Aula Transistor eider

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ComputaçãoUFPel Concepção de Circuitos Integrados - 2005/2
Transistor, Circuitos Integrados e Computadores
Prof. Eider Lúcio de Oliveira
Compilação realizada na internet
ComputaçãoUFPel Concepção de Circuitos Integrados - 2005/2
Transístor bipolar
O termo Transístor resulta da aglutinação dos termos ingleses TRANsfer + reSISTOR (resistência de transferência).
O termo bipolar refere-se ao fato dos portadores elétrons e lacunas participarem no processo do fluxo de corrente.
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Constituição
Um transístor bipolar (com polaridade NPN ou PNP) é constituído por duas junções PN (junção base-emissor e junção base-colector) de material semicondutor (silício ou germânio) e por três terminais designados por Emissor (E), Base (B) e Colector (C).
N – Material semicondutor com excesso de elétrons livres
P – Material semicondutor com excesso de lacunas
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Junções PN internas e símbolos
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Princípio de funcionamento
Para que o transístor bipolar conduza é necessário que seja aplicada na Base uma corrente mínima (VBE ≥ 0,7 Volt), caso contrário não haverá passagem de corrente entre o Emissor e o Coletor.
Se aplicarmos uma pequena corrente na base o transístor conduz e pode amplificar a corrente que passa do Emissor para o Coletor.
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Utilização
O transístor bipolar pode ser utilizado:
como interruptor eletrônico.
na amplificação de sinais.
como oscilador.
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Polarização
Para o transístor bipolar poder ser utilizado como chave, como amplificador ou como oscilador tem que estar devidamente polarizado através de uma fonte CC.
Para o transístor estar corretamente polarizado a junção PN base – emissor deve ser polarizada diretamente e a junção base – colector deve ser polarizada inversamente.
Regra prática:
O Emissor é polarizado com a mesma polaridade que o semicondutor que o constitui.
A Base é polarizada com a mesma polaridade que o semicondutor que a constitui.
O Colector é polarizado com polaridade contrária à do semicondutor que o constitui.
 
 
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Representação de tensões e correntes
VCE – Tensão colector - emissor
VBE – Tensão base – emissor
VCB – Tensão colector - base
IC – Corrente de colector
IB – Corrente de base
IE – Corrente de emissor
VRE – Tensão na resistência de emissor
VRC – Tensão na resistência de colector
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Dissipadores de calor
O uso de dissipadores ou radiadores externos de calor são quase que obrigatórios nos transístores que trabalham com potências elevadas de modo a evitar o sobreaquecimento do componente e a sua possível destruição.
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A História dos Computadores
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A História dos Computadores
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A História dos Computadores
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A História dos Computadores
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A História dos Computadores
	
	
	Aparentemente, o homem primitivo não necessitava de contar, pois retirava da natureza o que necessitava para a sobrevivência. Os números e o processo de contagem devem ter sido inventados com o desenvolvimento de atividades como a agricultura e o pastoreio, quando o homem deixou de ser nômade, passando a fixar-se.
	A partir do momento em que o homem pré-histórico passou a construir abrigos e a habitar aldeias, começou a produzir alimentos e domesticar animais. Então, foi preciso delimitar as épocas de plantio e colheita, ou seja, era necessário ter um método de contagem do tempo e dos alimentos e também contar para conseguir controlar a posse de animais.
	Portanto, foi necessário estabelecer a sequência dos números e a maneira de representá-la, originando o sistema decimal e os termos digito e digital.
 
