01 — introdução

Conceitos Iniciais

Segundo o dicionário Aurélio, "computador eletrônico" é a máquina capaz de receber instruções e executá-las sobre dados fornecidos, e "computação", o estudo da tecnologia de projeto e uso de computadores. Instrução é um comando, e dado é um elemento conhecido que serve de base à resolução dum problema.

Para evitar rodeios, sempre que me referir à palavra "computador", estarei, na verdade, aludindo ao "computador eletrônico". Isso porque a palavra "computador" advém de "cômputo", que significa cálculo, logo "computador" é aquele, ou aquilo, que realiza cálculos. Dessa maneira, alguns analistas e estudiosos consideram o ábaco chinês, um instrumento de madeira cheio de contas que realiza cálculos, o primeiro computador do mundo, e realmente o é se também considerarmos "computador" máquinas apenas mecânicas. Nesta publicação on-line preferi considerar computador apenas as máquinas eletrônicas e me referir a tal apenas por "computador".

Como a definição mostra, a função do computador é basicamente processar dados. Mas será que é só isso? De certo modo sim, mas essa é apenas a finalidade. Para processar os dados é preciso movê-los até a unidade central, armazenar os resultados intermediários e finais e fazer o controle desse transporte. Portanto podemos resumir as funções do computador em quatro ações básicas e elementares, são elas: processar, armazenar, mover dados, e controlar essas atividades.

O transporte dos dados é feito através do fluxo da corrente elétrica. Esse fluxo ocorre ao longo de condutores, ligados aos pontos de origem e destino. Concomitante, o controle é executado através dos pulsos dessa corrente elétrica (sinais) que atravessa os condutores carregando dados. Entende-se por condutores os fios, as vias dos circuitos impressos e os cabos, ou seja, tudo aquilo passível de transportar corrente.

As células de memórias exercem a função de armazenamento; armazenar dados consiste em manter um dado num determinado local enquanto for necessário. Assim, quando o sistema necessitar dos dados ele irá buscá-los na memória. A célula de memória é capaz de assumir um dentre dois possíveis estados, e a esse tipo dispositivo chamamos "bi-estável". Dado um determinado estado, esse permanecerá até que alguma ação externa venha alterá-lo. Os estados são expressos em "bits", um elemento mínimo de informação capaz de exprimir os valores numéricos "zero" ou "um", ou ainda, exprimir o valor lógico "verdadeiro" ou "falso". É verdade que alguns circuitos de memória utilizados em computadores usam minúsculos capacitores, e esses, estando carregados ou descarregados, expressam valores binários.

Imagens de Referência

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02 — fundamentos

Noções Básicas

O computador pessoal (PC — Personal Computer) é um sistema dotado de dispositivos digitais, cujo funcionamento está fundamentado em certos conceitos, como números binários e base hexadecimal.

Hardware e Software

Hardware é a parte física do computador, aquilo que podemos ver e tocar. Software é a parte lógica, os programas. Ambos são interdependentes: hardware sem software é ferro e silício; software sem hardware não existe no mundo físico.

Sistema Operacional

Os sistemas podem ter interface gráfica, de uso mais fácil ao usuário, ou interface inteiramente texto com sintaxes de comando geralmente complexas. Como representantes do primeiro grupo temos: Windows 3.x (usa o DOS), Windows 9x (usa o DOS), Windows NT, OS/2; no segundo grupo, de sistemas mais antigos, temos: DOS, UNIX, CP/M.

Processador

O processador — CPU, UCP ou microprocessador — é basicamente um circuito integrado executor e manipulador de dados fornecidos. Pode ser comparado ao "coração" do sistema, praticamente tudo passa por ele. Entretanto, sua tarefa é simples: receber dados, trabalhá-los, processá-los e entregar o resultado.

