Histórico

O Início

A ideia de escrever este livro, assim como a parceria que o viabilizou, nasceu de uma trajetória longa e rica de experiências e colaborações. A colaboração com José Antonio Borges é antiga, remontando ao período em que ambos atuavam em projetos de pesquisa aplicada desenvolvidos pelo NCE/UFRJ, nas décadas de 1980 e 1990. Entre os projetos desenvolvidos nesta época, destacam-se o Pegasus, coordenado pelo Prof. Newton Faller, e o Multiplus, coordenado pelo Prof. Júlio Salek — ambos já falecidos. Esses trabalhos envolviam o projeto de protótipos de computadores com arquiteturas paralelas e sistemas operacionais bastante avançados para a época.

O Exemplo

Os professores Newton Faller e Júlio Salek, caracterizados por suas pesquisas inovadoras e empreendedoras, cultivavam uma prática consistente de desenvolvimento de materiais de ensino para as disciplinas do então nascente curso de Bacharelado em Ciência da Computação, pertencente atualmente ao Instituto de Computação da UFRJ, onde hoje trabalho. Essa abordagem influenciou profundamente minha compreensão de que o avanço da ciência não pode estar dissociado da preocupação com a transmissão adequada do conhecimento construído pela pesquisa científica.

Os Primeiros Rascunhos

Desde o início dos anos 2000, tanto Antonio Borges como eu, acumulamos experiências em sala de aula com disciplinas relacionadas à Arquitetura e Organização de Computadores. O diálogo constante e a troca de experiências culminaram, em 2006, no desenvolvimento de diversos materiais didáticos e de um simulador baseado no processador didático Neander, além da publicação conjunta do artigo “NeanderWin — um simulador didático para uma arquitetura do tipo acumulador”, que descreve uma ferramenta para facilitar a compreensão do funcionamento de um processador.

O Simulador

Esse projeto evoluiu e, alguns anos depois, resultou em um novo simulador, baseado em uma arquitetura de processador mais avançada, embora ainda bastante simples: o Sapiens, com seu simulador correspondente, o SimuS.

Publicações

Diversos artigos sobre essas ferramentas foram publicados em periódicos e conferências especializadas:

• “SimuS - Um Simulador Para o Ensino de Arquitetura de Computadores” GP Silva, JAS Borges — International Journal of Computer Architecture Education, 5(1), 7–12 (2016)
• “O Simulador SimuS na Plataforma Raspberry Pi” GP Silva, JAS Borges — International Journal of Computer Architecture Education (IJCAE), 6, 36–45 (2017)
• “A Didactic Processor and Simulator for IoT” GP Silva, JAS Borges — 3rd International Conference of the Portuguese Society for Engineering (2018)
• “Um Simulador Didático para o Ensino de Arquitetura de Computadores e Internet das Coisas” JAS Borges, GP Silva — IJCAE, 7(1), 29–38 (2018)

O Livro

Foi nesse contexto que percebemos a necessidade de um livro que abordasse uma arquitetura simples e acessível, em contraste com livros-texto tradicionais da área — como os de Hennessy & Patterson — que apresentam arquiteturas mais complexas, com conjuntos de instruções extensos. A proposta da obra foi oferecer uma revisão atualizada e acessível da arquitetura de computadores, com profundidade adequada para cursos introdutórios, explicando o funcionamento do computador e do processador de forma clara.

A Parceria

A escolha de José Antonio Borges como coautor foi natural, dada a parceria bem-sucedida no desenvolvimento do simulador do processador SimuS (uma evolução do Neander/NeanderWin). O simulador foi portado para Linux e outros sistemas operacionais. Borges se destaca por sua capacidade didática e pela vasta experiência com diferentes públicos, dentro e fora da UFRJ, compreendendo bem as necessidades de alunos com perfis diversos.

Apesar de seu intenso envolvimento com o DOSVOX, ferramenta de acessibilidade voltada a pessoas com deficiência visual, Borges sempre encontrou tempo para colaborar nos artigos e no desenvolvimento do SimuS, incluindo suas diversas variações, como as versões para Arduino e Raspberry Pi.

Conteúdo do Livro

O livro, cuja versão final foi concluída entre 2022 e 2024, aborda tópicos essenciais para a formação na área, entre os quais:

• história dos primeiros computadores no Brasil e no mundo;
• sistemas de numeração, operações lógicas e aritméticas, representação de caracteres, números inteiros e fracionários;
• organização do processador e funcionamento de um simulador didático;
• diferentes tipos de memória e hierarquias;
• princípios de entrada e saída, tratamento de exceções e interrupções, transferência de dados, padrões de barramentos e protocolos de comunicação;
• discos rígidos, dispositivos de estado sólido, sistemas de armazenamento (DAS, NAS, SAN e nuvem);
• estrutura e funcionamento de periféricos diversos;
• avanços na arquitetura de computadores e processadores.

Como a compreensão do conjunto de instruções e do funcionamento de um processador exige exemplos práticos, os autores incluíram no conteúdo um processador didático simples, cuja experimentação é feita por meio do SimuS — um simulador gratuito. O livro também inclui exercícios de fixação, exemplos e estudos de caso.

A obra é indicada para a disciplina Arquitetura e Organização de Computadores dos cursos de Ciência, Licenciatura e Engenharia da Computação, bem como de Sistemas de Informação, Engenharia de Software e Ciências de Dados.

Motivação

Diferentemente de livros voltados aos avanços tecnológicos mais recentes, esta obra se destaca por sua contribuição fundamental à formação de recursos humanos. Essa contribuição é ainda mais relevante no atual contexto tecnológico, pelos seguintes motivos:

• Necessidade de conhecimento básico em um cenário de explosão tecnológica: Em meio à difusão da inteligência artificial, novas ferramentas e aplicações em TI, além do uso massivo de dispositivos móveis, o entendimento do funcionamento interno do computador é essencial.
• Otimização no uso e desenvolvimento de aplicações: Embora não seja indispensável conhecer profundamente a arquitetura do computador para desenvolver aplicações, esse conhecimento permite explorar melhor o potencial da máquina.
• Fundamentação para especificação e aquisição de equipamentos: No Brasil, onde há escassez de engenheiros de computação para essa função, muitas vezes analistas assumem a tarefa de especificar servidores e computadores. Compreender o “que está debaixo do capô” torna-se, portanto, indispensável.
• Base para aplicações bem dimensionadas e com desempenho adequado O domínio da arquitetura de computadores é a base para projetar aplicações eficientes e bem dimensionadas.

Em suma, o objetivo desta obra é aprimorar a formação de estudantes e profissionais da área de computação, capacitando-os com o conhecimento essencial sobre o funcionamento de computadores e processadores, para que possam atuar de forma crítica e inovadora no cenário contemporâneo.

Premiação

O reconhecimento do livro como uma das cinco melhores obras publicadas em 2024 na área de Ciência da Computação é extremamente gratificante. Receber tal distinção, especialmente em uma universidade como a UFRJ — referência nacional em pesquisa e qualidade de ensino — simboliza o valor de tornar o conhecimento acessível às novas gerações, garantindo que o legado e a experiência prática dos pesquisadores se transformem em aprendizado.

Conclusão

Em analogia, se os artigos científicos e conferências representam as pontes e cidades que se constroem na paisagem do conhecimento, os textos didáticos são os mapas e manuais que ensinam as novas gerações a navegar por essa paisagem, a compreender como essas estruturas foram criadas e, sobretudo, a utilizá-las para construir seus próprios caminhos e inovações com consciência e eficácia.