	É fácil de imaginar que o processo de contagem pode ter começado com a correspondência unidade a unidade, em que, por exemplo, cada animal corresponderia, a uma pedrinha que era armazenada num recipiente. Aliás, a palavra calculo, que usamos hoje, é derivada da palavra latina “calculus”, que significa pedrinha.
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A História dos Computadores
	
	Civilizações como a egípcia e a babilónica, no inicio da história da escrita, anotavam os primeiros nove números inteiros pela repetição de traços verticais:
	I	II	III	IIII	IIIII	IIIIII	IIIIIII	IIIIIIII	IIIIIIIII
 1	2	3	 4	 5	 6	 7	 8	 9
	
	Quando chegavam a 10, trocavam as dez marcas por um símbolo semelhante a Ŋ, e continuavam até o 19:
	
			10	 Ŋ		15	 ŊIIIII
			11	 ŊI		16	 ŊIIIIII
			12	 ŊII		17	 ŊIIIIIII
			13	 ŊIII		18	 ŊIIIIIIII
			14	 ŊIIII		19	 ŊIIIIIIIII
	
	O 20 era representado por Ŋ Ŋ.
	30: Ŋ Ŋ Ŋ; 40: Ŋ Ŋ Ŋ Ŋ;… 90: Ŋ Ŋ Ŋ Ŋ Ŋ Ŋ Ŋ Ŋ Ŋ.
	Para registar 100, adoptaram um novo símbolo: פּ
	
	
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Com a sua repetição, continuavam a representar os números e, para registar 1000, substituíam dez marcas de 100 por outro símbolo: Ħ, implicando um uso enorme símbolos para números com muitos dígitos. Havia também símbolos diferentes para os números 10.000, 100.000 e 1.000.000. Ou seja, como não havia o conceito e a representação do numero zero, a cada multiplicação por 10 havia necessidade de um símbolo novo.
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A História dos Computadores
	
	Por volta do ano 1500 a.C., surgia o Ábaco, o primeiro instrumento capaz de calcular com precisão e rapidez.
	Este calculador decimal que se opera manualmente e que consiste, geralmente, numa moldura retangular com cordas ou arames transversais, correspondentes a uma posição digital (unidades, dezenas, centenas,…) nos quais ficam os elementos de contagem (bolas, contas, fichas,…) que podem ser deslizados livremente. De acordo com o número de elementos, há um valor representado.
	
	
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A História dos Computadores
	
	Por volta do século XVII, intelectuais de todo mundo empenharam-se em desenvolver sistemas mais complexos e eficientes de calcular. Um dos métodos mais eficazes descobertos na época foi criado pelo escocês John Napier, que introduziu na comunidade cientifica o cálculo logarítmico em 1614. A própria palavra logaritmo foi escrita pela primeira vês por Napier a partir do grego “logos” (que significa razão) e “aritmos” (que quer dizer números). A junção das duas, em português, seria algo como “razão dos números”. Os cálculos e tabelas criadas por Napier após exaustivas horas de calculo foram usados por William Oughtred por volta de 1620 para desenvolver a régua de cálculo.
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A História dos Computadores
	
	Em 1642, o cientista francês Blaise Pascal construiu a primeira calculadora mecânica capaz de somar ou diminuir números rapidamente. A Pascalina, como foi apelidada, foi criada quando Pascal tinha apenas dezoito anos.
	
	Comercialmente, a Pascalina foi um fracasso pois não foram produzidas mais de cinquenta unidades e o seu preço era excessivamente alto.
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A História dos Computadores
	
	A máquina da Pascal era boa, mas as operações mais complicadas e trabalhosas (multiplicação e divisão) ficavam de fora do seu círculo operacional. Como uma evolução da Pascalina, o alemão Gottfried von Leibnitz, na ânsia de agilizar os intermináveis cálculos astronômicos empenhou-se em aperfeiçoar o modelo de Pascal. Leibnitz fabricou a sua calculadora mecânica capaz de fazer facilmente cálculos envolvendo as quatro operações fundamentais e ainda extrair a raiz quadrada. O modelo era muito semelhante ao de Pascal, mas com componentes extras que agilizavam
os cálculos e se moviam dentro da máquina, optimizando os cálculos repetitivos. 
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A História dos Computadores
	
	A partir de uma máquina de tecer, foi inventado um sistema que representava os padrões de cores num tear manual. O tecelão lia os cartões até que, em 1801, Joseph Marie Jacquard, matemático francês, inventou o tear mecânico com uma leitura automática de cartões. Entravam os cartões, saía o tecido.
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A História dos Computadores
	Essa ideia chegou até Inglaterra e o matemático e inventor inglês Charles Babbage, conhecido como “o pai do computador”, idealizou e projetou a “maquina analítica”, com dispositivos de entrada para ler cartões perfurados que continham instruções a serem executadas (a essência do software) e unidade de memória ou armazenamento, em que se guardavam as informações para uso futuro.
	Processava as quatro operações básicas e tinha uma unidade de saída que fazia as impressões em cartões.
	
