A História e Evolução do Computador

Nos dias de hoje, quando se ouve falar num processadores

de 1 GHz até nos dá sono, de tão comuns que eles já se tornaram. Pouca gente já ouviu falar no 8088, que foi o processador usado no PC XT, a qu

ase 20 anos atrás, e muito menos no INATEL 4004,

o primeiro microprocessador, lançado em 71.

Na época dos nossos bisavôs os computadores já existiam, apesar de extremamente rudimentares. Eram os computadores mecânicos, que rea

lizavam cálculos através de um sistema de engrenagens, accionado por uma manivela ou outro sistema mecânico qualquer. Este tipo de sistema, comum na forma de caixas registradoras era bastante utilizado naquela época.

No final do século XIX surgiu o relê, um dispositivo electromecâni

co, formado por um magneto móvel, que se desloca unindo dois contactos metálicos. O Relê foi muito usado no sistema telefónico, aliás algumas centr

ais ana

lógicas ainda utilizam estes dispositivos até hoje. Os relês podem ser considerados uma espécie de antepassados dos transístores. Suas limitações eram o fato de serem relativamente caros, grandes demais e ao mesmo tempo muito lentos: um relê demora mais de um milésimo de segundo para fechar um circuito, mais de dez milhões d

e vezes mais l

ento que um transístor actual.

Também no final do século XIX, surgiram as primeiras válvulas. As válvulas foram usadas para criar os primeiros computadores electrónicos, na década de 40.

As válvulas têm seu funcionamento baseado

no fluxo de elétrons no vácuo. Tudo começou numa certa tarde quando Thomas Edison, inventor da lâmpada eléctrica estava brincando com a sua invenção. Ele percebeu que ao ligar a lâmpada ao pólo positivo de uma bateria e uma placa me

tálica ao pólo negativo, era possível medir uma certa corrente fluindo do filamento da lâmpada à chapa metálica, mesmo que os dois estivessem isolados. Havia sido descoberto o efeito termiónico, o princípio de funcionamento das válvulas.

As válvulas já eram bem mais rápidas que os relê

s, atingiam frequências de alguns Megahertz, o problem

a é que aqueciam muito, consumiam muita electricidade e queimavam-se facilmente. Construir um computador, que usava milhares delas era extremamente

complicado, e muito caro.

Apesar de tudo isso, os primeiros computadores começaram a surgir durante a década de 40, naturalmente com propósitos militares. Os principais usos eram a codificação e descodificação de mensagens e cálculos de artilharia.

Sem dúvida, o computador mais famoso daquela época f

oi o ENIAC (Electronic Numerical Integrator Analyzer and Computer), construído em 1

945. O ENIAC era composto por nada menos do que 17,468 válvulas, ocupando um galpão imenso. Porém, apesar do tamanho, o poder de processam

ento do ENIAC é ridículo para os padrões actuais, suficiente para processar apenas 5.000 adições, 357 multiplicações e 38 divisões por segundo, bem menos até do que uma calculadora de bolso actual, das mais simples.

A ideia era construir um computador para realizar vários tipos de cálculos de artilharia para ajudar as tropas aliadas durante a segunda Guerra mundial. Po

rém, o ENIAC acabou sendo terminado exactos 3 meses d

epois do final da Guerra e acabou sendo usado durante a guerra fria, contribuindo por exemplo no projecto da bomba de Hidrogénio.

Se você acha que programar em C ou em Assembly é complicado, imagine como era a vida dos programadores daquela época. A programação do ENIAC

era feita através de 6.000 chaves manuais. A cada novo cálculo, era preciso reprogramar vá

rias destas chaves. Isso sem falar no resultado, que era dado de forma binária através de um conjunto de luzes. Não é à toa que a maior parte dos progra

madores da época eram mulheres, só mesmo elas para ter a paciência necessária para programar e reprogramar esse emaranhado de chaves várias vezes ao dia.

