Introdução: evolução dos computadores - IME-USP

EVOLUÇÃO DOS COMPUTADORES
1
EVOLUÇÃO DOS COMPUTADORES


Caracterização da evolução dos computadores
Computadores da 1ª Geração
–
–
–
–
–


ENIAC
Máquinas de Von Newman
EDVAC (1945-1952)
Computador comercial UNIVAC da Sperry-Rand Corporation.
Computadores comerciais da Série 700 da IBM
Computadores da 2ª Geração
– Série 7000 da IBM
Computadores da 3ª Geração
–
–
–
–
Lei de Moore
Sistema 360 da IBM
PDP-8 da DEC
Evolução dos computadores da Intel
2
CARACTERÍSTICAS DA EVOLUÇÃO DOS
COMPUTADORES
–
–
–
–
Aumento da velocidade dos processadores
Diminuição do tamanho dos componentes
Aumento da capacidade da memória.
Aumento da capacidade e velocidade de E/S

3
A QUE É DEVIDO O AUMENTO DA VELOCIDADE
DOS PROCESSADORES

Redução do tamanho
microprocessadores
dos
componentes
dos
• Evolução da tecnologia
• Redução da distância entre componentes e consequente aumento da
velocidade.

Mudança na organização dos computadores.
• Uso intensivo de pipeline e técnicas de execução paralela de
instruções, assim como técnicas de execução especulativa.
4
NECESSIDADE DO BALANCEAMENTO DO
DESEMPENHO DOS DIVERSOS COMPONENTES DE
UM COMPUTADOR


A velocidade do processador tem aumentado muito
mais do que a velocidade de acesso à memória.
Técnicas
empregadas
para
compensar
este
desequilíbrio tais como:
• Memória cache
• Maior largura das vias de dados entre o processador e a
memória (barramento de dados).
• Pastilhas de memória mais inteligentes.
5
Geração de Computadores
Válvulas

transistor
Circuito
integrado
6
Geração de Computadores

1ª Geração: válvulas eletrônicas (1946-1957)

7
1ª Geração: válvulas eletrônicas (1946-1957)

ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer)
– Computador e integrador numérico eletrônico
– Primeiro computador eletrônico digital de propósito geral
– Projetado e construído sob a supervisão de John Mauchly e John
Presper Eckert da Universidade da Pensilvânia

8
1ª Geração: válvulas eletrônicas (1946-1957)

ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer)
– Respostas as necessidades dos EUA diante da Guerra. Obter
tabelas de trajetória e alcance com boa precisão e tempo hábil para
novas armas.
– Era uma máquina decimal e não uma máquina binária.
– Tinha que ser programado manualmente ligando e desligando
chaves e conectando e desconectando chaves (uma tarefa tediosa).
– Demonstrou seu caráter de computador de propósito geral:
• Realizou uma série de cálculos complexos para
poderia ser construída.
determinar se a bomba H
– Em 1955 foi desativado
9
1ª Geração: válvulas eletrônicas (1946-1957)

Máquina de Von Newman
– O Matemático John Von Newman (consultor do ENIAC) e Allan Turing
Introduziram o conceito de Programa armazenado

EDVAC (1945-1952)
– Em 1945 Von Newman propõe a idéia de programa armazenado para um novo
computador, o EDVAC (Electronic Discrete Variable Computer)
– 1946 Von Newmann e seus colegas começaram o projeto de um novo
computador de programa armazenado, no Instituto de Estudos Avançados de
Princeton.
– Constitui-se o protótipo de todos os computadores de propósito geral
subsequentes.
10
1ª Geração: válvulas eletrônicas (1946-1957)

Computadores Comerciais
– Sperry-Rand Corporation.
– UNIVAC I foi o primeiro computador comercial de sucesso. Servia tanto
para aplicações científicas quanto comerciais.
– UNIVAC II possuía maior capacidade de memória e maior desempenho.
– UNIVAC I e II ilustram tendências que permaneceram na indústria de
computadores:
• Desenvolvimento de computadores cada vez mais poderosos e maiores
• Desenvolvimento de máquinas compatíveis com as anteriores.
– UNIVAC 1103
• Série 1100, linha de computadores de uso mais comum.
11
1ª Geração: válvulas eletrônicas (1946-1957)

Computadores Comerciais
– IBM.
– Lançou em 1953 o primeiro computador comercial programável, o 701,
inicialmente voltado para aplicações científicas.
– Em 1955, introduziu o modelo 702, que possuía várias características de
hardware que o tornava adequado para aplicações comerciais.

12
2ª Geração: transistores (1958-1964)
– Os equipamentos eletrônicos eram compostos por elementos discretos –
transistores, resistores, capacitores ...
– Esses componentes eram soldados a placas de circuitos que eram
instalados nos computadores.
.
transistor
13
2ª Geração: transistores (1958-1964)
– Novamente a IBM não foi a primeira a lançar esta tecnologia.
– A NCR e a RCA foram as pioneiras no lançamento de pequenas
máquinas transistorizadas.
– A IBM seguiu de perto com a série 7000
– 1957 surgiu a Digital Equipment Corporation (DEC) lançando no
mesmo ano seu primeiro computador o PDP-1 dando início ao
fenômeno do minicomputador que se tornaria tão importante na 3ª
geração
PDP-1
14
2ª Geração: transistores (1958-1964)