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	Por mais estranho que possa parecer, uma das maiores revoluções para o “mundo dos cálculos”, não foi nenhuma máquina milagrosa ou a evolução das já existentes – mas sim uma teoria. A publicação de dois livros, A Análise Matemática da Lógica e Uma Investigação das Leis do Pensamento, em 1847 e 1854 respectivamente, deram a George Boole o titulo de inventor da lógica matemática. Os dois livros foram a base da atual Ciência da Computação e da Cibernética. O que Boole propôs era que qualquer coisa (sejam números, letras ou mesmo objetos) poderiam ser representados por símbolos e regras. Ele também introduziu o conceito dos códigos binários, ou seja, apenas dois tipos de entidade – sim ou não, verdadeiro ou falso, um ou zero, ligado ou desligado, passa corrente ou não passa corrente, em cima ou em baixo, etc.…
	Boole achava que eliminando elementos subjetivos e mantendo reduzidas as opções, o sistema se manteria menos susceptível a falhas.
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A História dos Computadores
	Visando acelerar o imenso trabalho dispensado ao censo nos Estados Unidos, Herman Hollerith, desenvolveu um equipamento que usava os mesmos cartões perfurados idealizados por Jacquard. Incentivado por John Shaw Billings (seu futuro sogro e funcionário do governo americano, que lhe tinha dito que o sistema de tabulação usado no censo poderia ser feito usando cartões perfurados), Hollerith aperfeiçoou o modelo antecessor: o tear programável. A máquina de Hollerith venceu várias outras num concurso realizado no mesmo ano que foi construída e ganhou a concorrência, ficando responsável pelo censo americano.
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A História dos Computadores
	Desta vez, cada cartão perfurado era dividido em zonas correspondentes ao sexo, idade, moradia, data de nascimento, raça, nacionalidade e demais dados interessantes a um censo.
	Depois de perfurados no lugar correspondente a determinada característica da pessoa, o cartão era levado até á máquina propriamente dita. Os cartões eram então pressionados por dezenas de pinos que procuravam passar pelos buracos do cartão, sendo que os pinos que atravessavam eram somente aqueles dos lugares previamente perfurados. Uma vez ultrapassado o cartão, os pinos mergulhavam num recipiente de mercúrio, fechando um circuito e indicando a sua posição. Esse sistema trabalhou de forma tão veloz que os resultados do censo saíram num terço do tempo gasto usando métodos antigos.
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A História dos Computadores
	
	O sucesso de Hollerith foi tanto que ele fundou, em 1896, a Tabulation Machine Company, empresa especializada em operar e fabricar as maquinas. A TMC veio fundir-se com mais duas empresas formando a Computing Tabulation Recording Company. A mesma CTRC, anos depois da morte de Hollerith, mudava de nome, nascendo a mundialmente famosa IBM – Internacional Business Machine.
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A História dos Computadores
	
	Em 1937, o professor de matemática Howard Aiken com o auxilio da IBM e da Marinha Americana, que tinha como objetivo calcular as trajetórias de projéteis durante a Segunda Guerra, desenvolveu o primeiro computador eletromecânico – MARK I. Um gigante que 2,5 metros de altura por 18 metros de comprimento, tinha 750.000 partes e 700 quilômetros de cabos.
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A História dos Computadores
	A partir do momento que surgiram os primeiros computadores, divide-se a história dos computadores em cinco gerações distintas. O pulo para a geração seguinte dá-se com o início de um nova tecnologia que possibilita grandes avanços do poder de cálculo ou descobertas que modificam a base de um computador. 
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A História dos Computadores
A Primeira Geração
Tecnologia de Válvulas Eletrônicas
(1940 – 1955)
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A História dos Computadores
Principais características
válvulas eletrônicas
armazenamento: banda magnética, disco magnético
memória principal: ferrite magnética
introdução da programação
introdução da comunicação
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A História dos Computadores
Inicialmente desenvolvida para a indústria radiofônica possibilitou cálculos milhares de vezes mais rápidos do que com os anteriores
relés eletromecânicos.
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A História dos Computadores
Principais defeitos:
Consomem bastante energia;
Era necessário aquecer primeiro;
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A História dos Computadores
	
