Evolução histórica dos Computadores

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A Evolução Histórica dos Computadores
UNESA – Universidade Estácio de Sá – Campus Praça XI 
Arquitetura e Organização de Computadores - Professor Jadson
Nome: Rogerio Ackson Santos – Matrícula: 201201175577
Computador – Que computa. O que computa. Aparelho eletrônico capaz de ordenar, pesquisar, calcular e editar informações, obedecendo a um conjunto ordenado de operações; Aquele que faz cômputos, calculista, aparelho eletrônico capaz de efetuar operações sem intervenção de um operador humano durante seu funcionamento.
Dispositivos mecânicos (500 A.C – 1880)
A necessidade da raça humana em efetuar cálculos matemáticos é registrada a partir do século V A.C, tal necessidade foi suprida através de um dispositivo inventado pelos babilônicos, o ábaco.
O ábaco foi muito utilizado pelos babilônicos e também por romanos para execução de cálculos aritméticos simples e registro de dados numéricos sobre a colheita.
A primeira atualização deste hardware aconteceu somente no século XVII D.C, em 1642 quando o fisco, filósofo e matemático francês Blaise Pascal construiu um contador mecânico que realizava operações aritméticas de soma de soma e subtração. 
Sem nome definido, a máquina consistia em seis engrenagens dentadas, com um ponteiro indicando o valor decimal escolhido ou calculado. Cada engrenagem continha 10 dentes que, após efetuarem um giro completo, acarretavam o avanço de um dente de uma segunda engrenagem. Cada conjunto de ponteiros era usado como um registrador para armazenar temporariamente o valor de um número. Um registrador atuava como acumulador, para guardar resultados e uma parcela. O outro registrador era utilizado para se introduzir um valor a ser somado ou subtraído do valor armazenado no acumulador. Quando se acionava a manivela e a máquina era colocada em movimento, os dois valores eram adicionados e o resultado aparecia no acumulador. O calculador de Pascal apresentou duas significativas inovações para a sua época:
Permitia o uso do “vai 1”, passado automaticamente para a parcela seguinte;
Utilizava o conceito de complemento para realizar operações aritméticas de subtração através da soma de complemento (este conceito é até hoje essencialmente a base de funcionamento dos circuitos de operação aritmética em ponto fixo dos computadores).
A máquina era rudimentar e inteiramente mecânica funcionando somente pelo acionamento manual de manivelas.
Por sua contribuição pioneira em matemática e sua invenção a Linguagem de Programação PASCAL assim foi chamada em homenagem a este cientista.
Algum tempo depois, Gottfried Leibniz, filósofo e matemático alemão, construiu uma calculadora mais completa que a inventada por Pascal, pois realizava as quatro operações aritméticas. A calculadora de Leibniz era uma cópia da calculadora de Pascal acrescida de dois conjuntos de rodas, tal implemento permitiu a realização de multiplicações e divisões, através do conceito de somas e subtrações sucessivas. 
A partir do ano de 1800 iniciou a utilização prática de dispositivos mecânicos para computar dados automaticamente, inicialmente no ramo da tecelagem em 1801, por Joseph Jacquard.
Jacquard produziu com sucesso seu próprio retrato em uma peça de tapeçaria através de uma máquina mecânica, porém controlada automaticamente por instruções registradas em orifícios de cartões.
Em 1823 já na área da computação propriamente dita, o cientista, Engenheiro Mecânico, matemático e inventor Charles Babbage foi contratado pela empresa Royal Astronomical Society of Great Britain para produzir uma máquina calculadora programável a Marinha Britânica.
Babbage se propunha, por contrato, projetar uma máquina para realizar sucessivas e repetidas operações de adição e multiplicação, além de imprimir os resultados, de forma constante e confiável. Tal demanda surgiu, pois foi constatado que devido à natureza repetitiva dos processos realizados por humanos sempre ocorriam erros, tanto de cálculo quando de escrita nas tabelas de navegação.
A máquina criada por Babbage foi chamada de Máquina das Diferenças, homônimo ao processo matemático de cálculo utilizado por ela – Diferenças Finitas.
