Evolução histórica dos computadores

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1 Evolução histórica dos computadores Descrever a organização funcional de um computador. Identificar as principais formas de utilização e aplicação de computadores. Nesta primeira aula, abordaremos os conceitos fundamentais de Arquitetura de Computadores. Apresentaremos a técnica de máquinas multiníveis e a evolução dos computadores, desde a válvula até os circuitos integrados de larga escala, tudo isso dentro do padrão proposto por Von Newmann. Introdução Desde a Antiguidade, pode-se observar a necessidade do homem em computar (calcular). Inicialmente ele utilizava seus próprios dedos como forma de contagem, daí a base de nosso sistema de numeração ser decimal. Com o passar dos tempos, os dez dedos não eram mais suficientes, então ele passou a utilizar pedrinhas: "O pastor guardava em um saco uma pedrinha para cada ovelha de seu rebanho, depois associava cada pedrinha a uma ovelha". As evoluções não pararam e o homem aperfeiçoou suas técnicas criando instrumentos de apoio à contagem e computo. Cada vez mais, os números foram crescendo, a necessidade de precisão e a dificuldade em solucionar cálculos mais e mais complexos levou o homem a criar mecanismos com o intuito de simplificar uma tarefa tão árdua. Daí surgiu ferramentas como: ábaco, régua de cálculo, máquina de calcular e o computador. Computador O computador é uma máquina capaz de receber, armazenar, tratar e produzir informações de forma automática, com grande rapidez e precisão. A evolução dos sistemas de computação teve seu início no século XVI, mas estes somente mostraram-se úteis no século XX, e sua vulgarização se deu graças à recente evolução na microeletrônica. Atualmente, as famílias de computadores podem ser classificadas em cinco grupos distintos: os computadores pessoais (PCs), os minicomputadores, os supermini, os computadores de grande porte (mainframes) e os supercomputadores. A tabela a seguir dá um exemplo das máquinas comerciais que se enquadram nesses grupos e as suas aplicações típicas.

2 A grande maioria dos computadores existentes atualmente segue um modelo proposto pelo matemático americano Von Neumann, por volta de Nesse modelo, um elemento processador segue as instruções armazenadas em uma memória de programas, para ler canais de entrada, enviar comandos sobre canais de saída e alterar as informações contidas em uma memória de dados. Esse modelo inicial evoluiu para uma estrutura em barramento, que é a base dos computadores modernos. Nessa estrutura, as memórias de dados e de programa são fundidas em uma memória única, e as comunicações entre elementos são efetuadas por meio de uma via comum de alta velocidade. História e geração dos computadores A história dos computadores começou no momento em que o homem sentiu a necessidade de efetuar cálculos complexos de maneira automática. Precursores (geração zero) O primeiro elemento com que o homem contou para fazer seus cálculos foi o conjunto de dedos de suas mãos, daí veio a palavra digital, vindo de dígito, que significa dedo. Com a evolução da humanidade, fez-se necessárias novas invenções para auxiliar os cálculos: A primeira calculadora de que se tem notícias é o ábaco, de origem chinesa, do século V a.c., capaz de efetuar operações algébricas elementares. Anteriormente à década de 1940 já existiam calculadoras mecânicas, dentre elas, pode-se destacar: a calculadora de Charles Babbage. Uma das primeiras máquinas de processar dados data de 1880, quando Hermann Hollerith, funcionário do United States Census Bureau, inventou uma máquina para realizar as operações de

3 recenseamento da população. A máquina "lia" cartões perfurados em código BCD (Binary Coded Decimal) e efetuava contagens da informação referente à perfuração respectiva. O sistema foi patenteado em As máquinas de Hollerit foram utilizadas no censo de 1890 nos EUA. O tempo gasto nesse recenseamento foi 1/3 do tempo normal. Em 1896, Hollerit fundou a Tabulating Machine Company, que construía as tabuladoras e outros dispositivos por ele inventados. Com o crescimento da empresa, ela passou a chamar-se em 1911 Computing Tabulating and Recording Company, e em 1924 passou a ostentar o nome que tem atualmente, IBM International Business Machines Corporation. As máquinas de primeira geração ( ) Foi na década de 1940 que surgiram as primeiras válvulas eletrônicas. O Exército americano necessitava de um equipamento para efetuar cálculos de balística, foi quando se iniciaram os estudos para esse fim. Cada válvula era capaz de representar um bit de informação (somente aceitava dois estados, ligada ou desligada). Os bytes eram compostos por oito válvulas. Como não se tinha muita confiança nos resultados, por causa da constante queima de válvulas, cada cálculo era efetuado por três circuitos diferentes, e os resultados comparados. Se dois deles coincidissem, aquele era considerado o resultado certo. Portanto, por exemplo, para 2 KB de memória, seriam necessárias válvulas, e para três circuitos x 3 = válvulas. Os computadores eram verdadeiros monstros eletrônicos que ocupavam muito espaço e consumiam muita energia. O ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer), construído em 1948, tinha válvulas e consumia cerca de 200 quilowatts, um absurdo para a época.

