Como funcionam os minicomputadores

Na década de 1940, a Universidade da Pensilvânia construiu o Electronic Numerical Integrator and Computer, mais conhecido como ENIAC. Foi um dos primeiros computadores eletrônicos de uso geral e era um monstro. Ele pesava cerca de 30 toneladas (27,2 toneladas métricas), com meio milhão de conexões cabeadas e milhares de tubos de vácuo formando os circuitos [fonte: Avery ].

Avance algumas décadas até a década de 1970 e o nascimento do computador pessoal. Anos de trabalho árduo por parte dos engenheiros de computação nos permitiram aproveitar o poder de um computador a partir de uma mesa em casa. Esses primeiros computadores pessoais eram primitivos para os padrões de hoje - os primeiros só podiam armazenar informações em discos externos ou fitas magnéticas.

Na década de 1980, vimos os primeiros laptops chegarem às prateleiras das lojas. Esses não eram os computadores portáteis e elegantes que estamos acostumados a carregar hoje. Eles eram desajeitados, pesados ​​e tinham funcionalidade limitada. Com o tempo, esses dispositivos se tornariam mais poderosos e ainda mais leves e menos complicados.

Hoje, você pode carregar um smartphone com mais poder de computação que o ENIAC. Até mesmo os PCs de mesa encolheram ao longo dos anos. Embora você ainda possa encontrar PCs em torre projetados para aplicativos de ponta, muitos computadores são apenas um pouco maiores que um telefone celular. E você pode até encontrar computadores no formato de um pen drive USB.

Neste artigo, vamos dar uma olhada em pequenos computadores que são um grande negócio. Esses dispositivos podem ser do tamanho de uma placa de circuito ou até menores. Como os engenheiros podem empacotar um computador completo em algo tão pequeno?

1. O grande problema de ficar menor
2. A Anatomia de um Mini PC
3. O que você não vai encontrar
4. Porque nós podemos!
5. Nota do autor

Para entender como um PC pode caber em algo tão pequeno quanto um pendrive , precisamos olhar para a história da miniaturização na indústria de computadores. Um dos desenvolvimentos mais importantes para computadores - e eletrônicos em geral - aconteceu em um laboratório em 1947.

Foi quando John Bardeen, William Shockley e Walter Brattain criaram o primeiro transistor. Eles trabalhavam para os Laboratórios Bell e vinham fazendo experiências com cristais de germânio, um dos primeiros materiais semicondutores em uso perto do final da Segunda Guerra Mundial. Brattain enrolou uma fina tira de ouro ao redor da ponta de um pedaço triangular de plástico, deixando uma lacuna bem na ponta da ponta. Ele suspendeu o triângulo de plástico de modo que mal fez contato com o cristal de germânio.

Brattain descobriu que, se aplicasse uma voltagem a um lado da tira de ouro, ela sairia do outro lado como uma corrente amplificada. Embora esse transistor inicial não fosse um componente prático para dispositivos eletrônicos, ele abriu o caminho para a substituição do tubo de vácuo. Como os tubos de vácuo são grandes e emitem muito calor, isso abriu novas oportunidades para projetos de computador.

Ao longo de vários anos, os engenheiros refinaram o design do transistor. Eventualmente, eles foram capazes de miniaturizar transistores para que pudessem caber em um pequeno chip de material semicondutor - que de algumas maneiras atua como condutor e de outras maneiras como isolante.

Então, em 1965, um homem chamado Gordon Moore fez uma observação que se tornaria uma espécie de profecia auto-realizável. Ele observou que dentro de um determinado período de tempo - dependendo de quem você pergunta e quando, o período varia entre 18 e 24 meses - melhorias na tecnologia e nos processos de fabricação permitem que o número de componentes discretos em uma polegada quadrada (6,5 centímetros quadrados) de bolacha de silício para dobrar. Ele viu que as empresas que projetavam chips encontrariam novas maneiras de criar componentes menores e otimizar o processo de fabricação para que fizesse mais sentido financeiramente construir chips mais potentes. Hoje, chamamos essa observação de Lei de Moore.

