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1 Escola Secundária João de Barros Trabalho de Investigação Evolução dos Computadores Trabalho De Investigação A Ano Lectivo 2009/2010 SDAC Filipe Fernandes nº7-12ºg

2 Índice Introdução... 3 História do Computador... 4 Pré-História... 4 Primeira Geração... 7 Segunda Geração... 8 Terceira Geração... 9 Quarta Geração Quinta Geração Próxima Geração História das Memórias Tipos de Memória Evolução Interface Gráfica História Placa Gráfica História da Placa Gráfica Bus (Barramento) História do Bus Evolução da Motherboard Tipos de Motherboard Conclusão Webografia

3 Introdução O computador nem sempre foi como é hoje em dia. Actualmente os computadores processam dados e resolvem problemas milhões de vezes mais depressa que os sistemas electrónicos primordiais dos anos 40 e 50. Em aproximadamente seis décadas, a indústria da informática evoluiu das máquinas electromecânicas de cartões perfurados e calculadoras de válvulas até aos super computadores actuais cujas velocidades são medidas em nanossegundos. Este trabalho, desenvolvido no âmbito da disciplina de SDAC (Sistemas Digitais e Arquitectónicos de Computadores) como base para a avalização do Módulo 7, tem como principal objectivo dar a conhecer ao leitor a história da computação, ou seja, a história daquilo que conhecemos como computador e alguns dos seus componentes principais como a motherboard, as memórias, a interface gráfica e o barramento. Pretende-se portanto mostrar em que aspectos os computadores têm evoluído, qual a história por detrás das memórias e quais os seus tipos, o que é uma interface gráfica e como surgiu, as características e tipos de barramentos e a evolução das motherboards. 3

4 História do Computador Embora a primeira coisa a que podemos chamar computador tenho sido o ENIAC, inventado por volta de 1946, aquilo que conhecemos como computação começou uns bons anos antes. O termo computar significa fazer cálculos, contar ou efectuar operações aritméticas, e portanto computador será o mecanismo ou aparelho que auxilia essa tarefa, com vantagens no tempo gasto e na precisão. No entanto os primeiros computadores não eram objectos, eram pessoas! Comecemos então com a história dos computadores Pré-História O termo computador originalmente era nada mais nada menos que um título profissional utilizado para descrever seres humanos cujo trabalho era repetir cálculos necessários para computar coisas como tabelas de navegação ou posições planetárias para compêndios astronómicos. Visto se tratar de um trabalho bastante aborrecido e demorado era necessário um objecto que pudesse facilitar este trabalho, tendo surgido então o ábaco, o auxílio primordial em computações matemáticas. Embora a invenção do ábaco seja erroneamente atribuída aos chineses, o ábaco mais antigo de que se tem registo remonta a 300 a.c. da autoria dos babilónios. Em 1617 um escocês excêntrico chamado John Napier inventou logaritmos, uma tecnologia que permite a multiplicação via adição, tendo posteriormente inventado tabelas alternativas onde os logaritmos era desenhados em pequenas barras ou bastões de Tábuas de Napier madeira. Esta invenção de Napier resultou também na invenção da régua de cálculo na Inglaterra em 1632, que foi utilizada até 1960 pelos engenheiros responsáveis pelos programas da NASA que colocaram o homem na Lua. Em 1642, Blaise Pascal, aos 19 anos de idade, inventou o Pascaline como uma ferramenta para o seu pai que era um colector de impostos. Pasacaline era na 4

5 realidade um contador mecânico que utilizava engrenagens para somas e multiplicações. Tear de Jacquard Em 1801, o francês Joseph Marie Jacquard inventou uma espécie de tear mecânico que podia alterar o seu movimento, e portanto o desenho do tecido, através de um padrão automaticamente lido de cartões de madeira perfurados estendidos num longa corda. Estes cartões perfurados passaram a ser utilizados desde então. Em 1822, o matemático inglês Charles Babbage propôs uma máquina de calcular a vapor do tamanho de um quarto, ao qual chamou Difference Engine. Esta máquina era capaz de computar tabelas de números, como por exemplo tabelas de logaritmos. Visto que o Império Britânico se encontrava em expansão marítima, necessitava de acertos em inúmeros cálculos marítimos, e portanto está máquina vinha em boa altura. No entanto a sua construção mostrou-se difícil e dez anos depois o aparelho estava longe de ser terminado, tendo sido o projecto posteriormente abandonado. Contudo Babbage não desistiu, tendo-lhe então surgido outra ideia, ao qual lhe chamou o Analytic Engine. Este dispositivo, do tamanha de uma casa e alimentado por 6 motores a vapor, seria de um propósito mais geral pois seria programável, devido à tecnologia dos cartões perfurados de Jacquard. No entanto foi Babbage que deu um importante salto intelectual relativamente aos cartões perfurados. No tear de Jacquard, a presença ou a falta de cada buraco no cartão físico permitia que um fio colorido passasse ou parasse, o que foi notado por Babbage, e conclui que esse padrão de buracos podia ser utilizado para representar uma ideia abstracta como uma frase problema ou os dados brutos necessários para resolver o problema. Tendo também concluído que não havia necessidade de a matéria do problema passar pelos buracos físicos. O que aconteceu foi que Babbage apercebeu-se que os cartões perfurados podiam ser utilizados como um mecanismo de armazenamento, guardando números computados para futuras referências. Devido à conexão ao tear de Jacquard, Babbage denominou as duas partes principais do Analytic Engine, armazém (Store) e fábrica 5

