1. Introdução
Um computador digital é uma maquina criada para resolver problemas para as pessoas, muitos acham que o computador digital é "inteligente" sendo que ele é extremamente "burro", pois só vai executar tarefas dadas a ele através de uma seqüência de instruções a qual denominamos de programa ou sistemas operacionais, juntamente com seus aplicativos que implementam a funcionalidade para a sua utilização de forma que conhecemos atualmente.
O computador ele é divido em varias partes de hardwares onde temos a placa-mãe que gerencia a comunicação entre outros periféricos de entrada e saída, tanto integrados a ela (On-board) ou não (Off-board), temos o processador que é responsável pelos processamentos dos dados (CPU) e a memória principal onde armazena dados temporários. Mais adiante iremos ver afundo cada item do computador digital e veremos também a sua historia e seus respectivos inventores e determinadas tecnologias que foi fundamental para o desenvolvimento do computador digital.
2. História
A primeira geração dos computadores digitais foi por volta de 1940, onde foi considerado a era da computação moderna, esta corrida de desenvolvimento ocorreu antes e durante a Segunda guerra mundial, com a criação e modernização de certos itens tais como: os circuitos eletrônicos, relés, capacitores e válvulas. Os itens mecânicos dos computadores analógicos foram alterados e o calculo digital substituiu o calculo analógico.
Assim, os computadores projetados e construídos nesta época foram chamados de computadores de "primeira geração", a primeira geração dos computadores foi construída manualmente e utilizando circuitos de relés e válvulas. Um dos computadores que se destacou nesta época foi o ENIAC, um projeto do Exercito Americano e criado pelos engenheiros J. Presper Eckert e John Mauchy, onde foi feito o primeiro computador a válvulas e o seu desempenho era considerado um marco para a época onde o ENIAC fazia quinhentas multiplicações por segundo. Depois do ENIAC, John von Neumann propôs a idéia de transformar os calculadores em "cérebros eletrônicos" e assim criando uma forma de utilização para modelar a arquitetura do computador em três características que foram:
1. Codificar as instruções de uma forma possível que fosse armazenado em memória e Von Neumann propôs a utilização do que hoje conhecemos como código binário (1 e 0).
2. Armazenar instruções na memória e todas as informações e tarefas a serem executada.
3. Buscar instruções diretas na memória em vez dos cartões perfurados.
Os computadores digitais mudaram dramaticamente desde os primeiros criados na década de 1940, quase todos os computadores atuais ainda utilizam a arquitetura de von Neumann.
Tabela 1. Alguns dos marcos no desenvolvimento do computador digital
Ano
Nome
Construído por
Comentários
1834
Maquina analítica
Babbage
Primeira tentativa de construir computador digital.
1943
COLOSSUS
Governo Britânico
Primeiro computador eletrônico
1946
ENIAC
Eckert/Mauchley
A história moderna dos computadores começa aqui
1952
IAS
von Neumann
A maioria das máquinas atuais usa esse projeto
1964
6600
CDC
Primeiro supercomputador científico
1981
IBM-PC
IBM
Deu inicio à era moderna do computador pessoal
1981
Osborne-1
Osborne
Primeiro computador portátil
1993
Newton
Apple
Primeiro computador: palmtop
3. O que é computadores digitais
O computador digital é um dispositivo elétrico concebido para manipular símbolos, dados, com rapidez e precisão, que recebe dados de entrada e de forma automática, os processa de modo a obter dados de saída com base em um conjunto detalhado de instruções (que também constituem dados de entrada).
Processar dados significa transformar informações que temos em mãos (informações iniciais ou de entrada) em informações úteis (informações finais ou de saída).
4. Arquitetura do computador digital
Seguindo o modelo de arquitetura criado por John van Neumann, os computadores atuais possuem quatro sessões principais, a unidade lógica aritmética, a unidade de controle, a memória e os dispositivos de entrada e saída. Estas unidades são ligadas através de barramentos específicos conforme o seu dispositivo. A unidade lógica e aritmética, a unidade de controle, os registradores e a parte básica de entrada e saída são conhecidas como processadores (CPU).
4.1 Unidade Central de Processamento (UCP ou CPU)
UCP, ou CPU (Central Processing Unit), como é mais conhecida, é a unidade central de processamento. A CPU é composta de uma unidade de aritmética e lógica (ULA), uma unidade de controle (UC) e uma memória central (principal). As unidades de entrada e saída e as unidades auxiliares são conhecidas como unidades periféricas. Veja na figura abaixo um esquema que representa a arquitetura da CPU.
A CPU tem 3 funções básicas:
* Realizar cálculos de operações aritméticas e comparações lógicas.
* Manter o funcionamento do conjunto, através da unidade de controle que interpreta e gerencia a execução de cada instrução do programa. Essa unidade coordena não apenas as atividades dos equipamentos periféricos, mas também da própria unidade aritmética e lógica e o acesso à máquina.
* Administrar na memória central (principal) além do programa submetido, os dados transferidos de um elemento ao outro da máquina, visando o seu processamento. A rapidez de acesso a essa memória bem como a sua capacidade, são características fundamentais de um computador.
Nos computadores atuais, a CPU é implementada fisicamente no processador, que é um único chip constituído por milhões de transistores. Ele é considerado a parte mais importante de um computador, pois é responsável pelo processamento de todo tipo de dado que é introduzido no computador e pela apresentação das mesmas em seu vídeo.
