Hardware: A Importância dos Componentes de Um Computador

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O hardware do computador inclui as partes físicas ou componentes de um computador. Qualquer equipamento físico como: a unidade central de processamento; monitor; teclado; armazenamento de dados do computador; placa gráfica; placa de som; alto-falantes e placa-mãe.

O hardware é basicamente utilizado por computadores e elementos eletrônicos. O hardware não se limita apenas a computadores pessoais, também está disponível em automóveis, celulares, tablets e etc.

Por outro lado, o software é uma instrução que pode ser armazenada e executada pelo hardware. O hardware é assim chamado porque é “hard” ou rígido em relação a mudanças ou modificações; enquanto software é “soft” porque pode ser facilmente atualizado ou alterado.

O hardware é direcionado pelo software para executar qualquer comando ou instrução. Uma combinação de hardware e software forma um sistema de computação utilizável.

Intermediário entre software e hardware é “firmware” que é um software fortemente acoplado ao hardware especifico de um sistema de computador e, portanto, o mais difícil de mudar, mas também entre os mais estáveis no que diz respeito à consistência da interface.

História do hardware

A história do hardware começou com as primeiras calculadoras mecânicas. Uma conquista marcante na programação ocorreu em 1804, quando Joseph-Marie Jacquard desenvolveu um tear em que o padrão a ser tecido era controlado por uma fita de papel construída a partir de cartões perfurados.

No final da década de 1880, o americano Herman Hollerith inventou o armazenamento de dados em cartões perfurados que poderiam ser lidos por uma máquina. Para processar esses cartões perfurados, ele inventou o tabulador e a máquina de keypunch. Suas máquinas usavam relés e contadores eletromecânicos.

O método de Hollerith foi usado no censo dos Estados Unidos em 1890. Esse censo foi processado dois anos mais rápido do que o anterior havia sido. A empresa de Hollerith acabou se tornando o núcleo da IBM.

Em 1920, as máquinas de tabulação eletromecânicas poderiam adicionar, subtrair e imprimir totais acumulados. As funções da máquina foram direcionadas pela inserção de dezenas de jumpers de fio de painéis de controle removíveis.

Quando os Estados Unidos instituíram a Previdência Social em 1935, os sistemas de cartões perfurados da IBM foram usados para processar registros de 26 milhões de trabalhadores. Os cartões perfurados tornaram-se onipresentes na indústria e no governo para contabilidade e administração.

No século XX, as primeiras calculadoras mecânicas, caixas registradas, máquinas contábeis e assim por diante foram redesenhadas para usar motores elétricos, com posição de engrenagem como representação do estado de uma variável. A palavra computador era um cargo atribuído principalmente a mulheres que usavam essas calculadoras para realizar cálculos matemáticos.

Em 1948, o curta foi introduzido pelo inventor austríaco Curt Herzstark. Foi uma calculadora mecânica pequena, dobrada à mão que também poderia fazer multiplicação e divisão.

Motor Analítico

Charles Babbage, engenheiro mecânico e polímata Inglês, originou o conceito de um computador programável. Considerado o “pai do computador”, ele conceituou e inventou o primeiro computador mecânico no início do século XIX.

Depois de trabalhar em seu revolucionário mecanismo de diferença, projetado para auxiliar em cálculos de navegação, em 1833 ele percebeu que um projeto muito mais geral, um mecanismo analítico, era possível.

A entrada de programas e dados deveria ser fornecida à máquina através de cartões perfurados, um método usado no momento para direcionar os teares mecânicos, como o tear Jacquard.

Para saída a máquina teria uma impressora, um plotter de curva e um sino. A máquina também seria capaz de inserir números em cartões para serem lidos posteriormente. Empregou aritmética de ponto fixo de base 10 comum.

Computadores Analógicos

Na primeira metade do século XX, os computadores analógicos foram considerados por muitos o futuro da computação. Esses dispositivos usavam os aspectos continuamente variáveis dos fenômenos físicos, como grandezas elétricas, mecânicas ou hidráulicas, para modelar o problema a ser resolvido, em contraste com os computadores digitais que representavam quantidades variadas simbolicamente à medida que seus valores numéricos mudavam.

Como um computador analógico não usa valores discretos, mas sim valores contínuos, os processos não podem ser repetidos de forma confiável com a equivalência exata, como acontece com as máquinas de Turing.

