A evolução dos computadores pessoais

Até aqui, falei sobre os supercomputadores e sobre a evolução dos processadores, que evoluíram das válvulas para o transístor e depois para o circuito integrado. Vou agora falar um pouco sobre os primeiros computadores pessoais, que começaram a fazer sua história a partir da década de 70. Tempos difíceis aqueles :).

Como disse há pouco, o primeiro microchip, o 4004, foi lançado pela Intel em 1971. Era um projeto bastante primitivo, que processava instruções de 8 bits, através de um barramento rudimentar, que permitia transferir apenas 4 bits por ciclo, e operava a meros 740 kHz. Na verdade, o 4004 era tão lento que demorava 10 ciclos para processar cada instrução, ou seja, ele processava apenas 74 mil instruções por segundo (mesmo assim, ele era cerca de 15 vezes mais rápido que o ENIAC). Hoje em dia esses números parecem piada, mas na época era a última palavra em tecnologia. O 4004 permitiu o desenvolvimento das primeiras calculadoras eletrônicas portáteis.

Pouco tempo depois, a Intel lançou um novo processador, que fez sucesso durante muitos anos, o 8080. Ele já era um processador de 8 bits e operava a incríveis 2 MHz: “Ele é capaz de endereçar até 64 KB de memória e é rápido, muito rápido!” como dito num anúncio publicitário do Altair 8800 que, lançado em 1974, é considerado por muitos o primeiro computador pessoal da história.

O Altair era baseado no 8080 da Intel e vinha com apenas 256 bytes de memória, realmente bem pouco, mesmo para os padrões da época. Estava disponível também uma placa de expansão para 4 KB. Em teoria, seria possível instalar até 64 KB, mas o custo tornava o upgrade inviável.

No modelo básico, o Altair custava apenas 439 dólares, na forma de kit (onde você precisava soldar manualmente todos os componentes). Em valores corrigidos, isso equivale a quase 4.000 dólares, mas na época esse valor foi considerado uma pechincha, tanto que foram vendidas 4.000 unidades em 3 meses, depois de uma matéria da revista Popular Eletronics.

Esse “modelo básico” consistia nas placas, luzes, chips, gabinete, chaves e a fonte de alimentação, junto, claro, com um manual que ensinava como montar o aparelho. Existia a opção de comprá-lo já montado, mas custava 182 dólares (da época) a mais.

Em sua versão básica, o Altair não tinha muita utilidade prática, a não ser a de servir como fonte de aprendizado de eletrônica e programação. Entretanto, pouco tempo depois, começaram a surgir vários acessórios para o Altair: um teclado que substituía o conjunto de chaves que serviam para programar o aparelho, um terminal de vídeo (bem melhor que ver os resultados na forma de luzes :), um drive de disquetes (naquela época ainda se usavam disquetes de 8 polegadas), placas de expansão de memória e até um modelo de impressora. Até mesmo Bill Gates (antes mesmo da fundação da Microsoft) participou, desenvolvendo uma versão do Basic para o Altair.

Se você tivesse muito dinheiro, era possível chegar a algo que se parecia com um computador moderno, capaz de editar textos e criar planilhas rudimentares. Algumas empresas perceberam o nicho e passaram a vender versões “completas” do Altair, destinadas ao uso em empresas, como neste anúncio, publicado na revista Popular Eletronics, onde temos um Altair “turbinado”, com o terminal de vídeo, impressora, dois drives de disquete e 4 KB de memória:

O Altair serviu para demonstrar a grande paixão que a informática podia exercer e que, ao contrário do que diziam muitos analistas da época, existia sim um grande mercado para computadores pessoais.

Pouco depois, em 1976, foi fundada a Apple, tendo como sócios Steve Jobs (que continua ativo até os dias de hoje) e Steve Wozniak. Na verdade, a Apple só foi fundada porque o projeto do Apple I (desenvolvido pelos dois nas horas vagas) foi recusado pela Atari e pela HP. Uma frase de Steve Jobs descreve bem a história:

– Então fomos à Atari e dissemos: “Ei, nós desenvolvemos essa coisa incrível, pode ser construído com alguns dos seus componentes, o que acham de nos financiar?” Podemos até mesmo dar a vocês, nós só queremos ter a oportunidade de desenvolvê-lo, paguem-nos um salário e podemos trabalhar para vocês. Eles disseram não, fomos então à Hewlett-Packard e eles disseram “Nós não precisamos de vocês, vocês mal terminaram a faculdade”.

