Como funcionam os PCs

A maioria de nós usa um computador todos os dias, mas poucas pessoas sabem sobre o funcionamento interno dessa parte vital de nossas vidas. © iStockphoto.com / spxChrome

A palavra computador se refere a um objeto que pode aceitar alguma entrada e produzir alguma saída. Na verdade, o próprio cérebro humano é um computador sofisticado e os cientistas estão aprendendo mais sobre como ele funciona a cada ano que passa. Nosso uso mais comum da palavra computador, porém, é para descrever um dispositivo eletrônico contendo um microprocessador.

Um microprocessador é um pequeno dispositivo eletrônico que pode realizar cálculos complexos em um piscar de olhos. Você pode encontrar microprocessadores em muitos dispositivos que usa todos os dias, como carros, geladeiras e televisores. O dispositivo mais conhecido com um microprocessador é o computador pessoal ou PC. Na verdade, o conceito de computador se tornou quase sinônimo do termo PC.

Quando você ouve um PC, provavelmente visualiza um dispositivo fechado com uma tela de vídeo, teclado e algum tipo de dispositivo apontador, como um mouse ou touchpad. Você também pode imaginar diferentes formas de PCs, como computadores desktop, torres e laptops. O termo PC foi associado a certas marcas, como processadores Intel ou sistemas operacionais Microsoft. Neste artigo, porém, definimos um PC como um dispositivo de computação mais geral com estas características:

• projetado para ser usado por uma pessoa por vez
• executa um sistema operacional para fazer a interface entre o usuário e o microprocessador
• tem certos componentes internos comuns descritos neste artigo, como CPU e RAM
• executa aplicativos de software projetados para atividades específicas de trabalho ou lazer
• permite adicionar e remover hardware ou software conforme necessário

Os PCs remontam à década de 1970, quando um homem chamado Ed Roberts começou a vender kits de computador baseados em um chip microprocessador projetado pela Intel. Roberts chamou seu computador de Altair 8800 e vendeu os kits desmontados por $ 395. A Popular Electronics publicou uma história sobre o kit em sua edição de janeiro de 1975 e, para surpresa de quase todos, os kits se tornaram um sucesso instantâneo. Assim, a era do computador pessoal começou [fontes: Cerruzi, Lasar].

Embora o Altair 8800 tenha sido o primeiro computador pessoal real, foi o lançamento do Apple II alguns anos depois que marcou o início do PC como um eletrodoméstico muito procurado. O Apple II, dos inventores Steve Jobs e Steve Wozniak, provou que havia demanda por computadores em residências e escolas. Logo depois, empresas de computador estabelecidas há muito tempo, como IBM e Texas Instruments, entraram no mercado de PCs, e novas marcas como Commodore e Atari entraram no jogo.

Neste artigo, examinaremos o interior do PC para descobrir mais sobre suas peças e o que elas fazem. Também verificaremos o software básico usado para inicializar e executar um PC. Em seguida, cobriremos os PCs móveis e examinaremos o futuro da tecnologia de PC.

Conteúdo

1. Componentes principais do PC
2. Portas, periféricos e slots de expansão
3. Ligando um PC
4. Sistemas operacionais para PC
5. O futuro dos PCs
6. Computação Pessoal Portátil

Para ver como funciona um PC, vamos começar com as peças que se juntam para formar a máquina. A seguir estão os componentes comuns aos PCs na ordem em que são normalmente montados:

Caso -- Se você estiver usando um laptop, a caixa do computador inclui teclado e tela. Para desktops, o gabinete é normalmente algum tipo de caixa com luzes, aberturas e locais para conectar cabos. O tamanho do case pode variar de pequenas unidades de mesa a torres altas. Um case maior nem sempre significa um computador mais poderoso; é o que está dentro que conta. Os fabricantes de PCs projetam ou selecionam um gabinete com base no tipo de placa-mãe que deve caber dentro.

