Direto ao Ponto: III - A História do Computador

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Olá, dev!

Este é o terceiro artigo da série DIRETO AO PONTO, que eu estou escrevendo para a DIO. Ele vai tratar da história do computador e apresentar como saímos de nenhum computador até os computadores quânticos atuais.

Sumário

1.   Introdução

2.   História do computador

3.   O futuro do computador

4.   Considerações finais

5.   Referências

1 – Introdução

A série DIRETO AO PONTO enfoca artigos sobre conhecimentos básicos da programação e é voltada, principalmente, para os iniciantes.

Os artigos são publicados semanalmente, toda terça-feira, de manhã. O primeiro artigo da série foi apenas uma introdução, em que eu explico o objetivo da série e a minha motivação para escrevê-la.

Neste novo artigo, eu vou apresentar a história do computador, desde os tempos em que não havia nenhum computador até os computadores atuais, que já existem como computadores quânticos.

Mais uma vez, eu deixo claro que boa parte do conteúdo escrito aqui vem da minha própria vivência pessoal ao longo dos anos em que convivi com a tecnologia e informática, desde 1980 (e até antes).

Uma observação: quando eu decidi criar esta série, eu pensei em escrever artigos técnicos, para explicar aos devs iniciantes conceitos básicos da programação. No entanto, acho que também seria interessante escrever sobre a história de coisas ligadas à área, para compartilhar as experiências que eu vivenciei desde 1980 até hoje com vocês, que não as vivenciaram. 

Os artigos técnicos continuarão a ser publicados às terças-feiras de manhã, seguindo a agenda prevista, enquanto que os artigos com histórias serão ser publicados nas sextas-feiras, complementando os assuntos tratados nos artigos técnicos. Este é um artigo não técnico, mas de história.

2 – História do computador

Quem nasceu nos últimos anos pode ter a impressão que os computadores sempre existiram e o mundo sempre foi assim, com a Internet, redes sociais, Google, smartphones, etc.

No entanto, há uns 200 anos já havia uma máquina de calcular, para agilizar a tarefa de fazer muitos cálculos repetitivos.

Antes de existir a eletrônica, já tinham surgido os primeiros equipamentos de calcular. Primeiro, foram os objetos ou máquinas mecânicas, mas seus princípios foram aproveitados nos projetos dos computadores eletromecânicos e eletrônicos que se seguiram (segundo JavaPoint [1]):

·        Ábaco - criado pelos chineses, por volta do século 5 a.C.;

·      Ossos de Napier – Criado por John Napier, em 1614; era como um ábaco melhorado, usando barras deslizantes, com algarismos de 0 a 9;

·        Régua de cálculo - Criada por William Oughtred, em 1622; baseada na invenção de Napier, usava réguas deslizantes, com base em cálculos logarítmicos, para realizar multiplicações, divisões e cálculos complexos. Ela foi muito usada nos cursos de Engenharia, até ser introduzida a calculadora eletrônica de bolso;

·        Pascaline (ou máquina aritmética) – Criada por Blaise Pascal, baseada em rodas dentadas, para cálculos decimais, em 1640;

·        Roda de Leibiniz – Criada por Gottfried Leibiniz, em 1671; ele melhorou a Pascaline e criou uma calculadora mecânica para as 4 operações. Leibiniz ainda criou o primeiro sistema de numeração binário. O vídeo mostrado em Canal Calculatryx [9] ilustra esta máquina;

·        Máquina mecânica programável – Criada por Joseph-Marie Jacquard, em 1801; era um tear controlado por cartões perfurados, movido a vapor. Não era um equipamento para cálculos, mas foi a primeira máquina que usou o conceito de cartões perfurados para programar uma sequência predefinida de operações;

·        Máquina Diferencial – Criada por Charles Babbage, em 1822; permitia receber, armazenar, processar e exibir os dados. Foi projetada, mas nunca entrou em produção;

·        Máquina Analítica – Criada por Babbage, em 1837; sucessora da Máquina Diferencial e mais complexa, com conceitos de memória e programas (ver figura no início da seção);

1ª Geração de Computadores (anos 40 e 50) – relés e válvulas

Existem várias maneiras de se classificar os computadores e uma delas é por meio de gerações, baseadas na tecnologia de implementação os equipamentos. O período exato em que cada geração ocorreu varia muito nas fontes consultadas, portanto eu resolvi escolher uma delas para me basear.

