Computador

 

INTRODUÇÃO

Computador, dispositivo eletrônico capaz de receber um conjunto de instruções e executá-las realizando cálculos sobre dados numéricos ou compilando e correlacionando outros tipos de informação.

TIPOS DE COMPUTADORES

Atualmente, utilizam-se dois tipos principais de computadores: analógicos e digitais. Os computadores analógicos aproveitam a semelhança matemática entre as inter-relações físicas de determinados problemas e empregam circuitos eletrônicos ou hidráulicos para simular o problema físico. Os computadores digitais resolvem os problemas realizando cálculos e tratando cada número, dígito por dígito.

COMPUTADORES ANALÓGICOS

O computador analógico é um dispositivo eletrônico ou hidráulico desenhado para manipular a entrada dos dados em termos de níveis de tensão ou pressões hidráulicas, em vez de dados numéricos. O dispositivo de cálculo analógico mais simples é a régua de cálculo, que utiliza comprimentos de escalas especialmente calibradas para facilitar a multiplicação, a divisão e outras funções. No computador analógico eletrônico típico, as entradas se convertem em tensões que podem ser somadas ou multiplicadas empregando elementos de circuito de desenho especial. As respostas são geradas continuamente para sua visualização ou para sua conversão em outra forma desejada.

COMPUTADORES DIGITAIS

O funcionamento de um computador digital se baseia em uma única operação: a capacidade de determinar se um comutador, ou porta, está aberto ou fechado, isto é, o computador pode reconhecer apenas dois estados em qualquer um de seus circuitos microscópicos: aberto ou fechado, alta ou baixa tensão ou, no caso de números, 0 ou 1. Entretanto, é a velocidade com que o computador realiza esse ato tão fácil que o converte em uma maravilha da tecnologia. As velocidades do computador se medem em megahertz ou milhões de ciclos por segundo. Os microcomputadores podem executar entre 150 e 200 milhões de operações por segundo, enquanto os supercomputadores utilizados em atividades de pesquisa e de defesa alcançam velocidades de bilhões de ciclos por segundo.

HISTÓRIA

A primeira máquina de calcular mecânica, um precursor do computador digital, foi inventada em 1642 pelo matemático francês Blaise Pascal. Em 1670, o filósofo e matemático alemão Gottfried Wilhelm Leibniz aperfeiçoou essa máquina e inventou uma que também podia multiplicar.

O inventor francês Joseph Marie Jacquard, ao desenhar um tear automático, utilizou finas placas de madeira perfuradas para controlar o tecido utilizado nos desenhos complexos. Durante a década de 1880, o estatístico norte-americano Herman Hollerith concebeu a idéia de utilizar plaquetas perfuradas, similares às placas de Jacquard, para processar dados.

A MÁQUINA ANALÍTICA

Também no século XIX, o matemático e inventor britânico Charles Babbage elaborou os princípios do computador digital moderno. Inventou uma série de máquinas, como a máquina diferencial, desenhadas para solucionar problemas matemáticos complexos. Muitos historiadores consideram Babbage e sua parceira, a matemática britânica Augusta Ada Byron (1815-1852), filha do poeta inglês Lorde Byron, como os verdadeiros inventores do computador digital moderno. A tecnologia daquela época não era capaz de colocar em prática seus conceitos; porém, uma de suas invenções, a máquina analítica, já tinha muitas das características de um computador moderno.

PRIMEIROS COMPUTADORES

Os computadores analógicos começaram a ser construídos em princípios do século XX. Com essas máquinas se avaliavam as aproximações numéricas de equações muito difíceis para serem resolvidas mediante outros métodos. Durante as duas guerras mundiais, utilizaram-se sistemas de informática analógicos, primeiro mecânicos e, mais tarde, elétricos, para predizer a trajetória dos torpedos e para o manejo à distância das bombas na aviação.

COMPUTADORES ELETRÔNICOS

Durante a Segunda Guerra Mundial (1939-1945), criou-se o primeiro computador digital totalmente eletrônico: o Colossus. Foi utilizado para decodificar as mensagens de rádio cifradas dos alemães. Em 1939, John Atanasoff e Clifford Berry já haviam construído um protótipo de máquina eletrônica no Iowa State College (EUA). Esse protótipo e as investigações posteriores foram realizadas no anonimato e, mais tarde, foram eclipsados pelo desenvolvimento do Calculador e Integrador Numérico Digital Eletrônico (ENIAC), em 1945. No final da década de 1950, o uso do transistor nos computadores marcou o advento de elementos lógicos menores, mais rápidos e mais versáteis do que as máquinas com válvulas. Como os transistores utilizam menos energia e têm uma vida útil mais prolongada, seu desenvolvimento deveu-se ao nascimento de máquinas mais perfeitas, que foram chamadas computadores de segunda geração.

