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Como funciona um chip de computador?

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Todos os tipos de chips – dos mais simples, como o de um relógio digital, aos mais complexos, como o de um poderoso Pentium 4 – não passam de um aglomerado de componentes eletrônicos, os transistores. Eles são a estrutura básica para que o computador realize todas as suas atividades. O segredo é o material de que os transistores são feitos: o silício, um mineral que muda de comportamento conforme a presença ou ausência de corrente elétrica. A partir dos sinais enviados pelo usuário (vale lembrar que, dentro do computador, uma ordem como um toque no teclado é transformada em uma série de impulsos elétricos), os transistores em conjunto são capazes de armazenar dados e realizar operações aritméticas que possibilitam todas as funções do computador, de um simples digitar de letras às mais multimídia. Apesar de o transistor ter sido inventado em 1947, somente em 1971 a Intel conseguiu a enorme façanha de colocar 2 300 deles dentro de uma pastilha de 3 por 4 milímetros, criando o primeiro chip. Hoje, um processador Pentium 4 possui 42 milhões de transistores.

Caixa-mundo Dentro de um chip do tamanho de uma unha ficam 42 milhões de componentes eletrônicos

1. Como você aprendeu numa das edições anteriores da ME, a placa mãe é a unidade central de todo computador, responsável pela conexão de todas as peças que formam a máquina. De todos os seus componentes, os mais importantes são os diferentes tipos de chip que ela contém

2. Visto de fora, o chip é um quadradinho preto minúsculo, mas essa é apenas a sua embalagem – a parte funcional não chega a ter o tamanho de uma unha. Dentro desse ambiente ficam os componentes responsáveis pela “mágica” digital, os transistores

3. O transistor é uma pecinha com três filamentos metálicos – o emissor, a base e o coletor – e camadas de silício, um material que pode permitir ou não a passagem de corrente elétrica. Lembre-se que a corrente é feita de elétrons, as partículas negativas dos átomos

4. As camadas de silício são de dois tipos: as do tipo N, “dopadas” com átomos como fósforo, têm elétrons extras. As do tipo P, “dopadas” com átomos como o boro, têm poucos elétrons. Geralmente, rola um “sanduíche” dessas camadas (no desenho, o transistor é um N-P-N)

5. Quando o usuário dá uma ordem ao computador, podem ocorrer duas coisas nos transistores. A primeira é a ordem não mudar nada: os elétrons do silício tipo P ficam dispersos e não passa corrente do emissor ao coletor. Nesse caso, é como se o transistor fosse um interruptor desligado

6. A segunda possibilidade é a ordem disparar uma carga positiva na base do transistor. Isso atrai os poucos elétrons que se encontram no silício tipo P, fazendo com que eles formem uma “ponte” de elétrons entre o emissor e o coletor. Resultado: rola uma corrente elétrica entre esses dois pólos. Nesse caso, é como se o transistor fosse um interruptor ligado

7. Cada ordem do usuário (por exemplo, apertar a letra “m” no teclado) aciona, no mínimo, oito transistores. De acordo com a ordem dada, chegam às bases dos transistores pulsos de energia diferentes, permitindo ou não a passagem de corrente

8. Quando ocorre a passagem de corrente, o transistor está ligado e é representado na linguagem do computador pelo número 1. Quando não ocorre passagem de corrente, o transistor está desligado e significa, na linguagem da máquina, o número 0. E daí?

9. Daí que cada 0 ou 1 interpretado pelo chip é chamado de bit. Um conjunto de oito bits forma um byte. Tudo que entra no chip é convertido em bytes, que fica sendo a unidade básica de informação com a qual um computador trabalha

10. Para possibilitar a troca de dados entre máquinas, os programadores criaram um código de bytes com 256 combinações, suficiente para representar todas as letras, números e símbolos usados pelo computador. É lá que está estabelecido que a letra “m” corresponde a 01101101

11. Ainda assim, o computador não teria utilidade se não houvesse algo capaz de transformar esse monte de zeros e uns numa forma compreensível para os usuários. Quem faz essa tarefa são os sistemas operacionais, como o Windows, o Linux ou o DOS, que usam o código de bytes para “traduzir” as seqüências em linhas de programação

12. Após traduzir o comando que você envia para o seu computador, o sistema operacional manda o chip enviar a informação processada para a placa de vídeo, que irá representá-la na tela da máquina. E, voilà, você consegue ver a letra “m” no monitor. Toda essa operação que você demorou para ler acontece em milésimos de segundo!