Como Exatamente Funciona um Computador?

Você já se perguntou como funciona um computador? Quem o inventou e quais componentes fazem esse dispositivo operar de maneira tão eficiente? Então, este blog é para você! Vamos explorar em detalhes a criação desse dispositivo revolucionário e entender as partes essenciais que permitem seu funcionamento.

Na área da tecnologia, um computador é um dispositivo eletrônico capaz de processar grandes quantidades de dados e executar algoritmos complexos. Diversos componentes interligados compõem o computador e, juntos, realizam desde simples cálculos até o processamento de informações em larga escala.

Os computadores são presentes em praticamente todas as áreas do cotidiano. Afinal, as pessoas utilizam computadores para armazenar dados, processar informações, criar designs industriais, manipular imagens, acessar a internet, realizar cálculos e executar programas complexos de realidade virtual. Essa versatilidade torna os computadores essenciais tanto em ambientes domésticos quanto profissionais.

Seja em casa, no trabalho, nas escolas ou até mesmo na palma de nossas mãos com os smartphones, os computadores executam uma infinidade de tarefas. Eles controlam a produção nas fábricas, facilitam operações bancárias, ajudam nas videochamadas e desempenham um papel central em muitas atividades modernas. Por isso, a importância dos computadores para a nossa sociedade não pode ser subestimada.

Uma breve história sobre a origem dos computadores

Antes de entender como os computadores funcionam, conheça sua invenção e evolução os tornaram indispensáveis em nosso dia a dia. Os computadores modernos são o resultado de décadas de avanços tecnológicos, mas suas raízes remontam a séculos atrás. A ideia de um dispositivo capaz de realizar cálculos surgiu na Antiguidade, com invenções como o ábaco, utilizado para efetuar operações matemáticas básicas e considerado uma das primeiras ferramentas de computação da humanidade.

O conceito de um “computador” mais próximo ao que conhecemos foi introduzido no século XIX por Charles Babbage, um matemático britânico considerado o “pai dos computadores”. Ele projetou a Máquina Analítica, um dispositivo mecânico que poderia realizar cálculos complexos de forma automatizada. Embora a máquina de Babbage nunca tenha sido concluída em sua época, sua concepção serviu de base para o desenvolvimento futuro dos computadores.

Avanços do Século XX: A Eletrônica e a Revolução Computacional

Foi somente no século XX, com o avanço da eletrônica, que os primeiros computadores modernos começaram a tomar forma. Durante a Segunda Guerra Mundial, engenheiros criaram dispositivos como o ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) para fins militares, permitindo cálculos em uma velocidade sem precedentes. No entanto, esses primeiros computadores eram gigantes, ocupando salas inteiras e utilizando milhares de válvulas termiônicas.

A Bomba britânica, que quebrou o código da Enigma, história contada no filme O Jogo da Imitação (The Imitation Game, 2014).

Na década de 1940, John von Neumann desenvolveu a famosa arquitetura de von Neumann, que até hoje serve de base para a maioria dos computadores modernos. Sua arquitetura define um computador como um dispositivo composto por uma unidade de processamento, memória e dispositivos de entrada e saída.

Representação da arquitetura de Von Neumann, o modelo base para a computação moderna, foi estabelecido em 1945.

Nos anos 1950, a introdução dos transistores revolucionou a eletrônica, tornando os computadores menores e mais potentes. Assim, nos anos 1970, surgem os primeiros microprocessadores, sendo o primeiro modelo comercial de microprocessador projetado pela Intel em 1971, o Intel 4004, model considerado mãe deste tipo de tecnologia. Com o rápido crescimento dessa tecnologia, surgiram os primeiros computadores pessoais, como o Altair 8800 e, mais tarde, o Apple I. Esses avanços possibilitaram que os computadores fossem utilizados em massa.

Desde então, a tecnologia dos computadores evoluiu rapidamente. Atualmente, encontramos dispositivos com poder computacional muito superior aos primeiros computadores em praticamente todos os lares, escritórios e até em nossos bolsos, graças à popularização dos smartphones.

50 anos de diferença: Comparação entre o primeiro microprocessador já desenvolvido, o Intel 4004, e uma CPU Intel Core de 2021.

Como Funcionam os Computadores?

Os computadores são dispositivos eletrônicos que funcionam por meio da eletricidade. Ou seja, pequenos fluxos de eletricidade em forma de corrente elétrica, transportam os dados por meio de barramentos de dados, que facilitam a troca de informações entre os componentes.

No cérebro do computador, os microprocessadores contêm milhares ou até milhões de dispositivos eletrônicos chamados transistores. Dessa forma, esses transistores atuam como interruptores, controlando o fluxo da corrente elétrica no sistema. Eles possuem duas posições: ligado (representado pelo número 1) ou desligado (representado pelo número 0). Essas duas posições formam a base do sistema binário, que é a linguagem que os computadores utilizam para processar informações.

