A Arquitetura de Computadores é forma que os computadores são montados, pensando na organização de seus componentes para obter uma melhor qualidade e desempenho em suas funções. A palavra Arquitetura é utilizada na fabricação de um produto, além de estar relacionado na forma, decoração e estrutura da construção. Logo, na Computação, a Arquitetura é relacionada à construção de computadores e de peças que fazem o computador funcionar, sendo conhecidas como Hardware. Com a evolução da informática, o desenvolvimento de computadores foi crescendo, além de haver melhoramentos e aumento da diversidade dos componentes, como o aumento no armazenamento dos discos rígidos, melhora na capacidade das memórias, evolução das CPUs e entre outros.

Em 1959, a expressão “Arquitetura de Computadores” era designada para Lyle R. Johnson, Muhammad Usman Khan e Frederick P. Brooks, Jr, que na época eram membros do departamento de Organização de Máquinas da IBM. Lyle R. Johnson escreveu uma comunicação de pesquisa proprietária sobre um supercomputador feito pela IBM, sendo chamado de Stretch.

Um tempo depois, Frederick P. Brooks, Jr escreveu um novo capítulo de um livro, onde falou a respeito da Arquitetura de Computadores: “Arquitetura de computadores, como outra arquitetura, é a arte de determinar as necessidades do usuário de uma estrutura e, possível dentro das limitações econômicas e tecnológicas.”. Com o passar dos anos, Brooks desempenhou um papel no desenvolvimento do IMB Systems/360, com linha de computadores, sendo a “arquitetura” um substantivo com a definição de “o que o usuário precisa saber”. Um tempo depois, a informática utilizaria o termo em modos menos diretos.

A medida em que o tempo foi passando, cada vez mais os computadores foram diminuindo e suas capacidades de processamento aumentando.

Em 1946 é criado o primeiro computador digital eletrônico de grande escala do mundo, o ENIAC (Electrical Numerical Integrator and Calculator).Sua capacidade de processamento era de 5 000 operações por segundo, possuía 17 468 válvulas termiônicas, pesava cerca de 30 toneladas e ocupava uma sala inteira de 10 x 15 m.

A partir de 1946 surgem os chamados computadores de primeira geração, computadores com grandes dimensões, alto consumo de energia, programados em linguagem de máquina, com velocidade de processamento na casa dos milissegundos e abastecidos com dados inseridos por cartões perfurados.

A partir de 1959 surgem os chamados computadores de segunda geração, computadores que funcionavam por meio de transistores, pesavam até 750 kg, tinham velocidade de processamento na casa dos microssegundos, eram programados em linguagem Assembly e utilizavam rolos de fita para inserção de dados. Durante este período o uso comercial começou a se espalhar.

A partir 1964 o mercado foi dominado pela terceira geração de computadores, caracterizados pela incorporação de circuitos integrados, máquinas menores e mais baratas que as anteriores, linguagem de alto nível orientada para procedimentos, capacidade de processamento na casa dos nanossegundos e entrada e saída de dados gerenciados por dispositivos periféricos como monitores e teclados.

A partir de 1975 surge a quarta geração de computadores, que prevalece até os dias atuais. Com o desenvolvimento da tecnologia da informação, os computadores diminuíram de tamanho, aumentaram a velocidade e capacidade de processamento de dados e reduziram o consumo de energia.
Nesse período, mais precisamente a partir da década de 90, há uma grande expansão dos computadores pessoais.
Além de que após os anos 2000 começaram a surgir os computadores de mão, computadores extremamente portáteis e eficientes, como os smartphones, iPods, iPads e tablets, que foram optimizados para ter conexão móvel com navegação na web.

Frederick P. Brooks, Jr, (nascido em 19 de abril de 1931, Durham, Carolina do Norte, EUA), é um cientista da computação e vencedor do prêmio A.M. Turing Awards de 1999, sendo a maior honra da Ciência da Computação, por conta de suas contribuições para Arquitetura de Computadores, engenharia de Software e sistemas operacionais.

