Organização de Computadores. Evolução histórica dos computadores

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1 Organização de Computadores Capítulo 1 Evolução histórica dos computadores Material de apoio

2 2 Esclarecimentos Esse material é de apoio para as aulas da disciplina e não substitui a leitura da bibliografia básica. Os professores da disciplina irão focar alguns dos tópicos da bibliografia assim como poderão adicionar alguns detalhes não presentes na bibliografia, com base em suas experiências profissionais. O conteúdo de slides com o título Comentário seguido de um texto, se refere a comentários adicionais ao slide cujo texto indica e tem por objetivo incluir alguma informação adicional aos conteúdo do slide correspondente Bibliografia básica: MONTEIRO, Mário A.. Introdução à organização de computadores. 5.ed. Rio de Janeiro: LTC, PATTERSON, A.D.E.; HENNESSY, L.J.. Organização e projetos de computadores: a interface hardware/software. São Paulo: Campus, STALLINGS, William. Arquitetura e organização de computadores : projeto para o desempenho. São Paulo: Pearson Education, TANENBAUM, Andrew S. Organização estruturada de computadores. 5ª ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall,

3 3 Evolução histórica dos computadores O significado da palavra computador, em latim computatore, é aquele que calcula. Computador eletrônico: processador de dados com capacidade de aceitar informações, efetuar com elas operações programadas, fornecer resultados para resolução de problemas. Geração Zero: Representada pelos computadores mecânicos e eletromecânicos. ( ); 1ª Geração: Representada pelos computadores com válvulas ( ); 2ª Geração: Representada pelos computadores com transistores ( ); 3ª Geração: Representada pelos computadores com circuitos integrados ( ); 4ª Geração: representada pelos computadores com integração em escala muito alta (VLSI Very Large Scale of Integration) ( ??) 5ª Geração: representada pelos computadores com integração em escala muitíssimo alta (ULSI Ultra Large Scale of Integration) (19???) Observação: Alguns inventos são identificados em uma geração que não condiz com sua data de invenção, porém, isto ocorre por conta da tecnologia empregada pertencer aquela geração.

4 4 Evolução histórica dos computadores A milênios atrás o instrumento de calcular era o ÁBACO. Instrumento utilizado para realizar somas e subtração.

5 5 Evolução histórica dos computadores Pascalina: criada em 1642 por Blaise Pascal, a primeira calculadora do mundo, uma agulha movia as rodas, e um mecanismo especial levava dígitos de uma roda para outra.

6 6 Evolução histórica dos computadores Em 1614, John Napier havia criado o logaritmo, um recurso matemático que reduzia a divisão à subtração e a multiplicação à adição. Em 1672, a calculadora de Leibniz conseguia fazer cálculos envolvendo as quatro operações e extraindo a raiz quadrada.

7 7 Evolução histórica dos computadores 129 anos depois, em 1801, Joseph Marie Jacquard, dono de uma tecelagem, colocou desenhos nos teares, através de um sistema de cartões perfurados.

8 8 Evolução histórica dos computadores Em 1890, Hermann Hollerith, para acelerar o trabalho do censo nos Estados Unidos, desenvolveu um equipamento utilizando os cartões idealizados por Jacquard.

9 9 Evolução histórica dos computadores Nesses cartões, havia campos a serem perfurados ou não pelos pesquisadores, e que seriam depois lidos por uma máquina.

10 10 Evolução histórica dos computadores O sucesso de Hollerith era tanto que ele fundou em 1896, a Tabulating Machine Company. Em 1911 se associou a outras empresas e começou a ser dirigida por Thomas Watson. O resultado foi a criação da International Business Machines Corporation, a IBM.

11 11 Evolução histórica dos computadores Em 1943, em parceria com a marinha Norte-Americana, a IBM construiu o Mark I, totalmente eletromecânico, com 17 m de comprimento, 2,5 m de altura e 5 toneladas.

12 1ª Geração - Válvulas

13 13 1ª Geração - Válvulas Computadores de primeira geração eram baseados em: Circuitos eletrônicos e válvulas Uso restrito Precisava ser reprogramado a cada tarefa Grande consumo de energia Problemas devido à muito aquecimento Tamanhos gigantescos As válvulas foram utilizadas em computadores eletrônicos, como por exemplo no ENIAC. Normalmente quebrava após algumas horas de uso e tinha o processamento bastante lento. Nesta geração os computadores calculavam com uma velocidade de milésimos de segundo e eram programados em linguagem de máquina.

