Calculadoras Mecânicas

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1 ARQUITETURA E ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES Evolução e Desempenho de Computadores 1ª Calculadora - séc. V a.c Muitos povos da antiguidade utilizavam o ábaco para a realização de cálculos do dia a dia, principalmente nas áreas de comércio de mercadorias e desenvolvimento de construções civis. Ele pode ser considerado como a primeira máquina desenvolvida para cálculo, pois utilizava um sistema bastante simples, mas também muito eficiente na resolução de problemas matemáticos. Ábaco chinês Operações algébricas básicas Figura 01- Àbaco Chinês Calculadoras Mecânicas Máquina de Pascal (1642) somava e subtraía; Em 1642, o matemático francês Bleise Pascal desenvolveu o que pode ser chamado de primeira calculadora mecânica da História, a Máquina de Pascal. Seu funcionamento era baseado no uso de rodas interligadas que 1

2 giravam na realização dos cálculos. A ideia inicial de Pascal era desenvolver uma máquina que realizasse as quatro operações matemáticas básicas, o que não aconteceu na prática, pois ela era capaz apenas de somar e subtrair. Por esse motivo, a tecnologia não foi muito bem acolhida na época. Figura 02- A máquina aritmética de Pascal foi a primeira máquina automática de calcular (soma e subtração) que simulava o funcionamento do ábaco. Consistia numa máquina de seis rodas dentadas cada uma contendo algarismos de 0 a 9; Permitia somar até três parcelas de cada vez. Máquina de Leibniz (1673) multiplicava e dividia; Alguns anos após a Máquina de Pascal, em 1672, o alemão Leibnitz conseguiu o que Pascal não tinha conseguido: criar uma calculadora que efetuava as quatro operações matemáticas (soma, subtração, divisão e multiplicação), além da raiz quadrada. Sua máquina foi também chamada de Roda de Leibnitz que usava um engrenagem cilíndrica dentada para acelerar os cálculos. 2

3 Figura 03 - Na calculadora de Leibiniz uma manivela girava uma roda para acelerar as operações de multiplicação e divisão. Máquina Analítica de Babbage (1834) 1ª tentativa de se construir um computador digital. Utilizava cartões perfurados; Figura 04- Máquina Analítica de Babbage era programável numa linguagem de montagem simples. Máquina de Diferencial não foi construída: Babbage não dispunha de recursos, nem encontrou investidores dispostos a financiá-la; 3

4 Figura 05-. Em 1991, o Science Museum de Londres Desenvolveu o Engenho Diferencial utilizando os planos de Babbage e funcionou perfeitamente. Os projetos de idéias de Babbage serviriam de base para outros projetos no futuro da computação. Computação moderna A computação moderna pode ser definida pelo uso de computadores digitais, que não utilizam componentes analógicos com base de seu funcionamento. Ela pode ser dividida em várias gerações. 1º Geração Válvulas eletrônicas Década de 40 surgiram as válvulas eletrônicas; ENIAC I (1946) fins militares; Os bytes eram compostos por 8 válvulas (on-off); Possuía válvulas, 1500 relés, pesava 30 toneladas e consumia 140 Kwatts. 4

5 Cada cálculo era feito por 3 circuitos semelhantes. Figura 06-. ENIAC Esta máquina era em torno de mil vezes mais rápida que qualquer outra que existia na época. A principal inovação nesta máquina é a computação digital, muito superior aos projetos mecânicos-analógicos desenvolvidos até então. Com o ENIAC, a maioria das operações era realizada sem a necessidade de movimentar peças de forma manual, mas sim pela entrada de dados no painel de controle. EDSAC (1949) primeiro computador com o conceito de programa Armazenado; EDSAC "Eletronic Delay Storage Automatic Calculator" (Calculadora Automática com Armazenamento por Retardo Eletrônico). Ainda tinha válvulas, mas foi primeiro computador eletrônico digital e funcional que armazenou o próprio programa. Para a programação do EDSAC, foi construída uma biblioteca de programas pequenos, chamados sub-rotinas, armazenados em cartões de papel perfurado. O EDSAC chegava à velocidade de 714 operações por segundo. IAS Máquina de von Neumann I (1952) foi a base das arquiteturas dos computadores modernos. 5