Processamento Binário: A Linguagem dos Computadores

Os computadores só conseguem entender o código binário, ou seja, uma sequência de 0s e 1s.
O computador converte cada dado que inserimos, como uma letra, número ou imagem, em uma combinação de binários. Por exemplo, o computador armazena a palavra “dog” (cachorro, em inglês) assim:

• d = 01100100
• o = 01101111
• g = 01100111

Assim, o computador converte qualquer instrução que segue em uma série de 0s e 1s. Os programadores utilizam linguagens de programação, como Python, Java e C++ , para criar programas que convertem essas instruções para código binário, tornando o processo de desenvolvimento de software mais prático.

Arquitetura de um Computador: Von Neumann

A maioria dos computadores segue a arquitetura de von Neumann, que define três partes principais:

• Unidade Central de Processamento (CPU): Inclui a Unidade Lógico-Aritmética (ULA) e a Unidade de Controle (UC), responsáveis pelos cálculos e controle das operações.
• Memória: Armazena dados e instruções que estão sendo usados no momento.
• Dispositivos de Entrada e Saída (E/S): Permitem a interação do usuário com o computador e o envio de informações para outros sistemas.

REG e RI = Registradores de instruções

PC = Program Counter

Como Funciona o Processador (CPU)?

O processador, também chamado de CPU (Central Processing Unit), é o “cérebro” do computador. Ele é responsável por executar a maioria das operações, desde abrir um aplicativo até renderizar um vídeo ou rodar um jogo. Os processadores modernos, como o Intel Core i9 e o AMD Ryzen 9, contêm bilhões de transistores em uma escala nanométrica. Dessa forma, permite que eles realizem operações complexas em milissegundos, tornando-os extremamente rápidos e eficientes.

O processo de execução da CPU pode ser dividido em três fases principais:

Busca: O processador busca as instruções na memória.

Decodificação: A instrução é decodificada para que a CPU possa entender.

Execução: O processador executa a instrução e envia o resultado para os dispositivos de saída.

Além disso, os processadores modernos utilizam cache e registradores, memórias rápidas para acelerar o desempenho e evitar gargalos.

Os maiores fabricantes de processadores, Intel e AMD, competem diretamente no mercado. A 13ª geração Intel (Raptor Lake) e a série AMD Ryzen 7000 são as últimas inovações, trazendo suporte para DDR5 e PCIe 5.0, que melhoram a transferência de dados e a eficiência energética, ideais para quem busca alto desempenho.

Como Funciona a Memória RAM?

A Memória RAM (Random Access Memory) é fundamental para garantir a agilidade e velocidade de um sistema. Ela armazena temporariamente os dados que o processador precisa acessar rapidamente durante a execução de programas. Ou seja, quanto maior a capacidade da RAM, mais dados podem ser processados simultaneamente, resultando em melhor desempenho. 

• Capacidade: Medida em gigabytes (GB), determina quanto a RAM pode armazenar.
• Frequência (Clock): Medida em megahertz (MHz), indica a velocidade de acesso aos dados.
• DDR: A geração da RAM, como DDR4 ou DDR5, com o número indicando sua modernidade e eficiência.

Ao contrário dos discos rígidos ou SSDs, os dados armazenados na RAM são temporários e voláteis, ou seja, desaparecem quando o computador é desligado. Por isso, quanto mais rápida e de maior capacidade for a memória RAM, melhor será o desempenho do computador em tarefas multitarefas.

Como Funciona o Armazenamento (HD e SSD)?

Além da RAM, os computadores contam com discos rígidos (HDs) e unidades de estado sólido (SSDs) para o armazenamento permanente de dados. O HD usa discos magnéticos para gravar informações, enquanto o SSD, muito mais moderno, utiliza memória flash, proporcionando maior velocidade de leitura e gravação de dados.

Atualmente, o SSD tem se tornado a escolha preferida para quem busca alta performance. Ele oferece tempos de acesso extremamente rápidos e, ao mesmo tempo, maior confiabilidade em comparação com os HDs tradicionais. Embora os HDs ainda sejam mais baratos por gigabyte, os SSDs NVMe são muito mais rápidos e, portanto, ideais para edição de vídeo, renderização de gráficos e execução de jogos.

Placa-Mãe

A placa-mãe é o componente central de um computador, responsável por conectar e interligar todos os outros componentes de hardware, como o processador (CPU), memória RAM, placas de vídeo, discos de armazenamento e até a fonte de alimentação. Ela serve como uma “espinha dorsal”, permitindo a comunicação eficiente entre os diferentes elementos do sistema. A escolha da placa-mãe é fundamental ao montar um computador, pois ela determina a compatibilidade com os demais componentes, como a geração e potência do processador suportado, o tipo de memória RAM (DDR4, DDR5), e as interfaces de armazenamento, como SATA ou NVMe (m.2). Além disso, a placa-mãe também influencia as opções de expansão, como a quantidade de portas USB, slots PCIe para placas adicionais, e até os recursos de conectividade, como Wi-Fi e Bluetooth integrados. Portanto, ao escolher a placa-mãe, é importante considerar o desempenho desejado e as necessidades de compatibilidade do sistema como um todo.

