Os avôs do PC (1): Válvulas, transistores, chips

2017 marcará os sessenta anos da instalação do primeiro computador em solo nacional. Isso mesmo, embora a revolução da informática, no sentido do amplo acesso a computadores, seja na forma de PCs, seja na forma de portáteis como Tablets, Smartphones etc. tenha ocorrida apenas nas últimas décadas, já fazem mais de sessenta anos que seus "avôs" tem revolucionado a sociedade. Em geral  a história da informática antes do advento do microcomputador em meados da década de 1970 é dividida em três fases: a primeira geração (1940-1959), marcada pela transição das máquinas de cálculos ligadas à Segunda Guerra para máquinas comerciais de uso administrativo, limitadas a grandes empresas e órgãos governamentais devido a seu alto custo, e ao uso de válvulas como sistema de processamento. A segunda geração (1959-1970) foi impulsionada pela substituição das válvulas por transistores, ocasionando mais estabilidade, segurança, menor consumo de energia, maior capacidade de processamento; a terceira geração (1970) marcada pelo advento do chip, que permitiu acomodar milhões de transistores em pequenas unidades.
Neste post gostaria de chamar a atenção para a diferença desses sistemas de processamento e seu papel na evolução dos computadores, de monstros de metal que ocupavam todo um andar para a tela na qual você pode ler esse texto. Em primeiro lugar é necessário ressaltar que nessa época os computadores possuíam funções mais limitadas, em geral era utilizado para realizar cálculos de altas complexidades. Atualmente, por exemplo, se pensa na potência de um processador por seu valor em giga hertz. Nas décadas de 1940-1950 esse valor era expresso no número de operações que o processadas por segundo. Por exemplo, um ENIAC, podia realizar 5000 somas, 357 multiplicações e 38 divisões por segundo. A nível de comparação um computador moderno com um ciclo de clock de 3,0 GigaHertz realiza 10⁹  multiplicações em um segundo!
A capacidade de processamento está ligada à tecnologia utilizada. Atualmente o processador é um chip composto por milhões (em alguns casos bilhões) de microtransistores. Na época dos primeiros computadores o processamento era feito por meio de válvulas e/ou relés. Para compreendermos essa distinção é  necessário tratar do nível mais básico de operação do computador, o binário. Todo computador, seja em 2016, seja em 1946, funciona fazendo cálculos a partir de uma base binária (1/0, aberto/fechado) por meio de impulsos elétricos. Um impulso eletrico alto (+5 volts) é associado ao bit 1 e um impulso elétrico baixo (0 volts) ao bit 0. Obsermos a diferença dos sistemas decimal e binário:

 

Créditos da tabela: http://www.ufpa.br/dicas/progra/arq-cod.htm

Válvulas, transistores e chips são, portanto, formas de converter impulsos elétricos em informação. As válvulas de computador eram semelhantes a lâmpadas com uma arquitetura mais complexa. As válvulas possuíam grandes desvantagens: em primeiro lugar eram lentas pois processavam os bits um a um (ou seja, cada apagar ou acender de válvula era um bit); em segundo lugar, a principal desvantagem era sua vida útil. Além de gerar calor e consumir muita eletricidade as válvulas queimavam com frequência encarecendo demais a manutenção e ocasionando perda de dados ou de todo o trabalho (imagine o tamanho de seu celular caso o processador fosse formado por lâmpadas...).

Válvula de computadores de primeira geração. Créditos da imagem:

Comparemos rapidamente a estrutura física das válvulas com seus sucessores. Os transistores foram criados em 1947 e aplicados à informática no final da década seguinte. Menores que as válvulas eram mais seguros, geravam menos calor e consumiam menos. Os transistores são semicondutores produzidos a partir de cristais de silício, o que permite uma boa isolação (lembremos que toda informação do computador é basicamente uma pequena descarga de energia).

Placa do processador do IBM 1401. Créditos da imagem: ibm.com

O próximo passo dessa evolução ocorreu no início da década de 1960 quando a Intel lançou o Intel 4004, o primeiro chip comercializado em larga escala. O chip é um estrutura de processamento complexa que possibilita colocar diversos transistores em uma única peça. O 4004 continha aproximadamente 2.300 transistores. Atualmente um chip pode alcançar números superiores a bilhões de transistores em uma única peça.

Chip Intel 4004. Créditos da imagem: wikipedia.org

Para finalizar, observemos a diferença de tamanho e complexidade de computadores valvulados, transistorados e os que operam com chips. O primeiro modelo que apresentamos é o Univac, primeiro computador comercial da história, ocupava um andar inteiro. Foram produzidos cerca de 40 modelos vendidos a milhões de dólares (nos anos 1950!).

UNIVAC 1 em operação, 1954. Créditos da Imagem: http://explorepahistory.com/displayimage.php?imgId=1-2-1536

Na década de 1960 tivemos o auge dos computadores transistorados e o IBM 360 foi o principal modelo desta geração. Ocupava uma sala e era mais potente e confiável que seu antecessor valvulado.

Sistema IBM 360. Créditos da imagem: http://explorepahistory.com/displayimage.php?imgId=1-2-1536

No final da década de 1970 o microcomputador fazia sua estreia a nível comercial. Modelo icônico desta geração foi o Apple II, desenvolvido pela equipe liderada por Steve Jobs e Steve Wozniak. O uso de chips foi fundamental no desenvolvimento de um produto confiável, com boa capacidade de processamento e que cabia em uma mesa de trabalho (desktop).

Apple II, 1977. Créditos d imagem: http://www.cs.columbia.edu/~sedwards/apple2fpga/

Na próxima postagem sobre a primeira geração de computadores trataremos dos primeiros modelos de computador eletromecânicos e sua relação com a Segunda Guerra Mundial.