O com­pu­ta­dor, tal como nós o conhe­ce­mos, passou por diver­sas trans­for­ma­ções e aper­fei­ço­a­men­tos que acom­pa­nha­ram o apri­mo­ra­mento da mate­má­tica, da enge­nha­ria e da ele­trô­nica. Por essa razão não existe apenas um inven­tor, sendo um pro­gresso desen­vol­vido cole­ti­va­mente. Nesse artigo vamos explo­rar o avanço do con­ceito na his­tó­ria e a evo­lu­ção, prin­ci­pal­mente do hard­ware, na com­pu­ta­ção do século XX até os dias de hoje.

Um pouco de História

A palavra com­pu­ta­dor tem sua origem no verbo com­pu­tar cujo sig­ni­fi­cado é cal­cu­lar. Por essa razão podemos afirmar que os pri­mei­ros com­pu­ta­do­res foram criados na Anti­gui­dade (4000a.C a 476d.C). Diver­sas civi­li­za­ções, por todo o mundo, desen­vol­ve­ram inde­pen­den­te­mente fer­ra­men­tas de cálculo, sendo difícil definir uma como a pri­meira. Destas, as mais rudi­men­ta­res são cha­ma­das tábua de cálculo, com regis­tros entre os ame­rín­dios, meso­po­tâ­mi­cos, egíp­cios, entre outros. Outra fer­ra­menta com mesma função é o ábaco, cujo modelo por nós conhe­cido atu­al­mente é muito próximo do exem­plar chinês, criado no século V a.C., no entanto há regis­tros de ábacos simi­la­res entre os romanos e russos. Todos esses arte­fa­tos eram uma espécie de cal­cu­la­dora que rea­li­zava ope­ra­ções algé­bri­cas. No século XVII, o escocês e mate­má­tico John Napier (1550–1617) inven­tou a técnica mate­má­tica dos loga­rit­mos, pelos quais Edmund Gunter (1581–1628) foi moti­vado a criar a pri­meira régua de cálculo, um ins­tru­mento ana­ló­gico baseado na escala loga­rít­mica capaz de efetuar cál­cu­los de mul­ti­pli­ca­ção, divisão e tri­go­no­me­tria rapi­da­mente. É com Blaise Pascal (1623–1662), mate­má­tico, teólogo e filó­sofo francês, que temos um grande avanço na pro­du­ção de cal­cu­la­do­ras, pois no ano de 1642 ele inven­tou a pri­meira máquina de cal­cu­lar mecâ­nica, a Pas­ca­line. Mas, foi Gott­fried Wilhelm Leibniz (1646–1716) quem apri­mo­rou a cal­cu­la­dora, tornando‑a capaz de efetuar os quatro prin­ci­pais cál­cu­los mate­má­ti­cos, sendo essa cal­cu­la­dora pro­du­zida em larga escala e comer­ci­a­li­zada. Para sua cal­cu­la­dora, esse mate­má­tico e filó­sofo alemão desen­vol­veu o pri­meiro sistema de nume­ra­ção binário moderno, no qual baseou a Roda de Leibniz. O avanço das cal­cu­la­do­ras mecâ­ni­cas foi grande, e a menor destas foi desen­vol­vida por Curt Herzs­tark (1902–1988) entre 1939 e 1950, também baseada no sistema binário; cha­ma­das de cal­cu­la­do­ras Curta, elas eram por­tá­teis, pesando entre 200 e 400 grama.

Já a pri­meira máquina pro­gra­má­vel foi inven­tada pelo mate­má­tico francês Joseph-Marie Jac­quard (1752–1834). O ins­tru­mento era uma espécie de tear capaz de con­tro­lar a con­fec­ção dos tecidos através de cartões per­fu­ra­dos. Ainda que não se trate de maqui­ná­rio, vale lembrar de George Boole (1815–1864) um dos fun­da­do­res de uma área da mate­má­tica inédita, que se tornou uma pode­rosa fer­ra­menta no projeto e estudo de cir­cui­tos ele­trô­ni­cos, bem como na arqui­te­tura de com­pu­ta­do­res, a lógica mate­má­tica, também conhe­cida como álgebra boo­le­ana. Ainda no século XIX, o mate­má­tico inglês Charles Babbage (1791–1871) criou uma máquina ana­lí­tica com memória e pro­gra­mas, seme­lhante aos com­pu­ta­do­res atuais. Por causa dessa inven­ção alguns estu­di­o­sos o con­si­de­ram o “Pai da Infor­má­tica”. Outra per­so­na­li­dade impor­tante foi Augusta Ada Byron King (1815–1862), Con­dessa de Love­lace, popu­lar­mente conhe­cida como Ada Love­lace, mate­má­tica e escri­tora inglesa. Foi ela quem escre­veu o pri­meiro algo­ritmo para ser pro­ces­sado pela máquina ana­lí­tica  de Charles Babbage. Os algo­rit­mos, desen­vol­vi­dos por ela, per­mi­ti­riam à máquina com­pu­tar os valores de funções mate­má­ti­cas. Em virtude desse tra­ba­lho é con­si­de­rada a pri­meira pro­gra­ma­dora da humanidade.

