Fundamentos de Hardware

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1 Fundamentos de Hardware Qual a lógica que está por detrás dos números árabes? O número de ÂNGULOS!!! O número um tem um ângulo. O número dois tem dois ângulos.... O número zero não tem ângulos. Dedos das mãos usados para representar quantidades. Digitus do Latim, dedos. Pastores empilhavam pedras para controle do número n de cabeças as do rebanho. Uma pedra correspondia a uma ovelha. Calculus: do latim, pedra Primeiro sistema científico para contar e acumular grandes quantias: mercadores (Mesopotâmia, cerca de anos) Técnica utilizada: Abertura de um sulco na areia e inserção de sementes secas (ou contas) até chegar a dez Abertura de um novo sulco, inserção de uma única conta equivalente a 10 e esvaziamento do primeiro sulco Repetição da operação até o final da contagem A história do computador, ao contrário do que muitos podem imaginar, tem seu início há muito tempo atrás, desde quando o homem descobriu que somente com os dedos, ou com pedras e gravetos, não dava mais para fazer cálculos... Origem da palavra Contar 1

2 História da Informática Ábaco (Primeiro dispositivo manual de cálculo) Maquinas capazes de efetuar cálculos. Essas máquinas eram tetra-tetra-tetra avós dos computadores modernos e eram chamadas de calculadoras. Eram na verdade réguas de calcular, também chamadas de ábacos. Eram muito usadas pelos árabes e chineses. O ábaco é um antigo instrumento de cálculo, formado por uma moldura com bastões ou arames paralelos, cada um representa uma posição digital (unidades, dezenas,...) e nos quais estão os elementos de contagem (fichas, bolas, contas,...) que podem fazer-se deslizar livremente. Teve origem provavelmente na Mesopotâmia, há mais de anos. Ele é utilizado ainda hoje para ensinar às crianças as operações de somar e subtrair. um aparelho muito simples formado por uma placa de argila onde se escreviam algarismos que auxiliavam nos cálculos. Cerca de 200 a.c., o Ábaco era constituído por uma moldura retangular de madeira com varetas paralelas e pedras deslizantes. ÁBACO (latim) tábua de argila palavra de origem Fenícia. Ábaco ( 3500 a.c.) Bastões de Napier criados como auxílio à multiplicação. Os bastões de Napier eram um conjunto de 9 bastões, um para cada dígito, que transformavam a multiplicação de dois números numa soma das tabuadas de cada dígito. Matemático John Napier, inventor dos logaritmos (1614). player_embedded Histórico Bastões de Napier ( ) Em 1617 um matemático escocês chamado John Napier inventou um dispositivo chamado Ossos de Napier. Tratavase de uma série de bastões que combinados permitiam um cálculo automático de multiplicação e divisão. Exemplo de operação : 3768 x 4 Alinham-se os bastões "3", "7", "6" e "8" ao lado do bastão base e faz a leitura na linha correspondente ao número 4 do bastão base, somando-se os números na diagonal, da direita para esquerda. O último número da resposta é o 2 (sozinho) 2 Depois, o penúltimo (3+4) 7 Depois (2+8) 0 Depois (2+2) +1 que veio do 10 5 Depois, o primeiro (sozinho) 1 A resposta da multiplicação é

3 Réguas de Cálculo Simulação da multiplicação de 9 por 384 com Bastões de Napier x = Sua criação foi feita pelo padre inglês William Oughtred, em 1638, basendo-se na tábua de logaritmos É tida como um computador mecânico analógico que permite a realização de cálculos por meio de guias graduadas deslizantes. Apesar da semelhança com uma régua a régua de cálculos é um dispositivo que não tem nada a ver com medição de pequenas distâncias ou traçagem de retas. A régua de cálculo é o pai das calculadoras eletrônicas modernas (até mesmo porque os engenheiros que criaram as calculadoras eletrônicas provavelmente fizeram isso usando réguas de cálculo), Juntamente com as calculadoras mecânicas foram utilizadas até 1970 quando surgiram as calculadoras eletrônicas Pascaline ou Máquina Aritmética de Pascal (Blaise Pascal) : -> 1ª máquina automática de calcular (soma e subtração) que simulava o funcionamento do ábaco. Máquina com 6 rodas dentadas, cada uma contendo algarismos de 0 a 9 Ex: a multiplicação, e.g. de 26 por 16 era feita somando-se 16 vezes o número 26. A 1ª máquina calculadora foi construída por Pascal para ajudar o pai nos cálculos da sua repartição de impostos (este sistema é aplicado nos conta-quilómetros dos automóveis actuais). Nos dias de hoje temos os computadores Máquina de Leibnitz Primeira máquina de multiplicação e divisão: Máquina de Leibnitz (filósofo e matemático Gottfried Wilhelm Alemanha, 1671) (execução das operações através de somas e subtrações sucessivas) Revolução Francesa (1790): necessidade de comunicação rápida, fiável e cifrável. Experimentos dos irmãos Claude e Ignace Chappe (França, ): telégrafo síncrono Construção de postos de transmissão via sinalização óptica entre Lille e Paris ( percurso" de 230 Km em 2 minutos) sistema de torres encimadas por um dispositivo de madeira manejado por roldanas (como nas imagens abaixo), que fossem construídas em locais elevados e a distâncias que estivessem ao alcance visual de outras duas para que, encadeadas de uma origem até um destino, e através de posições distintas, se pudessem enviar mensagens à distância em períodos de tempo que seriam, para aquela época, estonteantes. 15 torres (estações) espalhadas ao longo dos 230 km que separam Paris de Lille. 3