6 ou moinho (Mill), termos utilizados na indústria da tecelagem. O Store era onde os números eram armazenados e o Mill era o que os convertia em resultados. Nos computadores modernos estas partes são chamadas de unidade de memória e CPU. Fita de papel perfurada O grande avanço tecnológico ocorreu nos EUA, onde era necessário fazer um censo à população, que, devido ao seu elevado número, necessitava de um aparelho para auxílio. Foi nesse contexto que Herman Hollerith inventou um mecanismo também baseado nos cartões perfurados de Jacquard. Esta invenção consistia num leitor de cartões que sentia os buracos nos mesmos, um mecanismo que fazia a contagem e uma grande superfície com indicadores para mostrarem os resultados da contagem. A invenção e a técnica de Hollerith tiveram tanto sucesso que este acabou por construir uma empresa chamada Tabulating Machine Company, que, depois de várias aquisições, acabou por se tornar na International Business Machines, conhecida actualmente como IBM. A IBM rapidamente cresceu e os cartões perfurados começaram a ser utilizados para tudo, como por exemplo as famosas máquina das fábricas nas quais cada trabalhador perfurava o seu cartão para saber a hora de entrada e a hora de saída. Durante a Segunda Guerra Mundial, o exército dos EUA necessitava de algo que os ajudasse a resolver complicadas equações que determinavam factores como o arrastamento atmosférico, o vento, a gravidade, entre outros, que influenciavam os seus navios de combate. Esse desejo foi respondido com o computador Harvard Mark I, que foi construído pela pareceria criada entre Harvard e a IBM, em O Mark I foi o primeiro computador digital programável construído nos EUA, não sendo inteiramente electrónico. Um dos programadores primários do Mark I foi uma Primeiro Bug 6

7 mulher de nome Grace Hopper. Foi ela quem encontrou o primeiro bug : uma traça morta que tinha entrado dentro do Mark I e cujas asas estavam a bloquear a leitura dos buracos na fita de papel. Em 1953, Grace Hopper inventou a primeira linguagem de alto nível, a Flow-matic, que eventualmente se tornou COBOL, a linguagem mais afectada pelo infame problema Y2K. Uma das primeiras tentativas para construir um computador electrónico e digital foi em 1937, por J.V. Atanasoff, um professor universitário de física e matemática. Em 1941 ele e um estudante seu construíram uma máquina que conseguia resolver 29 equações em simultâneo com 29 variáveis. No entanto não era programável sendo só apropriada para um tipo de problema matemático, por isso o projecto foi abandonado. No entanto, outro candidato a avô do computador actual foi o Colossus, construído durante a Segunda Guerra Mundial pelos Ingleses para tentar decifrar os códigos alemães. No entanto também não eram multi-propósitos, nem programável. Estes três últimos computadores fizeram importantes contribuições para o desenvolvimento da computação. E enquanto os americanos e os ingleses discutiam sobre quem fez primeiro o quê, um alemão chamado Konrad Zuse criou uma sequência de computadores de multi-propósitos na casa de seus pais, o primeiro ficou conhecido como Z1. Em 1941, o Z3 era provavelmente o primeiro computador digital operacional, de propósito múltiplo e programável. Zune reinventou o conceito de programação de Babbage e decidiu, por si próprio, utilizar representação binária ao invés da decimal utilizada por Babbage. Embora estas máquinas não fossem conhecidas foram da Alemanha, não tendo portanto influenciado o desenvolvimento da computação, a sua arquitectura era bastante idêntica à que é utilizada hoje, e para um país que naquele tempo não tinha acesso a quase nenhuns materiais, Zuse conseguiu uma obra impressionante para o pouco conhecimento que tinha de inventores de máquinas calculadoras e para a escassez de materiais. E assim acabamos a pré-história dos computadores Primeira Geração O antepassado de todos os computadores actuais é, sem dúvida, o ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Calculator). Este computador foi construído por dois professores universitários, John Mauchly e J. Presper Eckert, que foram financiados pelo departamento de guerra dos EUA depois de dizerem que conseguiam construir um máquina que substituiria a pessoas que calculavam as tabelas de disparo 7

