Evolução dos Computadores

Organização de
Computadores 1
2 – EVOLUÇÃO E TIPO DE
COMPUTADORES
Prof. Luiz Gustavo A. Martins
Evolução dos Computadores
 Início com a organização em sociedade.
sociedade
 Motivação principal para a criação de máquinas
de computação:
9 Aumentar a velocidade nos cálculos
8 Limitação de velocidade por seres humanos.
9 Reduzir fontes de erros
8 Seres humanos são sucetíveis a distrações, descuidos e
cansaço.
Era Mecânica (1642 – 1945)
 Blase Pascal (1642):
(1642)
9 Cientista francês
9 1ª máquina de calcular operacional (Pascalina)
8 Equipamento formado por conjunto de engrenagens e manivela
9 Efetuava operações de soma e subtração
 Barão Gottfried Wilhelm von Leibniz (1674):
(1674)
9 Matemático alemão
9 Efetuava operações de soma, subtração, multiplicação e divisão (Stepped
Reckoned)
8 Melhoria na máquina de Pascal.
 Joseph Marie Jacquard (1801):
(1801)
9 Mecânico francês
9 Teares automáticos
9 Tecelagem em série de padrões complicados em tecidos
8 Programação por cartões perfurados
Era Mecânica (1642 – 1945)
 Charles Babbage:
Babbage
9 Matemático britânico
9 “Avô do computador digital moderno” (Tanenbaum)
9 Máquina de Diferenças (1822)
8 Baseada no princípio de discos giratórios e operada por manivela
8 Executava um único algoritmo (método de diferenças finitas) para
cálculo de tabelas matemáticas para navegação naval
8 Realizava soma e subtração
8 Conceito da saída de dados:
z
Gravava seus resultados em uma chapa de cobre com uma punção de aço
8 1º acordo científico governamental (cálculo para navegação naval)
9 Máquina Analítica (1833)
8 Capaz de computar qualquer operação matemática
8 Possuia estrutura moderna: memória, unidade de cálculo, E/S
8 Permitia programação por cartões perfurados
z
1ª programadora (Ada Augusta Lovelace)
8 Projeto não foi concluído
z
Não existia ferramental suficiente
Era Mecânica (1642 – 1945)
 George Boole (1847):
(1847)
9
9
9
9
Matemático inglês
Análise matemática da lógica
Investigação das leis do pensamento
Álgebra booleana:
8 Manipulação de informações binárias
 Herman Hollerith (1889):
(1889)
9 1º computador mecânico
9 Máquina de Hollerith
9 Projetada para tabular dados do censo americano
8 Dados registrados em cartões perfurados
8 Reduziu o tempo gasto de 5 anos em 1880 para 2 meses em 1890
9 Adotada por empresas para processar dados
9 Fundou a Tabulating Machine Company (1896) que tornou-se a
International Business Machines Corp. (IBM - 1924)
Era Eletromecânica (1860 – 1945)
 Konrad Zuse (1938):
(1938)
9 Engenheiro alemão
9 1º computador binário (Z1)
8 Operava com números em ponto flutuante
9 Utilizava relês eletromagnéticos
9 Governo alemão não deu continuidade ao trabalho
8 2ª Guerra Mundial
9 Suas máquinas foram destruídas por bombardeio aliado
 Howard Aiken (1943):
(1943)
9 Projetou o Harvard Mark I
8 72 palavras de 23 algarismos decimais
8 Instruções de 6 segundos
9 Implementação em relês da máquina de Babbage
Era Mecânica/Eletromêcanica (1642 – 1945)
 Resumo:
9 Computadores projetados para reduzir o tempo requerido para os
cálculos e aumentar a precisão dos resultados.
8 Hardware:
z
z
Engrenagens, rodas dentadas e manivelas (fase mecânica)
Relês eletromagnéticos (fase eletromecânica)
8 Software:
z
z
z
Operações aritméticas básicas sobre números decimais
Aritmética binária
Programação por circuitos ou cartão perfurado
9 Incovenientes:
8 Velocidade das operações limitada pela inércia das partes móveis
8 Desajeitados
8 Não confiáveis
8 Caros
Era Eletrônica – 1ª Geração (1945-1958)
 Substituição dos relês por válvulas
9 Dispositivo eletrônico formado por 2 eletrodos dentro de
uma ampôla com vácuo.
9 Permitia o controle de sinais elétricos.
 Máquinas da 1ª Geração executavam 1.000 instruções/seg.
 Colossus (1943):
(1943)
9 T. Flowers e M. H. A. Newman
8 Participação de Alan Turing
9 1º computador eletrônico
9 Financiado pelo governo britânico
9 Finalidade: Decodificação de mensagens alemãs
9 Projeto tratado como ultra-secreto.
Era Eletrônica – 1ª Geração (1945-1958)
 ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer):
9 Projetado por Mauchly e Eckert
8 Participação de von Neumann
9 1º computador eletrônico digital de propósito geral.