Os computadores propriamente ditos apareceram aqui, equipamentos eletrônicos analógicos, baseados em relés e válvulas eletrônicas, alguns ainda usando partes mecânicas, como engrenagens e dispositivos de contar baseados em discos giratórios.

Alguns já permitiam programação por meio de cartões perfurados ou chaves e trocas de fios, como nas antigas centrais eletrônicas. Os primeiros pesavam toneladas, tinham milhares de válvulas e ocupavam salas e andares inteiros. Veja a lista de alguns modelos marcantes, (segundo Wikipedia [2] e Sales [12]):

·        Máquina de Tabular – Criado por Herman Hollerith, em 1890. Era uma máquina elétrica, baseada no sistema binário, que usava cartões perfurados para armazenar, ordenar e tabular dados, como os do censo dos EUA, quando foi usada.

Posteriormente, Hollerith criou uma empresa, que acabou se transformando na gigante IBM. O vídeo mostrado em Canal Tiltul [8] ilustra esta máquina;

·        Analisador Diferencial – Criado por Vannevar Bush, em 1930. Foi o primeiro computador analógico dos EUA, usando válvulas eletrônicas;

·        ZUSE Z1 - Desenvolvido por Konrad Zuse, de 1934 a 1938. Era uma unidade aritmética mecânica, digital (usava o sistema binário), com programação limitada, feita por cartão perfurado. Foi destruído durante a segunda guerra Mundial. É considerada a primeira máquina binária programável da história. Ele teve sucessores, Z2 e Z3, baseados nos mesmos princípios;

·        Mark I - Criado por Howard Aiken, em 1937, e construído em 1940. Baseado na máquina analítica, era uma máquina decimal que utilizava chaves rotativas e relés. Era programado por cartões perfurados;

·        ENIAC - Construído por John Mauchly e J. Presper Eckert, iniciando em 1941 e operando em 1945 - Ele era 1000 vezes mais rápido que os outros computadores da época, operava na base decimal e já usava processamento paralelo.

Sua programação era feita alterando a ligação de fios, internamente. É considerado o primeiro computador eletrônico de propósito-geral (ver figura no início da seção);

·        EDVAC - Também criado por J. Eckert e John Mauchly, junto com John von Neumann, em 1951. Ele já utilizava o sistema binário e mantinha os programas armazenados na memória principal, respeitando a arquitetura de von Neumann, e executava adição binária, subtração, multiplicação e divisão. 

^·         UNIVAC - Mais um computador projetado por J. Eckert e John Mauchly, em 1951, sendo o primeiro computador comercial fabricado e comercializado nos EUA, a sua programação era feita por meio de milhares de chaves e conectando-se cabos a um painel. Foi um dos primeiros computadores do Brasil, adquirido pelo IBGE, em 1961, para processar dados do censo.

           Merecem destaque também os computadores BOMBE e COLOSSUS, criados durante a Segunda Guerra Mundial para decodificar os códigos alemães gerados pela máquina ENIGMA.

O primeiro foi criado por Alan Turing e sua construção é mostrada no filme “O Jogo da Imitação” (assista!!!). O segundo foi desenvolvido por decifradores britânicos, baseado nos estudos de Alan Turing sobre o uso de probabilidade para a criptoanálise.

2ª Geração (de 1960 até 1965) – transistores

 Com a invenção do transistor, que é muito menor que a válvula, vieram os equipamentos eletrônicos digitais. A IBM ganhou muitos concorrentes famosos, como Burroughs, UNIVAC, Honeywell e DEC.

Os computadores ficaram bem menores, mais rápidos e mais baratos. As linguagens FORTRAN e COBOL foram criadas em 1957 e 1959, respectivamente, e foram usadas por muitos dos computadores desta geração.

