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Evolucao 2

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Text of Evolucao 2

  • Por Carlos E. Morimoto http://www.guiadohardware.net

    :. Hardware, Manual Completo, 4a edio

    A Evoluo dos Computadores Hoje em dia, quando ouvimos falar em processadores de 1 GHz d at sono, de to comuns que eles j se tornaram. Pouca gente j ouviu falar no 8088, que foi o processador usado no PC XT, a quase 20 anos atrs, e muito menos no Intel 4004, o primeiro microprocessador, lanado em 71.

    Nas prximas pginas falarei sobre os processadores e computadores que fizeram parte da histria, comeando no apartir da dcada de 70 ou 80, mas no sculo XIX. Sim, na poca dos nossos bisavs os computadores j existiam, apesar de extremamente rudimentares. Eram os computadores mecnicos, que realizavam clculos atravs de um sistema de engrenagens, acionado por uma manivela ou outro sistema mecnico qualquer. Este tipo de sistema, comum na forma de caixas registradoras era bastante utilizado naquela poca.

    No final do sculo XIX surgiu o rel, um dispositivo eletromecnico, formado por um magneto mvel, que se deslocava unindo dois contatos metlicos. O Rel foi muito usado no sistema telefnico, alis algumas centrais analgicas ainda utilizam estes dispositivos at hoje. Os rels podem ser considerados uma espcie de antepassados dos transstores. Suas limitaes eram o fato de serem relativamente caros, grandes demais e ao mesmo tempo muito lentos: um rel demora mais de um milsimo de segundo para fechar um circuito.

    Tambm no final do sculo XIX, surgiram as primeiras vlvulas. As vlvulas foram usadas para criar os primeiros computadores eletrnicos, na dcada de 40.

    As vlvulas tem seu funcionamento baseado no fluxo de eltrons no vcuo. Tudo comeou numa certa tarde quando Thomas Edison, inventor da lmpada eltrica estava brincando com a sua inveno. Ele percebeu que ao ligar a lmpada ao polo positivo de uma bateria e uma placa metlica ao polo negativo, era possvel medir uma certa corrente fluindo do filamento da lmpada chapa metlica, mesmo que os dois estivessem isolados. Havia sido descoberto o efeito termoinico, o princpio de funcionamento das vlvulas.

    As vlvulas j eram bem mais rpidas que os rels, atingiam frequncias de alguns Megahertz, o problema que esquentavam demais, consumiam muita eletricidade e se queimavam com facilidade. Era fcil usar vlvulas em rdios, que usavam poucas, mas construir um computador, que usava milhares delas era extremamente complicado, e caro.

    Apesar de tudo isso, os primeiros computadores comearam a surgir durante a dcada de 40, naturalmente com propsitos militares. Os principais usos eram a codificao e decodificao de mensagens e clculos de artilharia.

    Sem dvida, o computador mais famoso daquela poca foi o ENIAC (Electronic Numerical Integrator Analyzer and Computer), construdo em 1945. O ENIAC era composto por nada menos do que 17,468 vlvulas, ocupando um galpo imenso. Porm, apesar do tamanho, o poder de processamento do ENIAC ridculo para os padres atuais, suficiente para processar apenas 5.000 adies, 357 multiplicaes e 38 divises por segundo, bem menos at do que uma calculadora de bolso atual, das mais simples.

    A idia era construir um computador para realizar vrios tipos de clculos de artilharia para ajudar as tropas aliadas durante a segunda Guerra mundial. Porm, o ENIAC acabou sendo terminado exatos 3 meses depois do final da Guerra e acabou sendo usado durante a guerra fria, contribuindo por exemplo no projeto da bomba de Hidrognio.

    Parte do galpo que abrigava o ENIAC

    Se voc acha que programar em C ou em Assembly complicado, imagine como era a vida dos programadores daquela poca. A programao do ENIAC era feita atravs de 6.000 chaves manuais. A cada novo clculo, era preciso reprogramar vrias destas chaves. Isso sem falar no resultado, que era dado de forma binria atravs de um conjunto de luzes. No toa que a maior parte dos programadores da poca eram mulheres, s mesmo elas para ter a pacincia necessria para programar e reprogramar esse emaranhado de chaves vrias vezes ao dia.

    Abaixo est a foto de uma vlvula muito usada na dcada de 40:

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  • Vendo essa foto fcil imaginar por que as vlvulas eram to problemticas e caras: elas eram simplesmente complexas demais.

    Mesmo assim, na poca a maior parte da indstria continuou trabalhando no aperfeioamento das vlvulas, obtendo modelos menores e mais confiveis. Porm, vrios pesquisadores, comearam a procurar alternativas menos problemticas.

    Vrias destas pesquisas tinha como objetivo a pesquisa de novos materiais, tanto condutores, quanto isolantes. Os pesquisadores comearam ento a descobrir que alguns materiais no se enquadravam nem em um grupo nem no outro, pois de acordo com a circunstncia, podiam atuar tanto quando isolantes quanto como condutores, formando uma espcie de grupo intermedirio que foi logo apelidado de grupo dos semicondutores.