8 das armas de artilharia do exército. O ENIAC pesava 30 toneladas e utilizava mais de válvulas electrónicas, utilizando também leitores de fitas de papel obtidos da IBM. Este computador era mais rápido que qualquer máquina que já tinha sido desenvolvida. Em 1945, por sugestão Von Neuman, o sistema binário foi adoptado em todos os computadores e as instruções e dados compilados passaram a ser armazenados internamente no computador. A partir daí, a álgebra de Boole passou a ser introduzida nos computadores e, em 1952, Mauchly e Eckert construíram o EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer), a primeira máquina electrónica de processamento de dados. ENIAC Nos finais da década de 1950, os computadores já não eram dispositivos únicos de universidades ou laboratórios de pesquisa do governo. Eckert e Mauchly deixaram a Universidade na qual trabalhavam e decidiram montar a sua própria empresa. O seu primeiro produto foi o famoso UNIVAC (Universal Automatic Computer), o primeiro computador comercial produzido em massa. No entanto, visto Eckert e Mauchly não terem direitos sob o ENIAC, começaram a perder dinheiro e eventualmente a sua empresa faliu. Entre 1945 e 1951, o WHIRLWIND, desenvolvido no MIT, foi o primeiro computador a processar informações em tempo real, com entrada de dados a partir de fitas perfuradas e saída em CRT. Em 1947 o transístor é inventado por Bardeen, Schockley e Brattain, e em 1953, Jay Forrester desenvolve a memória magnética, dois eventos que vieram revolucionar a computação e iniciar a era da informação. Segunda Geração Esta geração trouxe computadores como o IBM 1401 e o Burroughs B 200. O primeiro computador composto com transístores foi o TRADIC DA Bell Laboratories. Em 1957, Von Neumann colaborou na construção de um computador avançado chamado MANIAC (Mathematical Analyser Numerator Integrator and Computer). Em 1958, o IBM TX-0 tinha um monitor de vídeo, sendo rápido e relativamente pequeno, possuindo ainda um dispositivo de saída sonora. O PDP-1, construído por Olsen, foi 8

9 um processador de dados programável, no qual corriam jogos, tendo sido um enorme sucesso no MIT. Em 1959 a Texas Instruments criou o primeiro circuito integrado, o Jack Kilby. Esta segunda geração foi marcada pelo transístor, sendo que o que uma pessoa de nível médio levaria cerca de cinco minutos para multiplicar dois números de dez dígitos, o MARK I o fazia em cinco segundos, o ENIAC em dois milésimos de segundo, um computador com transístores em cerca de quatro bilionésimos de segundo e um computador a Terceira Geração em muito menos. Terceira Geração A Terceira Geração começou com algo desenvolvido pela Texas Instruments o circuito integrado. Toda esta geração ocorreu na década de 60, de onde saiu, por exemplo, o Burroughs B-2500, que, ao contrário do ENIAC que podia armazenar até vinte números de dez dígitos, podia armazenar milhões de números. Durante esta geração surgiram conceitos como a memória virtual, multiprogramação e sistemas operativos complexos. Foi também nesta altura que surgiu o termo software. O primeiro mini computador comercial, o PDP-8, surgiu em 1965, tendo sido lançado pela DEC (Digital Equipment Corporation). Em 1970 a Intel introduziu no mercado um novo tipo de circuito integrado que viria a revolucionar mais uma vez um mundo da computação o microprocessador. Desde então começaram a surgir os Apple 1 microcomputadores. Com a integração dos chips VLSI (Very Large Scale Integration), as coisas começaram a acontecer com uma maior rapidez e frequência. A Terceira Geração atingira o seu ponto alto. Em 1972 Bushnell lança o videojogo Atari e em 1974 Kildall lança o CP/M (Control Program for Microcomputers). E em 1975 surge o primeiro kit microcomputador que iria iniciar uma das fases mais produtivas da computação, o Altair No mesmo ano, Paul Allen e Bill Gates criam a Microsoft e o primeiro software para microcomputadores: uma adaptação BASIC do Altair e, em 1977, Steve Jobs e Steve Wozniak criam o microcomputador Apple, a RadioShack cria o TRS-80 e a Commodore desenvolve o PET. Em 1978 surge o primeiro programa comercial, o Visicalc, da Software Arts e no ano seguinte Rubinstein começa a comercializar o software Wordstar e Paul Lutus produz o Apple Writer. Três grandes 9

