Evolução e História da Computação

O século XXI caracteriza-se por um grande avanço nas áreas tecnológicas; haja vista que diversos setores, principalmente a Engenharia – precursora do desenvolvimento de computadores - foram responsáveis por facilitar o estilo de vida do homem contemporâneo, com programas, aplicativos, aparelhos e outros meios para alcançar um certo objetivo de forma prática e veloz. Entretanto, qual foi a origem de toda essa evolução? Qual foi o primeiro computador do mundo? Quem o criou?

Como tudo começou...

A palavra computador vem do latim computare, que quer dizer “calcular”,”contar”, é por este motivo que comumente se ouve dizer que a criação desse instrumento tecnológico está associada àmecanização dos instrumentos de cálculo. Estes, começaram a surgir há mais de 7 mil anos atrás, a partir da necessidade de mecanizar os sistemas de contagem tão utilizados no dia a dia, principalmente no ramo da mercantilização e de construções civis. Aqui estão alguns desses primeiro dispositivos mecânicos:

O Ábaco

O Ábaco

Criado originalmente pelos Chineses, no século XIV, a partir da necessidade de uma ferramenta que auxiliasse melhor os cálculos complicados e maiores. Era constituído basicamente por fios paralelos e contas ou arruelas deslizantes, que representava a quantidade a ser calculada de acordo com a sua posição.

A Régua de Cálculo - Mãe da calculadora

Régua de Cálculo

Inventado pelo inglês William Oughtred por volta de 1638, embasado nas pesquisasrealizadas pelo matemático escocês John Napier. Este por sua vez, descobriu as propriedades matemáticas que deram origem aos logaritmos, o que simplificou a multiplicação de valores.

Como bem fala o nome, era uma régua (mas não métrica) que possuía vários valores pré-calculados dispostos de uma maneira lógica de acesso automático. Sobre ela, havia uma espécie de marcador deslizante, o qual relaciona os valores das escalas da régua.

A Pascalina e o Calculador Mecânico de Leibniz

Pascalina

Considerada a primeira calculadora mecânica, a invenção do francês Blaise Pascal surgiu em 1642 como um contador mecânico que realizava cálculos de adição e subtração usando rodas e engrenagens. Foi construída com o propósito de auxiliar nas atividades de contabilidade, possuía 6 engrenagens dentadas (unidades, dezenas, centenas,...) com 10 dentes em cada, cada dente representa um algarismo, de 0 a 9. Ao chegar em nove e passar para zero, a engrenagem posterior move 1 “dente”.

Devido ao seu grande trabalho como matemático e à sua invenção, o

idealizador da Pascalina teve uma linguagem de programação nomeada em sua honra, a PASCAL.

Algum tempo depois deste acontecimento, Gottfried Leibniz criou o seu Calculador Mecânico, baseado na criação de Pascal. As duas máquinas eram bem semelhantes, mas a de Leibniz era capaz de realizar as quatro operações aritméticas (adição, subtração, multiplicação e divisão) além da raíz quadrada, através de operações sucessivas. Porém, ainda continua sendo mecânica.

Calculador Mecânico

Tear Programável

Joseph Jacquard foi o responsável pela criação da primeira máquina programável. Antes dela, nenhum outro mecanismo criado permitia a inserção de novas funções pois as operações já estavam pré-programadas. A sua invenção contribuiu para o avanço da indústria de tecelagem, pois é que eu estava esquecido de forma automática. A máquina foi chamada de tear programável pois era composta de cartões perfurados. Como funcionava? A máquina reproduzir no tecido desenho que era desenhado nos cartões.

Tear Programável

Criações de Babbage

No ano de 1823, a Marinha Inglesa necessitava de uma máquina programável para melhorar o desempenho na geração de tabela de navegação marítima, atividade essa até então executada por pessoas. Porém, não era tão eficaz. Foi então que ele contrataram o inglês Charles Babbage para desenvolver algo que realizasse a tarefa de contagem de forma constante e sem erros, além de registrar os resultados de forma precisa e confiável.