Placa de Vídeo

A placa de vídeo, também conhecida como GPU (Unidade de Processamento Gráfico), é um componente para o processamento e exibição de gráficos em um computador. Ela desempenha um papel fundamental em tarefas que exigem alto poder gráfico, como jogos, edição de vídeo, renderização de animações 3D e design gráfico. Assim, a função da GPU é aliviar a carga da CPU, processando dados visuais de forma eficiente e gerando imagens de alta qualidade que são exibidas no monitor. As placas de vídeo possuem seu próprio processador, memória e circuitos dedicados, otimizando o desempenho gráfico sem depender dos recursos do sistema principal.

Existem dois tipos de placas de vídeo: integradas e dedicadas. As integradas vêm embutidas na placa-mãe ou no processador e compartilham recursos com o restante do sistema, enquanto as dedicadas são compradas separadamente e possuem mais poder de processamento. As placas de vídeo modernas também oferecem suporte para tecnologias avançadas, como aceleração de vídeo para conteúdos em alta definição, compatibilidade com múltiplos monitores, e aprimoramentos gráficos, proporcionando experiências imersivas em jogos e visualização de gráficos detalhados. Contudo, a escolha de uma placa de vídeo, é importante garantir sua compatibilidade com a placa-mãe e outros componentes do sistema.

A NVIDIA e a AMD são as principais fabricantes de GPUs. As placas de vídeo modernas, como a NVIDIA RTX 4090 e a AMD RX 7900 XT, oferecem recursos avançados, como ray tracing, que melhora drasticamente a qualidade gráfica dos jogos e das animações, proporcionando uma experiência visual imersiva.

Fonte de alimentação, ventoinhas e gabinete:

O tipo de PC que você estiver montando vai determinar o tipo de gabinete, ventoinha e fonte de alimentação. Principalmente se o computador que você está buscando é um de alta desempenho. 

A fonte de alimentação é o componente responsável por fornecer energia para todos os dispositivos do computador, convertendo a corrente alternada (AC) da rede elétrica em corrente contínua (DC), que é utilizada pelos componentes internos. A escolha de uma fonte adequada é essencial, pois ela deve ter potência suficiente para alimentar o processador, placa de vídeo, discos rígidos e demais componentes. Além disso, uma boa fonte de alimentação contribui para a estabilidade e longevidade do sistema, protegendo-o contra variações de tensão e sobrecargas.

As ventoinhas são responsáveis por manter a temperatura dos componentes internos do computador sob controle, evitando o superaquecimento. Elas estão presentes no gabinete, processador, placa de vídeo e, em alguns casos, na própria fonte de alimentação. Em resumo, um bom sistema de resfriamento, composto por ventoinhas estrategicamente posicionadas, é essencial para garantir o desempenho ideal e aumentar a vida útil do hardware.

O gabinete, por sua vez, é a estrutura que abriga todos os componentes do computador. Assim, oferece proteção física, ele também desempenha um papel importante na ventilação e organização dos componentes. Um gabinete bem projetado facilita o fluxo de ar, permitindo que as ventoinhas funcionem de maneira eficiente, além de acomodar de forma organizada os cabos e peças internas. Dessa forma, a escolha de um gabinete adequado também garante compatibilidade com os diferentes tamanhos de placas-mãe, placas de vídeo e sistemas de resfriamento.

Dispositivos de Entrada e Saída

Os dispositivos de entrada incluem teclados, mouses, microfones e scanners, que permitem que os usuários insiram dados no sistema. Entretanto, os dispositivos de saída, como monitores e impressoras, exibem os resultados das operações realizadas pelo computador.

A interface entre hardware e o software

No funcionamento de um computador, o hardware e o software trabalham juntos para executar as tarefas. O hardware inclui os componentes físicos, como processador, memória e armazenamento, enquanto o software (ATUALIZAR) é o conjunto de instruções que comanda esses componentes para realizar certas ações. Essa comunicação é mediada pelo sistema operacional, como Windows, macOS, ou Linux.

O software de sistema traduz as instruções dos programas (software de aplicação) em comandos que o hardware entende e executa. Sem essa interação, os programas que usamos diariamente, como navegadores, editores de texto e jogos, não conseguiriam funcionar, pois dependem da capacidade do software de sistema de controlar o hardware e otimizar seu desempenho. Assim, a interface entre o hardware e o software garante o uso eficiente e adequado dos recursos da máquina.

Conclusão 

Com a constante evolução da tecnologia, os computadores se tornaram uma parte fundamental de nossas vidas. Desde os primeiros dispositivos de grande porte até os portáteis poderosos que temos hoje, sua capacidade de processamento de dados e conectividade moldaram a maneira como vivemos e trabalhamos. Com o surgimento de novas tendências como inteligência artificial, realidade virtual e computação em nuvem, o papel dos computadores no futuro só tende a crescer, trazendo ainda mais inovação e eficiência para nossas tarefas diárias. 

Então, agora que você conhece os componentes e o funcionamento básico de um computador, sinta-se à vontade para explorar as opções mais avançadas, como workstations de alto desempenho, personalizadas para atender às suas necessidades específicas.

Fascinante, não é? Agora que você conhece um pouco mais sobre o funcionamento dos computadores, entre em contato com a Razor Computadores e descubra as melhores opções de workstations para atender suas necessidades profissionais e pessoais.