14 14 1ª Geração - Válvulas Em 1948, Claude Elwood Shannon um engenheiro eletricista e matemático, publicou o importante artigo científico intitulado A Mathematical Theory of Communication enfocando o problema de qual é a melhor forma para codificar a informação que um emissor queira transmitir para um receptor. Neste artigo, Claude Shannon propôs com sucesso uma medida de informação própria para medir incerteza sobre espaços desordenados e com isto desenvolveu uma teoria baseada em numeração binária e introduziu o conceito de Bit Binary digit. É considerado o fundador da teoria da informação.

15 15 1ª Geração - Válvulas John Mauchley, propôs um projeto para financiamento da construção de um computador eletrônico e a proposta foi aceita em Mauchley junto com um aluno seu de mestrado chamado J. Presper Eckert começou a construir um computador que eles chamaram de: ENIAC: Electronic Numeric Integrator And Calculator (1945). Principais características do ENIAC: Tinha válvulas e relés. Pesava 30 toneladas e consumia 140 quilowatts de energia elétrica. A arquitetura da máquina era composta de 20 registradores cada qual capaz de armazenar um número decimal de 10 dígitos. Para programar o ENIAC era necessário ajustar a posição de chaves de várias posições e conectar um número imenso de soquetes por meio de uma verdadeira floresta de cabos.

16 16 1ª Geração - Válvulas Imagens do ENIAC

17 17 1ª Geração - Válvulas Enquanto Eckert e Mauchley estavam trabalhando no EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer), um dos pesquisadores envolvidos no projeto do ENIAC, John von Neumann, foi para o Instituto de Estudos Avançados da Universidade de Princeton para construir sua própria versão do EDVAC, a máquinas IAS. O projeto básico que ele propôs é conhecido, atualmente, como máquina de Von Neumann.

18 18 1ª Geração - Válvulas Máquina de Von Neumann Esse projeto foi considerado o primeiro computador com programa armazenado, e ainda, é base de praticamente todas as máquinas atuais; Características da máquina de Von Neumann: Tinha uma memória com 4096 palavras, cada uma delas com de 40 bits, que podiam assumir variáveis 0 ou 1; Cada palavra guardava duas instruções de 20 bits ou um número inteiro, com sinal, de 40 bits; A instrução tinha 8 de seus bits destinado a indicar o tipo de instrução, e os demais 12 para especificar uma das 4096 palavras da memória. A máquina de Von Neumman foi a primeira a basear-se em Dados e Instruções.

19 2ª Geração Transistores

20 20 2ª Geração Transistores Computadores de segunda geração eram baseados em: Início do uso comercial Tamanho gigantesco Capacidade de processamento muito pequena Uso de transistores em substituição às válvulas A válvula foi substituída pelo transistor. Seu tamanho era 100 vezes menor que o da válvula, não precisava de tempo para aquecimento, consumia menos energia, era mais rápido e confiável. Os computadores desta geração já calculavam em microssegundos (milionésimos) e eram programados em linguagem montadora.

21 21 2ª Geração Transistores O primeiro computador transistorizado era uma máquina de 16 bits, construída no MIT, chamava-se TX-0 (Transistorized experimental Computer 0). Essa máquina serviu como uma prévia para o TX-2. Em 1957 o engenheiro Kenneth Olsen fundou a Digital Equipment Corporation (DEC) que quatro anos depois (1961) lançou no mercado o PDP-1 (Programmed Data Processor 1). Esse computador tinha como características: 4096 Palavras de 18bits; Clock de 200KHz;

22 22 2ª Geração Transistores A capacidade de processamento do PDP-1 era metade do poder computacional do IBM 7090 que sucedeu ao IBM 709 (considerado o último computador valvulado). O 7090 era o computador mais rápido do mundo naquela época e custava alguns milhões de dólares enquanto o preço do PDP-1 era de apenas U$120, A DEC vendeu dezenas dessas máquinas, dando origem à indústria dos minicomputadores.

23 23 2ª Geração Transistores A IBM reagiu lançado o 7090 e depois o O 7094 tinha como características: Clock de 500KHz; Memória de núcleo de 32 K palavras de 36 bits cada; 7094

24 24 2ª Geração Transistores O lançamento do 7090 e do 7094 marcou o fim das máquinas tipo ENIAC e o início do domínio da IBM na computação científica durante a década de Embora fosse líder no mercado da computação científica com o 7094, a IBM estava ganhando muito dinheiro com a venda de uma máquina pequena voltada para as aplicações comerciais, conhecida como Essa máquina podia: Ler e escrever em fitas magnéticas; Ler cartões e perfurar cartões tão rápido quanto o 7094; Memória de 4096 palavras de 8 bits cada;

25 25 2ª Geração Transistores Em 1964, uma empresa chamada Control Data Corporation(CDC) lançou o 6600, uma máquina que era quase uma ordem de grandeza (dobro) mais rápida que o Ele foi o computador mais veloz do mundo de 1964 até Estava então lançada a era dos supercomputadores.