Máquina Diferencial

A Máquina Diferencial foi o seu primeiro projeto, chamado assim pois era um instrumento mecânico que só realizava cálculos de adição e subtração, estes baseados no sistema de diferenças infinitas. Era capaz de:

• calcular fórmulas polinomiais e funções trigonométricas;
• e realizar cálculos com valores de até 15 algarismos e com polinômios de até 3º grau

A invenção era constituída por um conjunto de registradores mecânicos, que registrava o valor decimal em cada roda e por um dispositivo de gravação em uma chapa de cobre, o qual continha uma espécie de agulha que marcava os valores na chapa e que servia como matriz para impressão em papel.

Máquina Analítica

Máquina Analítica
Após o seu grande projeto, Babbage conseguiu o apoio do governo britânico para financiar o desenvolvimento de uma máquina mais precisa, com a capacidade de calcular polinômios de até 6º grau e valores de até 20 algarismos. A criação era uma espécie de computador mecânico com sistema capaz de modificar o seu funcionamento, tornando-o capaz de realizar diferentes cálculos. Alguns têm esta criação como uma precursora dos primeiros computadores, pois mesmo sendo totalmente mecânica, a máquina possuía essencialmente os mesmos componentes de computador atual, tais como  unidade central de processamento, memória expansível, impressora e plotter e era programada com cartões perfurados.

Charles Babbage é considerado um dos grandes pioneiros da era dos computadores. A partir de 1930, conforme a tecnologia evoluía, computadores mecânicos e eletromecânicos passaram a ser desenvolvidos consoante as pesquisas de Babbage, com o intuito de criar uma máquina que realize uma série de cálculos.

Projetos Eletromecânicos e os Primeiros Dispositivos Elétricos

Com a chegada dos motores elétricos no fim do século XIX, a quantidade de máquinas de cálculos movidas por este artefato cresceu. Dentre elas, estão os primeiros projetos eletrônicos promovidos por diversos cientistas que contribuíram para o surgimento do nosso atual computador do século XXI. São eles:

Konrad Zuse (1910-1995)

foi um engenheiro civil alemão, inventor e precursor da computação, tendo como sua maior conquista o primeiro computador programável do mundo.

Computador Z1

Z1: Em 1936, Zuse fez uma calculadora mecânica chamada Z1, o primeiro computador binário. Mediante essa criação, Zuse pôde desenvolver várias inovações tecnológicas em função de calculadoras, como por exemplo: aritmética de ponto flutuante, memória de alta capacidade ou até mesmo módulos ou relés operando no sentido sim/não.

Computador Z2

Z2: Criado em 1939, o Z2 foi a segunda criação de Zuse, sendo um computador mecânico e praticamente o Z1, apenas melhorado. As mudanças ocorridas foram, basicamente, em relação a lógica de aritmética – em oposição ao Z1, o Z2 usava uma aritmética de ponto fixo de 16 bits ao invés de um ponto flutuante de 22 bits - e o controle de circuito de relés elétricos.

Computador Z3

Z3: O Z3 foi construído em Berlim em 1941, pois este computador eletromecânico foi o primeiro computador digital e totalmente automático, construído com 2000 e com um comprimento de palavra de 22 bits que opera com uma frequência de relógio de cerca de 5–10 Hz.

Computador Z4

Z4: O Z4 foi o primeiro computador digital comercial do mundo, construído entre 1942 e 1945. O Z4 foi resultado da destruição dos modelos Z1, Z2 e Z3 durante a Segunda Guerra Mundial, pois o governo nazista alemão não via mais necessidade em continuar investindo em pesquisas, pois achavam que iriam vencer a guerra, o que não aconteceu.

Howard Aiken (1900-1973)

foi também um dos pioneiros da computação, além do principal engenheiro que criou o computador Harvard Mark I da IBM (International Business Machines).

Computador Mark I 

Mark I: O Mark 1 era totalmente eletromecânico e foi construído em 1944. Tinha cerca de 17 metros de comprimento por 2,5 metros de altura e uma massa de cerca de 5 toneladas. Quando em funcionamento, diz-se que reproduzia o ruído de uma grande sala cheia de de velhinhas todas a tricotar ao mesmo tempo.