10 computadores criados no seguimento destes eventos foram o Sinclair ZX81/ZX Spectrum, o Osborne 1 e o IBM PC/XT. Quarta Geração Esta geração surgiu com o decorrer da tecnologia dos circuitos integrados LSI (Large Scale Integration) e VLSI (Very Large Scale Integration). Durante este tempo surgiu também o processamento distribuído, o disco óptico e o microcomputador passou a ser grandemente difundido, que passou a ser utilizado para processamento de texto, cálculos auxiliados, entre outras funções. Em 1982 surge o 286, que utilizava memória de 30 pins e slots ISA de 16 bits, vindo já equipado como memória cache para auxiliar o processador, utilizando também monitores CGA. Em 1985, o 386 também utilizava memória de 30 pins mas devido à sua velocidade de processamento já podia correr softwares gráficos mais avançados, como o caso do Windows 3.1, contando também com placas VGA que podiam atingir as 256 cores. Em 1989 surgiu o 486 DX, a partir do qual o coprocessador matemático vinha embutido no prórpio processador, existindo também uma melhoria a nível da velocidade devido à memória de 72 pins e às palcas PCI de 32 bits. Neste momento os equipamentos já tinham capacidade para as placas SVGA que podiam atingir até 16 milhões de cores, sendo esta função usada comercialmente com o surgimento do Windows 95. Quinta Geração As aplicações estão a exigir cada vez mais uma maior capacidade de processamento e armazenamento de dados. Uma das principais características desta geração é a simplificação e miniaturização do computador, além de melhor desempenho e maior capacidade de armazenamento, e ainda os preços cada vez mais acessíveis. A tecnologia VLSI está a ser substituída pela ULSI (Ultra Large Scale Integration). O conceito de processamento está a partir para a execução de muitas operações em simultaneo pelos computadores. A redução dos custos de produção e do volume dos componentes permitiram a aplicação destes computadores nos chamados sistemas embutidos, que controlam aviões, navios, automóveis e computadores de pequeno porte. Os computadores que utilizam a linha de processadores Pentium, da Intel, são exemplos desta geração. Em 1993 surge o Pentium e as grandes mudanças neste período ficariam por conta das memórias DIMM de 108 pinos, do aparecimento das placas gráficas AGP e de um melhoramento da slot PCI, melhorando ainda mais seu desempenho. No ano de 1997 surge o Pentium II, em 1999 o Pentium III e em 2001 o Pentium 4. Não houveram grandes 10

11 novidades após 1997, sendo que as mudanças ficaram por conta dos cada vez mais velozes processadores. Próxima Geração A IBM anunciou a construção do mais avançado computador quântico do mundo. A novidade representa um grande passo em relação ao actual processo de fabricação de chips com silício que supostamente deve atingir o máximo de sua limitação física de processamento dentro 10 a 20 anos. O computador quântico utiliza, ao invés dos tradicionais microprocessadores de chips de silício, um dispositivo baseado nas propriedades físicas dos átomos, como por exemplo o sentido do seu movimento, para contar números um e zero, chamados qubits (quantic + bits), em vez de cargas eléctricas como nos computadores actuais. Outra característica é que os átomos também podem se sobrepor, o que permite ao equipamento processar equações a uma velocidade muito mais rápida. Isaac Chuang, pesquisador encarregue da equipa de cientistas da IBM, e Universidades de Stanford e Calgary, afirma que os elementos básicos dos computadores quânticos são os átomos e as moléculas. Segundo estes pesquisadores, cada vez menores, os processadores quânticos começam onde os de silício acabam. Chuang acrescentou ainda que a computação quântica começa onde a lei de Moore termina, por volta de 2020, quando os itens dos circuitos terão o tamanho de átomos e moléculas. Esta lei de Moore diz que o número de transístores colocados em um chip dobra a cada 18 meses. Quanto maior a quantidade de transístores nos chips, maior a velocidade de processamento. Essa teoria tem se confirmando desde a sua formulação. No entanto o computador quântico da IBM é um instrumento de pesquisa e não estará disponível nos próximos anos. As possíveis aplicações para o equipamento incluem a resolução de problemas matemáticos, buscas avançadas e criptografia, o que já despertou o interesse do Departamento Computador Quântico de Defesa dos Estados Unidos, como seria de esperar 11