Alguns computadores mais representativos da época são (ainda de acordo com Wikipedia [2]):

·        IBM 1401 - computador de propósito geral popular, com 12.000 unidades vendidas, tornando-se a mais bem sucedida máquina na história dos computadores. Ele utilizava uma memória principal magnética de 4000 caracteres. Ainda usava cartões perfurados;

·        IBM 1620 - baseado em transistores, usava apenas fita de papel perfurado, mas foi atualizado para cartões perfurados. Era um computador científico popular, utilizava uma memória de núcleo magnético;

·        DEC PDP-1 – minicomputador de 18 bits, foi a primeira máquina da empresa destinada ao uso por pessoal técnico em laboratórios e para pesquisa;

·        DEC PDP-8 - minicomputador de 12 bits, de 1965. Foi o primeiro sucesso comercial deste tamanho, com mais de 50 mil sistemas vendidos, recorde até então. usava diodos e era do tamanho de um frigobar.

3ª Geração (de 1966 a 1970) – circuitos integrados

A invenção dos circuitos integrados, que possibilitaram colocar dezenas, centenas e até milhares de transistores em apenas um invólucro do tamanho de um chiclete, trouxe os equipamentos eletrônicos digitais. O tamanho deles continuava diminuindo, a velocidade aumentando e o preço caindo também.

Embora algumas empresas ainda investissem em mainframes, como a IBM, outras já reduziam o tamanho, investindo em minicomputadores, atraindo compradores diversificados, passando das universidades e dos militares para empresas grandes, e pequenas, também.

Os principais destaques da época, segundo Wikipedia [2], são:

·        DEC PDP-11 – Era uma série de minicomputadores de 16 bits, iniciados na década de 70. Foi a primeira que implementou a interconexão de todos os elementos do sistema (processador, memória RAM e periféricos) a um único barramento de comunicação, permitindo o envio, recebimento ou troca dados sem a necessidade de uma passagem intermediária pela memória.

Foi uma das séries de minicomputadores mais vendidas da época e uma das primeiras a executar o Unix. (ver figura no início da seção). Com o avanço da tecnologia, passou a usar microprocessadores. Foi seguido pelo DEC VAX-11. Depois a DEC foi comprada pela Compaq, que foi comprada pela HP;

·        IBM series/360 (ou IBM S/360) - família de mainframes lançada em 1964. Pioneira a distinguir claramente a arquitetura e a implementação, lançou vários projetos compatíveis em várias faixas de preço, assim os clientes podiam comprar um sistema menor e migrar para um modelo mais avançado.

Vendeu mais de 30.000 unidades, sendo um dos projetos mais bem-sucedidos da história dos computadores, que influenciou o design de novos computadores por muitos anos. Foi um dos primeiros computadores a utilizar circuitos integrados. Utilizava o conceito de multitarefa, emulação de outros computadores e de compatibilidade, com arquitetura criada por Gene Amdahl.

Era avançadíssimo para a época, tornando todos os outros computadores obsoletos. (ver figura a seguir). Foi seguida da série IBM series/370 (ou IBM S/370). Quando eu entrei na universidade, em 1980, o computador de lá era um IBM S/360, com o qual eu aprendi a programar.

4ª Geração (anos 1971 até 1979) – microprocessadores

Por fim, chegamos aos equipamentos eletrônicos digitais, baseados em microprocessadores, que englobavam toda a estrutura lógica, aritmética e de controle do computador em um único chip.

Aí, surgiram os computadores pessoais e o resto é história recente. Alguns dos modelos mais famosos seguem abaixo, segundo Wikipedia [3]:

·        XEROX ALTO - desenvolvido na Xerox PARC em 1973, foi o primeiro computador a usar um mouse, a metáfora do desktop e uma interface gráfica de usuário (GUI), e o primeiro reconhecido como um computador pessoal completo. Ele só era usado pelos engenheiros da empresa, mas seus recursos estavam anos à frente de seu tempo;

·        ALTAIR 8800 - da MITS, em 1974. Ele foi apresentado em forma de kit e não vinha com nenhum periférico, não tinha teclado, monitor, sistema operacional ou outro software de inicialização. Gerou milhares de pedidos no primeiro mês. A pequena empresa acabou vendendo o projeto, pois não tinha condições de suprir a demanda.