Abaixo está a foto de uma válvula muito usada na década

de 40:

Vendo essa foto é fácil imaginar por que as válvulas era

m tão problemáticas e caras: elas eram simplesmente complexas demais.

Mesmo assim, na época a maior parte da indústria continuou trabalhando no aperfeiçoamento das válvulas, obtendo modelos menores e mais confiáveis. Porém, vário

s pesquisadores, começaram a procurar alternativas menos problemáticas.

Várias destas pesquisas tinha como objectivo a pesquisa de novos materiais, tanto condutores, quanto isolantes. Os pesquisadores começaram então a descobrir que alguns materiais não se enquadravam nem em um grupo nem no outro, pois de ac

ordo com a circunstância, podiam aturar tanto quando isolantes quanto como condutores, formando uma espécie de grupo intermediário que foi logo apelidado de grupo dos semicondutores.

Haviam encontrado a chave para desenvolver o transístor.

O primeiro projecto surgiu em 16 de Dezembro de 47, onde era usado um pequeno bloco de germânio (que na época era junto com o silício o semicondutor mais pesquisado) e três filamentos de ouro. Um filamento era o pólo positivo, o outro o p

ólo negativo, enquanto o terceiro tinha a função de controlo. Tendo apenas uma carga eléctrica no polo positivo, nada acontecia, o germânio act

uava como um isolante, bloqueando a corrente. Porém, quando uma certa tensão eléctrica era aplicada usando o filamento de controle, uma fenómeno acontecia e a carga eléctrica passava a fluir para o pólo negativo. Haviam criado um dispositivo que substituía a válvula, sem possuir partes móveis, gastando uma fracção da electricidade gasta po

r uma e, ao mesmo tempo, muito mais rápido.

Este primeiro transístor era relativamente grande, mas não demorou muito para que este modelo inicial fosse aperfeiçoado. Durante a década de 50, o transístor

foi gradualmente dominando a indústria, substituindo rapidamente as problemáticas válvulas. Os modelos foram diminuindo de tamanho, caindo de preço e tornando-se mais rápidos. Alguns transístores da época podiam operar a até 100 MHz. Claro que esta era a frequência que podia ser alcançada por um transístor sozinho, nos computadores da época, a frequência de operação era muito menor, já que em cada ciclo de processamento o sinal precisa passar por vários transístores.

Mas, o grande salto foi a substituição do germânio pelo silício. Isto permitiu actualizar ainda mais os transístores e baixar seu custo de produção. Os primeiros

transístores de junção comerciais foram produzidos partir de 1960 pela Crystalonics.

A ideia do uso do silício para construir transístores é que adicionando certas substâncias em pequenas quantidades é possível alterar as propried

ades eléctricas do silício. As primeiras experiências usavam fósforo e boro, que transformavam o silício em condutor por cargas negativas ou condutor por cargas positivas, dependendo de qual dos dois materiais fosse usado. Estas substâncias adicionadas ao silício são chamadas de impurezas, e o silício “contaminado” por elas é chamado de silício dopado.

O funcionamento e um transístor é bastante simples, quase

elementar. É como naquele velho ditado “as melhores invenções são as mais simples”. As válvulas eram muito mais complexas que os transístores e mesmo assim foram rapidamente substituídas por eles.

Um transístor é composto basicamente de três filamentos, chamados de base, emissor e colector. O emissor é o pólo positivo, o colector o pólo negativo, enquanto a base é quem controla o estado do transístor, que como vimos, pode estar ligado ou desligado. Veja como estes três componentes são agrupados num transístor moderno:

Quando o transístor está desligado, não existe carga eléctrica na base, por isso, não existe corrente eléctrica entre o emissor e o colector. Quanto é aplicada uma certa tensão na base, o circuito é fechado e é estabelecida a corrente entre o emissor e o receptor.

Outro grande salto veio quando os fabricantes deram-se conta que era possível construir vários transístores sobre o mesmo waffer de silício. Havia surgido então o circuito integrado, vários transístores dentro do mesmo encapsulamento. Não demorou muito para surgirem os primeiros micro chips.