26 26 2ª Geração Transistores Nessa época os projetistas de máquinas como o PDP-1, o 7094 e o 6600, estavam preocupados exclusivamente com o hardware da máquina, com o objetivo de torná-lo mais barato, caso da DEC ou mais rápido caso da IBM e da CDC. A Burroughs lançou o B5000 que tinha como objetivo rodar programas em ALGOL 60, uma linguagem de alto nível antecessora do Pascal. O projeto do B5000 incorporava várias características ao hardware com o objetivo de facilitar a tarefa de compilar programas. Com esse projeto começou a tomar corpo a ideia de que o software era peça importante do projeto de uma máquina.

27 3ª Geração Circuito Integrado

28 28 3ª Geração Circuitos Integrados Computadores de terceira geração eram baseados em: Surgem os circuitos integrados Diminuição do tamanho Maior capacidade de processamento Início da utilização dos computadores pessoais Os transistores foram substituídos pela tecnologia de circuitos integrados, e além deles, outros componentes eletrônicos foram miniaturizados e montados num único CHIP, que já calculavam em nanossegundos (bilionésimos). Os computadores com o CI (Circuito Integrado) são muito mais confiáveis, bem menores, tornando os equipamentos mais compactos e rápidos, pela proximidade dos circuitos; possuem baixíssimo consumo de energia e menor custo. Nesta geração surge a linguagem de alto nível, orientada para os procedimentos.

29 29 3ª Geração Circuito Integrado Em 1958, Robert Noyce desenvolveu um processo de integrar circuitos eletrônicos em substrato de silício, técnica que veio permitir inicialmente que dezenas de transistores fossem colocados no mesmo CHIP (Circuitos integrados) capaz de realizar operações em nanosegundos. Desta maneira, as máquinas se tornaram mais velozes, com um número maior de funcionalidades. O preço também diminuiu consideravelmente. Esse fato tornou seus antecessores obsoletos.

30 30 3ª Geração Circuito Integrado Um dos principais exemplos da Terceira geração é o IBM 360/91, lançado em 1967, sendo um grande sucesso em vendas na época.

31 31 3ª Geração Circuito Integrado Esta máquina já trabalhava com dispositivos de entrada e saída modernos para a época, como discos e fitas de armazenamento, além da possibilidade de imprimir todos os resultados em papel. O IBM 360/91 foi um dos primeiros a permitir programação da CPU por microcódigo, ou seja, as operações usadas por um processador qualquer poderiam ser gravadas através de softwares, sem a necessidade do projetar todo o circuito de forma manual.

32 32 3ª Geração Circuito Integrado O Burroughs B-2500 foi um dos primeiros modelos dessa geração.

33 4ª Geração VLSI (Very Large Scale of Integration) Integração de circuitos em alta escala

34 34 4ª Geração Integração de circuitos em alta escala (VLSI) Aparecimento dos aplicativos de quarta geração: Surgem os softwares integrados Processadores de Texto, Planilhas Eletrônicas Gerenciadores de Banco de Dados Gráficos e Gerenciadores de Comunicação Em 1975/77, ocorreram avanços significativos, surgindo os microprocessadores, os microcomputadores e os supercomputadores. Em 1977 houve uma explosão no mercado de microcomputadores, sendo fabricados em escala comercial e a partir daí a evolução foi sendo cada vez maior, até chegar aos micros atuais. O processo de miniaturização continuou e foram denominados por escalas de integração dos circuitos integrados: LSI (Large Scale of Integration), VLSI (Very Large Scale of Integration) e ULSI (Ultra Large Scale of Integration), utilizado a partir de Nesta geração começa a utilização das linguagens de altíssimo nível, orientadas para um problema.

35 35 4ª Geração Integração de circuitos em alta escala (VLSI) A quarta geração é conhecida pelo advento dos microprocessadores e computadores pessoais, com a redução drástica do tamanho e preço das máquinas. As CPUs atingiram o incrível patamar de bilhões de operações por segundo, permitindo que muitas tarefas fossem implementadas agora. Os circuitos acabaram se tornado ainda mais integrados e menores, o que permitiu o desenvolvimento dos microprocessadores. Quanto mais o tempo foi passando, mais fácil foi comprar um computador pessoal. Nesta era, os softwares e sistemas se tornaram tão importantes quanto o hardware.

36 36 4ª Geração Integração de circuitos em alta escala (VLSI) A Intel foi criada em julho de 1968 e, na época, contava com uma equipe de 12 cientistas, trabalhando em um prédio alugado em Mountain View, na Califórnia, EUA. Em 1969 a Intel lança o processador 4004, com transistores de 4 bits e viabilizou o projeto das calculadoras eletrônicas da década de Hoje a empresa é a maior fabricante de chips do planeta.

