Uma nova arquitetura de processador de computador desenvolvida na Universidade de Michigan, nos EUA, promete nada menos do que lançar as bases de um futuro no qual os computadores se defendem proativamente contra ameaças, tornando obsoleto o atual modelo de segurança de encontrar bugs e lançar atualizações.

O novo chip, batizado de Morpheus, bloqueia possíveis ataques de hackers criptografando e reorganizando aleatoriamente bits chave de seu próprio código e de seus dados 20 vezes por segundo.

Isso é infinitamente mais rápido do que um hacker humano consegue trabalhar e milhares de vezes mais rápido do que as mais rápidas técnicas de hacking eletrônico.

"A abordagem atual de eliminar erros de segurança um por um é um jogo perdido. As pessoas estão constantemente escrevendo código e, tão logo há um novo código, haverá novos bugs e vulnerabilidades de segurança. Com o Morpheus, mesmo que um hacker encontre um bug, a informação necessária para explorá-lo desaparece 50 milissegundos depois. É talvez a coisa mais próxima de um sistema seguro à prova do que surgir no futuro," disse o professor Todd Austin.

Em vez de usar software para corrigir vulnerabilidades de códigos conforme elas são descobertas, o processador Morpheus inclui a segurança em seu hardware. A constante aleatorização dos recursos críticos do programa, em um processo chamado "churn" (agitação ou rotatividade), torna as vulnerabilidades virtualmente impossíveis de serem identificadas e exploradas.

Ainda assim, a rotatividade dos dados e sua aleatorização feita pelo processador são transparentes para os desenvolvedores de software e os usuários finais. Isso porque o mecanismo se baseia na aleatorização de bits de dados conhecidos como "semântica indefinida", que se refere aos recantos e fendas obscuras da arquitetura de computação - por exemplo, a localização, formato e conteúdo do código de um programa é uma semântica indefinida.

A semântica indefinida faz parte do maquinário mais básico de um processador. Os programadores legítimos geralmente não interagem com ela, mas os hackers podem fazer engenharia reversa para descobrir vulnerabilidades e iniciar um ataque.

A taxa de "agitações" do chip pode ser ajustada para cima ou para baixo para encontrar o equilíbrio certo entre maximizar a segurança e minimizar o consumo de recursos. O professor Austin conta que a taxa de aleatorização de uma vez a cada 50 milissegundos foi escolhida para o processador de demonstração porque é milhares de vezes mais rápida do que as mais rápidas técnicas de hacking eletrônico, enquanto reduz o desempenho apenas em cerca de 1%. A arquitetura também inclui um detector de ataque que procura ameaças pendentes e aumenta a taxa de aleatorização se perceber que um ataque é iminente.

O chip de demonstração é um processador RISC-V - um design de chip comum, de código aberto, usado frequentemente para pesquisa. A equipe já está tentando comercializar a tecnologia.

Seu nome em inglês é motherboard (placa mãe) e é ela que mantém o processador funcionando, assim como a memória, os conectores para o disco rígido e unidades ópticas, além de todas as conexões para entradas de computador e entradas USB.

Processador

O processador é considerado o cérebro do computador. Seu trabalho consiste em executar comandos. Cada vez que acionamos uma tecla, clicamos no mouse ou abrimos um aplicativo, enviamos instruções para o processador.

Ele é uma placa de cerâmica de 2 polegadas que possui um chip de silício e fica dentro do gabinete. 

Cooler

Como o processador tende a esquentar, ele está coberto por um componente metálico chamado cooler, que dissipa o calor do processador. 

Memória RAM

A placa mãe ainda contém a memória RAM do computador, que significa Random Access Memory. Essa é a memória de curto prazo  que o computador usa toda vez que está realizando cálculos. 

Você não consegue gravar arquivos nela, já que a memória RAM apaga os registros quando você desliga o computador.

Disco rígido

É no disco rígido que você pode armazenar arquivos no longo prazo. Ele armazena todos os dados do computador mesmo quando este está desligado.

Muitos discos rígidos usam uma bandeja magnética para armazenar dados, mas muitos computadores novos contam com unidades de estado sólido,  que são mais rápidos e mais duráveis, porém mais caros.  

Slots ou Placas de Expansão

Em muitos computadores desktop, a placa mãe conta com slots ou placas de expansão,  o que permite que você adicione placas para melhorar sua performance. 

Por exemplo, você pode adicionar uma placa de vídeo para ter melhor desempenho na visualização de imagens ou adicionar uma placa de redes wireless para se conectar ao wi-fi da sua casa.

Muitos notebooks, porém, não contam com slots de expansão.

Carregador ou estabilizador

Obviamente, os componentes de um computador precisam de eletricidade para funcionar.

O carregador é o responsável por levar a energia da tomada a todos os componentes do computador que a necessitam. 

Os notebooks também contam com uma bateria interna que é essencial para que possamos usar um notebook em qualquer lugar.

Veja nas páginas a seguir os detalhes de cada um dos componentes de um computador.

Os processadores são colocados na Placa-Mãe de um computador, através de soquetes e sua estrutura é composta por bilhões de transistores.

Núcleos

Em tempos mais antigos, processadores contavam apenas com um núcleo, contudo, atualmente um processador pode ter vários núcleos para conseguir trabalhar melhor com uma grande variedade de informações recebidas simultaneamente. Por essa razão vemos nomenclaturas como “Dual-Core” (2 núcleos), Quad-core (4 núcleos), podendo chegar em até 32 núcleos nos computadores de alta performance.

