SEL-0415 Introdução à Organização de Computadoresiris.sel.eesc.usp.br/sel415m/Aula 1 - Historico dos Computadores.pdf · n Integração de componentes em um único invólucro

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

Histórico dos Computadores

SEL-0415 Introdução à Organização de Computadores

Prof. Dr. Marcelo Andrade da Costa Vieira

Aula 1

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

HISTÓRICO - O Desenvolvimento dos Computadores

§ Dispositivos Mecânicos (3.000 a.C. – 1880) – Engrenagens

§ Dispositivos Eletromecânicos (1880 – 1945) – Motor/ Relês

§ Dispositivos Eletrônicos - Computadores (1945 - Hoje):

§ Primeira Geração (1945 – 1957): Válvula§ Segunda Geração (1958 – 1964): Transistores§ Terceira Geração (1965 – 1971): Circuitos Integrados (SSI e MSI)§ Quarta Geração (1972 – 1977): Microprocessadores (LSI)§ Quinta Geração (1978 – hoje): Muito Alta Integração (VLSI e ULSI)

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

1. Dispositivos Mecânicos(3000 a.C – 1880)

n 3000 a.C. Æ Ábaco

n Na antiguidade, as pedras eramusadas para contar, antesmesmo de existir o conceito denúmeros.

n O ábaco pode ser consideradocomo a primeira máquinadesenvolvida para auxiliar ocálculo matemático.

n A palavra cálculo vem do latimcalculus que significa “pedra”.

n Muitos povos da antiguidadeutilizavam o ábaco para arealização de cálculos do dia-a-dia, principalmente no comérciode mercadorias

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais


n 1642 Æ Calculadora de Pascal (Pascaline)n O matemático francês Bleise Pascal desenvolveu a

primeira calculadora mecânica da histórian Usava engrenagens mecânicas (semelhante a um

hodômetro de automóvel)n Acionado por manivelan Números decimaisn Soma e subtraçãon Conceito de “Acumulador”, “Carry”

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais


n 1500 Æ Calculadora de Leonardo da Vincin Quase 150 anos antes de Pascal desenvolver sua calculadora

mecânica, Leonardo da Vinci já tinha projetado uma calculadorasemelhante.

n Não chegou a ser construída por ele.

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais


n 1671 Æ Calculadora de Leibnitzn Uma evolução da máquina de Pascaln 4 operações matemáticasn multiplicação e divisão por soma e

subtração sucessivas.

n 1801 Æ Tear programável de Joseph Jacquardn Máquina de tecelagemn Era possível programar o desenho no tecido usando cartão

perfuradon Primeira máquina programável da histórian Conceito de “programação”, “instruções”, “entrada e saída”

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais


n 1837 Æ Máquina Analítica de Charles Babbagen Projetou uma máquina mais sofisticada

que utilizava os conceitos do TearProgramável de Jaquard.

n Usava cartão perfurado paraprogramação (instruções) e paraimpressão dos resultados (entrada/saída)

n Não chegou a ser concluída por ele.

n 1822 Æ Máquina Diferencial de Charles Babbagen Escreveu um projeto de uma máquina que

efetuava cálculos complexos, comofunções trigonométricas e logaritmos.

n Foi construída muitos anos depois.

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais


n 1854Æ Lógica de Boolen George Boole.n Matemático inglês que criou a álgebra booleana: operações

matemáticas por símbolos ao invés de números.n Criou a lógica matemática e o sistema binário.

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

2. Dispositivos Eletromecânicos(1880 – 1945)

n 1889 Æ Máquina Tabuladora de Herman Hollerith

nMotores elétricos acionavam as engrenagens

nCenso dos EUA em 1890: redução de 8 para 3 anos para a apuração

nEntrada: cartão perfurado com instruções

nSaída: resultados perfurados em cartões

n 1896 Æ Herman Hollerith juntou-se a Thomas Watson efundaram a Tabulating Machine Company (TMC) que em1916 tornou-se a International Business Machine (IBM).

