Arquitetura de Computadores. AULA 1 Introdução

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1 Arquitetura de Computadores AULA 1 Introdução Adaptação do material desenvolvido pelo Profs. Eduardo Moresi e Edilson Ferneda UCB - DF Histórico Sumário Computadores Mecânicos Computadores Eletrônicos (Primeira geração) Computadores Eletrônicos (Segunda Geração) Computadores Eletrônicos (Terceira Geração) Computadores Eletrônicos (Quarta geração) Conclusão Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 2/45 Processamento de Dados Tradução do termo inglês Data Processing, pode ser visto como uma série de atividades realizadas ordenadamente, com o objetivo de produzir um arranjo determinado de informações a partir de outras obtidas inicialmente. A manipulação das informações coletadas no início da atividade chama-se processamento As informações iniciais são usualmente denominadas dados Os termos dado e informação podem ser tratados como sinônimos ou como termos distintos; dado pode ser definido como a matéria-prima originalmente obtida de uma ou mais fontes (etapa de coleta) e informação, como o resultado do processamento, isto é, o dado processado ou "acabado" Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 3/45 Etapas básicas de um processamento de dados Dados Processamento Resultado: informação Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 4/45 Exemplo: o processamento eletrônico de dados (PED) de itens do estoque de uma empresa 1 a etapa: deseja-se apenas atualizar as informações de estoque para uso do almoxarifado e, nesse caso, os dados (de entrada) são itens recebidos e retirados em um dia, bem como a posição do dia anterior o processamento consistirá, basicamente, em operações aritméticas de soma e subtração (além de outras não principais) como resultado (de saída), obtêm -se informações sobre a nova posição do estoque. Exemplo: o processamento eletrônico de dados (PED) de itens do estoque de uma empresa 2 a etapa: Pode-se ter um outro tipo de processamento, agora para produzir informações para um outro nível de tomada de decisão Nesse caso, utiliza-se como dados a posição do estoque (informação no processamento anterior) O processamento verificará quais itens estão abaixo de um mínimo, e na saída obtém -se a nova informação (itens especificamente selecionados) Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 5/45 Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 6/45

2 Observação: A busca de técnicas mais eficazes de processamento de dados, aliada ao natural avanço tecnológico em diversos outros ramos de atividade, como a eletrônica e a mecânica, por exemplo, conduziu o mundo ao desenvolvimento de equipamentos de PED - os computadores - capazes de coletar, armazenar e processar dados muito mais rapidamente que os antigos meios manuais. Sistemas Conjunto de partes coordenadas que concorrem para a realização de um determinado objetivo Sistemas de Processamento de Dados São aqueles responsáveis pela coleta, armazenamento, processamento e recuperação, em equipamentos de processamento eletrônico, dos dados necessários ao funcionamento de um outro sistema maior: o sistema de informações Compreende duas partes: o sistema de computação (o computador e os programas básicos), normalmente fornecido completo pelo fabricante os sistemas de aplicação, desenvolvidos pelo usuário ou por terceiros, especificamente dedicados à aplicação de interesse do usuário. Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 7/45 Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 8/45 Sistemas de Informação (numa empresa) Conjunto de métodos, processos e equipamentos necessários para se obter, processar e utilizar informações dentro da empresa Desta forma, ele compreende não só o SPD, como também todos os procedimentos manuais necessários a prover informações para um determinado nível de decisão de uma organização Se desenvolvem segundo duas dimensões: os componentes da organização, isto é, seus diversos setores funcionais o nível de decisão, com os níveis operacional (de execução corriqueira e imediata, de competência dos menores escalões), gerencial (de nível intermediário, de competência da gerência setorial) e alta administração (de nível estratégico, de competência da diretoria ) Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 9/45 Sistemas de Computação O conjunto formado pelos circuitos e partes eletromecânicas de um computador é conhecido como hardware (ainda não há uma tradução adequada para esta palavra) É a parte física, visível do computador Software consiste em programas, de qualquer tipo e em qualquer linguagem, que são introduzidos na máquina para fazê-la trabalhar, passo a passo, e produzir algum resultado O hardware sozinho não funciona sem instruções (software) sobre o que e quando fazer Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 10/45 Máquina de Pascal (1642) Blaise Pascal construiu um contador mecânico que realizava operações aritméticas de soma e subtração através de rodas e engrenagens dentadas A máquina baseava-se na existência de um disco para cada potência de 10, sendo que cada um destes era dotado de 10 dígitos (de 0 a 9) Embora fosse capaz de realizar apenas adições e subtrações, outras operações, como multiplicações e divisões podiam ser realizadas através da combinação das primeiras Máquina de Pascal (1642) O calculador de Pascal apresentou duas significativas inovações tecnológicas para sua época: permitia o uso de "vai 1", passado automaticamente para a parcela seguinte utilizava o conceito de complemento para realizar operações aritméticas de subtração através de soma de complemento (este conceito é até hoje essencialmente a base de funcionamento dos circuitos de operação aritmética em ponto fixo dos computadores) Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 11/45 Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 12/45