Brooks recebeu seu bacharelado em Física pela Duke University em 1953 e um doutorado em Matemática Aplicada pela Harvard University em 1956, onde estudou com Howard Aiken, considerado o pioneiro da Computação. Logo após receber seu doutorado, Brooks se juntou na IMB, onde trabalhou na IMB 7030, conhecida também como Stretch, sendo um supercomputador encomendado pela Agência de Segurança Nacional dos EUA para o Laboratório Nacional de Los Alamos. Brooks junto com Dura Sweeney, inventou o sistema de interrupção de computador, sendo usado para reconhecer diferentes “eventos” de computação e para sincronizar as atividades de diversos programas ou dispositivos de Entrada/Saída. Além disso, Brooks também gerenciou o desenvolvimento do sistema operacional IBM OS/360, onde foi responsável pela seleção do byte de 8 bits como unidade básica endereçável, além da inclusão de um conjunto completo de caracteres alfanuméricos.

Brooks cooperou no desenvolvimento da Arquitetura de Computadores, além de escrever em um livro (Planning a Computer System: Project Stretch, ed W. Buchholz, 1962) um capítulo sobre a arquitetura de computadores.

A Arquitetura de Computadores define os parâmetros e o modo que os componentes do computador são organizados para que se tenha uma melhor qualidade de desempenho, para que o computador possa desempenhar uma função para o qual foi intencionado.

Com o desenvolvimento dos computadores e de seus componentes, como o avanço das CPUs, aumento da capacidade de memória RAM e armazenamentos, os computadores são capazes de desempenhar e processar mais funções e com desempenhos cada vez melhores, como por exemplo no requisitos de jogos, já que diversos jogos da atualidade requerem componentes mais avançados para que seja possível rodá-los em boas qualidades. Além de que com o avanço do Hardware, há a necessidade de ter um avanço na arquitetura para que se possa acompanhar o desenvolvimento.

Como o mundo da tecnologia está evoluindo, então há a necessidade de evoluir os componentes do Hardware constantemente para que se possa acompanhar o ritmo, assim, sendo preciso se manter atualizado.

A estrutura de um computador é dividida em 4 partes:

- Processador/CPU: o processador é o cérebro do computador, pois realiza as instruções de um programa, faz cálculos de aritmética básica, sendo orientado por padrões binários, possibilitando a entrada, o processamento e saída de dados, sendo responsável por dizer o que os outros componentes devem fazer;

- Memória principal/RAM: é um componente de memória volátil onde armazena toda a informação relacionada a um certo programa que está sendo executado de forma rápida;

- Circuitos de Entrada e Saída / E/S: é relacionado no movimento de dados entre o computador e o ambiente externo, sendo o teclado e o monitor exemplos de E/S;

- Programas/Softwares: Os Softwares não são físicos, eles são programas que através de instruções específicas dão vida aos componentes de um computador, fazendo uso desses componentes para chegar a um fim comum. Além da Memória RAM, há também a chamada memória secundária, sendo diferente da RAM, pois é de acesso mais lento para guardar dados não-volátil. Quando um processo é encerrado, os dados que estavam sendo armazenados na memória volátil são perdidos, assim, como a memória secundária não necessita de um acesso rápido, esta assegura que os dados não serão perdidos. Exemplos de memória secundária são os HDs e SSDs.

- Segmentação das instruções: Um conjunto de instruções orienta estritamente como a classificação de instruções funcionará. A ideia é semelhante a uma linha de produção em série, mas é usada para fazer instruções. Primeiro, as instruções são divididas em pedaços menores para que uma instrução de código de máquina leve muitos ciclos mais curtos para ser executada. Depois disso, o controlador microprocessado se encarrega de executar várias instruções ao mesmo tempo, cada uma usando uma parte diferente do processador. Isso significa que, em média, cada instrução leva um ciclo mais curto para ser executada. Existem vários problemas com instruções de ramificação, que são tratadas por um paralelismo de código conhecido como encadeamento.

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https://pt.wikipedia.org/wiki/ENIAC Acesso em: 03 de Setem. 2022