12 História das Memórias DRAM Ora bem, antes de mais nada vejamos o que é a memória do computador. O termo memória (quanto aplicado no âmbito de Informática ou Computação) refere-se aos dispositivos utilizados para armazenar dados ou sequências de instruções temporária ou permanentemente para utilização num computador. Estes por sua vez representam a informação em binário, ou seja, nas famosas sequências de 0s e 1s. Cada dígito binário, ou bit, pode ser armazenado por qualquer sistema físico que possa estar em dois estados, isto para representar o 0 e o 1. Exemplos de sistemas desse género são interruptores (on/off), condensadores eléctricos que podem armazenar ou soltar carga ou um íman com a polaridade para cima ou para baixo. Actualmente, condensadores e transístores, funcionando como pequenos interruptores eléctricos, são utilizados para armazenamento temporário, e discos ou fitas com revestimento magnético, ou discos de plástico com padrões específicos são utilizados para armazenamento a longo prazo. Portanto, memória de computador refere-se à tecnologia semicondutora que é usada para armazenar informação em dispositivos electrónicos. A memória primária actual é constituída por circuitos integrados compostos por transístores à base de silício. Por fim resta dizer que existem dois tipo de memória: a volátil e a não volátil. Tipos de Memória A memória volátil necessita de energia para manter a informação armazenada, sendo também conhecida como memória temporária. Os modelos actuais de RAM são armazenadores voláteis, incluindo a DRAM (Dynamic Random Access Memory), tecnologia semicondutora de memória volátil dinâmica, e a SRAM (Static Random Access Memory), tecnologia semicondutora de memória volátil estática. Embora exiba alguns remanescentes de dados, a SRAM é mesmo assim considerada volátil, visto que todos os dados são perdidos quando não é alimentada. Quanto à DRAM, permite que os dados desapareçam automaticamente sem um refrescamento. Memórias como a CAM (Content Addressable Memory) e a dual-ported RAM são geralmente implementadas utilizando armazenamento volátil. Novas tecnologias de memórias voláteis, que tencionam substituir ou competir com a SRAM e DRAM, estão em desenvolvimento, como a Z-RAM (zero capacitator RAM, baseada na tecnologia 12

13 floating body effect de um processamento de silicon on insulator (SOI)), TTRAM (Twin Transistor RAM, é semelhante à DRAM mas também utiliza a tecnologia de processamento floating body effect inerente num processo SOI) e a A-RAM (Advanced-Random Access Memory, compatível com SOI). Quanto à memória não volátil, não necessita de energia para reter a informação armazenada. Exemplos desta memória são as memórias ROM, memórias Flash, a maioria dos dispositivos de armazenamento magnéticos (como por exemplo os discos rígidos), discos ópticos, e os arcaicos métodos de Memória ROM armazenamento como a fita de papel ou os cartões esburacados. As memórias não voláteis são geralmente utilizadas para armazenamento a longo prazo. O armazenamento não volátil de dados pode ser categorizado em sistemas de endereçamento eléctrico, como a memória flash, e em sistemas de endereçamento mecânico, como discos rígidos. Os sistemas eléctricos são caros mas rápidos enquanto que os mecânicos são mais baratos mas mais lentos, sendo claro que o ultimo tem uma maior capacidade de armazenamento que o primeiro. As memórias não voláteis poderão eventualmente dispensar o uso de formas lentas de sistemas de armazenamento secundários (sendo a forma de armazenamento primário a memórias voláteis, como a RAM) como os discos rígidos, e uma prova disso são os SSD (Solid-State Drive), que basicamente são discos rígidos de memória flash, utilizando uma pequena percentagem de DRAM como cache. Mas para ser mais específico, consideremos os tipos de memória por tópicos, recapitulando alguns pontos já mencionados: RAM Random Access Memory, esta memória é essencial para o computador, armazenado dados ou instruções de programas. Visto ser uma memória volátil, o seu conteúdo é perdido assim que o computador é desligado. Existem dois tipos básicos de memória RAM, a DRAM e a SRAM; o DRAM Dynamic Random Access Memory, esta memória baseia-se na tecnologia de condensadores e necessita actualizações periódicas do conteúdo de cada célula do chip, consumindo assim menos energia. 13