·        APPLE II – Em 1977, a Apple lançou o seu primeiro computador completo. Ele era baseado no Apple I, que era apenas uma placa única, projetada por Steve Wozniak ("Woz") e vendeu apenas 200 unidades, mas resultou na criação da empresa.

Já o Apple II tinha gráficos coloridos, um teclado QWERTY completo e slots internos para expansão, montados em uma caixa de plástico de alta qualidade. O sistema operacional era o interpretador BASIC integrado contido na ROM. O monitor e os dispositivos de E/S eram vendidos separadamente.

·        IBM PC – Lançado em 1981, o modelo IBM 5150 era baseado numa arquitetura aberta que usava em placas eletrônicas, permitindo que terceiros o desenvolvessem. Ele usava um processador Intel 8088 rodando a 4,77 MHz, usava uma fita cassete para armazenamento externo, com opção de disquete, mais cara (ver figura abaixo).

Em 1986, eu comprei o meu primeiro PC, um IBM PC Value Point, um 486 DX2.

Os tipos de computadores

           Ao longo do tempo, os computadores mudaram de tamanho, preço, desempenho e tecnologia, sendo classificados também com base no seu uso. Segue mais um tipo de classificação muito usada, segundo UFPR [10]:

·        Mainframe – Computador de grande porte, ainda é usado atualmente em grandes bancos e grandes empresas, geralmente, com a linguagem COBOL. Estão sendo substituídos por computadores de porte médio e de baixa plataforma (processo de “downsizing”);

·        Mini computador – Computador de porte médio, multiprocessado, geralmente, para uso empresarial. Foi substituído pelos servidores e estações de trabalho (“workstations”), de uso específico, com sistema operacional Unix;

·        Microcomputador – Computador de pequeno porte, de uso pessoal, com um único processador, para aplicações domésticas. Está sendo substituído pelos notebooks, com características técnicas semelhantes, porém de uso móvel (portátil);

·        Supercomputador – Computador de grande porte, com desempenho diferenciado, voltado para aplicações específicas como previsão do tempo, simulações científicas e pesquisas acadêmicas e militares.

3 – O futuro do computador

Você acabou de ver uma lista de equipamentos de calcular que levaram ao modelo básico do computador que temos hoje. Só que ele ainda continua evoluindo, tanto no desempenho quanto no tamanho e forma. Basta dar uma olhada ao redor, nos celulares, smartphones, smartwatches, dispositivos de IOT, placas de Raspberry Pi, robôs, veículos autônomos, por exemplo.

Finalmente, em relação às técnicas empregadas, temos vários projetos futurísticos em andamento ou em fase de teste e validação para implementação em um futuro próximo. Alguns consideram que estamos vivendo a 5ª Geração de computadores.

5ª Geração (anos 90 até hoje)

Os computadores mais promissores para se tornarem viáveis para uso em um futuro próximo estão sendo testados neste momento. No entanto, este uso não deve ser para venda ao público, mas um uso restrito e especializado, objetivando resolver problemas realmente complexos, como previsão do tempo, criação de remédios, etc. Veja a relação de alguns modelos mais comentados:

·        Computador ótico – Segundo [4], é um computador baseado em processamento da luz, ao invés de corrente elétrica. Existem dois tipos: um modelo híbrido ótico-eletrônico, apenas trocando-se o componente eletrônico de chaveamento (transistores, internos aos circuitos integrados) por seu equivalente ótico (diodos a laser). 

No entanto, essa troca precisaria de componentes altamente caros. Um segundo tipo depende do avanço da tecnologia de dispositivos óticos, abandonando a lógica binária de uma vez, o que está sendo feito em alguns lugares, em pesquisas diferentes;

·        Computador quântico – Segundo [5], é um dispositivo programável capaz de realizar cálculos e algoritmos pela manipulação e leitura de propriedades armazenadas em partículas quânticas (átomos, moléculas, prótons, elétrons e fótons).

Eles se baseiam na leitura do spin, cuja propriedade de superposição permite que uma partícula assuma dois estados ao mesmo tempo. Assim, um bit quântico (“qubit”) pode retornar 3 posições: 1, 0 ou uma superposição de ambos (1 e 0).