 A his­tó­ria da com­pu­ta­ção con­tem­po­râ­nea é comu­mente divi­dida em quatro perío­dos de acordo com os sis­te­mas uti­li­za­dos. Os com­pu­ta­do­res de Pri­meira Geração (1951–1959) fun­ci­o­na­vam por meio de cir­cui­tos e vál­vu­las ele­trô­ni­cas. Pos­suíam o uso res­trito e eram imensos, ocu­pando uma sala inteira, além de con­su­mi­rem muita energia. Um desses com­pu­ta­do­res era o ENIAC (Ele­tro­nic Nume­ri­cal Inte­gra­tor and Com­pu­ter) que con­su­mia cerca de 200 qui­lowatts e possuía 19.000 vál­vu­las. A Segunda Geração (1959–1965) ainda possuía com­pu­ta­do­res de grandes dimen­sões, fun­ci­o­na­vam por meio de tran­sis­to­res, os quais subs­ti­tuí­ram as vál­vu­las, maiores e mais lentas. Foi nesse período que os com­pu­ta­do­res come­ça­ram a ter uso comer­cial. Já os com­pu­ta­do­res da Ter­ceira Geração (1965–1975) pas­sa­ram a fun­ci­o­nar com cir­cui­tos inte­gra­dos, é por essa razão que os com­pu­ta­do­res pas­sa­ram a apre­sen­tar uma dimen­são menor e maior capa­ci­dade de pro­ces­sa­mento de dados. Um único cir­cuito inte­grado possui vários tran­sis­to­res, resis­to­res e capa­ci­to­res junto com os cir­cui­tos asso­ci­a­dos. É nessa geração, em que os chips são criados, que a uti­li­za­ção de com­pu­ta­do­res pes­so­ais começa. Por último temos a Quarta Geração (1975-até os dias atuais) na qual, com o desen­vol­vi­mento da tec­no­lo­gia da infor­ma­ção, os com­pu­ta­do­res dimi­nuem muito de tamanho e aumen­tam a velo­ci­dade e capa­ci­dade de pro­ces­sa­mento de dados. Nesse período são desen­vol­vi­dos e incluí­dos micro­pro­ces­sa­do­res com gasto de energia cada vez menor. Com isso, a partir de 1990 há uma gran­di­osa expan­são dos com­pu­ta­do­res pes­so­ais. Já no novo milênio, surgem os softwa­res inte­gra­dos que, com o aper­fei­ço­a­mento de outras tec­no­lo­gias, pos­si­bi­li­tam o advento dos com­pu­ta­do­res de mão, isto é, smartpho­nes e tablets, que incluem conexão móvel com nave­ga­ção na internet.