14 Embora tenha um acesso lento aos dados, tem uma grande capacidade de armazenamento; o SRAM Static Random Access Memory, esta memória é baseada na tecnologia de transístores, não necessitando de actualizações de dados. Embora consuma mais energia, a sua velocidade é superior à DRAM, sendo frequentemente utilizada em computadores rápidos. Em contrapartida possui uma menor capacidade de armazenamento. RAM Gráfica (ou de Video) É uma área especializada da RAM onde a CPU compõe detalhadamente a imagem a mostrar no ecrã, sendo especialmente organizada para manipular tanto a qualidade como a cor da apresentação; ROM Read-Only Memory, é um tipo de memória que contém instruções inalteráveis, contendo instruções e rotinas que iniciam o computador quando este é ligado. Sendo não volátil, os seus dados não são perdidos na ausência de energia. Alguns tipos desta memória são os EPROMs e os EEPROMs; o EPROM Erasable Programmable Read-Only Memory, é um tipo de ROM especial que pode ser programado pelo utilizador cujo conteúdo é apneas apagado pela exposição a raios ultravioletas; o EEPROM Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory, é um tipo especial de ROM, muito semelhante à EPROM, sendo diferente apenas no modo em como o seu conteúdo é apagado por se aplicar uma voltagem específica num dos pins de entreda. Cache É uma memória de alta velocidade que faz a interface entre o CPU e a RAM. Para poder utilizar uma DRAM lenta com o CPU rápido, é necessário um hardware extra que fique entre o CPU e a RAM estabelecendo a comunicação entre os dois a memória cache. O sistema de cache inicia tentando ler tantos dados da RAM quanto possível e armazená-los na sua memória estática de alta velocidade, a cache. Quando requisições do CPU chegam, a cache confere se os endereços são os mesmo que já foram lidos da memória e, nesse caso, os dados são directamente enviados da cache para o processador, caso contrário permite ao CPU aceder à RAM directamente, o que é muito mais lento. Evolução Passemos então à história propriamente dita da memória. Em 1834, as memórias ROM eram em forma de cartões com buraquinhos, usadas pelo precursor do computador Analytical Engine, que começou a ser desenvolvido nesse ano por 14

15 Charles Babbage. Quase 100 anos depois, em 1932, Gustav Tauschek inventa a memória drum (uma forma primária de memória que usava um cilindro metálico revestido com fita de material ferromagnético regravável, o drum) na Austria. Em 1936, Konrad Zuse candidata-se a uma patente para uma memória mecânica a ser utilizada no seu computador, baseada no deslizamento de partes metálicas. Nos meados de 1940 a tecnologia das memórias dos computadores tinha capacidade máxima para apenas alguns bytes. Um exemplo disso é o ENIAC, o primeiro computador programável, que, utilizando milhares de válvulas rádio de base octal, conseguia apenas efectuar cálculos simples envolvendo 20 números de dez dígitos decimais, que eram armazenados nos acumuladores das válvulas. O grande avanço tecnológico seguinte da memória computorizada foi com a memória de linha retardada (delay line memory) acústica desenvolvida por J.Presper Eckert durante Pela construção de um tubo de vidro cheio com mercúrio e ligado em cada ponta com um cristal de quartzo, linhas de retardo (delay lines) podiam armazenar bits da informação no cristal e transferi-los através de ondas sonoras propagadas através do mercúrio. No entanto, esta memória era limitada a uma capacidade de até umas centenas de milhar de bits para permanecer eficiente. Em 1946 foram desenvolvidas duas alternativas para as memórias de delay line, o tubo Williams e o tubo Selectron, ambos utilizando feixes de electrões no tubo de vidro como meio de armazenamento. Fred Williams inventou o tubo Williams por utilizar um tubo de raios catódicos, o que resultou na primeira random access computer memory, mais conhecida como RAM. O tubo Williams acabou por superar o tubo Selectron devido ao seu custo inferior e, especialmente, à sua maior capacidade, pois enquanto o Selectron estava limitado a 256 bits, o Williams podia armazenar milhares. Contudo o tubo Williams acabou por demonstrar ser bastante sensível ao distúrbio no ambiente, o que era muito frustrante. Nos finais da década de 1940, esforços começaram a ser feitos para encontrar uma memória não volátil. Jay Forrester, Jan A. Rajchman e Na Wang seriam então creditados pelo desenvolvimento da mamória de núcleo magnético, que permitia aceder à memória mesmo com perda de energia. O núcleo magnético viria a tornar-se a forma dominante de memória até ao desenvolvimento da memória baseada em transístores nos finais de Em 1966, a HP lança o HP2116A, um computador a tempo real com 8 KB de memória e a recentemente formada Intel começa com as vendas de um chip semicondutor com 2000 bits de memória. Dois anos depois, em 1968, a USPTO concede a patente a Robert Dennard da IBM pela célula DRAM de um transístor, que 15

