História Computadores

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Histórico da Arquitetura de Computadores

DISCIPLINA: ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES

2Organização de Computadores – Prof. Anderson Vieira

• Ábaco– Surgiu no século V a.C. na Mesopotâmia.

– Primeiro dispositivo criado para facilitar o processamento de informações

Geração Zero – Computadores Mecânicos

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Blaise Pascal (1623-1662)

Construiu em 1642 a primeira máquina de calcular,

baseada em engrenagens e

alavancas, e que permitia

fazer adições e subtrações.

Leibniz (1646-1716)

Construiu outra máquina no mesmo estilo, mas

permitia também fazer multiplicações e divisões.


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• Tear programável (1801)– Tear mecânico dotado de leitora de cartões perfurados, que representavam o desenho do tecido.

• Charles Babbage (1792-1871) - Ambas eram totalmente mecânicas– Calculador Analítico:

• Máquina de propósito geral (PROGRAMÁVEL!)– Lia instruções através de cartões perfurados e as executava.

• Quatro componentes– Memória , unidade de computação, unidade de entrada (leitora de cartões

perfurados) e unidade de saída (saída impressa e com perfuração);

• A unidade de computação lia números da memória, fazia cálculos (adição, subtração, multiplicação e divisão) e podia retornar o resultado para a memória ou em cartões.

• Ada Augusta Lovelace, desenvolveu as instruções para o calculador, como rotinas, loops, desvio condicional, etc.

• Babbage: precursor do computador, Ada : precursora do software.

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• Hollerith (Tabuladora de censo - 1889)– Desenvolveu o cartão perfurado para guardar dados e uma máquina que contava, classificava e

ordenava informações armazenadas nos cartões)

– Sucesso fez com que criasse a Tabulating Machine Company, que após a fusão com mais algumas empresa se tornou a conhecida IBM (International Bussiness Machines)

• Konrad Zuse (~1930)– Construiu durante a década de 1930 uma série de máquinas de calcular baseadas em relés, que

serviam como chaves (abre/fecha). Este foi o principio para a utilização de número binários. Primeiro computador operacional do mundo.

• John Atanasoff e George Stibbitz– Contruiram no final da década de 1930 calculadoras que já usavam aritmética binária.

– Memória baseada em capacitores

• Howard Aiken– Construiu em 1944 uma máquina de propósito geral chamada Mark 1

– Baseada no trabalho de Babbage

• Relés eletromagnéticos no lugar de engrenagens

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Primeira Geração – Válvulas (1945-1955)

• Colossus (Segunda Guerra Mundial)– 1o computador digital eletrônico,

porém utilizado para um fim especifico.– Construído pelo governo Britânico – em 1943– Objetivo: decodificar as mensagens

trocadas pelos alemães durante a Segunda Guerra, que eram criptografadas por uma máquina chamada ENIGMA.

– Participação de Alan Turing

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• ENIAC (Eletronic Numerical Integrator and Computer)– Primeiro computador eletrônico para emprego geral.– Computador eletrônico construido por John Mauchley e J. Presper (EUA) em 1946

para fins militares.– 18000 válvulas; 1500 relés;

30 tonaladas; 140 kilowatts; 800 Km de cabos de conexão;20 registradores de números decimais de 10 digitos.

– Programação através de 6000 switches

Participação de Von Neumann

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• Computadores que surgiram neste período– UNIVAC1: Mauchly & Eckert Computer Corporation (que se tornou a Unisys),

primeiro para fins comerciais– EDSAC (1949) : Universidade de Cambridge.

Primeiro a armazenar programas na memória

– JOHNIAC : Rand Corporation– ILLIAC : Universidade de Illinois– MANIAC : Laboratório de Los

Alamos– WEIZAC: Instituto Weizmann,

Israel

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• John von Neumann– Construiu em 1952 o computador IAS (Institute for Advanced Study – Princeton USA)– Programa Armazenado: programas e dados representados de forma digital em

memória. Mais flexibilidade e rapidez que chaves e cabos.– Processamento baseado em aritmética binária, ao invés de decimal.– Formalizou o projeto lógico de um computador.

• Máquina de Von Neumann– Base de praticamente todas as máquinas atuais– Componentes:

• Memória • Unidade de Controle Unidade• Unidade Lógica e Aritmética (ULA)• Dispositivos de entrada/saída

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Máquina de Von Neumann



• Ciclo de Busca – Decodificação - Execução1. BUSCA:

• busca da próxima instrução na memória

• manda endereço, volta instrução2. DECODIFICAÇAO:

• interpreta código da instrução3. EXECUÇÃO:

• executa ações específicas para cada instrução

• se a instrução precisa de dados (na memória)

• manda endereço, busca dado


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• Unidade de Controle de Programa– Determina a sequencia das instruções a serem executadas. – Gera os sinais de controle para as outras unidades

• Memória– Armazena tipo de instrução e endereçamento da informação.

• Unidade Lógica e Aritmética (ULA)– Execução das instruções (operações lógicas e aritméticas)– Acumulador: registrador utilizado para armazenar um operando e/ou um

resultado fornecido pela ULA.