9 Concebido para fins militares:
8 Idealizado para calcular tabelas de disparos de artilharia (1943)
8 Utilizado para cálculos de projeto da bomba H (1946)
9 Detalhes do projeto:
8 18.000 válvulas
8 70.000 resistores
8 10.000 capacitores
8 6.000 interruptores/chaves
8 30 toneladas
8 140 kW de potência
8 Sistema numérico decimal
z
20 registradores para números decimais de 10 algarismos
8 Programado manualmente através de chaves e plugs
8 Operações 1000 vezes mais rápidas que do Mark I
Era Eletrônica – 1ª Geração (1945-1958)
Era Eletrônica – 1ª Geração (1945-1958)
 Conceito de Programação Armazenada (1945):
(1945)
9
9
9
Publicado por von Neumann
Princípio: instruções guardadas na memória.
Inspiração para o projeto de outros computadores eletrônicos:
EDSAC (1949), EDVAC (1945-1952), IAS (1946-1952), etc.
 EDVAC (Electronic Discrete Variable Computer):
9 Mauchly e Eckert
9 Sucessor do ENIAC
9 Projeto comprometido:
8 Visão comercial X visão acadêmica
8 Fundação da Eckert-Mauchly Computer Corporation
8 Disputas por patentes, créditos, etc.
9 Características:
8 Ampla capacidade de memória
z 1K
palavras de 44 bits memória principal e 20K de memória secundária
8 Aritmética binária
8 4000 válvulas, velocidade de relógio 1MHz
Era Eletrônica – 1ª Geração (1945-1958)
Era Eletrônica – 1ª Geração (1945-1958)
 IAS (1946 - 1952):
1952)
9 Desenvolvido em Princeton - Institute for Advanced
Studies
9 John von Neumann e Goldstine
9 Introduziu a arquitetura de von Neumann
8 Base para o projeto de computadores desde então
9 Aspectos:
8 Dados e instruções armazenados (programa armazenado)
em uma única memória de escrita e gravação.
8 Conteúdos de memória endereçáveis por posição.
8 Execução seqüencial.
8 Computação binária.
Modelo Original de von Neumann:
Estrutura geral do EDVAC/IAS
Unidade Lógica
e Aritmética
Equipamento
de Entrada
e Saída
Memória
Principal
Unidade de Controle
de Programa
Estrutura do IAS
Fluxograma Parcial – Operação no IAS
Conjunto de Instruções do IAS
Era Eletrônica – 1ª Geração (1945-1958)
Outros computadores:
9 UNIVAC (1951):
8 1º computador produzido em série
8 Mauchly e Eckert
9 IBM 701 (1953):
8 1º grande computador da IBM
8 Foram instalados 18 unidades
8 Outros modelos da série: 702, 704, 705, 709, etc.
 Microprogramação (1951):
(1951)
9 Maurice Wilkes
9 Simplificação do hardware (menor custo do projeto)
9 Interpretação de instruções complexas (código ISA)
Era Eletrônica – 2ª Geração (1958-1964)
 Problemas das válvulas:
9 Aquecimento demasiado → queima constante
9 Elevado consumo de energia
9 Lentidão
 Transistores (1947)
9 Dispositivos de estado sólido (fabricado com silício)
9 Desenvolvido no Bell Labs
9 William Shockley et al.
 Computadores 2ª Geração:
ão
9
9
9
9
Menores
Mais baratos
Menor dissipação de calor e consumo de energia
Mais velozes que as versões a válvula
200.000 operações/seg x 40.000 operações/seg
Era Eletrônica – 2ª Geração (1958-1964)
 TX-0:
9 Desenvolvido no Lincoln Laboratory - MIT
9 1º computador transistorizado (experimental)
 NCR e RCA são as pioneiras neste segmento.
 IBM lança a série 7000 (7090 – 1959 e 7094 – 1964)
9
9
9
9
Canais de dados (processadores de E/S independentes).
Memórias de núcleo de ferrite e tambores magnéticos.
Linguagem de programação de alto nível.
Conceito de sistemas de computadores.