Computador Mark II

Mark II, III e IV: Aiken construiu três máquinas mais tarde em Harvard. Diferentemente da Mark I, Mark II, usou os relés como componentes operacionais; Mark III foi pioneiro no uso de memória de tambor magnético e alguns elementos de estado sólido, juntamente com tubos de vácuo. Mark IV tinha memória de núcleo magnético e era toda eletrônica, usando dispositivos de estado sólido de selênio e, depois, feitos de germânio.  

Vincent Atanasoff (1903-1995)

foi um engenheiro eletrônico norte-americano de origem búlgara, tendo como seu maior destaque o Atanasoff-Berry Computer que foi o primeiro computador a usar válvulas termiônicas (válvula à vácuo ou válvula de elétrons) e, também, o primeiro computador eletrônico e digital automático, montado em 1939 com a ajuda de Clifford Berry.

ABC (Atanasoff-Berry Computer): Compondo-se de válvulas eletrônicas, números binários, capacitores e 1km de fios, o ABC tinha como principal objetivo resolver sistemas de equações lineares simultâneas com a memória construída a partir de tambores magnéticos e com uma sincronização dos ciclos sendo efetuada por um relógio mecânico. Além disso, seu sistema de armazenamento de resultados intermediários era um sistema de escrita e leitura de cartões perfurados, o que tornava o sistema não-confiável. Infelizmente o projeto foi abandonado em 1942 após o rompimento de Atanasoff com a Iowa State College.

Alan Turing (1912-1954), matemático, filósofo e considerado o pai da ciência da computação. Seu grande feito foi a Máquina de Turing, cujo propósito era, basicamente, computar tudo aquilo que era “algoritmicamente computável”.

·     A Máquina de Turing tinha diversas utilidades, como estudar os limites do que pode ser resolvido algoritmicamente, estudar os requisitos de espaço e tempo, construir uma hierarquia de complexidades para os problemas, etc.

Evolução dos Computadores

Primeira Geração - Válvulas (1946-1957)

Foi o período marcado pela utilização das válvulas eletrônicas que constituíam os computadores da época, sendo desenvolvidos inicialmente para a indústria radiofônica, mas logo aplicados no setor científico-militar. As válvulas eram espécies de tubos de vidro selados à vácuo, e apenas os eletrodos circulavam no ambiente, com o intuito de controlar o fluxo de elétrons, porém, um empecilho que tornava o preço das válvulas extremamente alto era o enorme calor produzido e o elevado consumo de energia, com isso apenas grandes empresas poderiam investir nos materiais.

Características dos Computadores

·       Aquecimento extremamente alto

·       Elevado consumo de energia

·       Eram grandes demais e ocupavam um grande espaço

·       Válvulas eram ligadas a quilômetros de fios ligados manualmente

·       Programação feita diretamente em linguagem de máquinas

·       40.000 operações por segundo

·       Tinham uso científico-militar, mas com grande foco na ciência

·       Única forma de armazenar dados era por meio de cartões perfurados

O ENIAC

ENIAC – O Electronic Numerical Integrator Analyzerand Computer ou Computador e Integrador Numérico Eletrônico foi construído em 19456 pelos norte-americanos John Eckert e John Mauchly, da Electronic Control Company, é considerado o primeiro computador eletrônico digital de larga escala. Desenvolvido para o laboratório de pesquisa balística do Exército Americano durante a II Guerra Mundial, pesava cerca do 30 toneladas, ocupava 180 m² de área e era constituído de mais de 70 mil resistores e pelo menos 18 mil válvulas de vácuo. Mesmo tendo sua construção iniciada em plena guerra, só foi ligado pela primeira vez em 1947.

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Segunda Geração - Transistores (1958-1964)

Os transistores eram dispositivos eletrônicos usados para corrigir e ampliar os impulsos elétricos, criados em 1947 pela empresa Bell Laboratories, utilizando como material o silício. Diferentemente das válvulas, os transistores eram bem menores, mais rápidos, mais eficientes e com um menor consumo de energia.  Foram implantados aos computadores apenas na década de 50.

