Processadores Para o Próximo Milênio - Parte 2

Introdução

Na primeira parte deste artigo abordamos alguns tópicos da história dos computadores. Continuando, vamos estudar os conceitos propostos por um dos nomes que apareceu neste histórico e, em seguida, abordaremos os principais tópicos sobre processamento paralelo.

Postulados de von Neumann

Von Neumann[1], que trabalhou no desenvolvimento do ENIAC e posteriormente empregou sua experiência no projeto do IAS (1952), elaborou as idéias e os conceitos que nortearam a arquitetura dos computadores até os dias de hoje. Seu entendimento é essencial para apreciarmos a atual evolução dos computadores. Iniciemos constatando, de forma óbvia, que as máquinas que usamos nas nossas casas possuem quatro elementos básicos: a CPU, a memória, os dados e as instruções (ou programas). A partir daí, apresentamos os três postulados básicos de von Neumann, que no momento podem parecer triviais, mas que não o eram na década de 50:

1. Um único controle centralizado (uma só CPU);
2. Uma única memória para dados e instruções; e
3. As instruções devem fazer operações elementares sobre os dados.

Cerca de 90% dos computadores atuais usam esses postulados e por isso são chamados de “Arquitetura de von Neumann”, ou “Arquitetura Serial”, pois empregam um único processador. Essa arquitetura, aliada aos avanços da microeletrônica, ofertou-nos o atual mercado de computadores, rápidos e baratos. Porém, tal arquitetura enfrenta um limite de velocidade que é ditado pelas leis da física. O tempo que um sinal elétrico gasta para trafegar entre dois pontos de um circuito eletrônico é muito pequeno, porém não é igual a zero. Em outras palavras, isto corresponde a dizer que existe um limite para a velocidade de relógio das CPUs e, infelizmente, ele não está muito distante. Como então continuar com a evolução dos computadores? Essa é a pergunta que tem ocupado a cabeça de muitos pesquisadores e desde a segunda metade desta década, várias soluções foram propostas.

A principal resposta vem da comparação entre nosso cérebro e um processador. É sabido que o sinal elétrico trafegando por dentro de um CI é muito mais veloz que o trânsito de impulsos nervosos entre nossos neurônios. É claro que, para fazer operações numéricas, comparar e classificar, o computador é mais rápido. Mas, por outro lado, ele é inferior, pois não pensa, não inova e não aprende, apenas segue passos programados. Por exemplo, com um único olhar em uma sala identificamos imediatamente centenas de objetos. Já um computador, mesmo o mais sofisticado, apenas consegue identificar os objetos mais simples.

Somos capazes de dirigir um carro e enquanto andamos por nossas (terríveis) estradas, temos habilidade para escolher o melhor caminho. Será que um computador pode dirigir um carro? Uma das experiências no MIT com um piloto computadorizado, que identificava a rua através das linhas paralelas do meio fio, revelou um grande escalador de árvores, pois ele confundia o contorno do meio fio com o contorno do caule das árvores.

Como será que o cérebro consegue ser superior aos processadores, se o nosso neurônio é muito mais lento que um circuito eletrônico? A resposta é óbvia: porque temos vários bilhões de neurônios operando em paralelo. Ora, por que, ao invés de construirmos CPUs velozes e gigantescas, não usamos várias CPUs, simples e confiáveis, operando em paralelo? Chegamos assim à ideia básica do processamento paralelo, que é a esperança para o próximo milênio