História dos Computadores
Por Paulo Costa

Um computador é uma máquina que manipula dados de acordo com uma lista de instruções.


História

        Os primeiros aparelhos que se assemelhavam aos computadores modernos aparecem a meio do século XX (por volta de 1940). Contudo, o conceito de computador já existiam anteriormente. Estes computadores electrónicos eram do tamanho de uma grande sala, consumindo tanta energia como algumas centenas de computadores pessoais modernos. Os computadores actuais são muito diferentes destes gigantescos computadores, pois são praticamente construídos a partir de pequenos circuitos integrados e são milhares de milhão de vezes mais poderosos, ocupando uma fracção insignificante de espaço. Hoje em dia, simples computadores podem ser criados para serem suficientemente pequenos de modo a caberem num relógio de pulso e alimentados por uma bateria de relógio. Mas, a forma mais básica de um computador nos nossos dias é o computador integrado. Os computadores integrados são pequenos, simples aparelhos que usualmente podem ser encontrados em máquinas desde aviões caças a robôs industriais, câmaras digitais e até brinquedos para crianças.

A façanha de poder armazenar e executar listas de instruções chamadas programas fazem dos computadores extremamente versáteis e que os distingue de simples calculadoras. A teoria de Church–Turing é um princípio matemático desta versatilidade: Qualquer computador com um mínimo de capacidade é, em princípio, capaz de fazer as mesmas tarefas que qualquer outro computador. Por outras palavras, computadores com capacidade e complexidade de um PDA e de um super computador são todos capazes de fazer as mesmas tarefas computacionais, desde que se dê tempo suficiente e capacidade de armazenamento. É claro, que as mesmas tarefas são realizadas a rapidezes diferentes, muitas vezes incomparáveis.

É difícil identificar qualquer aparelho como sendo o primeiro computador, parcialmente porque o termo “computador” tem sido sujeito a várias interpretações diferentes ao longo do tempo. Originalmente, o termo “computador” referia-se à pessoa que fazia cálculos numéricos (computador humano), frequentemente com ajuda de um aparelho mecânico de cálculo. Exemplos destes aparelhos incluem o ábaco, a régua de cálculo e, discutivelmente, o astrolábio e o mecanismo Antikythera (um provável relógio grego com mais de 2000 anos). No fim da Idade Média, muitos matemáticos e engenheiros europeus registaram notáveis melhoramentos das suas capacidades, surgindo por exemplo o aparelho de William Schickard de 1623, o qual foi o primeiro de muitas calculadoras mecânicas construídas por engenheiros europeus.

Contudo, nenhuns destes aparelhos se adequavam na definição moderna de computador, porque eles não podem ser programados. Em 1801, Joseph Marie Jacquard fez um melhoramento ao tear têxtil, usando uma série de cartões perfurados de papel como modelo para permitir ao seu tear realizar padrões complicados automaticamente. O resultado foi um importante passo no desenvolvimento de computadores, pois o uso de cartões perfurados para definir padrões pode ser visto como o início, mesmo que limitado, de uma forma de programação.

O processamento automatizado de cartões perfurados em grande escala foi feito para o Senso dos E.U.A de 1890, pelas máquinas de tabulação desenhadas por Herman Hollerith e manufacturadas pela Computing Tabuling Recording Corporation, que mais tarde se tornou a famosa companhia IBM. No final do século XIX, um número impressionante de tecnologias que mais tarde se provariam úteis para a criação de computadores começou a aparecer, destacando-se o cartão perfurado, álgebra de Boole, válvulas e a impressora.

Durante a primeira metade do século XX, muitas das necessidades computacionais científicas estavam cumpridas, graças à sofisticação crescente dos computadores analógicos, que usavam um modelo mecânico ou eléctrico do problema como base na computação. Contudo, estas não eram programáveis e não tinha a versatilidade e exactidão de um computador moderno.
        Em 1837, Charles Babbage, uma matemático inglês, foi o primeiro a conceptualizar e desenhar um computador mecânico completamente programável, ao qual ele chamou de “Máquina Analítica”. Devido a limitações de fundos monetários e a modificações constantes aos planos, Babbage nunca chegou a construir a sua Máquina Analítica.


Desenho dos Computadores


        Babbage pensou num método pelo qual as tabelas matemáticas podiam ser calculadas mecanicamente, removendo assim o erro humano. Três factores diferentes aparentam tê-lo influenciado: distanciamento pela desordem, a sua experiência com tabelas de logaritmos e a existência de enunciados sobre máquinas calculadoras desenvolvidos por Wilhelm Schickard, Blaise Pascal e Gottfried Leibniz.