37 37 4ª Geração Integração de circuitos em alta escala (VLSI) O ano de 1971 marcou o aparecimento do disquete flexível (floppy drive, então com oito polegadas de diâmetro) com capacidade de 360kBytes.

38 38 4ª Geração VLSI (Very Large Scale of Integration) O Altair 8800, lançado em 1975, revolucionou tudo o que era conhecido como computador até aquela época. Com um tamanho que cabia facilmente em uma mesa e um formato retangular, também era muito mais rápido que os computadores anteriores. O projeto usava o processador 8080 da Intel, fato que propiciou todo esse desempenho.

39 39 4ª Geração Logo após, em 1975, os estudantes William (Bill) Gates e Paul Allen criam o primeiro software para microcomputador, o qual era uma adaptação do BASIC (Beginners All-Purpose Symbolic Instruction Code, ou " Código de Instruções Simbólicas para todos os Propósitos dos Principiantes ") para o ALTAIR. Ambos são os fundadores da Microsoft.

40 40 4ª Geração Integração de circuitos em alta escala (VLSI) O mouse foi introduzido no mercado em 1974, com o minicomputador Xerox Alto, permitindo abrir várias janelas de programas na tela, com menus e ícones.

41 41 4ª Geração Integração de circuitos em alta escala (VLSI) Em 1976, Steve Wozniak (projetista), funcionário da HP e seu colega de escola Steve Jobs (comerciante), que trabalhou na Atari. Após venderem o Volkswagem de Jobs, a calculadora de Wozniak e obterem um empréstimo fundavam a Apple Computer, onde construíram numa garagem de fundo de quintal o Apple 1.

42 42 4ª Geração Integração de circuitos em alta escala (VLSI) Em 1977, apresentaram o computador pessoal Apple II, que permitia produzir gráficos vistos a cores no monitor. A aceitação foi tão grande que, com a ajuda de Mike Markkula, transformaram a microempresa em uma grande indústria

43 43 4ª Geração Integração de circuitos em alta escala (VLSI) Em 1980 a IBM entregou uma mala cheia de dinheiro a um de seus executivos, Philip Estridge, recomendando que só retornasse a IBM quando tivesse um protótipo de um computador pessoal. Estridge montou acampamento em Boca Raton, na Flórida escolheu o chip 8088, de 16 bits, da Intel para funcionar seu como processador de sua máquina e construiu o famoso PC da IBM - utilizando componentes disponíveis no mercado.

44 44 4ª Geração Integração de circuitos em alta escala (VLSI) Dois anos depois, fevereiro de 1983, a IBM lança um novo modelo o PC-XT com winchester opcional. Em 1984 a IBM já dominava mais da metade de todo o mercado de microcomputadores. A IBM editou um livro, vendido por U$49.000, contendo todo o projeto do seu computador pessoal inclusive os desenhos de seus circuitos. A ideia era fazer com que outras empresas desenvolvessem placas compatíveis com o PC da IBM, de modo a aumentar a flexibilidade e sua popularidade. Infelizmente para a IBM, várias outras empresas começaram a fabricar clones do PC, a preços menores que os dela.

45 5ª Geração ULSI (Ultra Large Scale of Integration)

46 46 5ª Geração ULSI (Ultra Large Scale of Integration) As principais características da quinta geração: Supercomputadores Altíssima velocidade de processamento Automação de escritórios, comercial e industrial CAD/CAM e CAE Robótica Imagem virtual Multimídia Era on-line (Internet) Aplicações de Linguagem Natural Processamento Paralelo Inteligência Artificial Realidade Virtual Alto grau de interatividade Conectividade Mobilidade

47 47 5ª Geração ULSI (Ultra Large Scale of Integration) Estende-se até os dias atuais. As aplicações para eles são muito especiais e incluem laboratórios e centro de pesquisa aeroespacial como a NASA, empresas de altíssima tecnologia, produção de efeitos e imagens computadorizadas de alta qualidade, entre outros. Surgimento do Linux.

48 48 5ª Geração ULSI (Ultra Large Scale of Integration) As aplicações para eles são muito especiais e incluem laboratórios e centro de pesquisa aeroespacial como a NASA, empresas de altíssima tecnologia, produção de efeitos e imagens computadorizadas de alta qualidade, entre outros. Nessa geração começa a serem criados os computadores embutidos. Nestas geração também será também produzida os computadores invisíveis ou descartáveis cujas máquinas tem como ideia, de que todos os dados que o usuário tiver ele possa guardar na nuvem. Outros computadores que também podem ser chamados de descartáveis são os recicláveis que são feitos de matérias menos ofensivos ao meio ambiente.

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