4 Telégrafo de Chappe e mapa de postos do sistema Paris-Lille Sistema para comando automático de operações repetitivas e seqüenciais em teares: cartões metálicos perfurados (mecânico de teares Joseph Marie Jacquard França, 1802) Invenção de uma máquina para cálculos complexos por usuários pouco experientes: aritmômetro (banqueiro Charles-Xavier Thomas de Colmar França, 1818) Aritmômetro - baseado nas Máquina de Pascal e de Leibnitz, podia efetuar as 4 operações aritméticas: adição, subtração, multiplicação e divisão. Aplicação dos cartões de Jacquard ao cálculo de funções trigonométricas e logaritmos: concepção da máquina diferencial (matemático Charles Babbage - Inglaterra, 1882) Aritmômetro de Thomas A máquina diferencial não foi construída: Babbage não dispunha de recursos, nem encontrou investidores dispostos a financiá-la Os projetos e idéias de Babbage serviriam de base para outros projetos no futuro da computação Precursora dos computadores digitais atuais: concepção da máquina analítica (Charles Babbage Inglaterra, 1834) Máquina analítica - concepção mecânica (a vapor) destinada a cálculos matemáticos, tinha memória para 1000 números de 50 dígitos e somava dois números em 1 s Em 1991, o Science Museum de Londres desenvolveu o Engenho Diferencial utilizando os planos de Babbage e funcionou perfeitamente. Instruções dadas via cartões perfurados (inspiração no tear de Jacquard) 4

5 Máquina analítica Antevisão de etapas que servem de base do funcionamento de um computador Alimentação de dados, via cartões perfurados Armazenamento e reuso de números, em uma unidade de memória Concepção dos fundamentos lógicos para a criação de programas: lógica matemática/ álgebra booleana (matemático George Boole, Inglaterra, 1854) Estabelecimento de uma forma de armazenamento e processamento de dados utilizando relações binárias: As leis do pensamento (matemático George Boole, Inglaterra, 1854) Programação seqüencial de operações, procedimento atualmente denominado sistema operacional As máquinas de Babbage nunca foram construídas no seu tempo As máquinas de Babbage nunca foram construídas no seu tempo Tabuladora Hollerith Integração da idéia dos cartões de Jacquard e do conceito de impulsos elétricos para a transmissão de dados (conversão de dados em impulsos magnéticos nos cartões perfurados): máquina elétrica de tabulação (engenheiro estatístico Herman Hollerith EUA, 1890) Sistema elétrico de tabulação Sistema reconhecido no recenseamento americano de eliminação do trabalho braçal de tabulação do enorme volume de dados coletados A máquina de Hollerith era tão veloz que mesmo com a população em cerca de 13 milhões de pessoas os resultados ficaram prontos em um tempo muito menor que havia levado o censo anterior, gerando enorme economia (redução de 8 para 2,5 anos) O sucesso Hollerith ganhou premios, elogios e um doutorado na Universidade de Colúmbia pela sua invenção. Instalou também a Companhia de Máquinas Tabuladoras para vender sua invenção às companhias de estradas de ferro, órgãos do governo e até mesmo à Rússia czarista, que havia decidido se modernizar em matéria de censo. A companhia de Hollerith tornou-se de imediato, e permanentemente, bem-sucedida; ao longo dos anos, passou por várias fusões e mudanças de nome. A última dessas mudanças ocorreu em 1924, cinco anos antes da morte de Herman Hollerith, e o nome por ele criado foi International Business Machines Corporation, ou IBM. 5

6 Próximos passos Desde então, o computador sempre foi um aperfeiçoamento constante de idéias. Tentativas de substituição das partes mecânicas dos computadores por partes elétricas Exercícios 1. A que fatos, esta relacionada a origem da palavra: a) calculo b) contar c) digito 2. O que foi o ábaco 3. Para que serviam os Bastoes de Napier 4. Qual o nome da máquina que foi construída em 1642 e simulava o funcionamento do ábaco? Quem foi seu inventor? 5. O que foi o Telégrafo de Chappe. 6. Porque a máquina diferencial de Babbage não foi construída? 7. Qual a relação de Hollerith com a IBM Calculadoras mecânicas e elétricas Assim, no início do século 20 já eram comuns as calculadoras mecânicas e elétricas. As calculadoras elétricas eram baseadas em um pequeno dispositivo elétrico, chamado de relé que tinha aproximadamente o tamanho de uma caixa de fósforos, (bem maiores que os relés modernos, como os da figura abaixo) e as Calculadoras daquela época eram muito grandes, pois para construí-las eram necessários centenas de relés. Os Tipos de calculadora até 1930 resumiam-se em: Mecânicas: Lentas, apresentavam muitos defeitos Elétricas: Um pouco mais rápidas, e apresentavam defeitos, mas menos que as mecânicas. Anos 30 As válvulas eletrônicas Foram muito usadas em rádios (antigos rádios possuíam mais ou menos uma dúzia de válvulas eletrônicas.) As válvulas funcionavam como relés mais sofisticados e eram muito mais rápidas que os relés tinham o inconveniente de durarem pouco tempo pois após cerca de 1000 horas de uso, as válvulas queimavam, assim como ocorre com as lâmpadas. Se enormes rádios antigos tinham uma dúzia de válvulas, imagine o tamanho que deveria ter um computador eletrônico, com milhares de válvulas. Nos anos 30 e 40 foram construídos vários computadores, ainda experimentais, utilizando as válvulas. eram caríssimos e usados para aplicações militares como por exemplo cálculos da balística para lançamentos de projéteis. Cada modelo era normalmente um filho único da sua categoria. Eram grandes geringonças eletrônicas. Alguns eram tão grandes que mediam do tamanho de um ginásio de esportes. 6