Desde a criação, ocorreram diversas modificações nos processadores visando aumentar sua capacidade de processamento, sendo que alguns dos mais atuais são os da Intel i3, i5 e i7 e o AMD Athlon II X2, X6 e Athlon Phenom II. Dentre os modelos citados, existem alguns mais rápidos do que outros. O que determina se um processador é mais rápido que outro é a velocidade de execução de instruções que é usualmente medida pela unidade denominada GigaHertz (GHz).
O hertz por sua vez, é uma unidade de periodicidade assim designada em honra do físico alemão Heinrich R. Hertz (1857-94). Um hertz corresponde a um ciclo por segundo.
Um gigahertz representa um bilhão de ciclos por segundo. Nos computadores essa é uma medida de rapidez da unidade central de processamento (CPU). Essa unidade tem um relógio (Clock), que a faz pulsar tantas vezes por segundo como o número de hertz que lhe é característico. Assim, por exemplo, um processador com 3 GHz completa 3 bilhões de ciclos por segundo e, em cada um desses ciclos, envia ordens para as unidades do computador. Determinamos que neste caso as ordens sejam enviadas ao ritmo de 3 bilhões de vezes por segundo.
4.2 Memória principal
Na placa-mãe também ficam encaixados os pentes da memória principal, chamados de pentes ou módulos de memória RAM - (Random Access Memory), a memória de acesso aleatório. É para a memória RAM que são transferidos os programas (ou parte deles) e os dados que estão sendo trabalhados. É principalmente nela que é executada a maioria das operações, portanto é nesta memória que ocorrem as operações da CPU.
A memória RAM pode ser reescrita quantas vezes quisermos, mas os dados guardados nela são apagados, ou seja, o seu conteúdo é esvaziado quando o computador é desligado. Daí a necessidade de guardar ("salvar") o resultado do processamento no disco rígido (HD) antes de desligá-lo. Assim, a memória RAM é uma memória temporária (volátil).
A razão da existência e importância da memória RAM está na sua velocidade de leitura dos dados, que é muito grande. Todas as informações que estão contidas nela podem ser acessadas de maneira mais rápida do que as informações que estão em outros dispositivos de memória (memória secundária).
Os pentes de memória RAM variam em capacidade de armazenamento e em velocidade. Em princípio, quanto mais memória RAM o PC tiver, tanto mais rápido será o seu funcionamento e mais facilmente ele suportará a execução de funções simultâneas. Os tamanhos típicos de memória RAM atuais são 1, 2, 4, 6, 8 Gb, e assim por diante. Quando se escolhe um PC, esta especificação é quase tão importante quanto à capacidade do processador, pois a simples adição de mais memória pode deixar um computador mais rápido, sem que haja a necessidade de trocá-lo por um modelo mais moderno.
4.3 Memória Cache
É um tipo de memória RAM especial de alta velocidade de acesso, está localizada entre a CPU e a memória RAM, e o seu objetivo é de aumentar a velocidade de transferência de dados e instruções, mantendo os dados que são mais solicitados. Presente nos computadores mais recentes.
4.4 Dispositivo de E/S (entrada e saída)
Os dispositivos de entrada é o canal que permite a passagem de dados iniciais do usuário para o computador. Eles são responsáveis pela entrada de dados existentes e encaminhamentos à CPU. Como dispositivos de entrada podemos citar o teclado, leitores de caracteres magnéticos, mouse, scanner, caneta ótica, leitora de código de barra, leitor de disquetes (drive) etc. Já os dispositivos de saídas são responsáveis pela saída dos dados existentes recebidos da CPU. Como dispositivos de saída podemos citar o monitor de vídeo e impressora e o gravador de DVD (drive).
4.5 Memória Secundária (Auxiliar)
Ela é responsável pelo armazenamento definitivo de programas e dados. Os dados nelas gravadas ficam armazenados mesmo quando o micro está desligado, mas seu acesso é mais lento que o acesso à memória principal. Entre os dispositivos mais comuns utilizados para armazenar estes dados, podemos citar o Disco Rígido ou winchester (HD) e entre outros dispositivos(CD-ROM; DVD-ROM).
O disco rígido (Hard disk ou HD) também fica no gabinete e é o local onde se encontra a maior parte da memória secundária, onde o são armazenados os programas e os dados que estão sendo usados, modificados ou processados. Uma característica desse tipo de disco é que os dados gravados podem ser recuperados para a memória RAM, modificados e novamente gravados inúmeras vezes.
5. Conclusões
A historia do computador pode ser considerado um marco para o desenvolvimento de muitas tecnologias utilizadas, pois na maioria dos equipamentos atuais tem um computador digital a qual executam certas tarefas que antigamente era feita manualmente ou não tinha como fazer por limitações da nossa memória. O que o computador digital tem de especial é justamente a memória, onde a sua capacidade de armazenar dados e transformá-los em informações úteis para o nosso dia-a-dia é uma tecnologia formidável.
O computador digital só teve o seu avanço devido à criação da arquitetura que conhecemos atualmente, a qual é divida em quatro partes:
* A unidade lógica e aritmética.
* A unidade de controle.
* A unidade de memória.
* Dispositivos de entrada e saída.
Esta arquitetura foi desenvolvida por John von Neumann e o primeiro computador a utilizar foi o IAS em 1952. O computador digital é o que é devido a esta arquitetura a qual muitos dos computadores digitais atuais utilizam.
Referências
Tanenbaum, Andrew S. (2007) "Organização estruturada de computadores – 5º edição", Prentice Hall Brasil.
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