A Máquina de diferenças era um dispositivo mecânico que só realizava adições e subtrações e cujos cálculos matemáticos se baseavam no processo de diferenças finitas, pela qual é possível calcular fórmulas (até com polinômios e funções trigonométricas) utilizando apenas a operação de adição. Ela era constituída um conjunto de registradores mecânicos, cada um contendo rodas com dígitos, que serviam para armazenar um valor decimal. A exemplo da calculadora de Pascal, dois registradores adjacentes eram conectados por um mecanismo de efetuar somas. A máquina era acionada por um motor movido a vapor, que realizava uma série de etapas e finalmente apresentava um resultado. Além disso, ela continha um dispositivo de gravação em uma chapa de cobre, uma espécie de agulha que marcava os valores na chapa, a qual servia de matriz para posterior impressão em papel. Este processo de gravação pode ser considerado pioneiro em termos de dispositivos de armazenamento secundário.
Babbage também projetou máquinas capazes de realizar cálculos com valores de até 15 dígitos e algarismos com polinômios de até o 3º grau e conseguiu financiamento do Governo Inglês para uma máquina ainda mais precisa capaz de calcular polinômios até o 6º grau e números de até 20 dígitos, projeto que funcionou, mas foi posteriormente abandonado após muito dinheiro gasto.
É de Babbage o projeto que se chamou a Máquina Analítica, de uso geral, é considerada precursora dos primeiros computadores eletrônicos a máquina era capaz de armazenar 1000 números de 20 algarismos além de possuir um programa que modificava seu funcionamento a fim de realizar diferentes tipos de cálculos. A máquina também introduziu o conceito que foi utilizado nas primeiras gerações dos computadores eletrônicos, o método de introduzir instruções através de cartões perfurados.
Embora inteiramente mecânica o conceito da máquina de Babbage possuía em sua e essência os mesmos componentes dos computadores atuais:
 Memória: constituída de rodas dentadas de contagem;
Processador: com uma unidade capaz de realizar as quatro operações aritméticas (operando com pares de registradores) e “unidade de controle”, constituída de cartões perfurados convenientemente para realizar esta ou aquela operação;
Saída: para uma impressora ou para um dispositivo perfurador de cartões.
O projeto final de Babbage pretendia que a máquina realizasse operações com 50 algarismos, que não se tornou realidade por estar muito a frente do seu tempo, uma vez que a tecnologia da época não tinha a capacidade para fabricar os dispositivos necessários.
Outro detalhe interessante neste projeto era que segundo a estimava Babbage, sua máquina deveria realizar uma operação de adição em um segundo e uma multiplicação em um minuto através de um programa criado por Ada Lovelace que pode ser considerada a primeira mulher programadora de computador da história, homenageada pelo Departamento de Defesa dos EUA ao batizar sua avançada linguagem de programação com o nome de ADA.
Dispositivos Eletromecânicos (1880 – 1930)
No final do século XIX máquinas de somar acionadas por motores elétricos, baseadas na máquina de Pascal eram objetos comuns em qualquer escritório até o advento das modernas calculadoras de bolso em 1970.
Em 1889 o empresário Herman Hollerith, utilizando o princípio do cartão perfurado de Jacquard desenvolveu uma máquina tabuladora, ainda mecânica acionada por motor elétrico, que classificava e ordenava as informações armazenadas em cartões perfurados. Em 1890 o Bureau of Census dos EUA contratou Hollerith para utilizar esta máquina no senso daquele ano. O senso de 1880 demorou longos 10 anos para ser processado de maneira manual, ao passo que com a utilização da máquina de Hollerith, apesar do aumento da população de 50 para 63 milhões o senso foi apurado em apenas dois anos e meio.
O sucesso de seu inventolevou a criação da Tabulating Machine Company em 1896, empresa por onde Hollerith vendia sua máquina de tabulação de cartões perfurados. Dezoito anos depois, em 1914 persuadido por um banqueiro Hollerith se juntou a outras duas empresas formando a Computer Tabulating Recording Corporation mudando de nome em 1924 para International Bussiness Machines - IBM.