O computador usado na Apollo 11

Ao falar na evo­lu­ção dos com­pu­ta­do­res é curioso pensar que o poder com­pu­ta­ci­o­nal do com­pu­ta­dor de bordo da Apollo 11, a espa­ço­nave da missão que levou os ser humano à Lua em 1969, é infe­rior ao de um celular  que temos acesso hoje. O com­pu­ta­dor, chamado de Apollo Gui­dance Com­pu­ter (AGC), tinha 72 KB de memória ROM e pouco mais de 4 MB de memória RAM para leitura de dados. Para se ter uma ideia um smartphone inter­me­diá­rio atual tem 4 GB de RAM, com os mais sofis­ti­ca­dos che­gando a 8GB de RAM. Isso sig­ni­fica que um smartphone popular tem 4 mil vezes mais capa­ci­dade de pro­ces­sa­mento que o com­pu­ta­dor da Apollo 11. Alguns dos smartpho­nes atuais podem ter 512 GB de arma­ze­na­mento, o equi­va­lente a 4.398.046.511.104 de bits. Ou seja, a capa­ci­dade desses smartpho­nes é sete milhões de vezes maior que o AGC. Além disso, o com­pu­ta­dor da Apollo 11 tinha um pro­ces­sa­dor, um cir­cuito ele­trô­nico que executa ope­ra­ções em fontes de dados exter­nas, que fun­ci­o­nava na ordem de MHz. Um dos mais poten­tes pro­ces­sa­do­res de smartphone atuais fun­ci­ona por volta de 2.490 MHz. Isso quer dizer que ele tem pelo menos 1.000 vezes mais poder de pro­ces­sa­mento do que o com­pu­ta­dor que auxi­liou o ser humano a pisar pela pri­meira vez na super­fí­cie lunar. 

Se há 51 anos tivés­se­mos as fer­ra­men­tas atuais, os espe­ci­a­lis­tas estimam que o tempo de desen­vol­vi­mento de soft­ware teria sido menor, uma vez que hoje é muito mais rápido escre­ver, depurar e testar um código do tipo neces­sá­rio para a viagem. A inter­face do usuário, chamada de teclado de exi­bi­ção (DSKY), usada na Apollo 11, era uma espécie de cal­cu­la­dora, na qual os coman­dos pre­ci­sa­vam ser inse­ri­dos a partir de códigos numé­ri­cos. As inter­fa­ces do pre­sente são mais fáceis de usar, pro­va­vel­mente não teria um teclado, mas coman­dos de swipe, ou seja, con­trole do ins­tru­mento feito por meio de movi­men­tos, em uma tela sen­sí­vel ao toque ou por sen­so­res de movi­mento, sem a neces­si­dade de contato tátil. A inter­face também poderia fun­ci­o­nar através de gestos, movi­men­tos dos olhos, etc.  Ainda que tenha­mos muitas van­ta­gens tec­no­ló­gi­cas, uma coisa que não seria melhor é a velo­ci­dade de comu­ni­ca­ção com a Terra. O tempo neces­sá­rio para se comu­ni­car em 1969 é o mesmo hoje, pois é limi­tado pela velo­ci­dade da luz, uma cons­tante uni­ver­sal. Contudo, a maior mudança na Apollo 11 estaria no seu sistema ope­ra­ci­o­nal que seria muito mais inte­li­gente e mais fácil de ser pro­gra­mado. Ainda que voo e o pouso da espa­ço­nave não fossem exclu­si­va­mente feitos pelo com­pu­ta­dor, ele teria muito mais infor­ma­ção e inte­li­gên­cia para tomar deci­sões do que o AGC era capaz de fazer. O que garan­ti­ria uma  maior segu­rança e alívio para os astronautas. 

Início e fim da Lei de Moore

Tra­tando-se de avanço com­pu­ta­ci­o­nal, não podemos deixar de citar a  Lei de Moore, uma expres­são atri­buída à obser­va­ção feita, em 1965, por Gordon E. Moore, cofun­da­dor da Intel,  sobre a ten­dên­cia his­tó­rica da indús­tria de micro­chips e pro­ces­sa­do­res. Segundo a lei, o número de tran­sis­to­res teria um aumento de 100%, pelo mesmo custo, a cada dois anos, ou seja, o poder de pro­ces­sa­mento dos com­pu­ta­do­res, de uso domés­tico e indus­trial, dobra­ria a cada 24 meses. Este parâ­me­tro serve para qual­quer chip, não apenas para CPUs, Unidade Central de Pro­ces­sa­mento,  incluindo o CCD, Dis­po­si­tivo de Carga Aco­plada, res­pon­sá­vel por captar a luz das cenas e trans­formá-la em imagens colo­ri­das  nas câmeras foto­grá­fi­cas digi­tais. Isso sig­ni­fica que  o aumento da capa­ci­dade de memória RAM e memória flash, o apri­mo­ra­mento dos sen­so­res e até mesmo o número e tamanho dos pixels em câmeras digi­tais, estão for­te­mente ligados à lei de Moore.

