Como surgiram os computadores
Quando falamos de computação, muitas vezes é importante deixarmos de lado todas as diferentes aplicações e aplicativos que fundamentalmente só funcionam com recursos computacionais para focar apenas no que é a computação. O termo computação tem origem do latim computatio, que significa calcular. A implicação disso é que um computador, por mais complexo que tenha se tornado, fundamentalmente é uma máquina de cálculo.
Se observamos a história da computação, essa característica fica ainda mais clara. Os primeiros computadores existentes eram apenas máquinas para calculos simples. O vídeo abaixo mostra a operação de uma réplica de la Pascaline, uma calculadora mecânica inventada por Blaise Pascal no século 17. Essa calculadora era limitada apenas a operações de subtração e adição.
Pensando em dispositivos mecânicos (principalmente engrenagens), como você fabricaria um somador mecânico similar à calculadora de Pascal?
Resposta
Não espere respostas para os exercícios desse material =)
Mas, vai lá, não vou te deixar 100% na mão. Dê uma olhada nesse outro vídeo, mostrando como a calculadora de Pascal funciona por dentro:
Por mais engenhosa que tenha sido a calculadora de Pascal, ela não satisfez a ambição do inventor, que era conseguir realizar operações de soma, subtração, multiplicação e divisão. O motivo disso é que já nessa época ficou claro que, para ser possível realizar qualquer operação mais complexa do que adições e multiplicações simples, o mecanismo deveria ser capaz de armazenar os números envolvidos na operação. Ficou claro, desde o século 17, que um computador precisa de memória.
O problema é que construir apenas com dispositivos mecânicos algo como uma
memória de computador é uma tarefa hercúlea. Uma coisa que a história nos
ensina é que, dado um período de tempo suficientemente grande, sempre vai
aparecer um louco Hércules. Dito e feito. No século 19, um inventor chamado
Charles Babbage teorizou e projetou uma máquina extremamente complexa (e
grande; do tamanho de um vagão de trem) capaz de reproduzir esse comportamento
de memória. Essa máquina se chamava The Analytical Engine e ela era capaz não
só de fazer todas as operações básicas matemáticas, como contava com um
mecanismo robusto para armazenar valores numéricos. Os mais perspicazes devem
ter notado que eu não falei que Babbage construiu uma máquina, mas sim
projetou. Ele nunca conseguiu de fato construir a máquina, pois tratava-se de
um projeto extremamente complexo. Hoje existe uma máquina criada a partir dos
esquemáticos desenhados por Babbage, mas ela foi construída quase 100 anos
depois e está em exibição no museu da ciência de Londres. O vídeo abaixo
sintetiza a história por trás da máquina de Babbage.
Apesar de ser uma invenção genuinamente impressionante, a máquina de Babbage nunca poderia ter sido o futuro da computação. A limitação de dificuldade de construções e pouca escalabilidade mataria a computação ainda em sua infância. E assim foi. A máquina de Babbage foi apenas um marco na história do que até então eram máquinas supérfluas para fazer cálculos que humanos eram mais bem equipados para fazer.
Tudo isso mudaria no século 20, no período da segunda guerra. Curiosamente, algumas semanas após o final oficial da guerra, o que significa que este é um computador lendário e vinculado à segunda guerra mundial, mas que nunca foi utilizado de fato no decorrer da guerra. Estou falando do Electronic Numerical Integrator and Computer, ou, para os íntimos, ENIAC.
O ENIAC mudou o panorama de máquinas de cálculo que hoje são lembradas com carinho por demonstrar o percurso que nos fez chegar no computador moderno, pois o ENIAC foi um divisor de águas já na época em que foi construído. Sua capacidade de computação já era muito superior à de um ser humano, por mais que ele tenha feito anos de KUMON. O segredo por trás do ENIAC? Tubos de vácuo.
O tubo de vácuo é o bisavô do transistor e já trazia consigo a importância do componente mais importante da história da computação. Trata-se de um componente que é capaz de:
- Amplificar sinais elétricos, agindo como uma "engrenagem eletrônica" (by Senku); e
- Agir como uma chave controlada, permitindo a passagem de corrente elétrica a partir de um sinal que age como um "portão".
Parece familiar? É porque é! O tubo de vácuo é o bisavô do transistor, eu já te falei!
O que isso significa? O tubo de vácuo é capaz de reproduzir o comportamento de portas lógicas. Não entende exatamente como isso seria possível? Vamos pensar um pouquinho então?
Vamos simplificar o funcionamento de um tubo de vácuo/transistor? Esqueça as propriedades eletromagnéticas/atômicas que fazem com que o funcionamento desse tipo de copmonente seja possível e finja que trata-se apenas de uma chave mecânica.
Use o símbolo da figura acima para representar de forma esquemática essa chave e crie um circuito simples utilizando-as que represente o comportamento das seguintes funções lógicas:
- AND (E); e
- OR (OU)
Para isso, são componentes obrigatórios que devem aparecer no seu esquemático:
- Vcc, ou o ponto positivo da tensão de alimentação;
- Gnd, ou o ponto onde a tensão é zero; e
- As chaves em si.
Como um desafio adicional, pense em como seria possível representar uma porta NOT. Lembre-se que você pode ter mais de um ponto de Vcc ou GND. Para este exercício, pode ser útil representar também um nível de tensão relativo à entrada do circuito.
Com o poder dos tubos de vácuo, o ENIAC conseguiu fazer muito mais do que qualquer calculadora mecânica da história e se tornou uma das máquinas computacionais mais famosas da história. O vídeo abaixo apresenta um breve histórico do ENIAC.
Após o ENIAC, a história da computação rapidamente evoluiu no sentido da utilização de computadores com terminais, compiladores, linguagens de uso geral e, eventualmente, sistemas operacionais. Claro, isso significa que a computação evoluiu para muito além de meras calculadoras. De fato, o aumento da complexidade dos sistemas computacionais fez com que fosse necessário começar a falar sobre paradigmas de computação.