O Computador - Introdução

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1 Arquitectura de Computadores II Engenharia Informática (11545) Tecnologias e Sistemas de Informação (6621) O Computador - Introdução Fonte: Arquitectura de Computadores, José Delgado, IST, 2004 Nuno Pombo / Paulo Fazendeiro Arquitectura Computadores II 2014/2015 1

2 MOTIVAÇÃO Nuno Pombo / Paulo Fazendeiro Arquitectura Computadores II 2014/2015 2

3 O computador é um dos maiores feitos do Homem. Tornou áreas de trabalho obsoletas, criou outras, tornou possível coisas impossíveis. Mais do que a própria televisão, o computador é a caixa que mudou o mundo. Com a televisão de alta definição e melhoria das comunicações, a televisão, os telemóveis e o computador estão em rota de colisão, juntando as capacidades de: distribuição de informação multimédia; interacção global (internet, TV interactiva); processamento local de informação. Nuno Pombo / Paulo Fazendeiro Arquitectura Computadores II 2014/2015 3

4 Um computador não tem nada de mágico nem sequer é um sistema inteligente (mas é fiável, determinístico e muito rápido). Tem de ser exaustivamente programado pelo utilizador, que tem de prever todas as situações. A inteligência aparente do computador é apenas a inteligência do programador. Nuno Pombo / Paulo Fazendeiro Arquitectura Computadores II 2014/2015 4

5 O meu computador é estúpido que nem uma porta. Só faz o que eu lhe mando, não faz o que eu quero! Um computador é como um rato num labirinto, seguindo cegamente setas que indicam por onde ir (instruções do programador). Não tem visão de conjunto nem sabe o que está a fazer! Nuno Pombo / Paulo Fazendeiro Arquitectura Computadores II 2014/2015 5

6 Antes dos computadores, (quase) tudo era manual (mão-de-obra intensiva). Motivação: Automatização (tarefas repetitivas sem se cansar); Capacidade (de memória, de processamento); Rapidez (milhões de vezes mais rápido); Fiabilidade (o erro humano é muito frequente); Custo (o computador não recebe ordenado ). Nuno Pombo / Paulo Fazendeiro Arquitectura Computadores II 2014/2015 6

7 DO ÁBACO AO COMPUTADOR PESSOAL Nuno Pombo / Paulo Fazendeiro Arquitectura Computadores II 2014/2015 7

8 Ábaco: Inventado no médio oriente, Mesopotâmia, 3000 a.c.; Primeiro dispositivo manual de cálculo; Servia para representar números no sistema decimal e realizar operações aritméticas. Nuno Pombo / Paulo Fazendeiro Arquitectura Computadores II 2014/2015 8

9 Tábua de Logarítmos de Napier: Inventada, em 1614, pelo escocês Jonh Napier; Calculava logarítmos usando tábuas/réguas para auxiliarem no cálculo de divisões e multiplicações. Nuno Pombo / Paulo Fazendeiro Arquitectura Computadores II 2014/2015 9

10 Pascaline ou Máquina de Somar: Inventada no século XVII, pelo francês Blaise Pascal; Primeira calculadora mecânica capaz de fazer somas e subtrações; Primeiro e vai um automático; Funcionamento baseado em engrenagens. Nuno Pombo / Paulo Fazendeiro Arquitectura Computadores II 2014/

11 Calculadora Mecânica: Criada no século XVII, pelo alemão Gottfried Leibnitz; Aperfeiçoou a Pascaline; Efetuava multiplicações através de somas consecutivas; Pouco divulgada. Nuno Pombo / Paulo Fazendeiro Arquitectura Computadores II 2014/

12 Tear Programável: Criada no inicio do século XIX, por Joseph Jacquard; Cartões perfurados para controlavam a confecção e o desenho nos tecidos; Primeira máquina mecânica programável. Nuno Pombo / Paulo Fazendeiro Arquitectura Computadores II 2014/

13 Arithmometer: Projetada e construída em 1820, por Charles Thomas; Primeira máquina que realizava as quatro operações aritméticas básicas (adição, subtracção, multiplicação e divisão). Nuno Pombo / Paulo Fazendeiro Arquitectura Computadores II 2014/

14 Calculador Analítico ou Máquina Diferencial: Criado em 1833 pelo inglês Charles Babbage; Considerado o pai da Informática; Dispunha de programa, memória, unidade de controle e periféricos de saída. Nuno Pombo / Paulo Fazendeiro Arquitectura Computadores II 2014/

15 Primeira aplicação: Recenseamento em 1890 nos Estados Unidos; Hollerith Tabulating Company; Deu origem à IBM em Nuno Pombo / Paulo Fazendeiro Arquitectura Computadores II 2014/

16 Utilizada no recenseamento demográfico dos E.U.A.; Acumulava e classificava informações; Utilizava cartões perfurados. Nuno Pombo / Paulo Fazendeiro Arquitectura Computadores II 2014/

17 Calculadora Mecânica: Em 1890, William S. Burroughs, iniciou a produção de uma máquina de calcular mecânica que imprimia as parcelas e os resultados. Era comercializada pela empresa que em 1986 receberia o nome de UNISYS. Nuno Pombo / Paulo Fazendeiro Arquitectura Computadores II 2014/