Os engenhos de Babbage foram uns dos primeiros computadores mecânicos, apesar de não ser, propriamente completos, grande parte devido a problemas a arranjar fundos e problemas de personalidade, tal como já foi referido. Babbage dirigiu um edifício de máquinas a vapor, com o qual atingiu algum sucesso, sugerindo que os cálculos podiam ser mecanizados. Já nessa altura as máquinas de Babbage eram mecânicas e a sua arquitectura básica era semelhante à de um computador moderno. A memória de dados e dos programas eram separadas, a operação era baseada na instrução, a unidade de controlo podia fazer “saltos” condicionados e a máquina tinha um unidade I/O (Input, entrada/ Output, saída) separada.

 

Máquina Diferencial

 

Na época de Babbage, as tabelas numéricas eram calculadas por humanos. Em Cambridge, ele viu a elevada taxa de erro que este processo acarretava, tendo a ideia de fazer o trabalho da sua vida o de tentar calcular tabelas mecanicamente. Começou em 1822 com o sei projecto a que chamou “Máquina Diferencial”, criada para computar valores de funções polinomiais. Ao contrário dos esforços semelhantes na altura, a máquina de Babbage foi feita para calcular uma série de valores automaticamente. Assim, usando o método das diferenças finitas, foi possível evitar a necessidade da multiplicação e da divisão.

A primeira Máquina Diferencial era composta por aproximadamente 25000 peças, pesava cerca de 15 toneladas e tinha uma altura de 2,4 metros. Apesar de receber bastantes fundos para o projecto, nunca foi completa. Mais tarde, o mesmo Babbage desenhou uma versão melhorada, a “Máquina Diferencial nº2”, que só viria a ser construída no período de 1989-1991, usando os planos de Babbage e modos de construção já do século XIX. Fez a sua primeira conta no Museu da Ciência de Londres, devolvendo um resultado com 31 dígitos, bastante mais que a calculadora de bolso mais comum nos nossos dias.

 

Máquina Analítica

 

 

 

Pouco depois da tentativa de fazer a “Máquina Diferencial" se desfazer, Babbage começou a desenhar uma máquina um pouco diferente, mais complexa e chamada “Máquina Analítica”. A máquina não era apenas um único desenho, mas uma sucessão de desenhos que ele foi aperfeiçoando até á sua morte em 1871. A principal diferença entre as duas máquinas era que a última podia ser programada através de cartões perfurados, uma ideia impensável na época. Ele apercebeu-se que os programas podiam ser postos em cartões semelhantes desde que o utilizador criasse o programa antecipadamente, colocando depois os mesmos cartões na máquina para que ela os pusesse em prática.

Ada Lovelace, uma matemática impressionante e uma das poucas pessoas que compreendeu completamente as ideias de Babbage, criou o programa para a “Máquina Analítica”. E se a máquina tivesse sido de facto construída, o programa de Ada poderia ter calculado uma sequência de números de Bernoulli. Baseado neste trabalho, Lovelace é actualmente considerada por uma grande maioria de historiadores como a primeira programadora de computadores. Em 1979, uma linguagem de programação contemporânea foi chamada de Ada em sua honra. Pouco depois, em 1981, um artigo satírico por Tony Karp na revista Datamation, descreveu a linguagem de Babbage como a “linguagem do futuro”.  

O impacto deste pequeno chip foi estrondoso. Muitos dos produtos electrónicos de hoje não podiam ter sido desenvolvidos sem ele. O chip, criado virtualmente para a indústria moderna de computadores, transformou as máquinas do tamanho de uma sala para os vários mainframes, minicomputadores e computadores pessoais.
     Foi um aparelho relativamente simples que Jack Kilby mostrou a uma mão cheia de colegas, juntos no laboratório de semicondutores à mais de 40 anos – apenas um transístor e outros componentes num pedaço de germânio. Na altura, os colegas de Kilby não se aperceberam, mas a sua invenção, chamada de circuito integrado, iria revolucionar a indústria electrónica.

Ainda por quase 50 anos após o virar do século XX, a indústria electrónica era dominada pela tecnologia de válvulas e tubos. Mas esta tecnologia tinha as suas limitações, pois eram frágeis, volumosas, consumiam muita energia e produziam grandes quantidades de calor, daí a importância destas inovações.