• Dispositivos de Entrada e Saída

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Transição – Válvulas para Transistores

• Válvula– Função: Regula fluxo de corrente elétrica– Importante: Não interessa o valor da corrente , mas sim se possui ou

não (0 ou 1) – Pequena vida útil : cerca de 1000 horas– Tamanho exagerado – Alto consumo de energia

• Transistor– Menor– Baixo consumo de energia

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Segunda Geração – Transistores (1955-1965)

• Invenção do Transistor– Bell Labs, EUA

• TX-0 (Transistorized eXperimental computer 0)– Primeiro computador construido com transistor (no MIT)

• PDP-1 (preço U$ 120.000,00)– 1961, DEC (Digital Equipment Corporation)– Primeiro computador comercializado– Memória: 4K – Ciclo (periodo de clock) : 5 microsegundos– Primeiro computador com display visual: tela de 512x512 pontos– Nascimento da industria de minicomputadores

• PDP-8 (preço U$ 180.000,00)– COnceito e barramento único (conjunto de fios paralelos, usados para a conexão

entre os componentes do computador)

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PDP-1

PDP-8

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• Barramento único (Caracteristicas e problemas)

• Outros tipo de barramento (processador, cache, memória, I/O)

• O desempenho do barramento é medido pela:– Largura de banda: quantidade de bits que podem ser transmitidos ao mesmo tempo– Velocidade de transmissão


Terceira Geração – Circuitos Integrados (1965-1980)

• PDP-11 (DEC, 1970)– Sucessor de 16 bits do PDP-8– Grande sucesso, especialmente nas

Universidades– Referência para a construção de

computadores pessoais comoIBM PC , Apple II, etc.

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• Invenção do circuito integrado de silício (1958, Robert Noyce) – Dezenas de transistores em um único chip– Possibilitou construir computadores menores, mais rápidos e mais baratos

• System/360 (IBM, 1965)– Família de máquinas com a mesma linguagem– Multiprogramação

• Vários programas em memória, em execução simultânea (quando um aguardava uma operação de entrada e saída se completar, outro podia executar).

• Pseudo paralelismo de xecução através do compartilhamento de tempo (time sharing)

Terceira Geração – Circuitos Integrados (1965-1980)

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• VLSI – Very Large Scale Integration

– Integração de Circuitos em Escala Muito Alta– Grande compactação do circuitos integrados– Dezenas de milhares , depois centenas de milhares e atualmente milhões de

transistores em um chip.• microprocessador Cell do console PlayStation 3 tem aproximadamente 234

milhões de transistores, usando uma arquitetura de fabricação de 45 nanômetros, ou seja cada transistor fica distanciado dos outros 45 milionésimos de um milímetro

– Desempenho aumentou muito– Preços cairam muito– Computadores deixaram de ser privilégio de grandes corporações – Início da era do Computador Pessoal

Quarta Geração – Circuitos VLSI (atual)

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• Primeiros Computadores Pessoais– Desktops

• ALTAIR 8800, processador Intel e compatível com o Sistema MS/DOS, “desenvolvido” por Bill Gates e Paul Allen, fundadores da Microsoft

• APPLE II, construido por Steve Jobs e Steve Wosniak, fundadores da Apple Corporation.

– Software não era fornecido, o consumido tinha que escrever seu próprio software.

• Organização em 5 niveis– Nivel de montadores / compiladores– Nivel de sistema operacional– Nivel de máquina convencional– Nivel de microprogramação– Nivel de lógica digital

Quarta Geração – Circuitos VLSI (1980 - atual)

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• Surgimento do Windows

• Meados da década de 80, inicio dos conceitos de arquitetura RISC

• Anos 90: – Processadores superescalares

• Várias instruções em paralelo– Computadores multi-processados (multi-threading)

• N processadores– Processadores de 64 bits


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• Processadores Intel

• Apple, Apple II– Steve Jobs e Steve Wosniak– Muito popular para uso doméstico e em escolas– Primeiro computador pessoal a ter sucesso comercial

• IBM PC – Personal Computer (1981)– Processador Intel 8080

• 4.77 Mhz, Monitor monocromatico, drive 320Kb, 16 Kb memória, HD 10 Mb

– Projeto de circuito público

• Permitir que outros fabricassem componentes facilmente acopláveis ao PC

• Consequência: Industria de “clones”– Sistema MS-DOS– Computador mais vendido em toda a história


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• Gordon Moore, 1965 – Intel– Número de transistores em um chip dobra a cada 24 meses (inicialmente 18 meses)

Lei de Moore

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• Não é uma lei, e sim uma observação empírica

• Círculo virtuoso– Avanço tecnológico propicia melhores produtos a preços mais baixos

– Preços mais baixos induzem ao surgimento de novas aplicações.

• Exemplo: Video Game

• Lei de Nathan (Microsoft)– “Software é como gás: expande até preencher o container”

• Novas aplicações aumentam posssibilidade de mercado e fazem surgir novas empresas

• Novas empresas levam à competição, criando demanda econônica para o avanço tecnológico.

Lei de Moore

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Componentes

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