16 se viria a tornar o chip de memória padrão para computadores pessoais, substituindo a memória de núcleo magnético. Após isto, em 1969, a Intel, que se inicia a desenvolver chips, produz um chio RAM de 1KB, o maior até aquele momento. No entanto, pouco tempo depois, a Intel torna-se conhecida por desenvolver microprocessadores para computadores. Em 1970, lança o chip 1103, o primeiro chip de memória DRAM disponível para todos. Um ano depois lança o chip 1101, uma memória programável de 256 bits, e o chip 1701, um EROM de 256 bytes. Em 1975, o Altair, computador pessoal de consumidor, é lançado, usando um processador 8080 de 8 bits da Intel que incluía 1KB de memória. Mais tarde, no mesmo ano, Bob Marsh cria a primeira placa de 4KB de memória da Processor Technology para o Altair. Nove anos depois, em 1984,a Apple Computers lança o computador pessoal Macintosh, o primeiro computador que veio com 128KB de memória, sendo o chip de memória de 1MB desenvolvido no mesmo ano. 16

17 Interface Gráfica A Interface Gráfica, ou GUI (Graphical User Interface), é um tipo de interface de utilizador que permite a uma pessoa interagir com programas em várias formas para além do habitual escrever. Uma GUI oferece ícones gráficos e indicadores visuais para representar a informação e acções disponíveis ao utilizador, ao contrário das interfaces à base de texto. Essas Interface Gráfica acções são geralmente efectuadas através da manipulação directa de elementos gráficos. História Consideremos um pouco da sua história. Um precursor das interfaces gráficas foi inventado pelos pesquisadores no Standford Research Institute, sob a direcção de Douglas Engelbart (o criador do rato). Estes pesquisadores desenvolveram a utilização de hiperligações à base de texto manipuladas através do rato para o On-Line System. O conceito das hiperligações foi posteriormente refinado e estendido a gráficos pelos pesquisadores na Xerox PARC, que foram para além das hiperligações à base de texto e utilizaram uma interface gráfica como interface primária para o computador Xerox Alto. Em resultado disso, muitas pessoas passaram a chamar a esta classe de interface PARC User Interface, ou PUI. A PARC User Interface consistia em elementos gráficos como janelas, menus, botões de opções, caixas de tiques e ícones. Esta interface empregava um dispositivo de navegação para além do teclado o rato. Estes aspectos podem ser resumidos a um acrónimo alternativo a PUI WIMP, que significa Windows, Icons, Menus e Pointing device. Depois do PUI, o primeiro modelo operático de um computador com interface gráfico centrado foi o Xerox 8010 Star Information System em 1981, seguido do famoso Apple Lisa em 1983, que apresentava o conceito da barra de menu bem como os controlos de janela, do Apple Macintosh 128K em 1984 e o Atari ST e o Commodore Amiga em

18 Exemplo de um GUI Trabalho de Investigação Actualmente as interfaces gráficas mais conhecidas são o Microsoft Windows, o Mac OS X, e as interfaces X Window System. Tanto a Apple, a IBM como a Microsoft utilizaram várias das ideias da Xero para desenvolverem os seus productos, e as especificações do Common User Access da IBM foram formadas à base da interface encontrada no toolkit e controlador de janela do Microsoft Windows, IBM OS/2 Presentation Manager e Unix Motif. Todas estas ideias resultaram na criação da interface encontrada nas versões actuais do Microsoft Windows, bem como no Mac OS X e vários ambientes de trabalho dos sistemas operativos do tipo Unix, como o Linux. Concentremo-nos agora no design de interacção. Uma importante parte na programação de aplicações software é o design da composição visual e do comportamento temporal da interface gráfica. O seu objectivo principal é melhorar a eficácia e minimizar a utilização de um design underlyed lógico num programa guardado, uma técnica de design conhecida como usabilidade. Técnicas de design centradas no utilizador são utilizadas para garantir que a linguagem visual introduzida no design é bem elaborada para as tarefas que tem de efectuar. De modo geral, o utilizador interage com a informação por manipular widgets visuais que permitem interacções apropriadas para o tipo de dados que contêm. Os widgets de uma interface bem estruturada são seleccionados para auxiliarem as acções necessárias para alcançar os objectivos do utilizador. Já um modelo de GUI com vários temas controlador de vista permite a flexibilidade da estrutura no qual a interface é independente e indirectamente ligada à funcionalidade da aplicação, o que significa que a GUI pode ser facilmente personalizada. Por fim, um GUI pode também ser desenhado para os requerimentos rigorosos de um mercado vertical. Isto é conhecido como uma aplicação de interface gráfico de 18

