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Organização e Arquitetura de
Computadores
Histórico e Componentes
Prof. André Luis Meneses Silva
orgearq20091.wordpress.com
Agenda
• Estágios da Evolução dos Computadores
• Componentes Básicos de um Computador
• Fabricação de Processadores
• Falácias e Armadilhas.
Estágios da Evolução dos
Computadores
• Várias foram os estágios até a
computação chegar ao estágio atual:
– Geração Mecânica
– Geração das Válvulas
– Geração dos Transistores
– Circuito Integrado
– Integração de circuitos em escala muito alta.
Estágios da Evolução dos
Computadores
• Geração Mecânica (1642-1945)
– Blaise Pascal (1642)
• Calculadora Mecânica (soma e subtração)
– Wilhelm Von Leibniz (1646 – 1716)
• Calculadora mecânica que efetuava as quatro
operações aritméticas
Estágios da Evolução dos
Computadores
• Charles Babbage
– Máquina Diferencial (1823)
• Só somava e Subtraia
– Realizava um único algoritmo.
» Método das diferenças finitas usando polinômios
• Saída era dada através da perfuração de pratos
de cobre.
– Máquina Analítica (1834)
• Possuía memória, unidade de processamento,
unidade de entrada e saída.
E a culpa foi de...
• Ada Lovelace (1815-1852)
– Primeira desenvolvedora de
software da história.
– Produziu software para a máquina
analítica de Babbage.
Estágios da Evolução dos
Computadores
• Howard Aiken
– Descobriu os trabalhos de Babbage
– Mark I – 1944
• 6 segundos para executar uma instrução
• Marcou o fim da geração de
computadores mecânicos
Estágios da Evolução dos
Computadores
• Geração das Válvulas (1945-
1955)
– Colossus – 1943
• Primeiro computador eletrônico
digital
– Mauchley e Eckert
• ENIAC – 1946
– 18 mil válvulas.
– Fundaram uma empresa (hoje, Unisys)
ENIAC
Estágios da Evolução dos
Computadores
• Geração dos Transistores (1955 – 1965)
– Invenção do Transistor (1948).
– Algumas máquinas da época
• PDP-1, IBM 7090, PDP-8
– Início do domínio da IBM
• Seymour Cray
– Advento da computação paralela e
supercomputadores.
Estágios da Evolução dos
Computadores
• Circuitos Integrados (1965-1980)
– Surgimento do Circuito Integrado
• Robert Noyce
– Co-fundador da Intel
– Gordon Moore
• Lei de Moore: O número de transistores em um
chip dobra a cada 18 meses
Estágios da Evolução dos
Computadores• Integração de Circuitos em Escala
Muito Alta (1980 - ?).
• Circuitos integrados VLSI
– Milhões de transistores em um único chip
• Surgimento dos microcomputadores• Apple e Apple II - Machintosh
• IBM PC
• Início da computação pessoal
Será?
• “Acho que existe, no
mundo, um mercado para
talvez uns cinco
computadores”
– Thomas J. Watson
– Chairman of IBM, 1943
Componentes Básicos de um
Computador• Os cinco componentes de um computador.
– Entrada
– Saída
– Memória
– Caminho de Dados
– Controle
• Caminho de Dados + Controle = Processador.
• Classificação independente da tecnologia dohardware.
Dá para acreditar?
• John von Neumann
– Máquina de von Neumann – 1952
– programas representados em forma binária na
memória do computador (programa armazenado)
– uso da aritmética binária para representar números
memória, unidade aritmética, unidade de controle,
– dispositivo de entrada e dispositivo de saída
– Registrador especial: Acumulador
– Maioria dos computadores atuais ainda é projetada
segundo essas premissas
Componentes Básicos de um
Computador
Componentes Básicos de um
Computador - Processador
Componentes Básicos de um
Computador – Demais Componentes
Componentes Básicos de um
Computador• Lei de Moore
– Em 1965, Gordon Moore fez uma previsão de que o número detransistores que podem ser integrados em um processador oudispositivo dobra a cada 18 a 24 meses (i.e., cresceexponencialmente em relação ao tempo).
– Surpreendentemente visionário – a proporção de milhões detransistores/chip foi ultrapassada nos anos 80• 2300 transistors, 1 MHz clock (Intel 4004) – 1971
• 16 Million transistors (Ultra Sparc III)
• 42 Million transistors, 2 GHz clock (Intel Xeon) – 2001
• 55 Million transistors, 3 GHz, 130nm technology, 250mm2 die (IntelPentium 4) – 2004
• 140 Million transistor (HP PA-8500)
Aumento da Capacidade de
Processamento
Aumento da Capacidade de
Memória
Tecnologias para construção de
processadores e memórias.
Ano Tecnologia Desempenho
relativo / custo
unitário
1951 Válvula 1
1965 Transistor 35
1975 Circuito Integrado 900
1995 Circuito VLSI (very large) 2.400.000
2005 Circuito ULSI (ultra large) 6.200.000.000
Fabricação de Processadores
• A fabricação do chip começa com o silício,substância semi-condutora.
• Através de processos químicos, pode-seconstruir minúsculas áreas que podem setornar:
– Excelentes condutores
– Excelentes isolantes
– Áreas que podem conduzir ou isolar correnteelétricas (chaves).
Fabricação de Processadores
Fabricação de Processadores
• Lingote de silício, medindo em média, 30
a 60 cm é fatiado em lâminas (wafers), de
menos de 0,25 cm de espessura.
Fabricação de Processadores
• O waffer passa por uma série de
etapas de processamento
gerando:
• Transistores
• Condutores
• Isolantes
• Os circuitos integrados atuais
possuem apenas 1 camada de
transistores. Contem de 2 a 8
camadas de metal separados por
camadas isolantes.
Fabricação de Processadores
Die ou
Chip
Fabricação de Processadores
Problemas
• Consumo de energia como limitação de projeto– Consumo é um problema por duas razões:
• Corrente precisa ser trazida para o chip e distribuída
• Energia dissipada pelo calor precisa ser removida
• A potência é proporcional ao produto do númerode transistores pela frequência pela qual essestransistores são chaveados– Intel itanium = 4 x o número de transistores do
Pentium 4• Pentium 4: 82 watts
• Itanium: 132 watts
Falácias e Armadilhas
• Falácia: os computadores têm sido
construídos da mesma maneira por muito
tempo, e esse modelo antiquado de
computação está perdendo força.
• Armadilha: ignorar o inevitável progresso
do hardware ao projetar uma nova
arquitetura.
Referências
• Patterson, Capítulo 1.
• Tanembaum, Capítulo 1.