O primeiro computador analógico moderno era uma máquina que previa as marés, inventada por Sir William Thomson. Usava um sistema de polias e cabos para calcular automaticamente os níveis preditos de marés por um período determinado em um local especifico e era de grande utilidade para a navegação em águas rasas. Seu dispositivo foi a base para novos desenvolvimentos na computação analógica.

Advento do Computador Digital

O princípio do computador moderno foi descrito pelo cientista da computação Alan Turing, que expôs a ideia em seu trabalho de 1936, “On Computer Numbers”. Turing reformulou os resultados de 1931 de Kurt Gödel sobre os limites da prova e da computação, substituindo a linguagem formal baseada na aritmética universal de Gödel pelos dispositivos hipotéticos formais e simples que ficaram conhecidos como máquinas de Turing.

Ele provou que alguma dessas máquinas seria capaz de realizar qualquer computação matemática concebível se fosse representável como um algoritmo.

Ele também introduziu a noção de uma “máquina universal” (agora conhecida como máquina universal de Turing), com a ideia de que tal máquina poderia executar as tarefas de qualquer outra máquina, ou em outras palavras, é comprovadamente capaz de computar qualquer coisa que é computável executando um programa armazenado em fita, permitindo que a máquina seja programável.

As máquinas de Turing são até hoje, um objeto central de estudo na teoria da computação.

Computadores Eletromecânicos

A era da computação moderna começou com uma onda de desenvolvimento antes e durante a segunda guerra mundial. A maioria dos computadores digitais construídos nesse período eram eletromecânicos – os computadores elétricos acionavam os relés mecânicos para realizar o cálculo. Estes dispositivos tinham uma baixa velocidade operacional e foram eventualmente substituídos por computadores totalmente elétricos, mais rápidos usando originalmente tubos a vácuo.

Processamento de Dados Eletrônicos

Elementos de circuito puramente eletrônicos logo substituíram seus equivalentes mecânicos, ao mesmo tempo em que o cálculo digital substituiu o analógico.

Nos EUA, no período de verão de 1937 até o outono de 1939, Arthur Dickinson (IBM) inventou o primeiro computador eletrônico digital. Este dispositivo de cálculo foi totalmente eletrônico controle, cálculo e saída (o primeiro display eletrônico).

John Vincent Atanasoff e Clifford E. Berry da lowa State Universite desenvolveram o Atanasoff-Berry Computer (ABC) em 1942, o primeiro dispositivo de cálculo digital eletrônico binário. Este projeto foi semi-eletrônico (controle eletromecânico e cálculos eletrônicos), e utilizou cerca de 300 tubos de vácuo, com capacitores fixados em um tambor giratório mecanicamente para memória.

No entanto, o seu escritor/leitor de cartões de papel não era confiável e o sistema regenerativo de contato com o tambor era mecânico. A natureza de uso especial da máquina e a falta de programas intercambiáveis e armazenados a diferenciam dos computadores modernos.

O Computador Eletrônico Programável

Durante a segunda Guerra Mundial, os britânicos em Bletchley Park alcançaram uma série de sucessos na quebra de comunicações militares alemãs criptografadas. A máquina de encriptação alemã, Enigma, foi atacada pela primeira vez com a ajuda das bombas eletromecânicas.

Eles descartaram possíveis configurações do enigma executando cadeias de deduções lógicas implementadas eletricamente. A maioria das possibilidades levou a uma contradição, e os poucos remanescentes puderam ser testados à mão.

Os alemães também desenvolveram uma série de sistemas de criptografia por teleimpressão, bem diferentes da Enigma. A máquina Lorenz SZ 40/42 foi usada para comunicações de alto nível do Exército, denominada “Tunny” pelos britânicos.

As primeiras interceptações das mensagens de Lorenz começaram em 1941. Como parte de um ataque a Tunny, Max Newman e seus colegas ajudaram a especificar o Colossus.

Tommy Flowers, ainda um engenheiro sênior do Post Office Research Station foi recomendado para Max Newman por Alan Turing e passou onze meses desde o início de fevereiro de 1943 projetando e construindo o primeiro Colossus. Colossus foi o primeiro computador eletrônico digital programável do mundo.

O ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer), construído nos EUA, foi o primeiro computador eletrônico programável construído nos EUA. Embora o ENIAC fosse semelhante ao Colossus, era muito mais rápido e flexível.