Placa-mãe -- A placa de circuito primário dentro do seu PC é a placa-mãe. Todos os componentes, por dentro e por fora, se conectam de alguma forma pela placa-mãe. Os outros componentes listados nesta página são removíveis e, portanto, substituíveis sem substituir a placa-mãe. Vários componentes importantes, porém, estão conectados diretamente à placa-mãe. Isso inclui o semicondutor de óxido metálico complementar (CMOS), que armazena algumas informações, como o relógio do sistema, quando o computador é desligado. As placas-mãe vêm em diferentes tamanhos e padrões, sendo os mais comuns ATX e MicroATX. A partir daí, as placas-mãe variam de acordo com o tipo de componentes removíveis com os quais são projetadas para lidar internamente e quais portas estão disponíveis para conectar dispositivos externos.

Fonte de energia -- Além do CMOS, que é alimentado por uma bateria CMOS substituível na placa-mãe, todos os componentes do PC dependem de sua fonte de alimentação. A fonte de alimentação se conecta a algum tipo de fonte de alimentação, seja uma bateria no caso de computadores móveis ou uma tomada de energia no caso de PCs de mesa. Em um PC de mesa, você pode ver a fonte de alimentação montada dentro do gabinete com uma conexão do cabo de alimentação por fora e um punhado de cabos conectados por dentro. Alguns desses cabos se conectam diretamente à placa-mãe, enquanto outros se conectam a outros componentes como drives e ventiladores.

Unidade de processamento central (CPU) -- A CPU, geralmente chamada apenas de processador, é o componente que contém o microprocessador. Esse microprocessador é o coração de todas as operações do PC, e o desempenho do hardware e do software depende do desempenho do processador. Intel e AMD são os maiores fabricantes de CPU para PCs, embora você também encontre outros no mercado. As duas arquiteturas de CPU comuns são 32 bits e 64 bits, e você descobrirá que certos softwares dependem dessa distinção de arquitetura.

Memória de acesso aleatório (RAM) -- Mesmo o processador mais rápido precisa de um buffer para armazenar informações enquanto estão sendo processadas. A RAM está para a CPU como uma bancada está para o cozinheiro: ela serve como o lugar onde os ingredientes e ferramentas com que você está trabalhando esperam até que você precise pegá-los e usá-los. Tanto uma CPU rápida quanto uma grande quantidade de RAM são necessárias para um PC veloz. Cada PC tem uma quantidade máxima de RAM que pode suportar, e os slots na placa-mãe indicam o tipo de RAM que o PC requer.

Drives -- Uma unidade é um dispositivo destinado a armazenar dados quando não estão em uso. Um disco rígido ou unidade de estado sólido armazena o sistema operacional e o software de um PC, que veremos mais de perto mais tarde. Esta categoria também inclui unidades ópticas, como aquelas usadas para leitura e gravação de mídia de CD, DVD e Blu-ray. Uma unidade se conecta à placa-mãe com base no tipo de tecnologia de controlador de unidade que usa, incluindo o padrão IDE mais antigo e o padrão SATA mais recente.

Dispositivos de resfriamento -- Quanto mais o seu computador processa, mais calor ele gera. A CPU e outros componentes podem lidar com uma certa quantidade de calor. No entanto, se um PC não for resfriado adequadamente, ele pode superaquecer, causando danos caros a seus componentes e circuitos. Ventiladores são o dispositivo mais comum usado para resfriar um PC. Além disso, a CPU é coberta por um bloco metálico chamado dissipador de calor, que retira o calor da CPU. Alguns usuários de computador sérios, como jogadores, às vezes têm soluções de gerenciamento de calor mais caras, como um sistema refrigerado a água, projetado para lidar com demandas de resfriamento mais intensas.

Cabos -- Todos os componentes que mencionamos até agora são conectados por alguma combinação de cabos. Esses cabos são projetados para transportar dados, energia ou ambos. Os PCs devem ser construídos de forma que os cabos se dobrem perfeitamente dentro do gabinete e não bloqueiem o fluxo de ar por ele.