3 Máquina de Pascal (1642) Máquinas de Babbage (século XIX) Charles Babbage, matemático e engenheiro britânico, projetou dois tipos de máquina A máquina de diferenças, dispositivo mecânico que só realizava adições e subtrações (como a máquina de Pascal) e cujos cálculos se baseavam no processo de diferenças finitas, pelo qual é possível calcular fórmulas (até com polinômios e funções trigonométricas) utilizando apenasa operação de adição A máquina analítica, capaz de armazenar números de 20 algarismos e que possuía um programa que podia modificar o funcionamento da máquina, fazendo-a realizar diferentes cálculos Mesmos componentes que um computador atual: memória (rodas dentadas de contagem), processador (quatro operações aritméticas), unidade de controle (sistema de cartões perfurados para realizar uma certa operação), saída (impressora ou um perfurador de cartões) Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 13/45 Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 14/45 Máquinas de Babbage (século XIX) Máquina de Hollerith (1880) Para resolver era a computação de dados do censo dos Estados Unidos, o estatístico Herman Hollerith teve a idéia de processar dados a partir de cartões perfurados O tempo de processamento dos dados do censo baixou de 8 para 3 anos A tecnologia de cartões perfurados foi adotada rapidamente por diversos países da Europa, difundindo a utilização das máquinas Hollerith em nível mundial e por longo tempo Hollerith fundou uma companhia, atabulating Machine Company que passaria a fazer parte da IBM Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 15/45 Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 16/45 Máquina de Hollerith (1880) Cartão de Hollerith O primeiro computador eletrônico e digital, construído no mundo para emprego geral, isto é, com programa de instruções que podiam alterar o tipo de cálculo a ser realizado com os dados, foi denominado ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer) e foi projetado de 1943 a 1946, tendo funcionado daí em diante até 1955, quando foi desmontado O ENIAC era uma máquina gigantesca, contendo mais de válvulas e 800 quilômetros de cabos Pesava cerca de 30 toneladas e consumia uma enorme quantidade de eletricidade, além do consumo de válvulas, que queimavam com grande freqüência devido ao calor Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 17/45 Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 18/45

4 O ENIAC era extremamente rápido para sua época, realizando cerca de operações por segundo Possuía 20 registradores, cada um deles podendo armazenar um valor numérico de 10 dígitos Era uma máquina decimal (não binária) e, por isso, cada dígito era representado por um anel de 10 válvulas, uma das quais estava ligada em cada instante, indicando o algarismo desejado Válvula Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 19/45 Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 20/45 ENIAC Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 21/45 Em 1946, von Neumann e vários outros cientistas em Princeton iniciaram a construção de uma nova máquina, um computador eletrônico de programa armazenado, o IAS Características básicas do IAS: quatro unidades principais: memória, UCP, UC e E/S memória com posições ( palavras), cada uma podendo armazenar um valor com 40 bits Dados (valores numéricos) e instruções representados da mesma forma binária e armazenados na mesma memória 21 instruções de 20 bits cada uma, constituídas de 2 campos, um com 8 bits (código de operação) e o outro com 12 bits (endereço), para localizar cada uma das palavras, endereçadas de 000 a 999 (embora pudesse endereçar 4096 (2 12 = 4K) posições de memória, pois o IASsomente possuía endereços Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 22/45 Arquitetura original da máquina de von Neumann: Memória Von Neumann e o IAS Unidade de Controle Unidade lógicoaritmética Acumulador Entrada Saída Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 23/45 Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 24/45