Os microprocessadores são dotados de conjuntos de instruções, responsáveis em especificar o tipo de tarefa que o processador é passível de executar. É importante ter em vista que os processadores recentes reconhecem as instruções dos seus antecessores, desse modo, um Pentium III é capaz de executar instruções para um processador x486. Não se deve transferir este conceito para computadores Macintosh, pois estes utilizam conjuntos de instruções diferentes e não compatíveis com o "padrão Intel".

Co-processador

Pode ser considerado um processador de função específica. Também conhecidos por FPU (Floating Point Unit), no caso de serem co-processadores aritméticos. É evidente que ele auxilia o processador no aumento do desempenho, tanto que todos os processadores atuais vêm com um embutido.

Memória

A memória é o local onde ficam armazenados os dados, antes e depois de serem processados no processador. A memória é organizada em endereços e deverá trabalhar com o mesmo número de bits que o processador. Destacam-se a RAM e a ROM.

RAM — Random Access Memory

Memória de escrita e leitura de dados aleatórios. É aqui que o processador irá buscar programas e armazenar dados. É uma memória volátil, ou seja, precisa ter um fornecimento constante de energia elétrica; ao se desligar o computador, os dados contidos nela se perderão.

ROM — Read Only Memory

Memória básica e fundamental para o correto funcionamento do processador. Sendo um tipo de memória não-volátil, ela mantém os dados após o fornecimento elétrico ser interrompido. A ROM não aceita escrita (excetuando-se a flash ROM); apenas leitura. Os programas contidos na memória ROM são chamados de firmware e sempre são executados. Há, dentro da memória ROM, basicamente três firmwares: BIOS, POST e Setup. O Basic Input/Output System (BIOS) diz ao processador com o que ele vai lidar, tornando possível a comunicação do processador com os periféricos mais básicos. O POST é um teste que sempre é feito ao ligarmos o computador. Finalmente, o Setup é o setup, como não poderia deixar de ser. As informações do Setup são gravadas na CMOS, um tipo de memória RAM alimentada por uma bateria.

Barramento

Conforme já dito, os barramentos são vias de comunicação entre os periféricos, memória e processador. É dividido em barramento de dados, barramento de endereços e barramento de controle. O barramento é compartilhado por todo o sistema, portanto todos os periféricos recebem as informações que por ele trafegam. A função de informar o destino dos dados cabe ao barramento de controle. Pelo barramento de dados trafegam os dados (claro), e o de endereços informa o local onde o dado será gravado (endereço específico).

Clock

O clock funciona simplesmente como sincronizador, ou seja, as informações serão compartilhadas no momento em que o clock "sinalizar". A unidade prática é MHz. Esta unidade informa qual é a frequência de sinalizações.

Reset

Consegue ter uma função mais óbvia do que a do setup, se equiparando apenas ao botão "Power"; de qualquer maneira, serve para reinicializar o sistema. Para tanto, existe um botão no gabinete (ligado ao barramento de controle) ou o consagrado pressionar de teclas (Ctrl + Alt + Del).

03 — história

Um Brevíssimo Histórico

Deixarei os detalhes (o passo a passo) para trás. Vamos direto ao que interessa.

Inicialmente, por volta dos anos setenta, havia apenas os computadores de grande porte, denominados mainframes. Todos ansiavam por algo mais acessível. Nesta época, gigantes da área de informática como IBM, Xerox e HP não quiseram se arriscar no campo da microinformática. Eles acreditavam que não haveria público alvo suficiente; os "aficcionados" que se interessariam no material seriam poucos.

Diversas pessoas começaram a desenvolver circuitos, algo que poderíamos chamar de "protótipos", os quais poderiam vir a ser, algum dia, um microcomputador. Steve Wozniak e Steve Jobs, juntos, desenvolveram o projeto de um microcomputador pessoal caseiro, o Apple. Devido ao grande sucesso, fundaram uma empresa para a construção em maior escala de microcomputadores; o resultado foi o Apple II, lançado em 1977.