Um PC é normalmente muito mais do que esses componentes principais. A seguir, veremos as portas e periféricos que permitem que você interaja com o computador e como você pode adicionar ainda mais componentes usando slots de expansão.

O ideal é que seu computador tenha portas suficientes para que você não precise misturar todos os acessórios. Se você se encontrar em um congestionamento como este, considere se você precisa ou não de todos esses periféricos. © iStockphoto.com / andres balcazar

Os principais componentes que vimos até agora constituem o poder de processamento central do PC. Um PC precisa de componentes adicionais, porém, para interagir com usuários humanos e outros computadores. A seguir estão as peças do PC que fazem isso acontecer:

Componentes gráficos -- Enquanto algumas placas-mãe têm gráficos on-board, outras incluem o que é chamado de slot de expansão, onde você pode inserir uma placa de vídeo separada. Em ambos os casos, os componentes de vídeo em um PC processam alguns dos dados gráficos complexos que vão para a tela, tirando parte da carga da CPU. Uma placa-mãe aceita placas de vídeo com base em uma interface específica, como o antigo padrão AGP ou um dos padrões PCI mais recentes.

Portas -- A palavra porta costuma ser usada para descrever um local na parte externa do PC onde você pode conectar um cabo. Descreva uma porta por seu uso, como uma porta USB ou uma porta Ethernet. (Observe que a palavra porta também é usada para descrever uma conexão de software quando duas peças de hardware tentam se comunicar.) Muitas portas são fixadas diretamente na placa-mãe. Algumas das portas que você encontrará em um PC incluem o seguinte:

• Portas USB
• portas de rede, normalmente Ethernet e FireWire
• portas de vídeo, normalmente alguma combinação de VGA, DVI, RCA / componente, S-Video e HDMI
• portas de áudio, normalmente algumas combinações de mini conectores de áudio analógico ou RCA
• portas legadas ou portas que seguem padrões antigos que raramente são usados ​​em computadores modernos, como portas paralelas de impressora e portas PS2 para teclado e mouse

Periféricos -- Qualquer peça de hardware que não esteja montada dentro do gabinete do PC é chamada de periférico. Isso inclui seus dispositivos básicos de entrada e saída: monitores, teclados e mouses. Também inclui impressoras, alto-falantes, fones de ouvido, microfones, webcams e unidades flash USB. Qualquer coisa que você pode conectar a uma porta do PC é um dos periféricos do PC. Os periféricos essenciais (como monitores) não são necessários em laptops, que os possuem integrados.

Slots de expansão -- Ocasionalmente, você desejará adicionar componentes a um PC que não tenha um slot designado em algum lugar da placa-mãe. É por isso que a placa-mãe incluirá uma série de slots de expansão. Os componentes removíveis projetados para caber em slots de expansão são chamados de cartões, provavelmente por causa de sua estrutura plana semelhante a um cartão. Usando slots de expansão, você pode adicionar placas de vídeo extras, placas de rede, portas de impressora, receptores de TV e muitas outras adições personalizadas. A placa deve corresponder ao tipo de slot de expansão, seja o tipo ISA / EISA legado ou os tipos mais comuns de PCI, PCI-X ou PCI Express.

Agora que vimos as partes de um PC, vamos pressionar o botão liga / desliga e ver o que o faz inicializar.

Quando você liga um PC pela primeira vez, a máquina passa por vários processos internos antes de estar pronta para uso. Isso é chamado de processo de inicialização ou inicialização do PC. Boot é a abreviação de bootstrap, uma referência ao velho ditado, "Puxe-se para cima pelos bootstraps", que significa começar algo desde o início. O processo de inicialização é controlado pelo sistema básico de entrada-saída (BIOS) do PC.

O BIOS é um software armazenado em um chip de memória flash. Em um PC, o BIOS está embutido na placa-mãe. Ocasionalmente, um fabricante de PC lança uma atualização para o BIOS e você pode seguir cuidadosamente as instruções para "atualizar o BIOS" com o software atualizado.