Computador de Programa Armazenado

As primeiras máquinas de computação tinham programas fixos. Por exemplo, uma calculador de mesa é um computador de programa fixo. Ele pode fazer matemática básica, mas não pode ser usado como processador de texto ou console de jogos.

Alterar o programa de uma máquina de programa fixo requer religar, reestruturar ou reprojetar a máquina. Os primeiros computadores não eram tão “programados” quanto “projetados”.

“Reprogramação”, quando era possível, era um processo trabalhoso, começando com fluxogramas e anotações de papel, seguido por projetos de engenharia detalhados e, em seguida, o processo muitas vezes árduo de fisicamente religar e reconstruir a máquina.

Com a proposta do computador do programa armazenado isso mudou. Um computador de programa armazenado inclui, por design, um conjunto de instruções e pode armazenar na memória um conjunto de instruções (um programa) que detalha a computação.

Microprogramação

Em 1951. O cientista britânico Maurice Wilkes desenvolveu o conceito de microprogramação a partir da constatação de que a unidade central de processamento de um computador poderia ser controlada por um programa de computador miniaturizado e altamente especializado em ROM de alta velocidade.

A microprogramação permite que o conjunto de instruções base seja definido ou estendido por programas internos (agora chamados de firmware ou microcódigo). Esse conceito simplificou muito o desenvolvimento da CPU. Ele descreveu isso pela primeira vez na Conferência de Inauguração de computadores da Universidade de Manchester em 1951, depois publicado em formato expandido no IEEE Spectrum em 1955.

Tipos de Sistemas de Computador

Computador Pessoal

O computador pessoal, também conhecido como PC, é um dos tipos mais comuns de computador devido à sua versatilidade e preço relativamente baixo. Além disso, os Notebooks são muito semelhantes, embora possam usar componentes de menor tamanho reduzindo assim o desempenho.

Gabinete

O gabinete do computador contém a maioria dos componentes do sistema. Ele fornece suporte mecânico e proteção para elementos internos, como a placa-mãe, unidades de disco e fontes de alimentação; controla e direciona o fluxo de ar de resfriamento sobre os componentes internos.

O gabinete também faz parte do sistema para controlar a interferência eletromagnética irradiada pelo computador e protege as partes internas contra descargas eletrostáticas. Os gabinetes de torre grande fornecem espaço interno extra para varias unidades de disco ou outros periféricos e geralmente ficam no chão, enquanto os gabinetes de desktop fornecem menos espaço de expansão.

Fonte de Alimentação

Uma unidade de fonte de alimentação converte energia elétrica de corrente alternada (CA) em energia CC de baixa tensão para os componentes internos do computador. Laptops são capazes de funcionar a partir de uma bateria embutida, por um período de horas.

Placa-Mãe

A placa-mãe é o principal componente de um computador. É uma placa com circuito integrado que liga as outras partes do computados, incluindo a CPU, a RAM, as unidades de disco (CD, DVD, disco rígido ou quaisquer outros), bem como quaisquer periféricos conectados via portos ou slots de expansão.

Componentes conectados diretamente ou a parte da placa-mãe incluem:

A CPU (unidade central de processamento)

A CPU que executa a maioria dos cálculos que permitem que um computador funcione, e as vezes é chamada de cérebro do computador. Geralmente é resfriado por um dissipador de calor e ventilador ou sistema de refrigeração líquida. A maioria dos processadores mais recentes incluem uma unidade de processamento gráfico (GPU) no chip.

O chip set

O chip set, que inclui a ponte norte, medeia a comunicação entre a CPU e os outros componentes do sistema, incluindo a memória principal.

Memória de acesso aleatório (RAM)

Memória de acesso aleatório (RAM), que armazena o código e os dados que estão sendo ativamente acessados pela CPU. Por exemplo, quando um navegador da web é aberto no computador, ele consome memória; isso é armazenado na RAM até que o navegador da web seja fechado. RAM geralmente vem em DIMMs nos tamanhos 2GB, 4GB e 8GB, mas pode ser muito maior.