5 Outras fabricantes de computadores: A Digital Equipment Corporation (DEC) lança a linha PDP A Control Data Corporation (CDC) lança, em 1964, o CDC-6000, voltado primariamente para o processamento científico Unidades aritméticas e lógicas e de controle mais complexas Linguagens de programação de nível superior ao das linguagens Assembly da época (na realidade, o FORTRAN para o IBM 704, em 1957, era ainda de primeira geração) IBM 7090, de 3 milhões de dólares, utilizado em aplicações inovadoras (defesa anti-mísseis, da Força Aérea Americana, sistema de reservas de passagens aéreas) Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 25/45 No início dos anos 60, a IBM passa a produzir a linha IBM 7040, menos poderosos que seus predecessores, mas de custo bastante inferior Na Digital, surge o PDP 8, com arquitetura de 18 bits e com o primeiro sistema operacional de time-sharing do mundo Tinha memória de 4 K e interface para teleimpressora, leitora de papel perfurado e leitora de cartões perfurados Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 26/45 Transistor Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 27/45 CDC-6000 Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 28/45 IBM-704 PDP-8 Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 29/45 IBM-7040 IBM-7090 Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 30/45

6 conceito de família de computadores unidade de controle com microprogramação em vez das tradicionais unidades de controle no hardware emprego da técnica de multiprogramação elevada capacidade de processamento memória principal orientada a byte A IBM inventa o disco rígido e o disco flexível Primeira UCP encapsulada num único circuito integrado O 4004 integrava transistores - realizava operações com palavras binárias de 4 bits Freqüência do clock de 108 KHz Endereçamento de dados de até 1 Kbyte e de programas de até 4 Kbytes Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 31/45 Circuito integrado Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 32/45 Disco rígido Disco flexível Família IBM-360 Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 33/45 Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 34/45 Família PDP-11 Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 35/45 Dispositivos capazes de armazenar, em um único invólucro, milhares e até milhões de diminutos componentes (VLSI) Altair 8800: primeiro computador pessoal como máquina comercial, construído no fim de 1974 Microprocessador Intel 8080, com um clockde 2MHz, memória RAM de 256 Kbytes e a interface com o usuário implementada por um conjunto de chavesoctais disponíveis em seu painel Vendido em forma de kit por US$395,00 e montado por US$100,00 IBM PC (1980), primeiro sucesso comercial da computação pessoal Baixo custo" (US$ 5.000,00) e fácil utilização (teclado, monitor de vídeo de fósforo verde e Sistema Operacional MS-DOS) Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 36/45

7 VLSI IBM Unidade de disco IBM 2314 Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 37/45 Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 38/45 Burroughs 6700 IBM 4341 Unidade de disco IBM RS/6000 Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 39/45 Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 40/45 Conclusão O desenvolvimento em áreas tais como a Multimídia, a Inteligência Artificial e as Redes de Computadores estão tornando essas máquinas cada vez mais importantes para o ser humano, e fazendo da indústria da informática um dos negócios mais promissores O avanço vertiginoso vem superando todas as expectativas... Altair 8800 IBM PC Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 41/45 Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 42/45

8 Conclusão Algumas previsões [Fonte: Veja, 17/06/2002]: 1946 Previsão: Realidade: 1977 Previsão: Realidade: No futuro, os computadores pesarão 1 tonelada (Popular Mechanics) Meta Pad, computador com 280 gr Não há razão para que um indivíduo tenha um computador em casa (K. Olsen, presidente da Digital, atual Compaq) Nos EUA, 2/3 dos domicílios possuem um computador. No Brasil, são 1/ Previsão: O mercado potencial de PCs seria, no máximo de 25 milhões de unidades (executivos da IBM) Realidade: Até abril de 2002, já tinham sido vendidos 1 bilhão de PCs no mundo 1981 Previsão: Conclusão Algumas previsões [Fonte: Veja, 17/06/2002]: Não há motivo para ser querer micros com mais de 64 KB de memória (Bill Gates) Realidade: Já se vendem micros com 256 MB de memória, 4000 vezes mais que o limite de Gates. Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 43/45 Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 44/45 F I M Perguntas... Edilberto M. Silva - Arquitetura de Computadores 45/45

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