Os cartões perfurados, também chamados de cartões Hollerith foram utilizados até a década de 1980 não só pela IBM, mas também por outros fabricantes. 
O alemão Konrad Zuse, estudante de engenharia em 1935 inventou a primeira máquina de calcular eletrônica. Baseada em relés mecânicos atuando como chaves, podiam abrir ou fechar automaticamente o que levou a utilização de números binários, diferente dos decimais utilizados nas engrenagens da máquina de Babbage. No ano seguinte deixou de ser estudante para se dedicar ao projeto e criou a Z1.
No Z1 identificamos também o mesmo conceito de entrada, processamento e saída, o projeto passou por diversos aperfeiçoamentos e foi concluído em 1941 com o Z3.
O Z3 utilizava relés eletromecânicos e era controlado por um programa, considerado talvez o primeiro computador operacional do mundo. Outro modelo atualizado, o Z4 chegou a ser utilizado na Segunda Guerra pelos militares alemães no projeto de mísseis e aviões.
Diferente do governo inglês que investiu muito dinheiro no projeto de Babbage o governo alemão preferiu investir em armas, considera-se que Zuse tinha condições de desenvolver máquinas mais versáteis e modernas se recebesse maior investimento do governo.
Os bombardeios alemães destruíram a maioria dos computados de Zuse e por isso seu trabalho foi praticamente perdido, restando apenas o registro histórico dessas invenções.
Howard Aiken era um inventor, fico e matemático contemporâneo a Zuse, porém estava nos Estados Unidos, ele desenvolveu um computador, o Mark I utilizando os princípios da máquina de Babbage também com relés eletromecânicos. O projeto foi financiado pela IBM e completado em 1944, o Mark I podia realizar uma soma em 6 segundos e uma divisão em 12 (Babbagem considerava que a sua Maquina Analítica faria uma soma em 1 segundo). O Mark I já nascera obsoleto e nem operou comercialmente, pois a eletrônica já começava a substituir os eletromecânicos, o seu sucessor, o Mark II nem foi concluído.
Dispositivos Eletrônicos - Primeiras Invenções (1930 – 1945)
Embora tenham sido reconhecidamente um grande avanço para época a baixa velocidade de processamento e falta de confiabilidade dos resultados eram os principais problemas nos computadores mecânicos e eletromecânicos, problemas estes gerados pelo desgaste causado por movimentos repetitivos realizados por suas engrenagens. Esses dois problemas só poderiam ser solucionados com a utilização de elementos de armazenamento e chaveamento que além de rápidos não utilizassem partes mecânicas. Cientistas dedicados a este trabalho passaram a explorar o uso se um componente eletrônico inventado em 1906, a válvula.
Jonh Atanasoff e Alan Turing eram dois cientistas que se dedicavam no desenvolvimento deste tipo de máquina. Por volta de 1939, Atanoff, projetou uma máquina calculadora capaz de resolver equações lineares, embora a invenção tenha ficado registrada apenas historicamente ela foi de extrema importância, pois chamou à atenção de outro cientista, Jonh Mauchly, construtor do computador ENIAC, reconhecido como o computador que deu início a computação eletrônica.
Assim como Atanasoff, o matemático inglês Alan Turing desenvolveu uma calculadora com componentes eletrônicos. 
Em 1937 Turing desenvolveu a teoria da computação, que consistia no seguinte:
Uma máquina poderia simular o comportamento de qualquer máquina usada para computação se fosse adequadamente instruída para tal, isto é, se recebesse instruções através de uma fita de papel perfurado. 
Após a divulgação de documentos militares do governo britânico tomou-se conhecimento que em 1943 o primeiro computador verdadeiramente eletrônico havia entrado em operação e este havia sido desenvolvido por Turing, a máquina recebeu o nome de Colossus em razão de seu tamanho. O computador tinha um programa único e não podia ser usado para uso geral, pois sua única função era quebrar códigos militares.
