Histórico dos Computadores

SEL/EESC-USP Grupo de Sistemas Digitais
SEL-0415
Introdução à Organização de
Computadores
Histórico dos Computadores
Aula 1
Prof. Dr. Marcelo Andrade da Costa Vieira
HISTÓRICO - O Desenvolvimento dos
Computadores
SEL/EESC-USP Grupo de Sistemas Digitais
§ 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)
1. Dispositivos Mecânicos
(3000 a.C – 1880)
SEL/EESC-USP Grupo de Sistemas Digitais
n 3000 a.C. Æ Ábaco
n
n
n
n
Na antiguidade, as pedras eram
usadas para contar, antes
mesmo de existir o conceito de
números.
O ábaco pode ser considerado
como
a
primeira
máquina
desenvolvida para auxiliar o
cálculo matemático.
A palavra cálculo vem do latim
calculus que significa “pedra”.
Muitos povos da antiguidade
utilizavam o ábaco para a
realização de cálculos do dia-adia, principalmente no comércio
de mercadorias
1. Dispositivos Mecânicos
(3000 a.C – 1880)
n 1642 Æ Calculadora de Pascal (Pascaline)
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n
n
n
n
n
n
O matemático francês Bleise Pascal desenvolveu a
primeira calculadora mecânica da história
Usava engrenagens mecânicas (semelhante a um
hodômetro de automóvel)
Acionado por manivela
Números decimais
Soma e subtração
Conceito de “Acumulador”, “Carry”
1. Dispositivos Mecânicos
(3000 a.C – 1880)
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n 1500 Æ Calculadora de Leonardo da Vinci
n
n
Quase 150 anos antes de Pascal desenvolver sua calculadora
mecânica, Leonardo da Vinci já tinha projetado uma calculadora
semelhante.
Não chegou a ser construída por ele.
1. Dispositivos Mecânicos
(3000 a.C – 1880)
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n 1671 Æ Calculadora de Leibnitz
n Uma evolução da máquina de Pascal
n 4 operações matemáticas
n multiplicação e divisão por soma e
subtração sucessivas.
n 1801 Æ Tear programável de Joseph Jacquard
n Máquina de tecelagem
n Era possível programar o desenho no tecido usando cartão
perfurado
n Primeira máquina programável da história
n Conceito de “programação”, “instruções”, “entrada e saída”
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1. Dispositivos Mecânicos
(3000 a.C – 1880)
n 1822 Æ Máquina Diferencial de
Charles Babbage
n
n
Escreveu um projeto de uma máquina que
efetuava cálculos complexos, como
funções trigonométricas e logaritmos.
Foi construída muitos anos depois.
n 1837 Æ Máquina Analítica de
Charles Babbage
n
n
n
Projetou uma máquina mais sofisticada
que utilizava os conceitos do Tear
Programável de Jaquard.
Usava
cartão
perfurado
para
programação
(instruções)
e
para
impressão dos resultados (entrada/saída)
Não chegou a ser concluída por ele.
1. Dispositivos Mecânicos
(3000 a.C – 1880)
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n 1854Æ Lógica de Boole
n
n
n
George Boole.
Matemático inglês que criou a álgebra booleana: operações
matemáticas por símbolos ao invés de números.
Criou a lógica matemática e o sistema binário.
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2. Dispositivos Eletromecânicos
(1880 – 1945)
n 1889 Æ Máquina Tabuladora de
Herman Hollerith
n Motores elétricos acionavam as
engrenagens
n Censo dos EUA em 1890:
redução de 8 para 3 anos para
a apuração
n Entrada: cartão perfurado com
instruções
n Saída: resultados perfurados
em cartões
n 1896 Æ Herman Hollerith juntou-se a Thomas Watson e
fundaram a Tabulating Machine Company (TMC) que em
1916 tornou-se a International Business Machine (IBM).
