Computador: entenda como funciona uma das máquinas mais presentes no dia a dia
Tudo que existe no mundo possui múltiplas camadas de complexidade. Na modernidade essas camadas se tornam tantas que para alguém empurrar as fronteiras do conhecimento humano leva-se uma vida inteira de estudos. Dessa forma, os cientistas sabem cada vez mais sobre uma área de estudo cada vez menor (individualmente, é claro). Portanto, seria impraticável tentar saber tudo sobre tudo o que nos rodeia. Porém, existe um objeto particularmente misterioso para o público geral e mesmo assim essencial para a vida como conhecemos: o computador.
Primeiro a definição. O computador é uma máquina de Turing universal (sim, o mesmo Turing do filme O jogo da imitação). Mas, antes de mais nada, o que é uma máquina de Turing?
Como visto acima é uma definição logica do que faz um computador, ignorando os aspectos físicos de construção. Imagine uma fita infinita na qual pode ser escrito ou lido o seu conteúdo, um robozinho para ler, escrever e andar na fita e por fim uma tabela (instruções que o robô vai seguir) que diz o que fazer de acordo com a posição da máquina e o que está escrito na fita. Na realidade, a fita é a memória (e ela com certeza não é infinita) e o robô associa várias partes de um computador, mas principalmente o processador (CPU).
Portanto, uma máquina de Turing universal significa que é possível simular outra máquina de Turing usando uma máquina de Turing (essa é uma questão mais técnica que não será abordada neste texto, mas diz respeito a máquinas virtuais).
Tendo entendido a estrutura lógica de um computador, é preciso entender brevemente o funcionamento do processador. Para isso, é necessário entender sua parte fundamental: o transistor.
O transistor é um semicondutor teorizado no começo do século XX e construído pela primeira vez em 1947, no famoso Bell Labs, rendendo o prêmio Nobel de física em 1956. Funciona basicamente permitindo a passagem de corrente elétrica entre seu coletor e seu emissor quando recebe uma pequena corrente em sua base O jeito mais fácil de pensar nele é como uma “torneira” para corrente elétrica, sendo a válvula a quantidade de corrente na base do transistor.
A partir dessa parte fundamental são montadas portas lógicas e, com essas, circuitos cada vez mais complexos que realizam somas, multiplicações e muitas outras operações.
A quantidade de coisas que um processador consegue fazer num período de tempo depende da quantidade de transistores dentro dele. Os processadores modernos, como os novos da Intel, possuem de 2 a 8 bilhões de transistores. O número de transistores que podem ser colocados numa mesma área (pelo mesmo preço) vem dobrando a cada dois anos desde sua adoção na eletrônica moderna. Essa lei de dobrar o número de transistores é totalmente observacional e chama-se Lei de Moore: cada transistor atualmente possui na casa de 10 nanômetros de largura, o equivalente a algumas centenas de átomos enfileirados. Esse é um dos motivos de computadores novos serem tão mais rápidos que a geração anterior.
Mesmo sendo impressionantes as tecnologias relacionadas ao hardware, um computador não serve para nada se ele não souber o que fazer. Para isso existe a segunda parte necessária para ele funcionar: os algoritmos. Eles são nada mais que uma receita, uma sequência de coisas a fazer. Existe toda uma área de estudos na matemática e na ciência da computação que busca criar essas sequências lógicas, tirando proveito da velocidade e capacidade de seguir instruções que o computador tem, para no fim gerar algum resultado útil. Exemplos clássicos são os de procurar um nome numa lista ou ordenar do menor para o maior. Vale à pena conferir o vídeo abaixo com uma representação visual de diferentes algoritmos para ordenar:
Por fim, se quisermos mandar o computador fazer alguma coisa ou executar algum algoritmo, precisamos falar com ele — só tem um problema: uma máquina não fala português . Na verdade, ela só conhece duas “letras”: 0 e 1. Portanto, precisamos traduzir o que queremos, surgindo a necessidade de linguagens de programação. A primeira forma encontrada para isso foi o uso de espécies de cartões perfurados que as máquinas sabiam ler. Hoje existem várias linguagens para vários objetivos diferentes e elas são divididas em alto e baixo nível.
As de baixo nível são aquelas em que a programação envolve lidar diretamente com o hardware e explicar passo a passo o que o computador deve fazer; já as de alto nível são construídas em cima dessas de baixo nível e seu uso é mais fácil e rápido. Ao enviar esses comandos para o computador, essas linguagens são traduzidas por um compilador para linguagem de máquina (outra questão mais técnica, que não será abordada aqui, mas para quem se interessa no assunto é uma parte muito importante da programação).
Este texto é um apanhado de assuntos que apenas tocam na superfície de várias grandes áreas de estudo, que se juntam para nos fornecer os computadores modernos. O objetivo é trazer curiosidades e uma noção abstrata do que acontece nessas “caixas pretas” tão presentes nas nossas vidas. Algumas tangentes foram deixadas em aberto para aqueles que se interessam pesquisarem sobre.