O Apple I não foi lá um grande sucesso de vendas, vendeu pouco mais de 200 unidades a 666 dólares (pouco mais de US$ 5000 em valores corrigidos) cada uma. Mesmo assim, os lucros sustentaram a Apple durante o primeiro ano, abrindo caminho para o lançamento de versões mais poderosas. Quem comprou um, acabou fazendo um bom negócio, pois hoje em dia um Apple I (em bom estado) chega a valer US$ 50.000.

Diferente do Altair, o Apple I era vendido já montado. A placa era vendida “pelada” dentro de uma caixa de papelão, sem nenhum tipo de gabinete, por isso era comum que os Apple I fossem instalados dentro de caixas de madeira feitas artesanalmente.

O Apple I era baseado no processador 6502, um clone do Motorola 6800, que era fabricado pela MOS Tecnology. Ele era um processador de 8 bits, que operava a apenas 1 MHz. Em termos de poder de processamento, o 6502 perdia para o 8080, mas isso era compensado pelos “espaçosos” 8 KB de memória, suficientes para carregar o interpretador BASIC (que ocupava 4 KB), deixando os outros 4 KB livres para escrever e rodar programas.

Uma das vantages é que o Apple I podia ser ligado diretamente a uma TV, dispensando a compra de um terminal de vídeo. Ele possuía também um conector para unidade de fita (o controlador era vendido separadamente por 75 dólares) e um conector proprietário reservado para expansões futuras:

Apple I

Naquela época, as fitas K7 eram o meio mais usado para guardar dados e programas. Os disquetes já existiam, mas eram muito caros.

Os grandes problemas das fitas K7 eram a lentidão e a baixa confiabilidade. No Apple I, os programas eram lidos a meros 1500 bits por segundo e em outros computadores o acesso era ainda mais lento, com de 250 a 300 bits. Era preciso ajustar cuidadosamente o volume no aparelho de som antes de carregar a fita e, conforme a fita se desgastava, era preciso tentar cada vez mais vezes antes de conseguir uma leitura sem erros.

Na época, existiam até programas de rádio que transmitiam softwares como parte da programação. O locutor avisava e em seguida “tocava” a fita com o programa. Os interessados precisavam ficar com o aparelho de som à mão para gravar a cópia. Esses programas de rádio foram a primeira rede de pirataria de softwares de que se tem notícia, décadas antes da popularização da internet. 😉

Fita K7 com o BASIC para o Apple I

O Apple I foi logo aperfeiçoado, surgindo então o Apple II, lançado em 1977. Esse sim fez sucesso, apesar do preço salgado para a época: US$ 1.298, que equivalem a quase 10.000 dólares em valores corrigidos.

O Apple II vinha com apenas 4 KB de memória, mas incluía mais 12 KB de memória ROM, que armazenava um interpretador BASIC e o software de bootstrap, lido no início do boot. Isso foi uma grande evolução, pois você ligava e já podia começar a programar ou a carregar programas. No Apple I, era preciso primeiro carregar a fita com o BASIC, para depois começar a fazer qualquer coisa.

O BASIC era a linguagem mais popular na época (e serviu como base para diversas linguagens modernas), pois tem uma sintaxe simples se comparado com o C ou o Assembly, utilizando comandos derivados de palavras do Inglês.

Este é um exemplo de programa em BASIC simples, que pede dois números e escreve o produto da multiplicação dos dois:

10 PRINT “MULTIPLICANDO”
20 PRINT “DIGITE O PRIMEIRO NUMERO:”
30 INPUT A
40 PRINT “DIGITE O SEGUNDO NUMERO:”
50 INPUT B
60 LETC=A*B
70 PRINT “RESPOSTA:”, C

Este pequeno programa precisaria de 121 bytes de memória para rodar (os espaços depois dos comandos são ignorados, por isso não contam). Ao desenvolver programas mais complexos você esbarrava rapidamente na barreira da memória disponível (principalmente se usasse um ZX80, que tinha apenas 1 KB ;), o que obrigava os programadores a otimizarem o código ao máximo. Aplicativos comerciais (e o próprio interpretador BASIC) eram escritos diretamente em linguagem de máquina, utilizando diretamente as instruções do processador e endereços de memória, de forma a extraírem o máximo do equipamento.