Vale lembrar que a pri­meira pessoa a for­mu­lar uma teoria evo­lu­ci­o­nista a res­peito de hard­ware foi Alan Turing, no ano de 1950, fazendo a pre­vi­são de que na virada do século tería­mos com­pu­ta­do­res com memória por volta de 1 GB. Quinze anos depois de Turing, em um artigo na revista Ele­tro­nic Maga­zine, de 1965, Moore falou o seguinte:

A com­ple­xi­dade para com­po­nen­tes com custos mínimos tem aumen­tado em uma taxa de apro­xi­ma­da­mente um fator de dois por ano … Cer­ta­mente em um curto prazo pode-se esperar que esta taxa se man­te­nha, se não aumen­tar. A longo prazo, a taxa de aumento é um pouco mais incerta, embora não haja razões para se acre­di­tar que ela não se manterá quase cons­tante por pelo menos 10 anos. Isso sig­ni­fica que em torno de 1975, o número de com­po­nen­tes por cir­cuito inte­grado para um custo mínimo será 65 000. Eu acre­dito que cir­cui­tos grandes como este poderão ser cons­truí­dos em um único com­po­nente (pas­ti­lha).

Gordon E. Moore

O pri­meiro a propor como lei essa afir­ma­ção de Moore foi Caver Mead, pro­fes­sor na Caltech e pio­neiro da VLSI Tech­no­logy. Porém, alguns espe­ci­a­lis­tas pre­vi­ram que esse período de evo­lu­ção poderá chegar a 18 meses. Ainda que ini­ci­al­mente a lei de Moore não pas­sasse de uma mera espe­cu­la­ção, ela acabou tor­nando-se um obje­tivo para as indús­trias de semi­con­du­to­res, fazendo-as des­pen­de­rem muitos recur­sos e aumen­ta­rem o desem­pe­nho para garan­tir com­pe­ti­ti­vi­dade no mercado. Talvez se a obser­va­ção não tivesse ganho noto­ri­e­dade, não tivés­se­mos um desen­vol­vi­mento tão ace­le­rado em nível de hard­ware e com custos aces­sí­veis. A indús­tria de semi­con­du­to­res teve de inves­tir muito em pes­quisa e desenvolvimento.

Segundo Carl Ander­son, pes­qui­sa­dor da IBM, a Lei de Moore pode estar fin­dando. Um dos motivos seria o fato de que os enge­nhei­ros estão desen­vol­vendo sis­te­mas que exigem menos recur­sos do pro­ces­sa­dor, além  dos custos de pes­qui­sas estarem cada vez mais altos. Outro motivo é que, com o aumento da velo­ci­dade, aumenta também o consumo de energia e a dis­si­pa­ção de calor. Em 2014 o depar­ta­mento de pes­quisa da IBM anun­ciou um teste com novos chips de silício com tec­no­lo­gia de 7 nm, adiando o fim pre­visto da Lei de Moore. No ano de 2015, foi anun­ci­ada uma pes­quisa ino­va­dora da IBM ini­ci­ando novos imites na pro­du­ção de pro­ces­sa­do­res uti­li­zando tubos de carbono, o que per­mi­ti­ria atingir escalas de 1,8 nm. Contudo, ordi­na­ri­a­mente, o tamanho dos micro­chips atuais é em torno de 5 nm. Em 2017 Brian Matthew Krza­nich, então CEO da Intel, disse que a empresa tem inves­tido pesado tanto na com­pu­ta­ção quân­tica como na enge­nha­ria neu­ro­mór­fica. Já em 2019, a Google decla­rou publi­ca­mente ter alcan­çado a supre­ma­cia quân­tica, o que pode mul­ti­pli­car con­si­de­ra­vel­mente o poder de processamento.

Cristiane Pinheiro / Equipe AMLEF 2021

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Referências

1. Toda Matéria: His­tó­ria e evo­lu­ção dos computadores
2. Canal­Tech: Seu smartphone seria pode­roso o sufi­ci­ente para te levar até a Lua
3. Wiki­pe­dia: Ada Lovelace
4. Wiki­pe­dia (pt): Lei de Moore
5. Wiki­pe­dia (en): Moore’s law
6. OLIVEIRA, José D. S. de; MENDES, Iran A.. A régua de cálculo como um arte­fato medi­a­dor entre a his­tó­ria e o ensino de mate­má­tica. III EREM, 2011.
7. Tec­Mundo: Vídeo explica como fun­ci­ona o sensor CCD das câmeras digitais
8. Tuto­ri­als­Point: Com­pu­ter third generation