CIRCUITOS INTEGRADOS

No final da década de 1960, apareceu o circuito integrado (CI), que possibilitou a fabricação de vários transistores em um único substrato de silício no qual os cabos de interconexão são soldados. Em meados da década de 1970, o microprocessador se converteu em realidade, com a introdução do circuito de integração em grande escala (LSI, sigla de Large Scale Integrated) e, mais tarde, com o circuito de integração em maior escala (VLSI, sigla de Very Large Scale Integrated), com vários milhares de transistores interconectados soldados sobre um único substrato de silício.

HARDWARE

Um sistema de informática pode ser composto de uma unidade central de processamento (UCP), de dispositivos de entrada, de dispositivos de armazenamento e de dispositivos de saída. A UCP inclui uma unidade aritmética e lógica (UAL), registros, unidade de controle e conexão ao barramento. A unidade aritmética e lógica efetua as operações aritméticas e lógicas sobre os dados. Os registros armazenam temporariamente os dados e os resultados das operações. A unidade de controle regula e controla as diversas operações de processamento. O barramento interno conecta as unidades da UCP entre si e com os componentes externos do sistema. Na maioria dos computadores, o principal dispositivo de entrada é o teclado. Os dispositivos de armazenamento são os discos rígidos, flexíveis (disquetes) e laser (CD); os dispositivos de saída, que permitem ver os dados processados, são os monitores e as impressoras.

Todos os computadores digitais modernos são conceitualmente semelhantes, independente de seu tamanho. No entanto, podem se dividir em várias categorias, segundo seu preço e capacidade de processamento: o computador pessoal, ou microcomputador, é uma máquina de custo relativamente baixo e, em geral, de tamanho adequado para um escritório; a estação de trabalho é um microcomputador com capacidade de comunicação que o torna especialmente útil para o trabalho de escritório; o minicomputador é um computador de maior capacidade de processamento, muito caro para uso pessoal e mais adequado para uso em empresas, universidades ou laboratórios; e o mainframe, uma grande máquina de preço elevado capaz de servir às necessidades de grandes empresas, departamentos governamentais, instituições de pesquisa científica e similares.

UCP (UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO)

A UCP pode ser um único chip ou uma série de chips que realizam cálculos aritméticos e lógicos e que controlam as operações dos demais componentes do sistema. Um chip é uma plaqueta de silício, de tamanho muito reduzido, que inclui parte dos circuitos miniaturizados e contém elementos semicondutores como diodos e circuitos integrados.

A maioria dos chips de UCP dos microprocessadores é composta de quatro seções funcionais: uma unidade aritmética e lógica, áreas de registro, uma unidade de controle e um barramento interno. A unidade aritmética e lógica é responsável pela execução dos cálculos, permitindo a realização de operações aritméticas e lógicas. As áreas de registro são usadas para o armazenamento de dados e resultados. A seção de controle temporiza e regula as operações da totalidade do sistema de informática, lê as configurações dos dados e as converte em uma atividade. O último segmento de um chip da UCP ou microprocessador é seu barramento interno, uma rede de linhas de comunicação que conecta os elementos internos do processador e que também se comunica com os conectores externos que ligam o processador aos demais elementos do sistema de informática.

DISPOSITIVOS DE ENTRADA

Esses dispositivos permitem ao usuário do computador introduzir dados, comandos e programas na UCP. O dispositivo de entrada mais comum é um teclado similar ao das máquinas de escrever. A informação introduzida com ele é transformada pelo computador em símbolos reconhecíveis. Outros dispositivos de entrada são as canetas óticas, que transmitem informações gráficas da mesa digitalizadora até o computador; o joystick e o mouse, que convertem o movimento físico externo em movimento do cursor dentro de uma tela do computador; os scanners luminosos, que lêem palavras ou símbolos de uma página impressa e os traduzem para informações eletrônicas que o computador pode manipular e armazenar; e os módulos de reconhecimento de voz, que convertem a palavra falada em sinais digitais compreensíveis para o computador. Também é possível utilizar os dispositivos de armazenamento para introduzir dados na unidade de processamento.

DISPOSITIVOS DE ARMAZENAMENTO

Os sistemas de informática podem armazenar os dados tanto interna (na memória principal) como externamente (nos dispositivos de armazenamento). Internamente, as instruções ou dados podem ser armazenados temporariamente nos chips de silício da memória RAM (memória de acesso aleatório), montados diretamente na placa-mãe do computador ou em chips montados em placas periféricas conectadas à placa-mãe.

Outro tipo de memória interna são os chips de silício nos quais já estão instalados todos os comutadores. As configurações nesse tipo de chip de ROM (memória somente leitura) formam os comandos, os dados ou os programas de que o computador necessita para funcionar corretamente. Os chips de RAM são como pedaços de papel nos quais se pode escrever, apagar e voltar a utilizar; os chips de ROM são como um livro, com as palavras já impressas em cada página.