Primeira Geração – Computadores a Válvula
O ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer) era uma máquina gigantesca, de difícil operação, manutenção constante e dispendiosa. Seu “hardware” continha mais de 17.000 válvulas que queimavam constantemente por causa do calor, 800 quilômetros em cabos e pesava mais de 30 toneladas.
O projetado realizado Jonh Mauchly e P. Eckert deu inicio em 1943, ficou pronto em 1946 funcionando deste então até 1955. O projeto foi financiado pelo exército americano e sua finalidade era auxiliar ao Ballistics Research Laboratoty, departamento do exército responsável pela elaboração de tabelas de alcance e trajetória para novas armas balísticas, na época o departamento empregava mais de 200 pessoas para efetuar o cálculo das tabelas, as pessoas utilizavam máquinas de calcular de mesa e mesmo para as tabelas mais simples poderiam levar dias para serem calculadas atrasando assim a entrega dos artefatos.
O ENIAC era uma máquina decimal, possuía 20 registradores que armazenavam um valor numérico de 10 dígitos representado cada um por um anel de 10 válvulas, sendo extremamente rápido para época capaz de realizar 10.000 operações por segundo. A programação do ENIAC era realizada através da redistribuição de cabos em tomadas diferentes e rearranjo de chaves (cerca de 6000), tarefa que poderia levar muitos dias.
O ENIAC ficou pronto somente após a guerra, portanto não pode ser utilizado para o propósito inicial pelo qual recebeu o financiamento, mas provou com sucesso que era uma máquina de emprego geral e para realizar cálculos complexos em relação ao uso da bomba H.
Mauchly e Eckert iniciaram a construção de um novo computador, o EDVAC, porém o projeto foi abortado, devido à saída de ambos da Universidade de Pensilvânia para construírem a própria empresa, a UNIVAC que veio a se tornar a Unysis Corporation alguns anos mais tarde.
Um dos colaboradores do projeto ENIAC, o matemático John Von Neumann também iniciou um projeto de aperfeiçoamento do computador inicial, deu-se o nome de IAS em referência ao Institute for Advanced Studies da Universidade de Princeton, local onde Von Neumann foi trabalhar.
A Von Neumann se credita a definição de uma arquitetura de computadores com programa armazenado, utilizada até os dias de hoje.
Em 1945 Von Neumann publicou um relatório onde foram introduzidos os aperfeiçoamentos desejados para reduzir os inconvenientes do ENIAC, tais como: a dificuldade de programar a recolocação da fiação (isto poderia ser realizado com o mesmo tipo de elementos que representavam os dados no ENIAC, eletronicamente) e o tipo de aritmética (substituindo a aritmética decimal pela binária devido à dificuldade e ao custo de construir uma máquina capaz de representar confiavelmente 10 níveis de tensão em vez de apenas 2).
A construção do IAS iniciou em 1946 pelas mãos de Von Neumann em conjunto com outros cientistas de Princeton.
O IAS é fundamental no estudo da arquitetura de computadores, pois a grande maioria de suas especificações vigora até o cenário atual:
Era constituído de quatros unidades principais – memória, UCP e UC e a parte de entrada e saída;
Possuía memória com 1000 posições, chamadas palavras, cada uma podendo armazenar um valor com 40 dígitos binários (bits).
Tanto os dados (valores numéricos) quanto às instruções eram representados da mesma forma binária e armazenados na mesma memória;
Possuía 21 instruções de 20 bits cada uma, constituídas de 2 campos, com 8 bits, denominado código de operação (C.Op.), e outro com 12 bits, denominado endereço, para localizar cada uma das 1000 palavras, endereços de 000 a 999 (embora pudesse endereçar 4096 (4K) posições de memória, pois 2^12 = 4096, o IAS somente possuía 1000 endereços);
Operava de modo repetitivo,executando um ciclo de instrução em seguida ao outro. Cada ciclo consistia em dois subciclos: o ciclo de busca (fetch cycle), onde o C.Op. da próxima instrução era traduzido da memória para o IR e a parte de endereço da instrução era armazenada no MAR (Memory Adress Register). Tão logo o C.Op. estivesse armazenado no IR, então iniciava o outro subciclo, o ciclo de execução. O circuito de controle interpretava o código de operação e gerava os sinais apropriados para acarretar o movimento de dados ou a realização de uma operação na UAL – Unidade Aritmética e Lógica.