Para provar que os "gigantes" da área estavam errados quanto à falta de público alvo, a Apple Computer fechou a década de 70 como uma das maiores e mais prósperas empresas norte-americanas. Dessa maneira, grandes empresas destinaram parte de sua produção à fabricação dos microcomputadores pessoais e diversas outras surgiram para criá-los.

Em 1980, a IBM entra nesse mercado para competir com o Apple II. Ela criou o hardware — parte física —, mas necessitava de um sistema operacional para operar a máquina e também programas. Na época existia um sistema operacional um tanto "arcaico" chamado CP/M que, aliás, não servia ao projeto da IBM. A IBM, então, contratou uma pequena empresa chamada Microsoft para a produção do sistema operacional. Os dois deveriam ser lançados simultaneamente — hardware e software (sistema operacional).

Bill Gates — dono da Microsoft — comprou os direitos de um sistema operacional que estava sendo desenvolvido por universitários e o lançou com o nome de MS-DOS, sistema operacional básico, já que o computador da IBM não era lá essas coisas.

Dois anos antes do lançamento do IBM PC o pessoal da Apple, numa visita ao PARC (centro de pesquisas da Xerox), tiveram contato com um sistema mais fácil de usar. O principal problema, tanto de microcomputadores quanto de computadores, era a dificuldade de operação para os leigos. Os computadores da empresa Xerox eram muito mais fáceis de usar; desenhos representavam tarefas e outras funções, sendo, portanto, uma plataforma gráfica, mais amigável ao público leigo. Se todos os computadores utilizassem esse método, seriam mais fáceis de operar e, consequentemente, muito mais pessoas os teriam.

Em vista disso, o pessoal da Apple Computer desenvolveu dois projetos: o Lisa, computador mais robusto e destinado ao uso profissional e corporativo, e o Macintosh, menos poderoso que o Lisa e para uso caseiro. A partir desses projetos as diferenças entre equipamentos IBM e Apple aumentaram. O Lisa não obteve o sucesso esperado devido ao seu preço; no entanto, o Macintosh foi um "regaço". Qualquer pessoa podia utilizá-lo sem praticamente nenhuma dificuldade, consagrando o ambiente gráfico.

A IBM reagiu lançando revisões de seu IBM PC. Em 1983 lançou o IBM PC XT (eXTended technology) e, em 1984, o IBM PC AT (Advanced Technology). Este último utilizava o poderosíssimo processador 80286. Ambos não chegavam nem aos pés do Macintosh, mas em compensação, a arquitetura do IBM era aberta; portanto, fabricantes independentes começaram fabricar "acessórios" para o microcomputador e o próprio microcomputador, gerando concorrência e barateando os preços.

O Macintosh possuía uma arquitetura prioritária. O microcomputador seguinte da IBM, o PS/2, possuía uma arquitetura tão prioritária quanto o Macintosh. Mas as outras empresas continuaram a fabricar micros com arquitetura aberta, entre elas, a Compaq, que inicialmente lutava pela arquitetura aberta. A partir do padrão IBM PC AT, o que realmente passou a importar era a família (geração) dos processadores que encabeçavam o computador.

Infelizmente, tudo foi ditado pela retrocompatibilidade. Modelos mais novos, com características mais avançadas, deveriam continuar a ser compatíveis com os antigos padrões da IBM. O sistema operacional também limitava bastante a capacidade do equipamento. O DOS subutilizava a máquina, e o Windows, apesar de sua plataforma gráfica e maior recurso (execução em modo protegido, por exemplo), não conseguia utilizar plenamente todos os recursos do microcomputador. Sistemas operacionais que tinham tudo para dar certo, como o OS/2, foram praticamente boicotados pela Microsoft e programadores.

04 — arquitetura

Do XT ao i486

Uma noção geral

Foi dado um grande passo quando a Intel lançou o microprocessador 8086. Processador relativamente avançado em relação aos seus antecessores, o chip era capaz de endereçar até 1 MB de memória e trabalhar externamente com 16 bits; mas os periféricos existentes na época trabalhavam com 8 bits. Logo a Intel lançou um 8086 reformulado, o 8088, que passou a trabalhar externamente com 8 bits, mantendo a compatibilidade com os periféricos, e internamente com 16 bits. O chip estava disponível em duas velocidades, 4.77 MHz e 8 MHz. O 8088 tinha também a velocidade de 10 MHz.