6 Figura 07-. Arquiteruta e foto da máquina de Von Neumann A Arquitetura de von Neumann - é uma arquitetura de computador que se caracteriza pela possibilidade de uma máquina digital armazenar seus programas no mesmo espaço de memória que os dados, podendo assim manipular tais programas. Esta arquitetura é um projeto modelo de um computador digital de programa armazenado que utiliza uma unidade de processamento (CPU) e uma de armazenamento ("memória") para comportar, respectivamente, instruções e dados. A máquina proposta por Von Neumann reúne os seguintes componentes: 1. Uma memória 2. Uma unidade aritmética e lógica (ALU) 3. Uma unidade central de processamento (CPU), composta por diversos registradores, e 4. Uma Unidade de Controle (CU), cuja função é a mesma da tabela de controle da Máquina de Turing universal: buscar um programa na memória, instrução por instrução, e executá-lo sobre os dados de entrada. 6

7 2ª Geração -Transistores 1948 Inventou-se o transistor no Bell Labs era um transistor de ponto de contato. Figura 08-. A substituição das válvulas pelos transistores foi rápida, pois se comparadas aos transistores, as válvulas consumiam mais potência elétrica, duravam menos, eram frágeis e seu tamanho físico era muito maior PDP I projetado pela DEC, foi o primeiro minicomputador PDP I continha 4000 palavras de 18 bits e clock de 5 microseg foi a máquina projetada pela IBM que dominou o mercado do processamento científico, possuía palavras de 32 bits e um clock de 2 microseg foi o 1º supercomputador projetado pela CDC 1965 PDP-8 foi o minicomputador que liderou o mercado (50000 itens vendidos) e utilizava barramento único PDP-8 foi um dos minicomputadores mais conhecidos da segunda geração. Basicamente, foi uma versão mais básica do supercomputador, 7

8 sendo mais atrativo do ponto de vista financeiro (centenas de milhões de dólares a menos). Eram menores do que os supercomputadores, mas mesmo assim ainda ocupavam um bom espaço no cômodo. Terceira geração ( ) Nos anos 60 integrou-se mais de um transistor num mesmo receptáculo surgiram os Circuitos Integrados com 8 a 10 transistores por chip; Os computadores desta geração foram conhecidos pelo uso de circuitos integrados, ou seja, permitiram que uma mesma placa armazenasse vários circuitos que se comunicavam com hardwares distintos ao mesmo tempo. Desta maneira, as máquinas se tornaram mais velozes, com um número maior de funcionalidades. O preço também diminuiu consideravelmente A IBM lançou o computador 360 que foi o primeiro com a ideia de evoluir como uma família de máquinas. Um dos principais exemplos da terceira geração é o IBM 360/91, lançado em Esta máquina trabalhava com dispositivos de entrada e saída modernos, como discos e fitas de armazenamento, além da possibilidade de imprimir todos os resultados em papel. No final deste período, houve um preocupação com a falta de qualidade no desenvolvimento de softwares, visto que grande parte das empresas estava só focada no hardware. 8

9 Quarta geração (1970 até hoje) O microprocessador, com milhares de circuitos integrados em um único "chip" de silicone, proporcionou maior grau de miniaturização, confiabilidade e velocidade, já da ordem de nanosegundos (bilionésima parte do segundo). A quarta geração é conhecida pelo advento dos microprocessadores e computadores pessoais, com a redução drástica do tamanho e preço das máquinas. Os circuitos acabaram se tornando 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 a Intel lançou o 1º microprocessador comercial, o 4004 ; 2300 transistores; realizava cálculos/seg A IBM lançou o 1º PC no mercado com o chip 8088 da Intel; 1990 A IBM lançou a 1ª máquina superescalar, o RS6000; Na década de 90 os processadores da Intel e AMD marcaram época no mundo da informática (família Pentium, Celeron, Atlhon e Duron); O tamanho dos transistores se tornou tão pequeno que problemas de superaquecimento começaram a aparecer nos processadores, foi o caso do Pentium IV; A solução foi o uso de mais de um núcleo, tirando a sobrecarga de cada núcleo; 1981 A IBM lançou o 1º PC no mercado com o chip 8088 da Intel; A Intel lançou então o processador Pentium D e a AMD lançou em 2005 o processador Dual Core, o Atlhon 64 x2; Em 2010 a Intel lançou a família Core i3, i5, i7 ambas com objetivos diferentes para usuários diferentes; 9

10 Quinta geração (o futuro...) O futuro para a construção de novos computadores não sabemos o certo, mas com certeza, devemos esperar que: Serão computadores com velocidade de processadores cada vez mais rápidas; Os processadores serão construídos com tecnologias baseadas em nanotecnologias; Serão máquinas cada vez mais interativas com seus usuários; 10

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