Em 1949 a UNIVAC de Mauchly e Eckert construindo o UNIVAC I, um computador para fins comerciais que também foi adquirido pelo Bureau of Census dos EUA para processar os dados do censo de 1950.
A empresa fabricou diversos tipos de computadores, o UNIVAC II e a série 1100 mais voltada para a computação científica e foi líder no mercado de computadores até 1950 quando a IBM já se destacava com sucesso no mercado até então dominado pela UNIAC.
A IBM, em 1953 estava mais voltada na construção e comercialização de equipamentos de processamento que utilizavam cartões perfurados, na época lançou o IBM-701 voltado para o processamento científico. Em 1955 a IBM modificou o hardware a fim de adaptar o IBM-701 para o uso comercial, a evolução de hardware por parte da IBM continuou em 1956 até 1959 onde foram lançados o IBM-704 e IBM-709 respectivamente.
Segunda Geração – Computadores Transtorizados
John Bardeen, Walter Bratain e Willian Schockley, estes três cientistas do Bell Laboratories em suas pesquisas descobriram as propriedades condutoras de um diodo semicondutor poderiam ser controladas por um terceiro elemento, a esta descoberta deu-se o nome de efeito transistor. 
O transistor se tornou um sucesso na indústria eletrônica em geral e se tornaram a base de todos os computadores digitais até os dias de hoje, os principais motivos para este sucesso é o custo, tamanho e desempenho comparado aos dispositivos à válvula, outra vantagem é: o transistor realiza as mesmas funções básicas da válvula, porém com o consumo de energia e dissipavam muito menos calor muito mais baixo.
As empresas NCR e RCA respectivamente foram as pioneiras ao lançar comercialmente um computador transtorizado. A IBM também participou ativamente neste processo, ela transformou a série 700 em 7000 (transtorizado) consolidando o seguimento de computação científica, mas também obtendo grande sucesso no seguimento comercial com o IBM 1401.
Esta geração de computadores gerou outros fatos históricos importantes, tais como:
O aparecimento de unidades aritméticas e lógicas mais complexas, assim como unidades de controle;
O aparecimento de linguagens de programação de nível superior ao das linguagens Assembly da época;
A fundação da empresa DEC – Digital Equipament Corporation, que viria a ser mais tarde o segundo maior fabricante do mundo, perdendo apenas para IBM;
O surgimento de outra companhia importante, a Control Data Corporation, que lançou, em 1964, o sistema CDC-6000, voltado primariamente para o processamento científico.
Terceira Geração – Computadores com Circuito Integrados
Em 1958, Jack Kilby, da Texas Instrument Co., colocou dos circuitos em uma peça de germânio, era um dispositivo ainda rudimentar pois as interconexões tinham que ser realizadas por fios externos, de qualquer forma, ainda assim este é conhecido como o primeiro Circuito Integrado (IC – Integrated Circuits) fabricado no mundo. Logo em seguida Robert Noyce, da Fairchild Semicondutor Inc., utilizando as técnicas recém criadas para integrar múltiplos componentes em um substrato de silício.
O ponto importante no conceito de circuitos integrados é que se podem formar múltiplos transistores em um único elemento de silício, de modo que, um circuito lógico que antes ocupava uma placa de circuito impresso completa pode ser, com esta tecnologia, acomodado em uma só pastilha (chip) de silício. E mais ainda, como se podem conectar vários transistores diretamente na pastilha, eles podem ser incrivelmente menores em tamanho, necessitando, assim, menos energia e dissipando menos calor.
O desenvolvimento da tecnologia dos circuitos integrados também solucionou problemas de acomodação dos componentes eletrônicos dentro das máquinas que devido o aumento de capacidade, estes componentes ia crescendo proporcionalmente.