19 utilizador específica, sendo o Point of Sale touchscreen GUI de 1986 da Gene Mosher s, uma das primeiras aplicações GUI especificas. Outros exemplos de aplicações de GUI específica são: as caixas de hipermercados automáticas, o multibanco (ATM), quiosques de informação (computorizados) em espaços públicos, entre outros. Placa Gráfica A placa gráfica é uma placa de expansão cuja função é gerar e transmitir imagens para display, como por exemplo para um monitor. Muitas placas gráficas oferecem funções adicionais como interpretação avançada de cenas 3D e gráficos 2D, captura de vídeo, adaptador sintonizador de TV, descodificador de MPEG-2 e MPEG-4, FireWire, light pen, saída para TV, ou a capacidade de ligar vários monitores, enquanto que outras placas modernas de alto performance são utilizadas para propósitos mais exigentes como jogos de computador. História da Placa Gráfica Quanto à sua história A primeira placa gráfica do IBM PC era a MDA (Monochrome Display Adapter), desenvolvida pela IBM em 1981, e podia apenas funcionar no modo texto, apresentando 80 colunas e 25 linhas no ecrã, tendo 4KB de memória de vídeo e apenas uma cor. Após esta foram lançadas muitas outras, como a CGA e a HGC entre muitas outras até à VGA. Placa Gráfica da NVIDIA A VGA (Video Graphics Array) foi vastamente aceite, o que levou a empresas como a ATI, Cirrus Logic e S3 trabalharem com essa placa gráfica, melhorando a sua resolução e o número de cores que utilizava, o que culminou na SVGA (Super VGA) standard, que alcançou os 2 MB de memória de vídeo e uma resolução de 1024x768 num modo de 256 cores. Em 1995, as primeiras placas gráficas 2D/3D para consumidores foram lançadas, desenvolvidas pela Matrox, Creative, S3, ATI e outras. Estas placas surgiram no seguimento da SVGA standard e incorporavam funções 3D. Em 1997, a 3DFX lançou o chip de gráficos Voodoo, que era mais potente face às outras placas gráficas, 19

20 introduzindo gráficos 3D como mip mapping, Z-buffering e anti-aliasing no mercado de consmidores. Depois desta placa, uma série de placas gráficas 3D foram lançadas, como a Voodoo2 da 3DFX, TNT e TNT2 da NVIDIA. Como a largura de banda estava se aproximando dos limites da capacidade do barramento PCI, a Intel desenvolveu a AGP (Accelerated Graphics Port) que resolveu o engarrafamento entre o microprocessador e a placa de gráfica. De 1992 até 2002, a NVIDIA controlou o mercado das placas gráficas com a familia GeForce, sendo todos os melhoramentos feitos durante este tempo todos concentrados nos algoritmos 3D e na taxa de velocidade do processador de gráficos. A memória de vídeo também foi melhorada para aumentar a sua taxa de dados, tendo sido a tecnologia DDR incorporada nas placas, melhorando a capacidade da memória de vídeo de 32MB com a GeForce para 128MB com a GeForce4. De 2002 em frente, o mercado das placas gráficas passou a ser basicamente dominado pela competição entre a ATI e a NVIDIA, com as suas linhas Radeon e GeForce respectivamente, tomando conta de aproximandamente 90% do mercado de placas gráficas independente entre elas, enquanto que outros produtores foram forçados a se concentrarem em mercados mais pequenos e de menos importância. 20

21 Bus (Barramento) Trabalho de Investigação Barramento (ou bus), na arquitectura de computadores, é um subsistema que transfere dados entre vários componentes do computador, ou seja, um conjunto de ligações físicas (cabos, circuitos integrados, etc.) que podem ser partilhadas por vários componentes de hardware para assim comunicarem entre si. O objectivo principal dos barramentos é reduzir o número de caminhos necessários para a comunicação entre os componentes, isto por estabelecer todas as comunicações por um único canal de dados, como que uma auto-estrada de dados. Um barramento é caracterizado pela quantidade de informação que consegue transmitir de uma só vez. Essa quantidade, expressa em bits, corresponde ao número de linhas físicas nas quais os dados são enviados simultaneamente. O termo banda (ou width) é utilizado para indicar o número de bits que um barramento pode transmitir de cada vez. Esquematização de dos barramentos Quanto à velocidade do barramento, é definida pela sua frequência e expressa em Hertz, isto é, o número de pacotes de dados enviados ou recebidos por segundo. Tendo estas duas especificações do barramento é possível calcular a sua velocidade de transferência máxima, ou seja, a quantidade de dados que consegue transportar por unidade de tempo, isto por multiplicar a banda pela frequência. Relativamente ao tipo de dados que neles circulam, existem três tipos de barramentos: Barramentos de dados. São os barramentos por onde circulam os dados que a CPU vai buscar à RAM ou aos periféricos; Barramentos de endereços. O acesso aos dados que a CPU necessita é feito pelo envio dos endereços das posições de memória ou de periféricos onde eles se encontram; Barramento de controlo. Por onde os sinais eléctricos que controlam os dispositivos eléctricos que o sistema utiliza para ler ou escrever os dados viajam; Os barramentos mais conhecidos são: 21

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