Uma maneira de interpretar a Lei de Moore é dizer que os processadores de computador dobram em poder de processamento a cada 18 meses ou mais. Outra maneira é dizer que, ao final de qualquer período de 18 meses, os engenheiros descobrirão maneiras de colocar o dobro de transistores em uma pastilha de silício do que quando começaram. Ainda outra maneira é dizer que o tamanho dos componentes discretos nos processadores fica drasticamente menor a cada 18 meses.

Isso significa que não apenas nossos computadores estão ficando mais poderosos - muito mais poderosos do que os monstros do tamanho de edifícios dos primeiros dias da computação - mas também estão ficando menores. E se você estiver disposto a sacrificar alguns recursos por causa do tamanho, poderá ficar muito pequeno.

Existem certos recursos que todo computador precisa para funcionar. Primeiro, os computadores precisam de energia. A própria base da computação está na canalização de elétrons para fluir através de circuitos. Contamos com cabos de alimentação e baterias para PCs normais. Mas um mini PC pode não ter uma bateria integrada ou um local para conectar um cabo de alimentação. Em vez disso, pode consumir energia através de uma conexão USB. A interface USB permite a transferência de dados e energia. Se o mini PC estiver na forma de um pendrive, conectar o computador a um monitor ou hub USB pode fornecer a energia necessária para o funcionamento do computador.

Um computador precisa de um processador . O trabalho do processador é coletar dados e realizar operações sobre os dados para obter um resultado. Esse resultado pode ser qualquer coisa, desde exibir uma imagem em uma tela até simular física complexa. Os processadores modernos podem ter vários núcleos, o que significa que o processador pode trabalhar em mais de um conjunto de operações por vez. Com certos tipos de problemas de computador, isso diminui os tempos de processamento. Muitos mini PCs contam com processadores avançados baseados em microprocessadores de computador com conjunto reduzido de instruções (ARM) - que tendem a ser pequenos e eficientes em termos de energia, emitindo menos calor do que processadores mais poderosos.

Um computador também precisa de memória para armazenar dados. O processador pode chamar os dados armazenados na memória e realizar operações nele. Existem duas categorias principais de memória. A memória somente leitura (ROM) é inalterável e não volátil. Isso significa que você não pode alterar o que está armazenado na ROM e as informações não desaparecem mesmo que o computador fique sem energia. A ROM em um computador normalmente armazena programas de nível de sistema, como o sistema básico de entrada/saída (BIOS) , que fornece o conjunto de instruções que um computador precisa para inicializar.

O outro tipo de memória em que um computador depende é chamado de memória de acesso aleatório (RAM) . A RAM de um computador armazena dados aplicando pequenas cargas elétricas a uma série de células de memória. As informações dentro da RAM só existem enquanto o processador precisar delas - a RAM pode ser reaproveitada de acordo com as necessidades do processador.

O mini PC também precisa de algum meio de armazenamento que possa conter informações como o sistema operacional do computador. A memória flash - memória não volátil que vem na forma de um circuito integrado - ocupa pouco espaço e não possui partes móveis.

Para fazer mais do que um conjunto restrito de tarefas, um computador precisa de um sistema operacional. A função do sistema operacional é atuar como uma plataforma para outros programas e alocar os recursos físicos do computador para esses programas.

Por fim, o PC precisa de algum tipo de interface física que permita conectá-lo a outros dispositivos, como monitores, teclados e outros periféricos. Alguns mini PCs dependem de conexões USB. Outros podem incorporar padrões como HDMI. Por meio dessas portas, o computador pode se comunicar com outros dispositivos. Alguns têm várias portas - uma versão do computador Raspberry Pi tem duas portas USB, uma porta Ethernet, saída de vídeo RCA, uma tomada de áudio e uma porta HDMI.

Para colocar um computador inteiro em uma placa de circuito ou em um pen drive, você precisa abrir mão de alguns recursos. Um deles é um sistema de refrigeração. Uma placa de circuito ou pen drive não pode acomodar um ventilador ou um equipamento de refrigeração a água. E isso pode ser um problema – a computação gera calor. Isso porque a computação depende da eletricidade e nossos métodos de aproveitamento da eletricidade não são perfeitos. Sempre perdemos alguma energia na forma de calor – fios e conexões aquecem à medida que a eletricidade flui através deles. Com muito calor, um sistema pode quebrar - os caminhos se expandem, as conexões quebram e o computador para de funcionar.

