Objetivos. Relacionar as gerações da tecnologia da computação. Identificar as principais inovações que caracterizam cada uma delas.

Transcrição

1 Fundamentos da Computação: História da Computação Alfio Martini Facin - PUCRS Charles Babbage

2 Objetivos Relacionar as gerações da tecnologia da computação. Identificar as principais inovações que caracterizam cada uma delas.

3 História da Computação Computadores (Conceitos) Primeiros Dispositivos As Gerações Hardware e Máquinas Software e Linguagens de Programação Comentários Finais

4 Conceitos de Computador Um computador é qualquer dispositivo utilizado para processar informação de acordo com um procedimento bemdefinido. Conceito originalmente utilizado para descrever pessoas empregadas para fazer cálculos aritméticos.

5 Conceito Universal de Computador A noção moderna assume o conceito de propósito-geral e universal, isto é, dada a capacidade de programação, qualquer computador pode emular o comportamento de qualquer outra máquina.

6 Modelo Universal de Computador: Máquina de Turing Uma máquina de Turing é um modelo abstrato de computador que formaliza as noções de armazenamento e execução de programas. Introduzido em 1936 por Alan Turing de forma a caracterizar precisamente a noção de algoritmo.

7 Componentes da Máquina Tape (Fita) de Turing Cabeçote do Tape Unidade de Controle Conjunto de Instruções (Programa)

8 Máquina de Turing Tape Cabeçote do Tape Unidade de Controle Células

9 Máquina de Turing para binários pares

10 Tese de Turing (válida até os dias de hoje...) Qualquer modelo prático de computação tem que ser equivalente ou então ser um subconjunto das capacidades de computação de uma Máquina de Turing. Limite = Turing-Completo

11 Primeiros Dispositivos Ábaco: Utilizado na antiguidade (do Egito a China) por comerciantes para fazer operações aritméticas. Com um ábaco, você utiliza as contas em um fio para representar os números (dados) e segue as regras de adição, subtração, etc. Continuou sendo utilizado até a invasão das calculadoras de bolso (4000 anos de uso).

12 Somando com o Ábaco O ábaco (que estaremos utilizando) é formado por 8 colunas divididas em duas partes: inferior e superior. Cada coluna possui 9 pedras. As pedras dispostas na parte superior representam um banco de dados. As pedras dispostas na parte inferior representam um valor numérico (neste caso 543).

13 Somando com o Ábaco Note que da esquerda para a direita, cada coluna representa uma potência de base 10. Temos as colunas das unidades, dezenas, centenas, etc. O valor zero é representado pela ausência de pedras na respectiva coluna inferior.

14 Somando com o Ábaco Inicialmente represente o valor A no ábaco. Em seguida, acrescente em cada uma das colunas, o número de pedras necessários para formar o valor B. Caso não existam pedras suficientes em uma determinada coluna, acrescente uma pedra na coluna seguinte, e remova da coluna anterior o número de pedras que foi acrescido em excesso.

15 Somando com o Ábaco Considere a soma Primeiramente, colocamos o valor 27 na coluna inferior. Como não é possível somar o valor 7 ao valor 5 (só há duas pedras restantes na primeira coluna), colocamos mais uma na coluna seguinte.

16 Somando com o Ábaco Entretanto, ao colocarmos mais uma pedra na segunda coluna, estamos na realidade somando mais 10 ao valor 27. Isto significa que somamos 5 unidades em excesso.

17 Somando com o Ábaco Desta forma, estas cinco unidades adicionais precisam ser retiradas da primeira coluna. Após a remoção do Após a remoção do excesso, temos o resultado desejado, que é 32.

18 Primeiros Dispositivos O Tear de Jacquard (séc. XIX, 1801): Tear que podia ser programado com cartões perfurados. Estes cartões controlavam o padrão do tecido no material. Responsável pela automatização da indústria têxtil.

19 Primeiros Dispositivos Máquina de Diferenças de Babbage ( ): Projeto (não finalizado) de uma máquina baseada engrenagens similares aos mecanismos de um relógio. Se funcionasse, a maquina calcularia tabelas matemáticas (raízes de polinômios) e imprimiria os resultados (em uma placa de cobre). Ao custo de US$ 1 milhão, foi construído em 1991 uma máquina de diferenças no Museu de Ciências de Londres.