Dessa forma, um computador consegue executar várias tarefas de uma vez, por isso você consegue abrir um texto em programa, enquanto escuta música em outro e navega na internet. Isso para não citar as tarefas menores que são executadas e nós não vemos.

O conceito do processador pode ser aplicado também nos video games modernos, que processam não apenas os games que você está jogando, mas também as interfaces de menus dos consoles, aplicativos de streaming e outros recursos disponíveis. O mesmo pode ser dito sobre processadores de nossos smartphones que nos permitem realizar diversas tarefas ao mesmo tempo.

Cinco décadas depois de revolucionar o mercado, o Intel 4004 é um símbolo do ritmo galopante do mundo computacional. Em 15 de novembro de 1971, a empresa lançava seu primeiro microprocessador disponibilizado comercialmente, com 2 mil transistores, pouco perto das peças atuais, que chegam às dezenas de bilhões em uma superfície de alguns centímetros quadrados. Agora, essa tecnologia está cara a cara com novos paradigmas.

Ao voltar 50 anos no tempo, o passo histórico da Intel se mostrou um marco para a indústria, indicando o caminho de uma série de inovações que possibilitam processadores superpotentes na palma da mão, dentro dos celulares, e também em diversos equipamentos da vida cotidiana.

“Muito simplório para os dias atuais, com 4 bits, o 4004 conseguia fazer somente números inteiros de 0 a 15. Era uma capacidade de representação numérica muito limitada. Mas, na época, foi uma revolução”, diz Eduardo Todt, engenheiro eletrônico e professor de Arquitetura da Computação na Universidade Federal do Paraná (UFPR).

A calculadora que revolucionou hardware e software

O Intel 4004 nasceu a partir de uma demanda da fabricante japonesa Nippon Calculating Machine. Em 1969, ela pediu à Intel a criação de um conjunto de circuitos integrados para sua nova calculadora.

O projeto original previa 12 processadores, mas a equipe da Intel — Federico Faggin, “Ted” Hoff e Stan Mazor — optou por criar um conjunto de quatro processadores. Um deles era o que incorporava a CPU (central processing unit) 4004.

O processador, do tamanho de uma unha humana, podia ser programado de maneira mais flexível e, por isso, podia executar mais do que uma única tarefa — como calcular a raiz quadrada de um número.

“O 4004 podia ser usado de uma maneira mais customizável por software. Então, ele representou uma revolução tanto para o hardware quanto para o software”, opina Buarque.

Lei de Moore: viva, morta ou transformada

Alguns anos antes do lançamento do Intel 4004, em 1965, Gordon Moore, cofundador da multinacional, escreveu um artigo em que previu que a complexidade dos componentes de um circuito integrado dobraria a cada ano. A observação ficou conhecida como Lei de Moore.

Em 1975, quatro anos após o surgimento do microprocessador, Moore revisou a lei, fazendo uma previsão de que a cada dois anos haveria, com o mesmo custo, em uma placa de circuito, o dobro de transistores  — unidades básicas de um circuito eletrônico, que funcionam como uma chave que liga e desliga o circuito, fazendo operações lógicas.

Isso significa que, segundo a lei, os processadores seriam cada vez mais potentes e os transistores seriam fabricados em tamanhos progressivamente menores.

A previsão se concretizou e, mais do que isso, tornou-se uma meta que as indústrias almejavam atingir. Dessa forma, a busca pelo aumento da capacidade de processamento dos computadores, nas proporções descritas por Moore, provocou uma expansão no desenvolvimento tecnológico.

No entanto, as taxas não podem, em princípio, ser mantidas indefinidamente, uma vez que deve haver um limite para a redução do tamanho dos transistores. Essa ponderação trouxe à tona o debate acerca da possível morte da Lei de Moore.

“Faz uns 30 anos que a gente acha que está no limite da capacidade técnica”, comenta Todt. O professor acredita que, em algum momento, esse máximo será alcançado, mas não se arrisca a apostar em uma data.

Enquanto o fim não se concretiza, os transistores continuam diminuindo, chegando a tamanhos como cinco nanômetros (cada nanômetro equivale a 10⁻⁹ metro), como o produto que deve ser lançado em 2022 pela Advanced Micro Devices (AMD).

Na Intel, ainda não se cogita estabelecer um limite quanto ao tamanho, muito menos se considera a morte da Lei de Moore, uma vez que a multinacional relaciona a previsão do seu cofundador muito mais à curva de desempenho dos processadores do que ao tamanho dos transistores.

E são múltiplas as alternativas pensadas para “superar” a Lei de Moore e encontrar novas formas de dar continuidade à inovação e ao aumento da capacidade de processamento.

Todt cita o processamento paralelo (que acontece, simultaneamente, a partir de vários núcleos) e os circuitos integrados verticais (quando se posiciona um transistor sobre o outro).

Outras alternativas consideradas pelas big techs são a computação quântica, a computação neuromórfica, novos layouts de transistores (buscando melhor desempenho e menor consumo de energia) e a substituição do silício por outros materiais que poderiam ser usados nas placas, como o grafeno.

“No caso do grafeno, há muitas questões a se pensar, como de onde ele vem, qual é o custo e quais são as vantagens”, enumera Buarque. “Hoje, ainda não podemos dizer que o grafeno é o material que vai substituir o silício.”