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

2. Dispositivos Eletromecânicos(1880 – 1945)

n 1944 Æ Mark I de Howard Aiken (Harvard)

n2ª Guerra MundialnUtilizava relêsnAritmética decimalnEntrada: papel perfuradon1 soma em 6s

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

3. Dispositivos Eletrônicos (1945 – Hoje)

n Computadores Mecânicos e Eletromecânicos:

nBaixa velocidade (engrenagens)nPouca confiabilidade (desgaste mecânico)nVálvula – inventada em 1906nChave eletrônica controla (grade) a passagem ou não de

corrente elétrica entre o catodo e o anodonMuito mais rápido e eficaz que o relê

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

Válvula Eletrônica

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

Novas Técnicas de Projeto: O circuito Digital substitui o Analógico(Comunicação, Controle de Processos, Voz,

Imagem, etc)

1965 – 1971Integração do CI’s

1958-1964Transistores

1945-1957Válvulas

1972-1977Microprocessadores

Evolução da Eletrônica

1978-hojeIntegração em Ultra Larga escala: CPLD,

DSP, Microcontroladores

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

1ª GERAÇÃO de COMPUTADORES (1945 - 1957): Válvulas

§ Características:

. aquecimento demasiado provocando queima constante

. elevado consumo de energia

. ocupavam grande espaço

. válvulas eram ligadas por Kms de fios ligados manualmente

. computadores com enormes dimensões físicas

. programação feita diretamente em linguagem de máquina

. 40.000 operações/segundo

. apenas uso científico

. única forma de armazernar dados era por meio de cartõesperfurados

1ª Geração - Válvulas(1945 – 1957)

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

n ENIAC (Electronic Numeric Integrator and Calculator - 1943-1946 – Univ. da Pensilvânia):

n 1943 - Segunda Guerra Mundial – Cálculo de artilharia (balística) pelo exército tinha 200 pessoas e demorava dias de trabalho

n Desenvolvido pelo Prof. John Mauchly e por J. Presper Eckert

n Cálculos de balística para o exército americano


SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

n 1o. computador eletrônico;n Decimal;n 170 m2, 30 t, 150 kW, 18 mil

válvulas, 10 mil capacitores,800Km de cabos;

n 5.000 adições por segundo:mil vezes mais rápido que oMark I;

n Concluído em 1946 (após aguerra) – acabou sendousado para outras tarefas até1955 (propósito geral)


n ENIAC (Electronic Numeric Integrator and Calculator - 1943-1946 – Univ. da Pensilvânia):

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

ENIAC

Museu da Computação da Universidade da Pensilvânia

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

n Computadores desenvolvidos:n ENIAC (Electronic Numeric Integrator and Calculator -

1943-1946 – Univ. da Pensilvânia):

n Saída: Cartões perfurados;n Programação Manual: introduzida

por cabos (config. por circuito).n Dificuldade para modificação de

um programa


SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

A Máquina de Von Neumann

§ 1945 – Conceito de computador de programa armazenado:§ Computador binário;§ Programa armazenado na memória da mesma

forma que os dados;§ Alteração no programa seria mais simples,

apenas atribuindo valores na memória;§ Diferentemente do ENIAC (1946) que era

“programado” sem armazenamento

John von Neumann:1903-1957

Busca Execução

MODELO DE VON NEUMANN

NÚMERO

Bit de sinal

ENDEREÇOCÓDIGO DE OPERAÇÃO

DADO

INSTRUÇÃO

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais O programa que direciona as atividades da CPU

é armazenado na mesma memória em queestão os dados, que devem ser manipuladospelo programa


o computador é uma máquina de programas armazenados sequencialmente executados

(ENIAC: era “programado por hardware”)

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

A arquitetura de um computador consiste de 4 partes principais:

1. CPU (Unidade central de processamento)

• ULA (unidade lógica e aritmética

• Unidade de controle• Registradores

2. Memória3. Dispositivo de conexão

(barramentos)4. dispositivos de

entrada/saída.