20 Primeiros Dispositivos Máquina Analítica de Charles Babbage (1837): Plano de um computador mecânico de propósitogeral, que empregava cartões perfurados para entrada e vapor para fornecer a força necessária. Possuía quatro componentes: memória (1000 palavras de 50 dígitos decimais), unidade processadora (lia e gravava na memória e realizava operações aritméticas) e unidades de entrada e saída (cartões perfurados). Linguagem de Programação similar a linguagens de máquina modernas (com laços e condicionais)! Planos corretos, mas falta de precisão da tecnologia mecânica da época fizeram com que o projeto nunca fosse implementado. Babbage gastou grande parte de sua fortuna neste projeto, terminando sua vida só e esquecido.

21 Primeiros Disposistivos Parte da Máquina Analítica na época da morte de Charles Babbge (1871)

22 Primeiros Dispositivos Máquina de Classificação de Hermann Hollerith ( ): Como motivação principal, a necessidade de automatizar o censo americano (o de 1880 levou sete anos). As respostas das perguntas do censo eram codificadas em cartões perfurados. Censo de 1890 foi concluído em 2 anos e meio.

23 Primeiros Dispositivos Computadores com capacidades específicas e não programáveis Máquina de Diferenças (Babbage). Nunca chegou a funcionar satisfatoriamente Máquina de Classificação (Hollerith) Computadores com capacidades específicas e programáveis: Tear de Jacquard

24 Primeiros Dispositivos Computadores Turing-Completo Máquina Analítica de Babbage Problema = Nunca foi construído Considerado o primeiro computador universal da História.

25 Gerações na História da Computação Primeira ( ) Segunda( ) Terceira ( ) Quarta (1980-????)

26 Primeira Geração - Causas Surgiu com a necessidade de desenvolvimento causada pela segunda Guerra Mundial (cálculos complexos). Invenção de válvulas a vácuo, capacitores e relés. Componentes elétricos e eletrônicos começam a substituir componentes mecânicos

27 Primeira Geração Hardware e Máquinas O hardware era essencialmente baseado em circuitos construídos com base na fiação eletrônica, e equipados com tubos de vácuo e relés. Entrada de dados e memória não-volátil era fornecida através de cartões perfurados e fitas magnéticas, respectivamente.

28 Primeira Geração Hardware e Máquinas Computador Z3 de Konrad Zuse. Primeira máquina construída e que era Turing-Completa. Permitia cálculos com números binários e em ponto flutuante. Zuse trabalhou para os nazistas, que utilizaram seu projeto para a produção de mísseis guiados.

29 Primeira Geração Hardware e Máquinas Computador de Atanasoff Berry (ABC). Computador não programável, de propósito específico. Máquina experimental para solução simultânea de sistemas de equações lineares. Máquina eletrônica (válvulas a vácuo).

30 Primeira Geração Hardware e Máquinas Harvard Mark I: Primeiro computador eletro-mecânico construído pela IBM de propósito-geral ( ). Completado em Influenciado pela Máquina Analítica Não era Turing Completo.

31 Primeira Geração Hardware e Máquinas ENIAC: [Eletronic Numerical Integrator and Calculator] ( ): Era programável e de propósito-geral. Totalmente eletrônico. Entretanto, a programação era feita pelo completo rearranjo de toda a fiação eletrônica (modificação física). Turing-Completo

32 Primeira Geração Hardware e Máquinas ENIAC: Considerado pelos historiadores o primeiro computador eletrônico digital de grande porte. ENIAC: Pesava 30 toneladas e utilizava cerca de válvulas a vácuo. Consumia tanta energia, que ocasionava queda de intensidade na energia de cidades vizinhas toda vez que era ligado.

33 Primeira Geração Hardware e Máquinas EDVAC[ ] (Electronic Discrete Variable Automatic Computer): Primeiro computador realmente construído com a capacidade de armazenamento de programas e dados na memória [idéia de Von Neumann]. A arquitetura de Von Neumann é usada até hoje.

34 Arquitetura de Von Neumann Memória E Unidade Controle ULA ACUM S

35 John Von Neumann John Von Neumann: Matemático húngaro que inventou o conceito de computador com programa armazenado. Programas e dados podem ser armazenados no mesmo espaço. Portanto, a máquina pode alterar tanto o seu programa como os seus dados.