 PDP-1 (1957-1961):
1961)
9 Desenvolvido pela DEC
9 Baseado no TX-0
9 Características:
8 Metade do desempenho do IBM 7090
8 Custo muito inferior (US$ 120 mil)
Era Eletrônica – 3ª Geração (1964-1974)
 Problema dos transistores:
9 Componentes discretos
9 Processo de fabricação caro e incômodo
9 Necessidade de acomodação dos componentes
 CHIP (1958):
(1958)
9 Circuito Integrado (CI) de silício
9 Integra vários componentes em uma única pastilha
8 Integração em baixa ou média escalas
9 Microeletrônica:
Microeletrônica
8 Computador formato por portas lógicas, células de memória e
interconexões entre estes elementos
 Computadores da 3ª Geração:
ão
9 Menores
9 Mais baratos
9 Mais velozes que as versões transistorizadas
1.000.000 operações/seg x 200.000 operações/seg
Era Eletrônica – 3ª Geração (1964-1974)
Era Eletrônica – 3ª Geração (1964-1974)
 IBM Sistema 360 (1964):
(1964)
9 Nova arquitetura
8 Substituto dos modelos 7094 e 1401
9 Introduziu o conceito de família de computadores
8 Conj. de instruções e sistema operacional idênticos ou semelhantes
8 Nº crescente de portas de E/S
8 Velocidade, capacidade de memória e custo crescentes
9 UC com microprogramação
9 Multiprogramação (programas rodando ao mesmo tempo)
9 Elevada capacidade de processamento
9 Máquina de 32 bits e 16Mb de memória principal
9 Memória orientada a byte e registradores a palavra
9 Programa de gerenciamento de recursos (OS/360)
Era Eletrônica – 3ª Geração (1964-1974)
 DEC PDP-8 (1964):
(1964)
9 Dimensões pequenas (1º minicomputador):
minicomputador
8 Podia ser colocado em uma bancada ou incorporado a
outros equipamentos.
8 Dispensava salas especiais.
9 Baixo custo: US$ 16 mil (amplo uso)
9 Sua última versão usava o Omnibus
8 Barramento único e compartilhado
8 Caminho de 96 sinais distintos
8 Sinais de controle, endereço e dados
8 Controlado pela CPU
8 Permite o acoplamento de novos módulos
9 PDP-11 (1970):
(1970) seu sucessor de 16 bits
Era Eletrônica – 4ª Geração (1974-Atual)
 CI em alta escala (LSI)
LSI e altíssima escala (VLSI)
VLSI
9 LSI: mais de 1.000 componentes por CI
9 VLSI: mais de 100.000 componentes por CI
9 Questão: Dentre as funções de um sistema computacional, o quê
deve ser alocado ao hardware e o quê deve ser alocado ao
software?
8 Prog. em HW (HW dedicado)
dedicado x Prog. em SW (microprogramação).
ão
 Memória de Semicondutores (1970):
9 Substituiu as memórias de núcleo magnético.
9 Vantagens:
8 Menores (1 pastilha = 1 núcleo)
8 Maior capacidade de armazenamento (256 bits/pastilha)
8 Leitura não destrutiva
8 Mais rápidas
Circuitos Integrados em VLSI
Era Eletrônica – 4ª Geração (1974-Atual)
 Microprocessador → microcomputador
9 Toda a CPU em um único CHIP
9 Intel 4004 (1971):
(1971) 1º microprocessador de 4 bits.
9 Intel 8008 (1972):
(1972) microprocessador de 8 bits.
9 Intel 8080 (1974):
(1974) 1º microprocessador de uso geral
8 Mais rápido
8 Maior capacidade de endereçamento à memória
8 Maior conjunto de instruções
9 Intel 8086 (1978):
(1978) microprocessador de 16 bits.
Evolução dos Microprocessadores
Era Eletrônica - Resumo
 1ª Geração (1945-1958):
9
9
9
9
9
Computadores para fins militares e científicos.
Componentes básicos: válvulas (cabos e fios).
Uso de linguagem de máquina.
quina
Armazenamento de dados e instruções por cartões perfurados.
perfurados
1.000 instruções/seg.
 2ª Geração (1958-1964):
9 Computadores para fins militares, científicos e empresariais
9 Componentes básicos: transistores (circuito impresso).
9 Uso de linguagem de montagem (Assembly) ou de alto nível
(Cobol, Fortran e Algol).
9 Sistema Operacional para processamento em batch.
batch
9 Memórias de núcleos magnéticos e fitas/tambores magnéticos.
Era Eletrônica - Resumo
 3ª Geração (1964-1974):
9
9
9
9
9
Componentes básicos: circuitos integrados (chips) SSI e MSI.
S.O. interativo, em tempo real e com multiprogramação.
ão
Microprogramação.
ão
Memórias de semicondutores e discos magnéticos.
Arpanet.
 4ª Geração (1974-Atual):
9 Componentes básicos: CIs SSI e MSI (microprocessador).
microprocessador
9 Popularização dos computadores (microcomputador).
microcomputador
9 Surgimento de novas linguagens de programação de alto nível
(Pascal, C++, Delphi, Java, etc.).
9 Especialização das aplicações de informática (ex: sistemas de BD).
9 Internet.