Desta forma, os computadores quânticos poderão realizar cálculos simultâneos e deverão ser usados para aplicações complexas como criptografia de senhas bancárias, dinâmica climática da Terra, formação de galáxias e simulações de sistemas vivos, por exemplo.

A figura a seguir mostra o computador Q System One, da IBM;

 ·          Computador orgânico – De acordo com [6], eles são chamados computadores de base biológica, eles já são estudados há alguns anos, mas ainda não chegaram aos resultados esperados. 

Funcionam a partir de moléculas orgânicas, que podem decodificar informações gravadas em fitas de DNA. Recentemente, cientistas chineses desenvolveram uma máquina líquida mais avançada, com um sistema de DNA que integra 100 bilhões de circuitos, cada um podendo executar seu próprio programa.

Estes dispositivos podem oferecer saltos significativos em velocidades e capacidades e poderão ser adaptados para realizar o diagnóstico de doenças, por exemplo;

·        Raspberry Pi 5 – Trefilio [7] informa que ela é uma placa de um computador completo menor que 6 cm x 9 cm, com as seguintes características básicas: processador ARM quad-core de 64 bits e 2,4 GHz, GPU com suporte a OpenGL e Vulkan; Saída de monitor HDMI dupla 4K com suporte a HDR; Decodificador 4K; memória SDRAM com 4/8GB disponíveis; Wi-Fi 802.11ac; Bluetooth 5.0; Slot para microSD de alta velocidade; 2 portas USB 3.0, 2 portas USB 2.0; rede Gigabit Ethernet; 2x transceptores de câmera/exibição MIPI de 4 pistas; Interface PCIe 2.0 x1 para periféricos rápidos.

A figura abaixo mostra a placa Raspbery 5. 

​

4 – Considerações finais

Este é mais um artigo da série DIRETO AO PONTO, que eu estou escrevendo para a DIO. Ele tratou da história do computador e apresentou como saímos de nenhum computador até os computadores quânticos atuais.

No início, as máquinas que calculavam nem eram computadores, nem elétricas nem eletrônicas. Eram objetos ou equipamentos mecânicos, mas eles formaram a base técnica e conceitual para os projetos futuros que vieram.

O surgimento das válvulas eletrônicas deu início à série de computadores de grande porte do início do século passado. Eles ocupavam uma sala inteira, eram caríssimos e muito limitados, apresentando desempenho e funções muito menores do que uma calculadora eletrônica de bolso dos anos 80. Mas não esqueçamos que eles foram usados para levar o homem à Lua.

O avanço tecnológico continuou com a substituição das válvulas pelos transistores e depois com s circuitos integrados (ver figura abaixo), que englobavam centenas, milhares de transistores, e assim chegamos aos computadores mostrados na ficção científica.

No entanto, o passo gigante para a popularização dos computadores foi mesmo a invenção do microprocessador, que reuniu em um circuito integrado, todos os circuitos eletrônicos necessários para se construir um computador muito pequeno e de desempenho rápido, num equipamento que cabia em uma mesinha de escritório: assim surgiram os computadores pessoais.

E todo mundo acabou desejando ter o seu em casa.

Como a tecnologia anda a saltos, a miniaturização continuou e, atualmente, todos os nossos eletrodomésticos, telefones, relógios e carros são computadores de uso específico.

Os computadores do futuro apresentados aqui parecem saídos de um, filme de ficção científica, mas já estão em estágios avançados de pesquisa e vão ficar disponíveis em alguns anos. No entanto, eles serão usados em aplicações de altíssima complexidade e não devem ser vendidos nas lojas como computadores pessoais de alto desempenho.

           O projeto do Raspberry não é uma tecnologia futurística, como as outras 3 mostradas na seção anterior, mas o seu tamanho super reduzido indica que seu projeto (conceito) pode ser a base dos futuros computadores pessoais que, estranhamente, ainda são muito grandes para o que é necessário em um PC de bom desempenho.

           Eu sei que o Raspberry Pi não vem com nenhum periférico, mas dou como exemplo o que muitos de nós fazemos (eu faço!), quando usamos um notebook, com monitor, teclado e mouse adicionais, conectados externamente, usufruindo apenas do processamento do equipamento.