	Em 1943, um grupo de matemáticos, da Universidade da Pensilvânia, liderados por J. Presper Eckert e John Mauchly começou a desenvolver uma máquina eletrônica chamada ENIAC: Electronic Numerical Integrator and Calculator. 
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A História dos Computadores
 
	O ENIAC ocupava mais de 170 metros quadrados, era mil vezes mais rápido do que qualquer máquina anterior, resolvendo 5 mil somas e subtracções, 350 multiplicações ou 50 divisões por segundo. Tinha o dobro do tamanho do Mark I: pesava cerca de 30 toneladas, enchendo 40 gabinetes com 100 mil componentes, incluindo cerca de 17 mil válvulas eletrônicas, tendo um consumo de 150 kW. Apesar dos seus inúmeros ventiladores, a temperatura ambiente chegava por vezes aos 67 graus centígrados. Executava 300 multiplicações por segundo, mas, como foi projetado para resolver um conjunto particular de problemas, a sua reprogramação era muito lenta. Tinha cerca de 19.000 válvulas substituídas por ano. Em 1943, antes da entrada em operação do ENIAC a Inglaterra já possuía o Colossus, máquina criada por Turing para decifrar os códigos secretos alemães. Possuía 2.000 válvulas, coincidentemente o mesmo número proposto por Zuse alguns anos antes. 
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	Inspirado na lógica booleana de 1847, Claude Shannon, um estudante do MIT (Instituto de Tecnologia de Massachusetts), estudava meios mais simples que não fossem através de grandes e complicadas engrenagens de calcular. Ele percebeu quão semelhante era o princípio booleano de números binários com um circuito elétrico - e que esse circuito poderia ser usado num computador. Prosseguindo os seus estudos e experiências sobre códigos binários, o estudante publicou na sua tese de mestrado as conclusões que havia chegado. A sua teoria foi tão bem recebida que em poucos meses já estava a ser adaptada aos sistemas telefónicos americanos. Shannon foi o responsável pela expansão do conceito de numeração binário e de ter introduzido nos meios académicos o bit como é conhecido actualmente: binary digit (bit). 
A História dos Computadores
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A História dos Computadores
	
	
	Em 1945 Von Neumann sugeriu que o sistema binário fosse adoptado por todos os computadores, e que as instruções e dados fossem compilados e armazenados internamente no computador, na sequência correta de utilização. Estas sugestões tornaram-se a base filosófica para projetos de computadores. (Atualmente pesquisam-se computadores "não Von Neumann", que funcionam com fuzzy logic)
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	A partir dessas ideias, e da lógica matemática ou álgebra de Boole, introduzida no início do século XIX, é que Mauchly e Eckert
projetaram e construíram o EDVAC - Electronic Discrete Variable Automatic Computer, dotado de cem vezes mais memória interna que o ENIAC - um grande salto para a época, completado em 1952, sendo a primeira máquina comercial eletrônica de processamento de dados do mundo. Eles tinham tentado isso com o BINAC - computador automático binário, de 1949, que era compacto (1,40 x 1,60 x 0,30 m) o suficiente para ser levado a bordo de um avião, mas que nunca funcionou a contento. As instruções já não eram passadas ao computador por meio de fios ou válvulas: elas ficavam num dispositivo eletrônico denominado linha de retardo. Esse dispositivo era um tubo contendo vários cristais que refletiam pulsos eletrônicos para frente e para trás muito lentamente.
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	Baseado na revolucionária teoria de Von Neumann (pensada por ele a partir do funcionamento do EDVAC) O primeiro computador comercial de grande escala foi o UNIVAC - Universal Automatic Computer, americano, de 1951, que era programado ajustando-se cerca de 6.000 chaves e ligado por cabos a um painel. A entrada e saída de informações era realizada por uma fita metálica de 1/2 polegada de largura e 400 m de comprimento. Ao todo, venderam-se 46 unidades do UNIVAC Modelo I, que eram normalmente acompanhados de um dispositivo impressor chamado UNIPRINTER, que, sozinho, consumia 14.000 W. Outro foi o IBM 701, de 1952, que utilizava fita plástica, mais rápida que a metálica do UNIVAC, e o IBM 704, com a capacidade fenomenal de armazenar 8.192 palavras de 36 bits, ambos da IBM. Na Inglaterra surgem o MADAM - Manchester Automatic Digital Machine, o SEC - Simple Electronic Computer, e o APEC - All-Purpose Electronic Computer. 
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A História dos Computadores
	