2. Dispositivos Eletromecânicos
(1880 – 1945)
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n 1944 Æ Mark I de Howard Aiken (Harvard)
n 2ª Guerra Mundial
n Utilizava relês
n Aritmética decimal
n Entrada: papel perfurado
n 1 soma em 6s
3. Dispositivos Eletrônicos
(1945 – Hoje)
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n Computadores Mecânicos e Eletromecânicos:
n Baixa velocidade (engrenagens)
n Pouca confiabilidade (desgaste mecânico)
n Válvula – inventada em 1906
n Chave eletrônica controla (grade) a passagem ou não de
corrente elétrica entre o catodo e o anodo
n Muito mais rápido e eficaz que o relê
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Válvula Eletrônica
Evolução da Eletrônica
1945-1957
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Válvulas
1958-1964
Transistores
1965 – 1971
Integração do CI’s
1972-1977
Microprocessadores
1978-hoje
Integração em Ultra
Larga escala: CPLD,
DSP, Microcontroladores
Novas Técnicas de Projeto:
O circuito Digital substitui o Analógico
(Comunicação, Controle de Processos, Voz,
Imagem, etc)
1ª Geração - Válvulas
(1945 – 1957)
SEL/EESC-USP Grupo de Sistemas Digitais
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 cartões
perfurados
1ª Geração - Válvulas
(1945 – 1957)
SEL/EESC-USP Grupo de Sistemas Digitais
n ENIAC (Electronic Numeric Integrator and
Calculator - 1943-1946 – Univ. da Pensilvânia):
n
n
n
1943 - Segunda Guerra
Mundial – Cálculo de
artilharia (balística) pelo
exército tinha 200 pessoas e
demorava dias de trabalho
Desenvolvido pelo Prof. John
Mauchly e por J. Presper
Eckert
Cálculos de balística para o
exército americano
1ª Geração - Válvulas
(1945 – 1957)
SEL/EESC-USP Grupo de Sistemas Digitais
n ENIAC (Electronic Numeric Integrator and
Calculator - 1943-1946 – Univ. da Pensilvânia):
n
n
n
n
n
1o. computador eletrônico;
Decimal;
170 m2, 30 t, 150 kW, 18 mil
válvulas, 10 mil capacitores,
800Km de cabos;
5.000 adições por segundo:
mil vezes mais rápido que o
Mark I;
Concluído em 1946 (após a
guerra) – acabou sendo
usado para outras tarefas até
1955 (propósito geral)
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ENIAC
Museu da Computação da Universidade da Pensilvânia
1ª Geração - Válvulas
(1945 – 1957)
SEL/EESC-USP Grupo de Sistemas Digitais
n Computadores desenvolvidos:
n
n
n
n
ENIAC (Electronic Numeric Integrator and Calculator 1943-1946 – Univ. da Pensilvânia):
Saída: Cartões perfurados;
Programação Manual: introduzida
por cabos (config. por circuito).
Dificuldade para modificação de
um programa
A Máquina de Von
Neumann
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§
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
Busca
John von Neumann:
1903-1957
Execução
MODELO DE VON NEUMANN
Bit de sinal
NÚMERO
CÓDIGO DE
OPERAÇÃO
ENDEREÇO
DADO
INSTRUÇÃO
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MODELO DE VON NEUMANN
O programa que direciona as atividades da CPU
é armazenado na mesma memória em que
estão os dados, que devem ser manipulados
pelo programa
o computador é uma máquina de programas
armazenados sequencialmente executados
(ENIAC: era “programado por hardware”)
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MODELO DE VON NEUMANN
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
Memória
2.
3.
4.
CPU
Memória
Dispositivo de conexão
(barramentos)
dispositivos de
entrada/saída.
Dispositivos
de E/S
Barramentos
Esse modelo é a base dos computadores de hoje!
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Von Neumann
Von Neumann com o primeiro computador, o IAS, concluído em
1952, na Universidade de Princeton
1ª Geração - Válvulas
(1945 – 1957)
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n Computadores desenvolvidos:
n
1946 - ENIAC
n
1952 – IAS (era binário – 40 bits):
n
n
Instrução: opcode + endereço
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)
2ª Geração - Transistor
(1958 – 1964)
SEL/EESC-USP Grupo de Sistemas Digitais
2ª GERAÇÃO de COMPUTADORES (1958 - 1964): Transistor
§
Características:
n
n
n
n
n
n
§
Transistor: inventado no Bells Labs em 1947.
Dispositivo de estado sólido (semicondutor)
Silício - segundo elemento mais abundante na terra
Menores, mais velozes, mais baratos, menor consumo de energia
Redução das conexões: cada transistor substituía dezenas de válvulas.