Em 1964, mais uma vez a IBM utilizando as recentes inovações tecnológicas lançou uma nova série de computadores que se tornou muito famosa, a “família” de computadores 360 com 5 modelos (30, 40, 50, 65 e 75) cada um com características próprias. Este sistema incorporou diversas inovações consolidando ainda mais a posição da IBM com a primeira fabricante de computadores do mundo.
Entre essas inovações podemos citar:
O conceito de família de computadores, em vez de máquina individual, como até então. Este conceito permite ao fabricante ofereça o mesmo tipo de máquina com diferentes capacidades e preços, o que garante uma maior quantidade de clientes;
A utilização de unidade de controle com microprogramação em vez das tradicionais unidades de controle de hardware;
O emprego de uma técnica chamada multiprogramação, pela qual vários programas compartilham a mesma memória principal e dividem o uso da CPU, dando a impressão ao usuário que estão sendo executados simultaneamente;
A elevada capacidade de processamento (para época), com palavra de 32 bits e ciclo de instrução de até 250 nano segundos, bem como a grande capacidade de armazenamento na memória principal, 16 Mbytes.
Memória principal orientada a byte, isto é, cada célula MP armazena oito bits de informação, independente do tamanho de bits definido para a palavra dados. Esta característica tornou-se comum para quase todo o mercado (exceto máquinas cientificas) e até hoje os computadores continuam com a MP orientada a byte.
O lançamento de um programa (conjunto de programas é o melhor termo) gerenciador dos recursos de hardware, de modo mais integrado e eficaz, o sistema operacional OS/360.
Foi destaque também o lançamento de um minicomputador com circuitos integrados, o PDP-11 e o seu sucessor VAX-11, ambos fabricados pela DEC, as máquinas foram muito utilizadas no ambiente universitário.
Quarta Geração – Computadores que utilizam VLSI
O termo VSLI, traduzindo, integração em larga escala caracteriza uma classe de dispositivo eletrônico capaz de armazenar em um único chip milhares e até milhões de diminutos componentes. O chip constitui a base de todos os principais sistemas de computação modernos.
Em 1971, a técnica do VLSI possibilitou o desenvolvimento de outro tipo de computadores até então não existente no mercado, os microcomputadores ou computadores pessoais.
A evolução dos microcomputares ocorreu de forma tão rápida e eficiente que computadores de maior porte foram sendo progressivamente substituídos nas empresas. Atualmente a maioria dos sistemas de computação utilizados no mundo e nos mais diferentes seguimentos de mercado utilizam computadores pessoais, restando um nicho muito específico para os computadores de grande porte.
Computadores Pessoais
Os computadores pessoais surgiram em 1974, com o lançamento do Altair que é considerado o primeiro computador pessoal distribuído para fins comerciais, construído pela empresa MITS utilizava um processador Intel 8080 e o sistema Basic, desenvolvido por Bill Gattes e Paul Allen fundadores da Microsoft.
Daí pra frente é só história:
1975 – Steve Wozniak e Steve Jobs formam a Apple Computer
1976 – A Apple lança o Apple II
1977 – IBM anuncia o seu primeiro microcomputador, o IBM PC
1979 – Apple apresenta o seu primeiro computador tipo Macintosh
1892 – Processador Intel 286 com 139000 transistores
1984 – A Microsoft lança o sistema operacional Windonws para IBM PCs.
1990 – Surgimento da Internet para o grande público
1991 – A IBM lança um microcomputador portátil, o ThinkPad 700C
1992 – Linus Torvalds desenvolve o Linux
1993 – Microsoft lança o Internet Explorer
1998 – Nasce o Google
1999 – IntelPentium III
2001 – Steve Jobs e Apple lançam o iPod
2007 – Apple lança o primeiro iPhone
Bibliografia:
Monteiro, Mário A. – Introdução à Organização de Computadores – 4ª Edição - LTC
http://oguiadainformatica.blogspot.com.br/2010/06/defimicao-de-computador.html
http://www.ufpa.br/dicas/net1/int-h200.htm
http://revolucaohardware.blogspot.com.br/2012/10/grafico-evolucao-dos-computadores.html
http://pt.wikipedia.org