento
do barramento único representou uma grande mudança em comparação com a máquina IAS,
que possuía memória centralizada. O uso do barramento único foi aceito como sendo o
melhor, e desde então, foi adotado por quase todos os computadores de pequeno porte.
A reação da IBM aos computadores transistorizados, como já foi dito, foi
desenvolver o 7090 e 7094. Porém, simultaneamente a essas duas máquinas, a IBM também
construía uma pequena máquina voltada ao comércio, denominada 1401. O 1401 podia ler e
escrever fitas magnéticas, ler e perfurar cartões e imprimir de modo semelhante a 7094, por
um fração do preço. Para aplicações científicas o uso do 1401 era inviável, mas perfeita para
manter registros comerciais, o que garantiu à IBM uma venda considerável dessas máquinas.
EM 1964 uma companhia iniciante, a CDC, lançou o 6600, que possuía uma
capacidade de processamento maior do que a do 7094, que até aquele momento era o topo da
computação. O segredo do 6600 era que dentro da CPU havia uma máquina altamente
paralela. Ela possuía unidades funcionais voltadas para adições, outras para multiplicações,
entres outras, e o que grande diferencial era que todas poderiam rodar paralelamente. Isso
envolvia uma programação cuidadosa, mas se feita de maneira correta, o 6600 poderia ter 10
operações rodando simultaneamente.
Além disso, esta máquina possuía alguns pequenos computadores internos para
auxiliar o trabalho da CPU, de modo que esta só faria o processamento de dados, enquanto
outras unidades menores se encarregavam da entrada e saída de dados.
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10. 2.4 Terceira Geração – Circuitos Integrados
A invenção do circuito integrado possibilitou que diversos transistores pudessem ser
inseridos em uma única pastilha. Este encapsulamento possibilitou a construção de
computadores menores, mais rápidos e mais baratos do que seus antecessores.
Porém na década de 60 a IBM enfrentava um grande desafio, pois suas duas
máquinas que tiveram grande aceitação no mercado eram incompatíveis entre si, o que gerava
um custo muito elevado a empresas que possuíam unidades dos dois modelos (7094 e 1401),
pois precisavam ter dois departamentos separados que não poderiam ser unificados.
Pensando nisso, a IBM deu um passo radical, e lançou uma linha única de produtos,
o System/360, baseada em circuitos eletrônicos, projetada para uso científico e comercial. A
família System/360 possuía meia dúzias de máquinas diferentes, com tamanho e potências
diferentes, mas com programação igual para todos, na teoria. Porém, ao desenvolver um
software para o modelo de maior potência, ao passar para um intermediário, poderia não caber
na memória. Porém, essa padronização de software foi considerada um grande avanço para a
computação.
Outro diferencial do System/360 era a multiprogramação, com vários programas
presentes na memória simultaneamente, de modo que quando um programa estivesse
esperando pela entrada/saída de dados, outro programa poderia estar sendo executado.
Uma importante característica do 360 foi a sua enorme memória para os padrões da
época. Outro computador que merece destaque é o PDP-11, o sucessor de 16 bits do PDP-8.
Tanto o 360 quanto o PDP-11 possuíam registradores orientados para palavras e memória
orientada para bytes, e ambos cobriam uma ampla faixa de relação custo/desempenho. O
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11. PDP-11 obteve grande sucesso, especialmente nas universidades, o que garantiu a DEC
continuar sendo a empresa líder no segmento de minicomputadores.
2.5 Quarta Geração – Computadores Pessoais e VLSI
Nos anos 80, o desenvolvimento da tecnologia VLSI (Very Large Scale
Integration, ou seja, Integração em Escala Muito Larga) possibilitou a junção de
milhares de transistores em apenas uma pastilha. Conseqüentemente, o tamanho
dos computadores diminuiu, e a velocidade de processamento aumentou
consideravelmente.
Antes do surgimento do PDP-1, os computadores eram muito grandes e
caros, o que inviabilizava seu uso pessoal, de tal forma que as universidades e
empresas possuíam setores especiais para o uso e manutenção dessas máquinas.
Porém, com o desenvolvimento da tecnologia VLSI, o preço dos computadores
diminuiu drasticamente, de modo que pessoas físicas tinham o poder de compra
suficiente para ter um computador em casa.
Todavia, o uso desses computadores pessoais, era diferente da
computação científica. Enquanto as pessoas físicas utilizavam computadores
para processamento de textos, planinhas e usos interativos, a computação
científica é voltada para resolução de problemas matemáticos.
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12. Hoje a computação tem se tornado cada vez mais diminuta, e a
capacidade de processamento tem se tornado gigantesca, imensurável. O
desenvolvimento de novos sistemas operacionais, DOS, Windows 95, Windows
98, Macintosh, notebooks, netbooks, todos esses itens, apesar de serem
relevantes no campo da computação pessoal, não tiveram um impacto tão
profundo quanto as mudanças antecessoras, como por exemplo a implementação
de sistemas transistorizados, em comparação com as máquinas que funcionavam
a válvula.
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13. Conclusão
A história da computação não se resume apenas aos fatos demonstrados
neste trabalho, que representam apenas alguns avanços simbólicos na
computação como um todo. Obviamente foi necessário deixar de lado
importantes contribuições, como a introdução da interface gráfica, os usos da
computação gráfica em prol de salientarmos que entre uma geração e outra
ocorreram saltos entre os computadores.
Com o advento dos circuitos integrados foi possível melhorar em
diversos aspectos a utilização de um computador, diminuindo custos e
aumentando a eficácia. Porém, antes disso, existiram gênios que, limitados pela
rudimentar tecnologia a que dispunham, conseguiram grandes feitos, como por
exemplo o desenvolvimento dos primeiros computadores, como o feito por
Pascal, que apesar de ser muito elementar, foi o precursor de uma série de outras
máquinas, cada uma melhorando o aspecto da anterior.
Com essas melhorias em cada geração a computação como um todo foi
se aproximando do que nós conhecemos hoje, com os computadores pessoais, e
tudo isso começou pela procura por um método que facilitasse a realização de
operações matemáticas.
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14. Referências Bibliográficas
TANENBAUM, Andrew S. Organização Estruturada de Computadores. São Paulo,
Prentice-Hall, 1992.
WEBER, Raul F. Fundamentos da Arquitetura de Computadores. Porto Alegre,
Sagra, 2004.
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