Uso comercial e científico
Modificações introduzidas pela segunda geração:
n
n
n
n
n
n
Unidades de controle, lógica e aritmética mais complexas
Programação através de mnemônicos (Linguagem Assembly)
Uso de linguagem de programação de alto nível
Inclusão do software do sistema com o computador
200.000 operações/segundo
Memórias com núcleos de ferrite, fitas e tambores magnéticos
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2ª Geração - Transistor
(1958 – 1964)
2ª Geração - Transistor
(1958 – 1964)
SEL/EESC-USP Grupo de Sistemas Digitais
n Computadores desenvolvidos
n
Transistor
n
Fitas magnéticas (em vez das perfuradas)
Ø IBM 1401 (Década de 60)
Ø PDP 1 (1959) – DEC (Digital Equipment Corporation)
3ª Geração – Circuito Integrado
(1965 – 1971)
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3ª GERAÇÃO de COMPUTADORES (1965 - 1971): Circuito Integrado
1958 - invenção do circuito integrado e início da microeletrônica (Texas Inc.)
§
Características:
n
n
n
n
n
n
n
Necessidade de acomodação dos componentes eletrônicos nos equipamentos
Integração de componentes em um único invólucro (chip)
Aumento da velocidade de operação
A redução no tamanho do computador permitiu que o mesmo pudesse ser
colocado em ambientes variados
Redução na potência e nos requisitos para resfriamento
O aumento da densidade reduziu o número de interconexão entre chips
O custo do chip foi permanecendo praticamente inalterado enquanto a densidade
crescia
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3ª Geração – Circuito Integrado (SSI e MSI)
(1965 – 1971)
SSI
N < 10
MSI
10 < N < 100
LSI
100 < N < 1000
VLSI
1000 < N < 100.000
ULSI
N > 100.000
geração
data
aproximada
Tecnologia
1
2
3
4
5
6
1946 - 1957
1958 - 1964
1965 - 1971
1972 - 1977
1978 – 1991
1991 – Hoje
tubo a vácuo
transistor
SSI e MSI
LSI
VLSI
ULSI
Classificação
quanto ao número
N de portas lógicas.
velocidade
(operações/s)
40.000
200.000
1.000.000
10.000.000
100.000.000
1.000.000.000
3ª Geração – Circuito Integrado (SSI e MSI)
(1965 – 1971)
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n 3a. Geração - CIs
n
CI (1961 – Texas e Fairchild Semiconductor)
n
SSI (Integração em pequena escala) ð ~ 1000 transistores
Ø 1964 - IBM 360 - 1ª Família de computadores
Ø PDP 11
4ª Geração – Microprocessadores (LSI)
(1972 – 1977)
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4ª GERAÇÃO de COMPUTADORES (1972 - 1977): Microprocessadores (LSI)
§ Características:
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
n
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)
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n Computadores desenvolvidos
n
CI com integração em larga escala (LSI) ð ~ 65000
componentes
n
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
4ª Geração – Microprocessadores (LSI)
(1972 – 1977)
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n Computadores desenvolvidos
n
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.
4ª Geração – Microprocessadores (LSI)
(1972 – 1977)
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n Computadores desenvolvidos
n
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.
4ª Geração – Microprocessadores (LSI)
(1972 – 1977)
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n Computadores desenvolvidos
n
1977 Æ APPLE II e III
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5ª Geração – Microprocessadores (VLSI e ULSI)
(1978 – hoje)
5ª GERAÇÃO de COMPUTADORES (1978 - hoje): VLSI e ULSI
§ Características:
. 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)
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n Processadores desenvolvidos
n
n
VLSI (8 e 16 bits)
n
1978 Æ IBM: PC XT8086 (5 MHz – 29 mil transistores) – 3 µm
n
1982 Æ IBM: PC AT 286 (12 MHz – 134 mil transistores)
ULSI (32 bits)
n 1989 – PC AT486
n 1993 – Pentium
n 1997 – Pentium 2
n 2000 – Pentium 4
(50 MHz – 1,2 milhão de transistores)
(166 MHz – 3 milhões)
(300 MHz – 7,5 milhões)
(1,8 GHz – 42 milhões) – 0.18 µm
5ª Geração – Microprocessadores (VLSI e ULSI)
(1978 – hoje)
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n Processadores desenvolvidos
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
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FIM