           Na verdade, eu não acho que esse seja o futuro dos computadores pessoais. Eu acredito que vá ser uma mistura de um tipo de smartphone que se conecta aos diversos periféricos necessários (teclado, mouse, monitor, etc.).

O próprio smartphone deve se tornar mais reduzido - já estão aparecendo projetos de um equipamento colocado na roupa que projeta suas informações na pele (mão, braço, etc.), como mostra Sandoval [11] (ver figura abaixo). E o usuário deverá interagir com o aparelho por voz, muito mais natural do que com um teclado.

Bem, nesse momento, o futuro já está acontecendo.

Para o infinito e além! Eu já vi essa frase em algum lugar!! :-)

OBS: a ideia desta série era escrever artigos Direto ao Ponto, que levassem, no máximo, 2 horas para pesquisar as fontes, escrever e publicá-los, não tomando muito do meu tempo.

Como este foi o primeiro artigo e conteúdo da série, levou MUITO MAIS tempo do que isso! Foram 4 dias, até agora, contando com hoje, com a escolha das figuras, formatação e conclusão. Só agora vou publicá-lo.

Ele também ficou muito longo para o que eu me propus, mas o assunto é vasto demais!!! Além disso, eu também tive que dividir o tempo para escrever outro artigo, para a competição de artigos, publicado ontem. Para os próximos artigos, vou tentar seguir o plano.

Terça-feira tem mais!

5 – Referências

[1] Java Point, History of Computers. Disponível em: <https://www.javatpoint.com/history-of-computer>. Acessado em: 08/01/2024.

[2] Wikipedia, História do hardware. Disponível em: <https://pt.wikipedia.org/wiki/Hist%C3%B3ria_do_hardware>. Acessado em: 08/01/2024.

[3] Wikipedia, History of personal computers. Disponível em: <https://en.wikipedia.org/wiki/History_of_personal_computers>. Acessado em: 09/01/2024.

[4] Caroline Hecke, Computadores ópticos: um futuro não tão distante. Disponível em: <https://www.tecmundo.com.br/futuro/30619-computadores-opticos-um-futuro-nao-tao-distante.htm>. Acessado em: 10/01/2024.

[5] Brasil Escola, Computador quântico. Disponível em: <https://brasilescola.uol.com.br/fisica/computacao-quantica.htm>. Acessado em: 10/01/2024.

[6] Reanata Turbiani, Computador do futuro é orgânico e feito à base de DNA, dizem os chineses. Disponível em: <https://epocanegocios.globo.com/tecnologia/noticia/2023/09/computador-do-futuro-e-organico-e-feito-a-base-de-dna-dizem-os-chineses.ghtml>. Acessado em: 10/01/2024.

[7] Daniel Trefilio, Raspberry Pi 5 tem até 3x mais desempenho que geração anterior. Disponível em: <https://canaltech.com.br/hardware/raspberry-pi-5-tem-ate-3x-mais-desempenho-que-geracao-anterior-265127/>. Acessado em: 10/01/2024.

[8] Canal Tiltul, 1889 Herman Hollerith Census Machine by TMC which became IBM. Disponível em: <https://www.youtube.com/watch?v=9HXjLW7v-II TMC which became IBM>. Acessado em: 08/01/2024.

[9] Canal Calculatryx, Stepped Drum. Disponível em: <https://www.youtube.com/watch?v=klLB5k3LkwU>. Acessado em: 08/01/2024.

[10] UFPR, Introdução à informática. Disponível em: <https://docs.ufpr.br/~ademirlp/TiposComputadores.pdf>. Acessado em: 09/01/2024.

[11] Alberto Sandoval, Revelados preço e data de lançamento do Humane AI Pin: o dispositivo que substituirá os celulares. Disponível em: <https://www.metroworldnews.com.br/ciencia-e-tecnologia/2023/12/31/revelados-preco-e-data-de-lancamento-do-humane-ai-pin-o-dispositivo-que-substituira-os-celulares/#google_vignette>. Acessado em: 11/01/2024.

[12] Gustavo Sales, Evolução dos computadores. Disponível em: <https://medium.com/@gustavosales086/evolu%C3%A7%C3%A3o-dos-computadores-bd87102e01cf>. Acessado em: 08/01/20234.

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