Essa é uma razão pela qual a maioria desses computadores usa processadores baseados em ARM. Um processador baseado em ARM é ideal para dispositivos móveis pequenos. São pequenos e eficientes. Eles podem não atingir as velocidades de processamento de uma CPU de última geração , mas ainda podem dar um soco no processamento de dados.

Muitos desses pequenos PCs também não possuem um relógio em tempo real (RTC) . O RTC é o dispositivo de cronometragem em seu computador que continua funcionando mesmo depois de desligado. É por isso que o relógio do seu computador mantém a hora, quer o computador inteiro esteja ligado ou não. O RTC extrai energia de uma bateria dedicada. Mas enquanto os engenheiros reduziram o tamanho de componentes como memória e processadores, a tecnologia de bateria não acompanhou o ritmo. Uma bateria adicionaria mais volume e calor ao sistema e, portanto, um mini PC pode não incluir um.

Talvez os elementos ausentes mais óbvios de um mini PC sejam as interfaces físicas nas quais confiamos para inserir e receber dados de um computador. Isso inclui uma tela e uma interface como teclado, mouse, trackpad ou tela sensível ao toque. Alguns mini PCs suportam o padrão Bluetooth, permitindo que você use periféricos Bluetooth. Caso contrário, você pode precisar de um hub USB para conectar seus acessórios a um mini PC.

Tudo nas cartas

Em vez de incluir espaço de armazenamento integrado, alguns mini PCs podem exigir que você forneça um sistema operacional em um cartão Secure Digital (SD).

Podemos amontoar todos os componentes mais importantes de um computador em um formato pequeno, mas por que alguém iria querer fazer isso?

Uma razão é produzir computadores de baixo custo. Como esses PCs são reduzidos aos componentes mínimos necessários para ter um computador em funcionamento, eles tendem a ser baratos. Alguns, como o Raspberry Pi, nem sequer têm capa ou capa protetora. Os preços mais baixos dão às pessoas e organizações que normalmente não poderiam comprar um computador a opção de comprar um.

A conveniência é outro fator. Esses computadores são extremamente portáteis. Embora eles possam não ter muito armazenamento integrado, emparelhar um mini PC com serviços da Web e opções de armazenamento em nuvem pode torná-lo uma máquina que pode ser reparada. Os jogadores não vão sair correndo para comprá-los, e qualquer um que precise usar software com fome de recursos vai querer passar por cima deles, mas para tarefas de computação simples eles podem ser a escolha perfeita.

Alguns designers de mini PCs projetaram suas máquinas com o objetivo de promover a educação. Com o tempo, os computadores se tornaram mais complexos e os sistemas operacionais, mais sofisticados. Os sistemas operacionais que dependem de uma interface gráfica do usuário (GUI) ocultam efetivamente todo o processamento por trás dos gráficos. Mas com PCs como o Raspberry Pi, toda essa complexidade desapareceu.

Isso significa que os alunos têm a oportunidade de aprender como a programação funciona desde a camada física na placa de circuito até o reino virtual das linguagens de programação. O baixo custo do Raspberry Pi e computadores similares dá às escolas e outras instituições de ensino a chance de fornecer aos alunos um computador funcional.

A tendência de miniaturização não mostra sinais de parar. Em outra década, o telefone que você carrega pode deixar os PCs domésticos mais rápidos de hoje no chinelo. E quem sabe? Talvez até lá todos os computadores sejam pequenos o suficiente para caber no seu bolso.

Adorei a ideia por trás do computador Raspberry Pi assim que ouvi falar dele. Uma máquina de baixo custo e sem frescuras projetada para incentivar os alunos a aprender programação é brilhante. Então eu aprendi sobre outros computadores minúsculos como o Cotton Candy da FXI Technologies ou os computadores Rikomagic da Aliexpress. Agora podemos encaixar dezenas de componentes – incluindo chips WiFi e Bluetooth – em uma pequena placa de circuito junto com os componentes básicos de um computador. Espero que isso signifique que mais pessoas terão acesso a computadores básicos e mal posso esperar para ver o que vem a seguir.

Artigos relacionados

Origens