Voltando ao Apple II, a memória RAM podia ser expandida até 52 KB, pois o processador Motorola 6502 era capaz de endereçar apenas 64 KB de memória, e 12 KB já correspondiam à ROM embutida. Um dos “macetes” naquela época era uma placa de expansão, fabricada pela recém formada Microsoft, que permitia desabilitar a ROM e usar 64 KB completos de memória.

Além dos jogos, um dos programas mais populares para o Apple II foi o Visual Calc, ancestral dos programas de planilha atuais:

Foto de um manual antigo que mostra a interface do Visual Calc

O Apple II já era bem mais parecido com um computador atual. Vinha num gabinete plástico e tinha um teclado incorporado. A versão mais básica era ligada na TV e usava o famigerado controlador de fita K7, ligado a um aparelho de som para carregar programas. Gastando um pouco mais, era possível adquirir separadamente uma unidade de disquetes.

Apple II

A linha Apple II se tornou tão popular que sobreviveu até o início dos anos 90, quase uma década depois do lançamento do Macintosh. O último lançamento foi o Apple IIC Plus, que utilizava um processador de 4 MHz (ainda de 8 bits) e vinha com um drive de disquetes de 3.5″, já similar aos drives atuais.

Outra inovação dos Apple I e Apple II em relação ao Altair e outros computadores anteriores é o tipo de memória usada. O Apple I foi o primeiro a utilizar memórias DRAM, que é essencialmente a mesma tecnologia utilizada até hoje em pentes de memória.

Ao longo das primeiras décadas, a memória RAM passou por duas grandes evoluções. No ENIAC, não existia uma unidade de memória dedicada. Parte das válvulas eram reservadas para armazenar as informações que estavam sendo processadas. Não existia unidade de armazenamento, além dos cartões perfurados e as anotações feitas manualmente pelos operadores.

Na década de 50 surgiram as memórias core, um tipo antiquado de memória onde são usados anéis de ferrite, um material que pode ter seu campo magnético alterado através de impulsos elétricos, armazenando o equivalente a um bit 1 ou 0). Esses anéis de ferrite eram carinhosamente chamados de “donuts” (rosquinhas) e eram montados dentro de uma complexa rede de fios, que transportavam os impulsos elétricos usados para ler e escrever dados.

Cada anel armazenava apenas um bit, de forma que você precisava de 8.192 deles para cada KB de memória. Inicialmente a malha de fios era “tecida” manualmente, mas logo começaram a ser usadas máquinas, que permitiram miniaturizar bastante as estruturas.

Este é um exemplo de placa de memória core. Ela mede 11 x 11 cm (um pouco menor que um CD), mas armazena apenas 50 bytes:

Essas placas eram ligadas entre si, formando “pilhas” organizadas dentro de estruturas maiores. Imagine que, para atingir 1 MB de memória no início da década de 1960, você precisaria de quase 21 mil dessas plaquinhas.

Este é um exemplo de unidade de memória, construída usando placas de memória core, que está em exposição no museu no MIT. Apesar do tamanho, ela possui apenas 64 KB:

Por serem muito caras e precisarem de um grande número de circuitos de apoio, as memórias core ficaram restritas aos computadores de grande porte. O Altair já utilizava memórias “modernas” na forma de chips. Para ser exato, ele utilizava dois chips de 1024 bits (ou 128 bytes) cada um.

O Altair utilizava chips de memória SRAM (static RAM), que eram rápidos e confiáveis, porém muito caros. Na memória SRAM, são usados de 4 a 6 transístores para cada bit de dados (as do Altair usavam 4 transistores), o que multiplica o custo dos chips. Atualmente, as memórias SRAM são usadas nos caches L1 e L2 dos processadores, o tipo mais rápido e caro de memória que existe.

O Apple I inovou utilizando um “novo” tipo de memória, as DRAM (dynamic RAM), onde é usado um único transístor para cada bit de dados. Embora à primeira vista pareçam mais simples, os chips de memória DRAM são muito mais complicados de se trabalhar (principalmente se considerarmos as limitações da época), pois são capazes de armazenar os dados por apenas uma pequena fração de segundo. Para conservar os dados, eles precisam de um circuito de refresh, que lê e regrava os dados a cada 64 milissegundos (ou menos, de acordo com o projeto).