IBM Séries 700 (válvulas) e 7000 (transistores)
15
3ª Geração: circuitos integrados (1965 – dias atuais)
– Os equipamentos eletrônicos eram compostos por elementos discretos –
transistores, resistores, capacitores ...
– Esses componentes eram soldados a placas de circuitos que eram
instalados nos computadores.
– O processo de fabricação desde o transistor até a placa de circuito era
caro e incômodo, o que gerou problemas na indústria de
computadores dando origem a uma nova técnica, a invenção do
circuito integrado.
16
3ª Geração: circuitos integrados (1965 – dias atuais)
– Os circuito integrado explora o fato de que componentes como
transistores, resistores e condutores podem ser fabricados a partir de
um único semicondutor, o silício.
– É possível produzir simultaneamente milhares de componentes em uma
única pastilha de silício. Esses componentes podem ser conectados entre
si, por um processo de metalização para formar circuitos
17
3ª Geração: circuitos integrados (1965 – dias atuais)

Lei de Moore
– Proposta por Gordon Moore em 1965.
– Moore observou que o número de transistores que podiam ser impressos
em uma única pastilha de circuito integrado dobrava a cada ano e previu
corretamente que este crescimento permaneceria em um futuro próximo.
18
3ª Geração: circuitos integrados (1965 – dias atuais)

Consequências da Lei de Moore
– O custo da implementação lógica de um computador e seu circuito de
memória caiu dramaticamente.
– Devido a proximidade das portas lógicas (que dão origem aos circuitos do
processador e memória e são fabricadas com circuitos integrados), o
caminho elétrico entre elas encurtava, aumentando a velocidade de
operação.
– O computador ficou cada vez menor
– Grande redução no consumo de energia e na necessidade de resfriamento
do equipamento.
– Com um maior número de circuito em cada pastilha, o número de conexões
entre pastilhas é muito menor.
19
3ª Geração: circuitos integrados (1965 – dias atuais)

Sistema 360 da IBM
– Em 1964 a IBM possuía um forte controle do mercado com sua série de
máquinas 7000.
– Em 1964, ela IBM anuncia o sistema 360 uma nova família de
computadores que era incompatível com as máquinas IBM mais antigas,
pois era uma sistema capaz de evoluir com a nova tecnologia de circuitos
integrados.
– O 360 foi o sucesso da década e solidificou a IBM como a maior fabricante
e vendedor de computadores com quase 70% do mercado.
– A série IBM 360 permanece até hoje com algumas modificações e
extensões como arquitetura dos computadores de grande porte da IBM
20
3ª Geração: circuitos integrados (1965 – dias atuais)

Sistema 360 da IBM
– Os modelos eram compatíveis entre si, pois um programa escrito
para um modelo poderia ser executado por outro modelo.
– Características de uma família de computadores
•
•
•
•
•
•
Conjunto de instruções idênticos ou semelhantes
Sistema operacional idêntico ou semelhante.
Velocidade crescente
Número crescente de portas de entrada e saída (E/S)
Capacidade de memória crescente
Custo crescente
21
3ª Geração: circuitos integrados (1965 – dias atuais)

Sistema 360 da IBM (Características Principais)
22
3ª Geração: circuitos integrados (1965 – dias atuais)

PDP-8 da DEC
–
–
–
–
O PDP-8 (denominado minicomputador) era pequeno.
Custo baixo = $ 16.000,00.
Abriu o conceito de minicomputador.
Utilizava a estrutura de barramento.
23
3ª Geração: circuitos integrados (1965 – dias atuais)

Evolução dos Computadores da Intel
– A Intel, permanece, há várias décadas como o maior fabricante de
microprocessadores.
– Constitui um bom indicador da evolução da tecnologia de
computadores de um modo geral.
– Intel 4004,1971
• Primeira pastilha a conter todos componentes de uma UCP: nasceu o
microprocessador.
– Intel 8008,1972
• Primeiro microprocessador de 8 bits e era quase duas vezes mais complexo
que o Intel 4004.
– Intel 8080,1974
• Foi o primeiro processador de propósito geral fabricado no mundo, com
transferência de dados à memória de 8 bits.
24
3ª Geração: circuitos integrados (1965 – dias atuais)

Evolução dos Computadores da Intel
– Intel 8086
• Microprocessador de 16 bits de propósito geral. Registradores e barramentos
com maior número de bits. Possuía memória cache.
– Intel 80286
• Possibilitava endereçar uma memória de 16 Mbytes (24.220 = 224bits), ou seja,
barramento de endereços com 24 bits.
– Intel 80386,1981
• Microprocessador de 32 bits de propósito geral. Foi
multiprocessador da Intel a oferece suporte à multitarefa.
o
primeiro
– Intel 80486
• Introduziu uma tecnologia de cache muito mais elaborada e poderosa e um
pipeline de instruções sofisticado. Embutia um co-processador aritmético de
ponto flutuante.
25
3ª Geração: circuitos integrados (1965 – dias atuais)

Evolução dos Computadores da Intel
– Intel Pentium
• Introduziu a tecnologia superescalar, que permite a execução de múltiplas
instruções ao mesmo tempo.
– Intel Pentium Pro
• Deu continuidade à utilização da organização superescalar.
– Intel Pentium II
• Incorporou a tecnologia MMX, projetada para processar de maneira eficaz
áudio, vídeo e dados gráficos.
– Intel Pentium III
• Incorpora instruções de ponto flutuante adicionais para apoiar software
gráfico em 3D.
26
3ª Geração: circuitos integrados (1965 – dias atuais)

Evolução dos Computadores da Intel
Barramento de dados
Memória endereçável = define a largura do barramento de endereços
27
3ª Geração: circuitos integrados (1965 – dias atuais)

Evolução dos Computadores da Intel
Barramento de dados
Memória endereçável = define a largura do barramento de endereços
28
3ª Geração: circuitos integrados (1965 – dias atuais)

Evolução dos Computadores da Intel
Barramento de dados
Memória endereçável = define a largura do barramento de endereços
29