7 História da Informática Dentro da equipe de pessoas que trabalhavam com esses computadores, havia sempre um sujeito que carregava um carrinho cheio de válvulas e passava o dia inteiro procurando e trocando válvulas queimadas. até o início dos anos 50 os computadores eram chamados de calculadoras. Um dos famosos computadores da época era chamado de ENIAC (Electronic Numeric Integrator and Calculator). História da Informática primeiro computador digital eletrônico de grande escala. Criado em fevereiro de 1946 (John Eckert, John Mauchly e Von Newmann, da Electronic Control Company). O ENIAC começou a ser desenvolvido em 1943 durante a II Guerra Mundial para computar trajetórias táticas que exigissem conhecimento substancial em matemática, mas só se tornou operacional após o final da guerra. Foto que mostra uma parte do computador ENIAC (Electronic Numeric Integrator and Calculator). O computador pesava 30 toneladas e ocupava 180 m² de área construída. Foi construído sobre estruturas metálicas e contava com 70 mil resistores e entre e válvulas a vácuo ocupando a área de um ginásio desportivo. Segundo Tom Forester, quando acionado pela primeira vez, o ENIAC consumiu tanta energia que as luzes de Filadélfia piscaram. Colossus História da informática Computadores transistorizados Colossus foi um computador inglês projetado em Bletchley Park durante a Segunda Guerra Mundial pela equipe liderada por Alan Turing. Seu principal objetivo era fazer a criptoanálise de códigos ultrasecretos utilizados pelos nazistas, criados com a máquina Lorenz SZ 40/42. Criptoanálise é o ramo da criptologia que estuda formas de descodificar ou decifrar uma mensagem sem conhecer a chave secreta. Uma grande melhoria em todos os aparelhos eletrônicos ocorreu após a invenção do transistor. Pequenos componentes que serviam para substituir as válvulas, mas com muitas vantagens. Portanto: muito menores, consumiam menos corrente elétrica duravam muitos anos. construção de computadores de menor tamanho, mais rápidos, mais confiáveis e mais baratos. Já no final dos anos 50, todos os computadores eram construídos com transistores. Circuitos integrados Em plena corrida espacial (americanos x sovieticos) a NASA (Agência Espacial Norte-Americana) gastou bilhões de dólares e contratou empresas fabricantes de transistores para que realizassem uma miniaturização ainda maior dos componentes com objetivo de utilizar computadores dentro de foguetes. Uma dessas empresas, virou uma líder mundial em microeletrônica, é a Texas Instruments. Foram então criados os primeiros circuitos integrados, também chamados de chips. Um circuito integrado é um pequeno componente eletrônico que possui em seu interior, centenas, ou até milhares de transistores. N a figura podemos ver a comparação de tamanhos entre uma válvula, um transistor e um chip dos mais rudimentares. Enquanto um transistor é equivalente a uma válvula e em um tamanho muito menor, um chip dos mais simples tem aproximadamente o mesmo tamanho que um transistor comum, mas em seu interior existem, na verdade, centenas de transistores. A alta integração Computador: quarta geração ( ) LSI - Large Scale of Integration (alta escala de integração) Very Large Scale of Integration (muito alta escala de integração) 7

8 Evolução Geração zero (até 1930) Máquinas mecânicas Primeira geração ( ) Relés e válvulas eletrônicas Segunda geração ( ) Transistores Terceira geração ( ) Circuito integrado Quarta geração ( ) alta escala de integração (LSI - Large Scale of Integration) muito alta escala de integração (VLSI - Very Large Scale of Integration) PC - Personal Computer PC significa Personal Computer, ou Computador pessoal. Os computadores que hoje são chamados de PCs são derivados do IBM PC, criado no início dos anos 80. Os PCs modernos não são mais exclusividade de um pequeno grupo de grandes fabricantes. Como todas as peças que formam um PC são encontradas com facilidade no comércio, qualquer pequena loja pode ser produtora de PCs. Muitos usuários também constroem seus próprios PCs, bastando que tenham conhecimento técnico para tal. 8