Memória CPU Dispositivos

de E/S

Barramentos

Esse modelo é a base dos computadores de hoje!

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

Von Neumann

Von Neumann com o primeiro computador, o IAS, concluído em 1952, na Universidade de Princeton

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

n Computadores desenvolvidos:

n 1946 - ENIAC

n 1952 – IAS (era binário – 40 bits): n Instrução: opcode + endereçon Dados: bit de sinal + numero

n UNIVAC I (Universal Automatic Computer): foi o primeiro computador comercial desenvolvido. Foi utilizado para o censo de 1950 nos EUA.

n 1961 - UNIVAC 1105 – Primeiro computador importado pelo Brasil – IBGE

n 1953 - IBM 701 (1o. Computador eletrônico programável da IBM)


SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

2ª GERAÇÃO de COMPUTADORES (1958 - 1964): Transistor


n Transistor: inventado no Bells Labs em 1947.n Dispositivo de estado sólido (semicondutor)n Silício - segundo elemento mais abundante na terra

n Menores, mais velozes, mais baratos, menor consumo de energian Redução das conexões: cada transistor substituía dezenas de válvulas.

n Uso comercial e científico

§ Modificações introduzidas pela segunda geração:n Unidades de controle, lógica e aritmética mais complexas

n Programação através de mnemônicos (Linguagem Assembly)

n Uso de linguagem de programação de alto nível

n Inclusão do software do sistema com o computadorn 200.000 operações/segundo

n Memórias com núcleos de ferrite, fitas e tambores magnéticos

2ª Geração - Transistor(1958 – 1964)

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais


SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

n Computadores desenvolvidosn Transistorn Fitas magnéticas (em vez das perfuradas)

Ø IBM 1401 (Década de 60)Ø PDP 1 (1959) – DEC (Digital Equipment Corporation)


SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

3ª GERAÇÃO de COMPUTADORES (1965 - 1971): Circuito Integrado

1958 - invenção do circuito integrado e início da microeletrônica (Texas Inc.)


n Necessidade de acomodação dos componentes eletrônicos nos equipamentosn Integração de componentes em um único invólucro (chip)n Aumento da velocidade de operação n A redução no tamanho do computador permitiu que o mesmo pudesse ser

colocado em ambientes variadosn Redução na potência e nos requisitos para resfriamenton O aumento da densidade reduziu o número de interconexão entre chipsn O custo do chip foi permanecendo praticamente inalterado enquanto a densidade

crescia

3ª Geração – Circuito Integrado(1965 – 1971)

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

Classificação quanto ao número

N de portas lógicas.

SSI N < 10 MSI 10 < N < 100 LSI 100 < N < 1000 VLSI 1000 < N < 100.000ULSI N > 100.000

geração dataaproximada

Tecnologia velocidade(operações/s)

1 1946 - 1957 tubo a vácuo 40.0002 1958 - 1964 transistor 200.0003 1965 - 1971 SSI e MSI 1.000.0004 1972 - 1977 LSI 10.000.0005 1978 – 1991 VLSI 100.000.0006 1991 – Hoje ULSI 1.000.000.000

3ª Geração – Circuito Integrado (SSI e MSI) (1965 – 1971)

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

n 3a. Geração - CIsn CI (1961 – Texas e Fairchild Semiconductor)

n SSI (Integração em pequena escala) ð ~ 1000 transistores

Ø 1964 - IBM 360 - 1ª Família de computadoresØ PDP 11

3ª Geração – Circuito Integrado (SSI e MSI) (1965 – 1971)

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

4ª GERAÇÃO de COMPUTADORES (1972 - 1977): Microprocessadores (LSI)


n CIs com integração em larga escala (LSI)n CPU integrada em um único CI = Microprocessador n Surgem várias linguagens de alto-nível n Surge a teleinformática e a transmissão de dados entre computadores através de rede

§ 1971 – μP 4004 da Intel, com adição de dois números de 4 bits§ 1972 - μP 8008 da Intel, duas vezes mais complexo que o 4004 (8 bits)§ 1974 - 8080 : 1.º microprocessador de 8 bits para propósitos gerais,

mais rápido, conjunto de instruções maior e maior capacidade de endereçamento.