Por ser um microprocessador bem limitado, ele não necessitava de um Sistema Operacional muito complexo. Aí, surgiu o MS-DOS da Microsoft, sistema operacional de 16 bits que trabalhava com o limite de 1 MB de memória RAM. Quando surgiu o 80286, o sistema operacional continuou sendo o mesmo: o processador novo trabalhava externamente com 16 bits e podia acessar diretamente 16 MB; mas como o MS-DOS foi escrito para XTs o computador era subutilizado (só se acessava 1 MB de memória). O processador 286 trabalhava em dois modos, o real e o protegido; no real o processador trabalhava igual ao XT, porém mais rápido (modo usado pelo DOS); no protegido o processador trabalhava endereçando até 16 MB de memória, os programas ficavam isolados e protegidos na memória em áreas próprias, de forma que um não atrapalhava o outro (modo usado pela família Windows).

Outra característica nova, em detrimento da proteção de memória, foi a multitarefa. Como um programa ficava isolado em área própria da memória, o processador podia trabalhar um pouco com cada programa, e devido à rapidez tinha-se a impressão que estavam sendo executados tudo ao mesmo tempo. Vale lembrar que essas características existem apenas em modo protegido, coisa que o MS-DOS não é capaz. E mais um detalhe: no 286 havia instrução para o processador entrar em modo protegido, mas não para voltar ao modo real, e assim ficou tudo na mesma; o Windows 3.1 tinha de trabalhar em modo Standard nos computadores 286.

Em 1985 a Intel introduziu um novo microprocessador que trabalhava com 32 bits, o 80386 DX. Ele também trabalhava em dois modos como o 286, embora no modo protegido o processador podia acessar até 4 GB de memória; mas havia um novo modo, o Virtual (V86). Nele o processador poderia emular quantas sessões virtuais se quisesse, cada sessão emulando um processador 8086 com 1 MB e fazendo o programa pensar que na verdade ele estava sendo usado em um XT. A sessão era ainda protegida em memória, podendo beneficiar-se da multitarefa.

Em 1988 a Intel lançou um 386 mais barato, que trabalhava externamente com 16 bits. Outra alternativa para o barateamento do micro, esse chip foi chamado de 386 SX; tudo que funcionava no DX também funcionava no SX. Os primeiros 386 não conseguiam alternar para o modo protegido e não conseguiam executar instruções de multiplicação de 32 bits, além de outros problemas. O sistema operacional continuava sendo o MS-DOS, mas já estava disponível comercialmente o Windows 3.x, programa de 16 bits que usava o modo protegido do processador, além de possuir uma interface gráfica e, portanto, área de trabalho mais amigável para os usuários.

Já em 1989, um ano após o lançamento do SX, a Intel apareceu com um novo processador, o 80486. O processador era inteiramente 32 bits e possuía um cache de memória "built-in", trabalhando na mesma frequência do processador. Outras novidades eram o processamento de ponto flutuante (co-processador matemático) já integrado ao chip principal e a possibilidade de multiprocessamento real (multitarefa preemptiva).

Mas de nada adiantava terem aparecido todas essas melhorias no processador se o MS-DOS continuava sendo o principal Sistema Operacional disponível… A saída encontrada foi a criação de um programa com interface gráfica (Windows), facilitando o uso do computador. Mesmo assim o Windows continuava sendo tão incapaz quanto o DOS; não era independente e em várias rotinas o Windows recorria ao DOS. O DOS, como já foi dito, foi criado para operar XTs e em nome da retrocompatibilidade a Microsoft manteve o DOS no mesmo estilo, pois havia o medo de que programas antigos não funcionassem com o "novo" Sistema Operacional, provocando rejeição do produto.