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 quase 20 anos atrás, e muito menos no INTEL 4004, o primeiro microprocessador, lançado em 71.

Na época dos nossos bisavós os computadores já existiam, apesar de extremamente rudimentares. Eram os computadores mecânicos, que realizavam 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 registadoras era bastante utilizado naquela época.

No final do século XIX surgiu o relê, um dispositivo electromecânico, formado por um magneto móvel, que se desloca unindo dois contactos metálicos. O Relê foi muito usado no sistema telefónico, aliás algumas centrais analógicas 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 de vezes mais lento 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 metálica 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 relês, atingiam frequências de alguns Megahertz, o problema 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 foi o ENIAC (Electronic Numerical Integrator Analyzer and Computer), construído em 1945. O ENIAC era composto por nada menos do que 17,468 válvulas, ocupando um galpão imenso. Porém, apesar do tamanho, o poder de processamento 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. Porém, o ENIAC acabou sendo terminado exactos 3 meses depois 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 várias 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

programadores 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 eram 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, vários 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 acordo com a circunstância, podiam aturar ta

nto quando isolantes quanto como condutores, formando uma espécie de grupo intermediário que foi logo apelidado de grupo dos semicondutores.

Haviam e

ncontrado 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 pólo negativo, enquanto o terceiro tinha a função de controlo. Tendo apenas uma carga eléctrica no pólo positivo, nada acontecia, o germânio actuava como um isolante, bloqueando a corrente. Porém, quando uma certa tensão eléctrica era aplicada usando o filamento de controlo, um 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 por u

ma e, ao mesmo tempo, muito mais rápido.

O primeiro projecto de transístor

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 gradu almente 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 propriedades eléctricas do silício. As primeiras experiências usavam fósforo e boro, que transformavam o silício em condutor por cargas ne gativas 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 são 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 tr

ês 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 se deram 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.