§ fim da década de 70 - μP de 16 bits mais potentes, e entre eles o 8086§ 1981 - a HP e a Bell Labs desenvolveram μP de 32 bits

4ª Geração – Microprocessadores (LSI) (1972 – 1977)

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

n Computadores desenvolvidosn CI com integração em larga escala (LSI) ð ~ 65000

componentesn Processamento distribuído, disco ótico e grande difusão do

microcomputador (processamento de texto)n INTEL

§ 1971 - INTEL 4004 – 1ª CPU integrada em um único chip -tinha 2250 transistores - equivalente ao ENIAC;

§ 1972 - INTEL 8008 (8 bits) – 30 mil transistores


SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po

de

Sis

tem

as

Dig

ita

is

n Computadores desenvolvidosn 1975 Æ ALTAIR 8800 – Primeiro Microcomputador Pessoal

n Utilizava o μP Intel 8008 e a Linguagem Basic (desenvolvida por

Bill Gates)

n Tamanho que cabia em uma mesa, preço acessível e uso de

linguagem de programação.

n Foi um sucesso de vendas, mas não tinha interface gráfica. A

saída era dada por leds.


SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

n Computadores desenvolvidosn 1976 Æ APPLE (Steve Jobs e Stephen Wozniak à APPLE I)

n Projeto foi recusado pelo HP - Fundaram a Apple Computers.n Foi o primeiro computador a apresentar uma interface gráfica.


SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

n Computadores desenvolvidosn 1977 Æ APPLE II e III


SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais 5ª GERAÇÃO de COMPUTADORES (1978 - hoje): VLSI e ULSI


. Surgimento do VLSI (1978) e do ULSI (1991)

. Inteligência artificial, imagens, gráficos

. Altíssima velocidade de processamento

. Alto grau de interatividade, recursos multimídia, etc.

5ª Geração – Microprocessadores (VLSI e ULSI)

(1978 – hoje)

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

n Processadores desenvolvidosn VLSI (8 e 16 bits)

n 1978 Æ IBM: PC XT8086 (5 MHz – 29 mil transistores) – 3 µmn 1982 Æ IBM: PC AT 286 (12 MHz – 134 mil transistores)

5ª Geração – Microprocessadores (VLSI e ULSI) (1978 – hoje)

n ULSI (32 bits)n 1989 – PC AT486 (50 MHz – 1,2 milhão de transistores)n 1993 – Pentium (166 MHz – 3 milhões)n 1997 – Pentium 2 (300 MHz – 7,5 milhões)n 2000 – Pentium 4 (1,8 GHz – 42 milhões) – 0.18 µm

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po

de

Sis

tem

as

Dig

itais

n Processadores desenvolvidos

5ª Geração – Microprocessadores (VLSI e ULSI) (1978 – hoje)

n ULSI (64 bits)

n 2006 – Core 2 Duo (1,2 GHz – 291 milhões) - 0,065µm

n 2008 – Core i7 Quad (2,66 GHz – 781 milhões) - 0,045µm

n 2015 – Core i7 Quad 6700K “Skylake” (4,2 GHz - 1,75 bilhão) - 0,014µm

n 2017 – Apple A11 Bionic Hexa iPhone 8 (2,4 GHz - 4,3 bilhão) - 0,010 µm

SE

L/E

ES

C-U

SP

Gru

po d

e S

iste

mas

Dig

itais

FIM

Documents

SEL-0415 Introdução à Organização de Computadoresiris.sel.eesc.usp.br/sel415m/Aula 1 - Historico dos Computadores.pdf · n Integração de componentes em um único invólucro