Características dos Computadores

·       Dispositivo de estado sólido, compostos por silício

·       Menores, mais velozes, mais baratos, menor consumo de energia

·       As válvulas ainda eram utilizadas, porém em menor quantidade

·       Uso comercial e científico

·       Unidade de controle, lógica e aritmética mais complexas

·       Programação através de mnemônicos (linguagem Assembly)

IBM 9074

IBM 7094 – Desenvolvido pela empresa IBM para fins da computação científica, o IBM 9074 demonstrou excelente desempenho, expandindo assim a capacidade da computação. Comparado ao ENIAC, esse era 10x menor e operava com uma velocidade maior. Seu sucesso foi tão grande que vendeu cerca de 10 mil unidades após o seu lançamento.

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Terceira Geração - Circuitos Integrados (1958-1964)

Os circuitos integrados, também conhecidos como microchips, eram a junção de vários componentes eletrônicos em um único chip, principalmente integrando um grande número de transistores, o que afetou diretamente o custo de produção desses microchips, passando a ser por produzido por empresas de médio porte. Além disso, os circuitos integrados foram de grande importância para o surgimento da 4ª geração.

Todos os dispositivos (transistores, resistores, diodos, entre outros) eram fundidos em um único chip.

Características dos Computadores

·       Aumento da velocidade da operação

·       O tamanho do computador diminuiu exacerbadamente

·    Redução na potência e nos requisitos para resfriamento.

·       O aumento da densidade reduziu o número de interconexões entre os chips

Foi nessa era que surgiram os primeiros Sistemas Operacionais. O primeiro deles foi o UNIX, desenvolvido em 1965.

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Quarta Geração - Microprocessadores LSI (1972-1977)

A Quarta Geração foi um período marcado por uma série de transformações, sendo o microprocessador (Unidade Central de Processamento ou CPU) a maior conquista da época, além das novas linguagens de programação como o C++ e o SmallTalk e dos discos rígidos usados como armazenamento. Por meio dessas mudanças, surgiram os primeiros computadores pessoais, os quais já eram mais rápidos em comparação a Terceira Geração, mais confiáveis e com uma capacidade maior de armazenamento.

Características dos Computadores

·       Surgem os computadores pessoais

·       CPU integrada em um único CI = Microprocessador

·       Novas linguagens de programação

·       Discos rígidos usados como armazenamento secundário

·       Surge a teleinformática e a transmissão de dados entre computadores através de rede

Foi durante a 4a geração que a Intel se tornou uma das maiores vendedoras de processadores do mundo, além também do surgimento as lingagens C, Jaca e PHP.

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Quinta Geração - Microprocessadores VLSI ULSI (1978-Hoje)

Também a nossa atual geração é resultado do aprimoramento dos microprocessadores, permitindo que fossem produzidos computadores mais potentes, além de computadores portáteis, como o nosso celular, que são tão velozes e eficientes quanto muitas máquinas das gerações anteriores, realizando diversas funções em um aparelho bem pequeno e que pode ser levado para qualquer lugar.

 

Características dos Computadores

- Surgimento do VLSI (1978) e do ULSI (1991)

- Desenvolvimento da inteligência artificial, além de imagens e gráficos com maior qualidade e realistas

- A velocidade de processamento extremamente alta

- Alto grau de interatividade, recursos multimídia e etc.

A atual geração de computadores já passou por várias mudanças e grandes conquistas, como o surgimento da Robótica, da computação nas nuvens (Clouds), da era "online" e da Inteligência artificial.

Referências

MONTEIRO, M. A. (org.). Introdução à Organização de Computadores. 5ª Ed. Rio de Janeiro: LTC - Livros Técnicos e Científicos, 2007, v.1.

RICARTE, I. L. M. Organização de Computadores. UNICAMP, 1999, Campinas.

VIEIRA. M. A. C. Organização de Computadores. Disponível aqui.