Os dispositivos de armazenamento externos, que podem residir fisicamente dentro do gabinete que contém a unidade central de processamento do computador, estão fora da placa-mãe. Esses dispositivos armazenam os dados em forma de pólos sobre um meio magneticamente sensível como, por exemplo, uma fita de som ou, mais comumente, sobre um disco revestido de uma fina camada de partículas ferromagnéticas. Os dispositivos de armazenamento externo mais comuns são os disquetes e os discos rígidos, embora a maioria dos grandes sistemas de informática utilizem bancos de unidades de armazenamento em fita magnética. A tecnologia de CD-ROM, que emprega as mesmas técnicas laser utilizadas para criar os CDs de música, permite capacidades de armazenamento da ordem de várias centenas de megabytes de dados.

DISPOSITIVOS DE SAÍDA

Esses dispositivos permitem ao usuário ver os resultados dos cálculos ou das manipulações dos dados do computador.

SISTEMAS OPERACIONAIS

O sistema operacional é o programa de controle de um computador, responsável pela interface entre os programas utilitários e o hardware e pelo tratamento das solicitações de interrupção. Através do sistema operacional, um usuário pode ter acesso aos diversos recursos e periféricos de um computador. Em algumas plataformas, o sistema operacional é armazenado de forma permanente no computador em um chip de ROM; em outras, deve ser carregado na memória principal (RAM) a partir de um dispositivo de armazenamento externo.

Alguns dos sistemas operacionais de aplicações genéricas mais conhecidos são o DOS, Windows, OS-2, Linux, MacOS e o Unix.

PROGRAMAÇÃO

Um programa é uma seqüência de instruções que indicam ao hardware que operação deve ser realizada com os dados. Os programas podem estar incorporados no próprio hardware (em chips de ROM, por exemplo) ou podem existir de maneira independente em forma de software, armazenado em memória secundária.

LINGUAGENS

As instruções devem ser dadas à UCP em forma de um código inteligível. As linguagens de programação são a ferramenta mais fácil e rápida para se criar e manipular as instruções a serem executadas pelo computador, transformando-as em linguagem de máquina executável.

LINGUAGEM DE MÁQUINA

É a linguagem própria do computador. Baseada no sistema binário ou código de máquina, é muito difícil para ser utilizada diretamente pelas pessoas. O programador deve introduzir todos os comandos e dados em forma binária, o que faz com que uma operação fácil como comparar o conteúdo de um registro com os dados situados em um endereço da memória RAM possa ter o seguinte formato: 11001010 00010111 11110101 00101011. A programação em linguagem de máquina é uma tarefa tediosa e consome muito tempo, de modo que, raras vezes, o que se economiza na execução do programa justifica os dias ou semanas necessárias para escrevê-lo.

LINGUAGEM ASSEMBLY

Um dos métodos inventados pelos programadores para reduzir e simplificar o processo de criação em linguagem de máquina é a programação com linguagem de montagem (assembly). No entanto, um programa escrito em linguagem assembly deve ser utilizado em um único modelo de UCP ou microprocessador, pois o assembly é baseado no conjunto de instruções disponíveis para um processador específico. Isso tem levado ao desenvolvimento de linguagens de alto nível.

LINGUAGENS DE ALTO NÍVEL

As linguagens de alto nível geralmente utilizam termos do idioma inglês, do tipo LIST, PRINT ou OPEN, como comandos que representam uma seqüência de dezenas ou centenas de instruções em linguagem de máquina. Os comandos são introduzidos a partir do teclado, de um programa residente na memória ou de um dispositivo de armazenamento e são compilados ou interpretados para que possam ser executados pelo computador.

EVOLUÇÃO FUTURA

Uma tendência constante no desenvolvimento dos computadores é a super miniaturização dos circuitos eletrônicos, iniciativa que tende a comprimir mais elementos de circuitos num espaço de chip cada vez menor. Ademais, os pesquisadores tentam agilizar o funcionamento dos circuitos mediante o uso da supercondutividade, um fenômeno de diminuição da resistência elétrica que se observa quando algumas ligas metálicas são submetidas a temperaturas muito baixas.

As redes de informática são cada vez mais importantes no desenvolvimento da tecnologia dos computadores. As redes são grupos de computadores interconectados mediante sistemas de comunicação. A rede pública Internet é um exemplo de rede de informática de âmbito mundial. As redes permitem que os computadores conectados troquem informações rapidamente e, em alguns casos, compartilhem uma carga de trabalho, de modo que muitos computadores possam cooperar na realização de uma tarefa.

Outra tendência no desenvolvimento dos computadores é o esforço para criar computadores de quinta geração, capazes de resolver problemas complexos de maneiras que possam chegar a ser consideradas criativas. Uma via que se está explorando ativamente é o computador de processamento paralelo, que emprega muitas UCPs para realizar várias tarefas diferentes ao mesmo tempo. O processamento paralelo poderia chegar a reproduzir até certo ponto as complexas funções de realimentação, aproximação e avaliação que caracterizam o pensamento humano. Outra forma de processamento paralelo que se está investigando é o uso de computadores moleculares. Nesses computadores, os símbolos lógicos são expressos por unidades químicas de ADN, em vez de o serem pelo fluxo de elétrons habitual nos computadores atuais. Os computadores moleculares poderiam chegar a resolver problemas complicados muito mais rapidamente que os atuais supercomputadores e com menor consumo de energia.

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