	Entre 1945 e 1951, o WHIRLWIND, do MIT, foi o primeiro computador a processar informações em tempo real, com entrada de dados a partir de fitas perfuradas e saída em CRT (monitor de vídeo), ou na flexowriter - espécie de máquina de escrever (Whirlwind quer dizer redemoinho). 
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A História dos Computadores
A Segunda Geração
Tecnologia do Transístor
(1956 - 1963)
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A História dos Computadores
	Principais características transístores
Evolução das soluções de equipamento;
Evolução da programação;
Não necessitam de aquecimento;
Consomem pouca energia;
Não queimam;
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A História dos Computadores
	Com apenas 1/200 do tamanho de uma das primeiras válvulas e consumindo menos de 1/100 da energia , o transístor viu o seu uso generalizado nos computadores por volta de 1960. A função básica do transístor num computador é o de um interruptor electrónico para executar operações lógicas.
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A História dos Computadores
	Em 1952 surgiu um novo componente que apresentava inúmeras vantagens em relação às antigas válvulas: ele tinha características como menor aquecimento, maior poder de cálculo e confiabilidade e um consumo de energia bem menor - com o adicional de que não necessitava de tempo para aquecer. A Bell Laboratories inventava o transístor. Os cálculos passaram a ser medidos de segundos para micro segundos. As linguagens utilizadas para esses computadores eram normalmente a FORTRAN, COBOL ou ALGOL.
	 