4 Computadores de segunda geração ( ) Foi em 1947 que surgiu o primeiro transistor, produzido pela Bell Telephone Laboratories. Essa descoberta revolucionou a eletrônica, e os circuitos passaram a consumir muitíssimo menos energia, a ocupar menos espaço, isso a um custo bem satisfatório. Os transistores eram e são muito mais confiáveis que as válvulas. São feitos de cristal de silício, o elemento mais abundante na Terra. Em 1954, a Texas Instruments iniciou a produção comercial de transistores. Da mesma forma, os transistores, nos circuitos digitais, foram utilizados para representar os dois estados: ligado/desligado, ou seja, zero/um. Nos anos 1960 e 70, por causa do emprego do transistor nos circuitos, se deu a explosão, o boom do uso de computadores. Eles ocupavam menos espaço e tinham um custo satisfatório. Em 1968, chegou o primeiro computador da Unicamp, um IBM 1130, com 16 KB de memória e um disco de 1 MB. Foi um acontecimento, ele trabalhava com cartões perfurados. Rodava programas em ASSEMBLER, Fortran e PL1. Para dar partida, se utilizava console e cartões perfurados especialmente codificados, denominados?cold start?, funções executadas hoje pela ROM e o BIOS. Computadores de terceira geração ( ) Nos anos 1960, iniciou-se o encapsulamento de mais de um transistor num mesmo receptáculo. Surgiu assim o Circuito Integrado CI. Os primeiros contavam com cerca de 8 a 10 transistores por cápsula (chip).

5 Computadores de quarta geração ( ?) Durante a década de 1970, com a tecnologia da alta escala de integração LSI Large Scale of Integration), pôde-se combinar até 65 mil componentes em uma só pastilha de silício (chip). Nos anos 1980, com o grande desenvolvimento da tecnologia de circuitos integrados, o número de transistores podendo ser integrados numa pastilha de silício atingiu a faixa dos milhares e, logo em seguida, dos milhões. Foi assim que surgiram os novos computadores, ainda menores, mais velozes e mais poderosos que aqueles da geração anterior. Na segunda metade da década de 1990, houve a passagem da LSI para a VLSI (Very Large Scale of Integration muito alta escala de integração). As máquinas de todas as gerações têm como característica comum a existência de uma única CPU para executar o processamento. Porém, mais recentemente, já existem computadores funcionando com mais de uma CPU. Desde o início da década de 1980, os preços haviam caído de tal maneira que já começava a ser possível a uma pessoa ter o seu próprio computador começava então a era da informática pessoal. Os computadores pessoais passaram então a ser utilizados de uma maneira relativamente distinta da dos grandes computadores de então. No início dessa geração nasceu a Intel, que começou a desenvolver o primeiro microprocessador, o Intel 4004 de 4 bits, um circuito integrado com 2250 transistores, equivalente ao ENIAC. O 4004 foi seguido pelo Intel 8008 de 8 bits e, mais tarde, pelo Intel O primeiro microcomputador da história foi o Altair 8800, que usava o chip Intel 8088 e tornou-se padrão mundial da época para os microcomputadores de uso pessoal, abrindo uma nova era na história da informática. Stephen Wozniak e Steve Jobs formaram em 1976 uma pequena empresa, a Apple, onde construíram, numa garagem de fundo de quintal, o Apple I. Um ano depois, com um novo e melhor projeto, surgiu o Apple II, primeiro microcomputador com grande sucesso comercial e, mais tarde, o Apple III. Em 1983, entrou no mercado o Lisa e, em 1984, o Macintosh, com tecnologia de 32 bits. Em 1981, a IBM entrou no mercado de micros, introduzindo o PC, um microcomputador com tecnologia de 16 bits (Intel 8088) que em pouco tempo se tornou um padrão. Os principais modelos de PC são:

6 PC PX-XT PC-XT 286 PC-AT PC-386 PC Em 1993, chegou ao mercado o Pentium, cuja versão Pentium III possui cerca de nove milhões de transistores. O Pentium trouxe um novo fôlego às chamadas estações de trabalho (microcomputadores poderosos usados em tarefas pesadas, como computação gráfica e aplicações científicas). Uma das novidades dele é que possibilita a simulação de dois processadores, ou seja, um princípio de paralelização antes possível apenas em supercomputadores e que agora está ao alcance dos usuários de microcomputadores. Computadores de quinta geração (década de 1990) A evolução das aplicações de multimídia, envolvendo gráficos, imagens e sons, tornou uma necessidade a implementação de instruções que facilitassem sua execução. Assim, a Intel adicionou ao Pentium 57 novas instruções voltadas para esse tipo de processamento, que são as chamadas instruções MMX, ou seja, Multimedia Extentions. São instruções que englobam várias instruções comuns, e são executadas por hardware, facilitando aos produtores de software a criação de seus programas já se valendo dessas novas instruções. Tais instruções propiciam um bom ganho em velocidade de processamento. O P55C apresenta uma cache interna de 32 kb, o dobro das dos Pentiums P54C. Isso pode se traduzir por uma melhoria de performance da ordem de 10% nos processamentos ditos normais, não envolvendo as funções MMX. Engloba o poder de processamento de 32 bits do Pentium PRO, uma melhor performance nos programas de 16 bits e as facilidades do Pentium MMX, operando com clock interno de 266 MHz e até 300 MHz. Seu encapsulamento ocorre com uma cache externa ou cache 2, que, contígua ao processador, facilita o gerenciamento da memória e melhora seu desempenho.

7 Semelhante ao Pentium II, é uma opção mais barata, também operando com um clock externo de 66 MHz e um clock interno de 300 MHz, porém sem a cache 2 e as vantagens advindas dela. Referências MACHADO, Francis B.; MAIA, Luiz P. Arquitetura de sistemas operacionais. 4. ed. Rio de Janeiro: LTC, STALLINGS, Willian. Arquitetura e organização de computadores. 5. ed. Prentice Hall. São Paulo, TANENBAUM. Andrew S. Organização estruturada de computadores. 5. ed. Rio de Janeiro: LTC, WEBER, Raul Fernando. Arquitetura de computadores pessoais. 2. ed. Porto Alegre: Sagra Luzzatto, Fundamentos de arquitetura de computadores. 3. ed. Porto Alegre: Sagra Luzzatto, 2004.