Além de controlar o processo de inicialização, o BIOS fornece uma interface de configuração básica para os componentes de hardware do PC. Nessa interface, você pode configurar coisas como a ordem de leitura das unidades durante a inicialização e a velocidade com que o processador deve ser executado. Verifique a documentação do seu PC para saber como entrar na interface do BIOS. Essas informações são frequentemente exibidas quando você inicializa o computador pela primeira vez, também, com uma mensagem como "Pressione DEL para entrar no menu de configuração."

A seguir está um resumo do processo de inicialização em um PC:

1. O botão liga / desliga ativa o fornecimento de energia no PC, enviando energia para a placa-mãe e outros componentes.
2. O PC executa um autoteste de inicialização (POST). O POST é um pequeno programa de computador dentro do BIOS que verifica se há falhas de hardware. Um único bipe após o POST sinaliza que está tudo bem. Outras sequências de bipes sinalizam uma falha de hardware e os especialistas em reparos de PC comparam essas sequências com um gráfico para determinar qual componente falhou.
3. O PC exibe informações no monitor conectado, mostrando detalhes sobre o processo de inicialização. Isso inclui o fabricante e a revisão do BIOS, especificações do processador, a quantidade de RAM instalada e as unidades detectadas. Muitos PCs substituíram a exibição dessas informações por uma tela inicial com o logotipo do fabricante. Você pode desligar a tela inicial nas configurações do BIOS se preferir ver o texto.
4. O BIOS tenta acessar o primeiro setor da unidade designado como o disco de inicialização. O primeiro setor são os primeiros kilobytes do disco em sequência, se a unidade for lida sequencialmente, começando com o primeiro endereço de armazenamento disponível. O disco de inicialização é normalmente o mesmo disco rígido ou unidade de estado sólido que contém o sistema operacional. Você pode alterar o disco de inicialização configurando o BIOS ou interrompendo o processo de inicialização com uma sequência de teclas (frequentemente indicada nas telas de inicialização).
5. A BIOS confirma que há um carregador de bootstrap, ou carregador de boot, naquele primeiro setor do disco de boot e carrega esse carregador de boot na memória (RAM). O carregador de boot é um pequeno programa projetado para encontrar e iniciar o sistema operacional do PC.
6. Uma vez que o carregador de boot está na memória, o BIOS passa seu trabalho para o carregador de boot, que por sua vez começa a carregar o sistema operacional na memória.
7. Quando o carregador de boot termina sua tarefa, ele passa o controle do PC para o sistema operacional. Então, o sistema operacional está pronto para a interação do usuário.

Agora que estamos todos ligados, o que vem a seguir? Grande parte do funcionamento dos PCs depende do sistema operacional que você usa. Na próxima seção, vamos examinar como os sistemas operacionais funcionam em um PC.

O Microsoft Windows continua a ser o sistema operacional mais popular do mundo. © iStockphoto.com / Tuomas Kujansuu

Depois que um PC é inicializado, você pode controlá-lo por meio de um sistema operacional, ou SO, para abreviar. No momento em que este livro foi escrito, a maioria dos PCs não-Apple executava uma versão do Microsoft Windows ou uma distribuição do Linux. Esses sistemas operacionais são projetados para funcionar em vários tipos de hardware de PC, enquanto o Mac OS X é projetado principalmente para hardware da Apple.

Um sistema operacional é responsável por várias tarefas. Essas tarefas se enquadram nas seguintes categorias amplas:

• Gerenciamento de processador -- divide o trabalho do processador em pedaços gerenciáveis ​​e os prioriza antes de enviá-los para a CPU.
• Gerenciamento de memória -- coordena o fluxo de dados de entrada e saída da RAM e determina quando usar a memória virtual no disco rígido para complementar uma quantidade insuficiente de RAM.
• Gerenciamento de dispositivo -- fornece uma interface baseada em software entre os componentes internos do computador e cada dispositivo conectado ao computador. Os exemplos incluem a interpretação da entrada do teclado ou mouse ou o ajuste dos dados gráficos para a resolução de tela correta. As interfaces de rede, incluindo o gerenciamento de sua conexão com a Internet, também se enquadram no grupo de gerenciamento de dispositivos.
• Gerenciamento de armazenamento -- direciona onde os dados devem ser armazenados permanentemente em discos rígidos, unidades de estado sólido, unidades USB e outras formas de armazenamento. Por exemplo, as tarefas de gerenciamento de armazenamento auxiliam na criação, leitura, edição, movimentação, cópia e exclusão de documentos.
• Interface do aplicativo -- fornece troca de dados entre programas de software e o PC. Um aplicativo deve ser programado para funcionar com a interface do aplicativo para o sistema operacional que você está usando. Os aplicativos geralmente são projetados para versões específicas de um sistema operacional também. Você verá isso nos requisitos do aplicativo com frases como "Windows Vista ou posterior" ou "só funciona em sistemas operacionais de 64 bits".
• Interface do usuário (IU) - fornece uma maneira de interagir com o computador.

A partir daí, anote para ver nosso artigo Como funcionam os sistemas operacionais para obter mais detalhes sobre como um sistema operacional funciona em um PC. Além disso, verifique quando quiser saber como aplicativos e dispositivos específicos funcionam no seu PC.

Agora, vamos olhar para o futuro dos PCs em geral e a maneira como os fabricantes de PCs venceram os desafios de portabilidade da computação móvel.

Desde que o primeiro PC chegou ao mercado, modelos mais novos e melhores tornaram os modelos mais antigos obsoletos meses após a produção. Tecnologias de unidade como SATA substituíram IDE, e slots de expansão PCI substituíram ISA e EISA. O indicador mais importante para o progresso tecnológico em um PC, porém, é sua CPU e o microprocessador dentro dessa CPU.

Os microprocessadores de silício têm sido o coração do mundo da computação desde os anos 1950. Durante esse tempo, os fabricantes de microprocessadores colocaram mais transistores e aprimoramentos nos microprocessadores. Em 1965, o fundador da Intel, Gordon Moore, previu que os microprocessadores dobrariam de complexidade a cada dois anos. Desde então, essa complexidade dobrou a cada 18 meses, e especialistas do setor apelidaram a previsão de Lei de Moore. Muitos especialistas previram que a Lei de Moore chegará ao fim em breve devido às limitações físicas dos microprocessadores de silício [fonte: PBS].

No momento em que este livro foi escrito, no entanto, as capacidades dos transistores dos processadores continuaram aumentando. Isso ocorre porque os fabricantes de chips estão constantemente encontrando novas maneiras de gravar transistores no silício. Os minúsculos transistores agora são medidos em nanômetros, que é um bilionésimo de metro. Os próprios átomos têm aproximadamente 0,5 nm, e os processos de produção mais atuais para microprocessadores podem produzir transistores que medem 45 nm ou 32 nm. Quanto menor for esse número, mais transistores caberão em um chip e, portanto, mais poder de processamento o chip é capaz. Em maio de 2011, a Intel estava trabalhando em um processo de fabricação de 22 nm, codinome Ivy Bridge, que usa transistores com um design de economia de energia chamado Tri-Gate [fontes: BBC, Intel].

Então, o que acontece quando chegarmos ao fim da Lei de Moore? Um novo meio de processamento de dados pode garantir que o progresso continue. Os sucessores potenciais são aqueles que provam ser um meio mais poderoso de executar as funções computacionais básicas de um processador. Os microprocessadores de silício contam com o tradicional transistor de dois estados há mais de 50 anos, mas invenções como os computadores quânticos estão mudando o jogo.

Os computadores quânticos não estão limitados aos dois estados de 1 ou 0. Eles codificam informações como bits quânticos ou qubits. Um qubit pode ser 1 ou 0, ou pode existir em uma superposição que é simultaneamente 1 e 0 ou em algum lugar entre os dois. Qubits representam átomos que trabalham juntos para servir como memória de computador e como microprocessador. Como um computador quântico pode conter esses vários estados simultaneamente, ele tem o potencial de ser milhões de vezes mais poderoso do que os supercomputadores mais poderosos de hoje. A tecnologia de computação quântica ainda está em seus estágios iniciais, mas os cientistas já estão provando o conceito com resultados reais e mensuráveis. Certifique-se de verificar Como funcionam os computadores quânticos para mais informações sobre esta descoberta incrível.