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	A partir desse momento, devido à maior facilidade e practicidade do transístor, muito modelos de computador surgiram. O primeiro modelo de computado 100% transistorizado foi o TRADIC, da Bell Laboratories. Outro modelo dessa época era o IBM 1401, com uma capacidade memória base de 4.096 bytes operando em ciclos de memória de 12 micro segundos. A instalação de um IBM 1401 ocupava uma sala e o tamanho dos computadores ainda era bastante grande. Existiam também outros modelos, como o sofisticado IBM 7094. O IBM TX-0, de 1958, tinha um monitor de vídeo de alta qualidade, além de ser rápido e relativamente pequeno. Um outro modelo de computador que virou mania no MIT era o PDP-1: alunos utilizavam o computador para jogar Rato-no-Labirinto e Spacewar utilizando o auxílio de uma caneta óptica e um joystick. No entanto, os elevados custos destas máquinas restringiam sua utilização a aplicações estratégicas do governo, grandes empresas e universidades. 
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A História dos Computadores
A Terceira Geração
Tecnologia do Circuito Integrado
(1964 - 1970)
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A História dos Computadores
Principais características
Dos circuitos integrados
criação de minicomputadores
utilização em tempo partilhado
introdução do conceito de compatibilidade
programação em assembly
desenvolvimento de software
evolução dos diversos componentes
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A História dos Computadores
	A terceira geração inicia-se com a introdução dos circuitos integrados (transístores, “resistores”, diodos e outras variações de componentes eletrônicos miniaturados e montados sobre um único chip) nos computadores. Após o surgimento desses circuitos, no final da década de 50, eles foram aprimorando-se até chegar ao estágio de adaptação aos computadores. Os custos de produção de um computador começavam a cair, atingindo uma faixa de mercado que abrangia empresas de médio porte, centros de pesquisa e universidades menores. Uma nova linguagem foi desenvolvida pelo Grupo de Cambridge: a CPL. 
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A História dos Computadores
	O Burroughs B-2500 foi um dos primeiros modelos dessa geração. O PDP-5, produzido pela DEC, foi o primeiro minicomputador comercial e o INTEL 4004 o primeiro microprocessador (circuito integrado que contém todos os elementos de um computador num único local). Eram alguns dos seus componentes, a unidade calculadora e a memória. Além disso, diversos modelos e estilos foram sendo lançados nessa época: IBM-PC, Lotus 1-2-3, Sinclair ZX81/ZX Spectrum, Osborne1 e os famosos IBM PC/XT. O PC/XP usava o sistema operacional PC/MS-DOS, uma versão do MS-DOS desenvolvida para a IBM pela Microsoft.  
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A História dos Computadores
A Quarta Geração
O Microprocessador e o Computador Pessoal
(1980 - 1990)
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A História dos Computadores
Principais características
introdução dos microprocessadores
desenvolvimento dos computadores pessoais
evolução dos dispositivos diversos componentes
(hardware e software)
Evolução vertiginosa desde a sua introdução
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A História dos Computadores
	Ainda mais avançados que os circuitos integrados, eram os circuitos de larga escala (LSI - mil transístores por "chip") e larguíssima escala (VLSI - cem mil transístores por "chip"). O uso desses circuitos na construção de processadores representou outro salto na história dos computadores. As linguagens mais utilizadas eram a PROLOG , FP, UNIX e o início da utilização da linguagem C. Logo em 1981 nasce o 286 utilizando slots ISA de 16 bits e memórias de 30 pinos. 
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	Quatro anos mais tarde era a vez do 386, ainda a usar memórias de 30 pinos mas com maior velocidade de processamento. Ao contrário do 286, era possível rodar o Windows 3.11 no 386. Introduziu-se no mercado as placas VGA e suporte a 256 cores. Em 1989, eram lançados os primeiros 486 DX: eles vinham com memórias de 72 pinos (muito mais rápidas que as antigas de 30 pinos) e possuíam slots PCI de 32 bits - o que representava o dobro da velocidade dos slots ISA. Os três últimos computadores citados popularizaram tanto o uso dessas máquinas que foi cunhado o conceito de "PC", ou "Personal Computer" (Computador Pessoal em português).  
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A História dos Computadores
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A História dos Computadores
A Quinta Geração
A Actualidade
(1990- hoje)
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A História dos Computadores
	
	Principais características
	Inteligência artificial;
	Reconhecimento de voz;
	Sistemas inteligentes;
	Redes neurais;
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A História dos Computadores
	1993 - Surge o Pentium As grandes mudanças neste período ficariam por conta das memórias DIMM de 108 pinos, do
aparecimento das placas de vídeo AGP e de um aprimoramento da slot PCI melhorando ainda mais seu desempenho.
	1997 - O Pentium II.
	1999- O Pentium III.
	2001- o Pentium 4 Não houveram grandes novidades após 1997, sendo que as mudanças ficaram por conta dos cada vez mais velozes processadores.
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A História dos Computadores
O FUTURO
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A História dos Computadores
	Quem sabe uma nova geração de computadores não está por vir? 
	Alguns falam em processadores quânticos quando os limites da miniaturização do silício forem atingidos, enquanto outros falam em moléculas de água armazenando informações - mas o fato é que coisas novas vão surgir e novas gerações deixarão a atual tão longe e ultrapassada como está a segunda para nós. Mesmo rompendo recentemente a barreira dos terabytes, a evolução dos computadores ainda está longe de terminar.
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A Indústria Mundial de Semicondutores
Digital Cellular Market
(Phones Shipped)
(dados da Texas Instruments)
E no Brasil?
Em janeiro/2005 atingiu a marca dos 60 Milhões de celulares vendidos!