Memória somente leitura (ROM)

Memória somente leitura (ROM), que armazena o BIOS que é executado quando o computador é ligado ou inicia a execução, um processo conhecido como Bootstrapping boot ou “boot”. O BIOS (Basic Input Output System) inclui firmware de inicialização e firmware de gerenciamento de energia. Placas-mãe mais recentes usam UEFI (Unified Extensible Firmware Interface) em vez de BIS.

Barramentos que conectam a CPU a vários componentes internos e expandem placas para gráficos e som.

A bateria CMOS

A bateria CMOS, que alimenta a memória para data e hora no chip do BIOS. Esta bateria é geralmente uma bateria de relógio.

A placa de vídeo (também conhecida como placa gráfica)

A placa de vídeo processa gráficos de computador. Placas gráficas mais potentes são mais adequadas para lidar com tarefas extenuantes, como jogar videogames interativos.

Cartões de Expansão

Uma placa de expansão em computação é uma placa de circuito impresso que pode ser inserida em um slot de expansão de uma placa-mãe ou backplane de computador para adicionar funcionalidade a um sistema através de computador através do barramento de expansão. Os cartões de expansão podem ser usados para obter ou expandir os recursos não oferecidos pela placa-mãe.

Dispositivos de Armazenamento

Um dispositivo de armazenamento é qualquer hardware de computação e mídia digital usado para armazenar, transferir e extrair arquivos e objetos de dados. Ele pode armazenar informação tanto temporária quanto permanente, e pode ser interno ou externo a um computador, servidor ou qualquer dispositivo de computação similar.

Mídia Fixa

Os dados são armazenados por um computador usando uma variedade de mídia. Os discos rígidos são encontrados praticamente em todos os computadores mais velhos, devido à sua alta capacidade e baixo custo, mas unidades de estado sólido são mais rápida e mais eficiente de energia, embora mais caros do que os discos rígidos por gigabyte, assim são encontrados em computadores pessoais criados após 2007.

Alguns sistemas podem usar um controlador de matriz de disco para maior desempenho ou confiabilidade.

Mídia Removível

Para transferir dados entre computadores, uma unidade flash USB ou disco óptico pode ser usado. Sua utilidade depende de ser legível por outros sistemas; a maioria das máquinas possui uma unidade de disco óptico e praticamente todas possuem pelo menos uma porta USB.

Dispositivos de Entrada

Os dispositivos de entrada permitem que o usuário insira informações no sistema ou controle sua operação. A maioria dos computadores pessoais tem um mouse ou teclado, mas os sistemas de laptop geralmente usam um touchpad em vez de um mouse. Outros dispositivos de entrada incluem webcams, microfones, joysticks e scanners de Imagens.

Dispositivos de saída

Os dispositivos de saída exibem informações em um formato legível por humanos. Tais dispositivos podem incluir impressoras, alto-falantes, monitores ou impressora Braille.

Computador de Mainframe

Um computador mainframe é um computador muito maior que normalmente ocupa uma sala e pode custar centenas ou milhares de vezes mais que um computador pessoal. Eles são projetados para executar um grande número de cálculos para governos e grandes empresas.

Supercomputador

Um supercomputador é superficialmente semelhante a um mainframe, mas destina-se a tarefas computacionais extremamente exigentes.

O termo supercomputador não se refere a uma tecnologia especifica. Em vez disso indica os cálculos mais rápidos disponíveis a qualquer momento. Os supercomputadores são rápidos, mas extremamente caros sendo geralmente usados por grandes organizações para executar tarefas exigentes em termos de computação, envolvendo grandes conjuntos de dados.

Supercomputadores executam aplicações militares e científicas. Embora custem caro eles também estão sendo usados para aplicações comerciais, onde grandes quantidades de dados devem ser analisados.

Conclusão

Como as peças de computador contêm materiais perigosos, há um movimento crescente para reciclar peças antigas e obsoletas. O hardware do computador contém produtos químicos perigosos, como: chumbo, mercúrio, níquel e cádmio.

Esses resíduos eletrônicos têm um efeito prejudicial sobre o meio ambiente, a menos que seja descartado adequadamente. A fabricação de hardware requer energia e a reciclagem de peças reduzirá a poluição do ar, a poluição da água e as emissões de gases de efeito estufa.

Referências:

  1. Wikipédia, Computer Hardware, disponível neste link.
  2. Wikipédia, History of Computing Hardware, disponível neste link.
  3. Significados, Significado de Hardware, disponível neste link.

Imagem Pixabay.

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