Foi apenas em 1947, com a invenção do transístor pela Bell Telephone Laboratories, que o problema das válvulas e tubos foi resolvido. Os transístores eram minúsculos em comparação com essas válvulas, mais resistentes, produziam menor calor e consumiam menos energia. O transístor incentivava os engenheiros a desenhar circuitos eléctricos mais complexos e equipamento que contivesse de centenas a milhares de componentes discretos que ainda precisavam de ser conectados na forma de circuitos eléctricos e ser soldados à mão, processo caro e dispendioso. A soldadura manual também acarretava inúmeros problemas em termos de fiabilidade, sendo que o desafio era então encontrar algo não muito caro e que servisse eficientemente para soldar e ligar os componentes.

A TI, Texas Instruments, uma empresa informática, estava a trabalhar no programa Micro-Module quando Kilby se lhes juntou em 1958. Por causa do seu trabalho com a Centralab em Milwaukee, Kilby era familiar com o problema da “tirania dos números” que a indústria estava a passar. Mas ele defendia que a construção do Micro-Module não era a resposta mais viável.

Então, Kilby começou a procurar uma alternativa e decidiu que o único projecto que uma empresa de semicondutores conseguia a fazer de forma mais barata era mesmo um semicondutor. “Um pensamento mais profundo levou-me à conclusão que os semicondutores eram tudo o que precisávamos – que resístores e capacitadores (aparelhos passivos), em particular, podiam ser feitos do mesmo material que os aparelhos activos (transístores). Também, como todos os componentes podiam ser feitos de apenas um material, eles podiam ser ligados para formar um circuito completo.” Escreveu Kilby num artigo, em 1976, intitulado de “A Invenção do CI”. Kilby continuou a escrever e a esboçar ideias até Julho de 1958. Em Setembro, estava pronto para demonstrar um circuito integrado que trabalhasse, construído num pedaço de material semicondutor.

Entretanto, no norte da Califórnia, a recentemente formada Fairchild Semiconductor, sob a liderança de Robert Noyce, começou a fabricar transístores de silicone, que na época eram necessários ser ligados por fios à mão após serem produzidos. Era um processo aborrecido e laborioso e depressa ficou claro para os fundadores da Fairchild que o sucesso comercial do seu produto dependia da criação de um melhor método de produção dos mesmos.

Noyce, na categoria de director de pesquisa e desenvolvimento, juntou-se ao co-fundador Gordon Moore para investigarem métodos de conectarem transístores. Após algum tempo, eles desenvolveram uma teoria baseada na ideia da combinação de transístores num bloco sólido de silicone. Noyce começou a tirar notas no seu registo de laboratório, não se apercebendo que uma teoria semelhante já tinha chegado no verão anterior nos laboratórios da TI, onde um jovem cientista chamado Jack Kilby passou meses a lutar com o mesmo problema.

A TI ia publicamente revelar as descobertas de Kilby. Vários executivos, incluindo o antigo director da TI Mark Shepherd, juntaram-se todos num evento a 12 de Setembro de 1958. E o que viram foi uma fatia de germânio, com fios a sair, colada a um vidro. Era um aparelho rude, mas quando Kilby ligou o interruptor, uma infinita curva oscilou através do ecrã do osciloscópio. A sua invenção, agora chamada de circuito integrado, funcionou – e tinha resolvido o problema.

Isto acelerou os esforços da Fairchild Semiconductor, que eram agora virados em fazer conexões entre os pequenos transístores e outros componentes que eram uma parte integral do processo de manufactura do processo em si. Jean Hoerni, uma das originais fundadoras da Fairchild, apresentou um método executável quando desenvolveu o processo. Este processo, que usava a oxidação e a difusão de calor para formar uma camada isoladora no chip de silicone, permitia integrar camadas de transístores a outros elementos no próprio silicone. Assim, usando este método, cada camada podia ser isolada electricamente, o que eliminava a necessidade de cortar as camadas e voltar a liga-las novamente.

A Fairchild Semiconductor registou a patente para um circuito integrado semicondutor baseado no processo de Jean Hoerni a 30 de Julho de 1959, desencadeando uma longa batalha legal entre a Fairchild Semiconductor e a Texas Instruments, que já tinha registado uma patente semelhante baseada na tecnologia de KIlby. Eventualmente, o U.S. Court of Customs and Patent Appeals revogou as afirmações de Noyce nas técnicas de interconexão, mas deu a Kilby e à Texas Instruments crédito por construírem o primeiro circuito integrado.
        Sem o conhecimento dos progressos de um do outro e através de dois caminhos independentes, ambos inventaram, quase ao mesmo tempo, o Circuito Integrado (CI). A invenção de Jack Kilby e de Robert Noyce, também conhecida como o chip, foi reconhecida como uma das inovações mais importantes e um feito significativo na história da humanidade.