O tempo dirá se o poder dos computadores quânticos chegará ao PC médio. Nesse ínterim, você ainda pode carregar muito poder de processamento com você, graças aos PCs móveis, que veremos a seguir.

Os dispositivos de computação móvel continuarão a se tornar cada vez mais proeminentes no mercado de PCs. © iStockphoto.com / Oleksiy Mark

Mesmo antes do PC, os fabricantes de computadores conceitualizavam os computadores portáteis. Foi o IBM PC conversível de 12 libras que colocou o conceito de laptop em produção em 1986. Desde então, os laptops se tornaram menores e mais leves e sua capacidade de processamento melhorou junto com os PCs desktop [fonte: IBM].

Hoje, a indústria de computadores reconhece outras classes de computadores móveis. Uma classe, o notebook, tornou-se quase sinônimo de laptop. O termo foi originalmente usado para indicar um primo menor e mais leve do laptop. Outra classe, o netbook, é ainda menor que os notebooks, além de ser mais barato e menos potente. A classificação provavelmente tem o nome de seu público-alvo: aqueles que desejam uma interface muito básica para usar a Internet.

A computação móvel vai ainda mais longe do que notebooks e netbooks. Muitos smartphones e tablets têm tanto poder de processamento quanto notebooks, embalados em pacotes menores. As principais diferenças incluem um tamanho de tela e resolução menores, menos portas externas, capacidade de telefone celular e tecnologia de tela de toque, além de ou no lugar de um teclado.

No lado do software, os sistemas operacionais de PC também estão melhorando a portabilidade. Por exemplo, o Google Chrome OS minimiza a necessidade de espaço no disco rígido, contando com o acesso a aplicativos da Web e armazenamento em nuvem. Isso significa que um netbook limitado a uma unidade de estado sólido de 64 GB tem o potencial de ser tão útil quanto um laptop com uma unidade de disco de 500 GB. Naturalmente, grandes aplicativos que não são habilitados para a Web são a exceção a esta vantagem de economia de espaço.

Neste artigo, vimos como um PC funciona e para onde a tecnologia de PC está indo. Uma coisa é certa: o PC vai evoluir. Vai ficar mais rápido. Terá mais capacidade. E continuará a ser parte integrante de nossas vidas.

Para mais informações sobre computadores pessoais, clique na próxima página.

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Mais ótimos links

• Arquivos IBM: Computador Pessoal IBM
• Microsoft: uma história do Windows

Fontes

• BBC Notícias. "Intel apresenta processador Ivy Bridge 3D de 22 nm." BBC. 4 de maio de 2011. (1 de novembro de 2011) http://www.bbc.co.uk/news/technology-13283882
• Ceruzzi, Paul E. "A History of Modern Computing, 2nd Edition." Instituto de Tecnologia de Massachusetts. 2003.
• Lenovo. "História da empresa." (1 de novembro de 2011) http://www.lenovo.com/lenovo/us/en/history.html
• Intel. "Da areia ao silício: a fabricação de um chip: tecnologia de processo de 32 nm." Intel Corporation. (1 de novembro de 2011) http://www.intel.com/pressroom/kits/chipmaking/index.htm
• Lasar, Matthew. "Quem inventou o computador pessoal? (Dica: não a IBM)." Ars Technica. Condé Nast Digital. Junho de 2011. (31 de outubro de 2011) http://arstechnica.com/tech-policy/news/2011/06/did-ibm-invent-the-personal-computer-answer-no.ars
• PBS.org. "O primeiro transistor de silício." ScienCentral, Inc. e The American Institute of Physics. 1999. (1 de novembro de 2011) http://www.pbs.org/transistor/science/events/silicont1.html