    Haviam encontrado a chave para desenvolver o transstor. O primeiro projeto surgiu em 16 de Dezembro de 47, onde era usado um pequeno bloco de germnio (que na poca era junto com o silcio o semicondutor mais pesquisado) e trs filamentos de ouro. Um filamento era o polo positivo, o outro o polo negativo, enquanto o terceiro tinha a funo de controle. Tendo apenas uma carga eltrica no polo positivo, nada acontecia, o germnio atuava como um isolante, bloqueando a corrente. Porm, quando uma certa tenso eltrica era aplicada usando o filamento de controle, uma fenmeno acontecia e a carga eltrica passava a fluir para o polo negativo. Haviam criado um dispositivo que substitua a vlvula, sem possuir partes mveis, gastando uma frao da eletricidade gasta por uma e, ao mesmo tempo, muito mais rpido.

    O primeiro projeto de transstor

    Este primeiro transstor era relativamente grande, mas no demorou muito para que este modelo inicial fosse aperfeioado. Durante a dcada de 50, o transstor foi gradualmente dominando a indstria, substituindo rapidamente as problemticas vlvulas. Os modelos foram diminuindo de tamanho, caindo de preo e tornando-se mais rpidos. Alguns transstores da poca podiam operar a at 100 MHz. Claro que esta era a freqncia que podia ser alcanada por um transstor sozinho, nos computadores da poca, a freqncia de operao era muito menor, j que em cada ciclo de processamento o sinal precisa passar por vrios transstores.

    Mas, o grande salto foi a substituio do germnio pelo silcio. Isto permitiu miniaturizar ainda mais os transstores e baixar seu custo de produo. Os primeiros transstores de juno comerciais foram produzidos partir de 1960 pela Crystalonics.

    A idia do uso do silcio para construir transstores que adicionando certas substncias em pequenas quantidades possvel alterar as propriedades eltricas do silcio. As primeiras experincias usavam fsforo e boro, que transformavam o silcio em condutor por cargas negativas ou condutor por cargas positivas, dependendo de qual dos dois materiais fosse usado. Estas substncias adicionadas ao silcio so chamadas de impurezas, e o silcio contaminado por elas chamado de silcio dopado.

    O funcionamento e um transstor bastante simples, quase elementar. como naquele velho ditado as melhores invenes so as mais simples. As vlvulas eram muito mais complexas que os transstores e mesmo assim foram rapidamente substitudas por eles.

    Um transstor composto basicamente de trs filamentos, chamados de base, emissor e coletor. O emissor o polo positivo, o coletor o polo negativo, enquanto a base quem controla o estado do transstor, que como vimos, pode estar ligado ou desligado. Veja como estes trs componentes so agrupados num transstor moderno:

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  • Quando o transstor est desligado, no existe carga eltrica na base, por isso, no existe corrente eltrica entre o emissor e o coletor. Quanto aplicada uma certa tenso na base, o circuito fechado e estabelecida a corrente entre o emissor e o receptor.

    Outro grande salto veio quando os fabricantes deram-se conta que era possvel construir vrios transstores sobre o mesmo waffer de silcio. Havia surgido ento o circuito integrado, vrios transstores dentro do mesmo encapsulamento. No demorou muito para surgirem os primeiros microchips.

    Como so fabricados os processadores At mudarem o mundo como o conhecemos, os chips passaram por um longo processo evolutivo. Tudo comeou com as vlvulas, que evoluram para os transstores, considerados a maior inveno do sculo.

    Fora o preo, os primeiros transstores no foram l nenhuma revoluo sobre as antigas vlvulas, tanto que elas sobreviveram durante vrios anos depois que os transstores comearam a ser produzidos em escala comercial.

    O grande salto veio quando descobriu-se que era possvel construir vrios transstores sobre o mesmo waffer de silcio. Isso permitiu diminuir de forma gritante o custo e tamanho dos computadores. Entramos ento na era do microchip.

    O primeiro microchip comercial foi lanado pela Intel em 1971 e chamava-se 4004. Como o nome sugere, ela era um processador de apenas 4 bits que era composto por pouco mais de 2000 transstores. Veja uma foto dele abaixo:

    Cortesia da Intel Corp.

    De l pra c, foi um longo caminho. Enormes investimentos foram feitos e muitos dos maiores gnios do planeta trabalharam em busca de solues para questes cada vez mais complexas. Veremos agora como os computadores evoluram, das vlvulas ao Athlon e Pentium 4.

    Os transstores

    Cada transstor funciona como uma espcie de interruptor, que pode estar ligado ou desligado, como uma torneira que pode estar aberta ou fechada, ou mesmo como uma vlvula. A diferena que o transstor no tem partes mveis como uma torneira e muito menor, mais barato, mais durvel e muito mais rpido que uma vlvula.

    A mudana de estado de um t