Apesar de todas as dificuldades, foi o uso de memórias DRAM no Apple I que permitiu que ele viesse com 8 KB de memória, custando pouco mais que um Altair, que vinha com meros 256 bytes. A partir daí, as memórias DRAM se tornaram norma, o que continua até os dias de hoje.

Voltando à história, em 1979 surgiu um outro modelo interessante, desta vez da Sinclair, o ZX80. Ele não era tão poderoso quanto o Apple II, mas tinha a vantagem de custar apenas 99 dólares (pouco mais de 400 em valores corrigidos). Ele foi o computador mais popular até então, com 100.000 unidades vendidas (entre 1979 e 1981), sem contar uma grande quantidade de clones, produzidos em diversos países ao longo da década de 80.

O ZX80 era baseado no NEC-780C, um clone do Z80, que operava a 3.25 MHz. Ele era relativamente poderoso para os padrões da época, mas aquecia bastante. Segundo as más línguas, ele foi o primeiro processador overclocado da história. 🙂

Para cortar custos, ele vinha de fábrica com apenas 1 KB de memória RAM, combinados com 4 KB de memória ROM que armazenavam o interpretador BASIC, usado pelo aparelho. Como em qualquer sistema popular da época, os programas eram armazenados em fitas K7 e ele era ligado diretamente na TV:

Considerando o preço, o ZX80 foi uma máquina surpreendente, mas claro, tinha pesadas limitações, mesmo se comparado com outras máquinas da época. Apesar de já vir com uma saída de vídeo, a resolução gráfica era de apenas 64×48, mesmo em modo monocromático, já que o adaptador de vídeo tinha apenas 386 bytes de memória. Existia também uma opção de modo texto (usada para programas em BASIC, por exemplo), com 32×24 caracteres.

O processador Z80 se tornou incrivelmente popular, superando as vendas de qualquer outro processador da história. Versões modernizadas do Z80 (que conservam o mesmo projeto básico, mas são produzidas com técnicas modernas de fabricação e trabalham a freqüências mais altas) fazem sucesso até hoje, sendo utilizadas em todo tipo de eletrônicos, incluindo impressoras, aparelhos de fax, controladores diversos, robôs de uso industrial, brinquedos, diversos tipos de calculadoras, videogames (incluindo o Game Boy e Game Boy color), diversos modelos populares de mp3players, entre inúmeros exemplos. Apesar de não ser nenhum campeão de velocidade, o Z80 é um chip extremamente barato e fácil de programar, já que todos os seus truques são bem conhecidos e documentados.

Aqui no Brasil tivemos os TK80 e os TK82 da Microdigital, além do NE-Z80 da Prológica, produzidos na época da reserva de mercado. Eles concorriam com os computadores compatíveis com os Apple, como o AP II, Exato, Craft II e Magnex M10. A linha CP (200, 300, 400 e 500) da Prológica era baseada em chips Z80 e havia também os clones da linha MSX, como os Expert 1.0 e Expert Plus.

A reserva de mercado estagnou o desenvolvimento tecnológico do país, de forma que clones de computadores de 8 bits, lançados há uma década atrás era tudo que nossa indústria conseguia produzir. Isso perdurou até 1992, quando a reserva de mercado foi abolida, permitindo a entrada de computadores importados. Em pouco tempo, todos esses computadores de 8 bits foram substituídos por PCs 386 e 486.

Concluindo nosso passeio pela década de 70, outro que não poderia deixar de ser citado é o Atari 800. Sim, apesar de ser mais vendido como um videogame, o Atari 800 também podia ser usado como um computador relativamente poderoso, chegando a ser adotado nos laboratórios de informática de algumas universidades. Ele foi o antecessor do Atari 2600, o videogame conhecido por aqui.

Ele vinha de fábrica com 16 KB de memória RAM, que podiam ser expandidos para até 48 KB, com mais 10 KB de memória ROM. O sistema operacional era o Atari-OS, uma versão do BASIC:

Atari 800

Originalmente, o sistema vinha apenas com a entrada para os cartuchos, com o sistema operacional ou jogos, mas era possível adquirir separadamente uma unidade de disquetes, que o transformavam num computador completo. Não existiram muitos programas para o Atari, já que o foco foram sempre os jogos. A principal função do Atari como computador era desenvolver programas em BASIC, por isso seu uso em escolas.