36 Primeira Geração Hardware e Máquinas UNIVAC (1951): Universal Automatic Computer. Primeiro computador comercial produzido em massa. Foram vendidas 46 unidades, ao preço de U$ 1 milhão cada. Utilizava em torno de 5200 válvulas a vácuo. Utilizava tape magnético para entrada de dados

37 Primeira Geração Software e Linguagens Até o ENIAC, programação era feita diretamente pela alteração de fiação eletrônica. A partir do EDVAC, programação feita com linguagem de máquina.

38 Segunda Geração Hardware e Máquinas Primeiro passo: Invenção do transistor em Um transistor é um pequeno dispositivo eletrônico, também utilizado para controlar o fluxo de eletricidade em um circuito eletrônico.

39 Segunda Geração Hardware e Máquinas Um transistor possui uma fração mínima do peso, do consumo de energia e da troca de calor de uma válvula a vácuo. Computadores são menores, mais confiáveis, e mais rápidos.

40 Segunda Geração Hardware e Máquinas IBM 1401: mainframe de bastante sucesso para aplicações comerciais, o qual vendeu mais de unidades. IBM System/360: Podia executar IBM System/360: Podia executar aplicações comerciais e científicas, e possibilitava a utilização de linguagens de programação de alto nível.

41 Segunda Geração Software e Linguagens de Programação Surgimento das linguagens: FORTRAN (Formula Translator) COBOL (Common Businness Oriented Language) APL (A Programming Language) PL/I (Programming Language I) Algol (Algorithmic language) Invenção dos compiladores

42 Terceira Geração Hardware e Máquinas Invenção do Circuito Integrado (1958): Muitos transistores e circuitos eletrônicos em uma única placa (chip) de silício. Integração em pequena escala: transistores por chip.

43 Terceira Geração Hardware e Máquinas Desenvolvimento do minicomputadores Início da utilização dos computadores por empresas menores (ao invés de organizações governamentais). Alguns minicomputadores cabiam dentro do porta-malas de um carro. Surgimento de companhias importantes como HP e DEC.

44 Terceira Geração Software e Linguagens de Programação Desenvolvimento de sistema operacional multitarefa (via timesharing). Criação do UNIX. Surgimento do Basic, C e Pascal.

45 Quarta Geração Hardware e Máquinas Criação do circuito integrado em larga escala (VLSI). Criação da Apple Computer Inc. em 1977.

46 Quarta Geração Hardware e Máquinas Introdução do Intel 4004 (1971). Primeiro processador em um chip. Introdução do processador 8080 pela Intel (1974). Cérebro do primeiro PC, o Altair, que era equipado com um interpretador BASIC, escrito por Bill Gates. Introdução do IBM PC em 1981 com Intel Surgimento do Apple Machintosh, em 1984.

47 Quarta Geração Software e Linguagens de Programação Surgimento do DOS em Turbo Pascal pela Borland em Interfaces Gráficas a partir de 1984, com o Apple Machintosh. Lançamento do Windows em 1985 (interface gráfica para o DOS).

48 Quarta Geração Software e Linguagens de Programação Linguagens de Programação: Prolog (70 s) SmallTalk (70 s) Ada (70 s) C++ (80 s) Java, JavaScript (1991,1995)

49 Comentários Finais Os computadores são tão antigos quanto a própria civilização. Os predecessores mais importantes da tecnologia da computação foram o tear programado por cartões, de Jacquard (século XIX), e a Máquina Analítica de Babbage.

50 Comentários Finais O primeiro computador digital eletrônico em larga escala, o ENIAC, constituiu a base para a indústria da computação moderna. O conceito de programa armazenado incentivou o crescimento da indústria de computação, porque permitia que os clientes alterassem facilmente as funções do computador, executando um programa diferente.

51 Comentários Finais Os computadores da primeira geração utilizavam válvulas a vácuo e precisavam ser programados em linguagem de máquina. Os computadores da segunda geração introduziram os transistores e as linguagens de programação de alto nível, como COBOL e FORTRAN. Os computadores da terceira geração introduziram os circuitos integrados, que reduziram os custos e lançaram a indústria de minicomputadores.

52 Comentários Finais As inovações-chave incluíram o compartilhamento de tempo, as redes de longa distância e as redes locais. A quarta geração de computadores utiliza os microprocessadores (circuitos integrados em larga escala). As inovações-chave incluem computadores pessoais, a interface gráfica com o usuário e o crescimento da rede de computadores