18 Válvula: Inventada em 1905 por Lee de Forest; Componente fundamental dos computadores de 1ª Geração. Nuno Pombo / Paulo Fazendeiro Arquitectura Computadores II 2014/

19 Em 1911 é fundada a IBM (International Business Machines Corporation). Nuno Pombo / Paulo Fazendeiro Arquitectura Computadores II 2014/

20 Harvard Mark I: Desenvolvido entre 1937 e 1944; Usado no cálculo de tabelas matemáticas e navegação; Objectivo semelhante à máquina de Babbage; 3 segundos para uma multiplicação de 10 dígitos. Nuno Pombo / Paulo Fazendeiro Arquitectura Computadores II 2014/

21 Harvard Mark II: 1945; Testes no Harvard Mark II; Descobriram que um relé não fazia contacto devido a uma traça; Este bug era real Nuno Pombo / Paulo Fazendeiro Arquitectura Computadores II 2014/

22 ENIAC: 1946; válvulas electrónicas; 30 toneladas; Sala com 30 metros; Cada registo: 60 cm; 1000 vezes mais rápido que o Mark I (3 ms para uma mulplicação de 10 dígitos). Nuno Pombo / Paulo Fazendeiro Arquitectura Computadores II 2014/

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24 Transistor: Criado em 1947 na Universidade de Stanford (EUA); Usado comercialmente apenas no final da década de 50; Componente fundamental dos computadores de 2ª Geração; Permitiu a substituição das válvulas; Menor consumo; Maior integração. Nuno Pombo / Paulo Fazendeiro Arquitectura Computadores II 2014/

25 UNIVAC: Criado em 1949 por Mauchly Computer Corporation; Primeiro computador eletrónico disponível comercialmente; Nuno Pombo / Paulo Fazendeiro Arquitectura Computadores II 2014/

26 UNIVAC: Nuno Pombo / Paulo Fazendeiro Arquitectura Computadores II 2014/

27 Circuitos Integrados: Desenvolvidos em meados dos anos 60; Componente dos computadores de 3ª Geração; Agrupamento de componentes eletrónicos sobre um chip de silício (o silicio é o principal componente do vidro, cerâmica, ); Inicio da era do down-sizing. Nuno Pombo / Paulo Fazendeiro Arquitectura Computadores II 2014/

28 Circuitos Integrados Nuno Pombo / Paulo Fazendeiro Arquitectura Computadores II 2014/

29 Circuitos Integrados Escalas de Integração SSI (Small Scale Integration): Integração em pequena escala: são os CI com menos componentes. Podem conter até 30 dispositivos por pastilha (chip); MSI (Medium Scale Integration): Integração em média escala: corresponde aos CI com várias centenas de componentes, podendo possuir de 30 a 1000 dispositivos por pastilha (estes circuitos incluem descodificadores, contadores, etc.); Nuno Pombo / Paulo Fazendeiro Arquitectura Computadores II 2014/

30 Circuitos Integrados Escalas de Integração LSI (Large Scale Integration): Integração em grande escala: contém milhares de componentes podendo possuir de 1000 até dispositivos por pastilha (estes circuitos normalmente efectuam funções lógicas complexas, tais como toda a parte aritmética duma calculadora, um relógio digital, etc.). [1969]; VLSI (Very Large Scale Integration): Integração em muito larga escala: é o grupo de CI com um número de componentes compreendido entre e 10 milhões de dispositivos por pastilha (são utilizados na implementação de microprocessadores). [1975] Nuno Pombo / Paulo Fazendeiro Arquitectura Computadores II 2014/

31 Circuitos Integrados Escalas de Integração ULSI (Ultra Large Scale Integration): Integração em escala ultra larga: É o grupo de CI com mais de 10 milhões de dispositivos por pastilha. [1990, ex:pentium (Intel)] Nos computadores actuais, quase todos os chips usados são do tipo LSI, VLSI ou ULSI. Os chips SSI e MSI são ainda usados em pequenas quantidades, normalmente para auxiliar os chips LSI e VLSI. Nuno Pombo / Paulo Fazendeiro Arquitectura Computadores II 2014/

32 Intel: Fundada em 1971, (com colaboradores da Motorola e Texas Instruments); 4004; Microprocessador 4 bits; 108 Khertz; 2300 transistores. Nuno Pombo / Paulo Fazendeiro Arquitectura Computadores II 2014/

33 Altair 8800: Criado em 1975; Primeiro computador pessoal portátil, produzido para comercialização massificada. Nuno Pombo / Paulo Fazendeiro Arquitectura Computadores II 2014/

34 Microsoft: Fundada em 1975, por Bill Gates e Paul Allen; O primeiro trabalho desenvolvido, foi a criação de um interpretador; da linguagem de progranação Basic, para o computador Altair Nuno Pombo / Paulo Fazendeiro Arquitectura Computadores II 2014/

35 Apple: Em 1976 Steve Jobs e Steve Wozniak (fundadores da Apple Corp.), lançam o Apple I; O Apple II, lançado em 1979, foi o primeiro microcomputador pessoal a ter sucesso comercial. Nuno Pombo / Paulo Fazendeiro Arquitectura Computadores II 2014/

36 8086: Criado em 1978 Microprocessador 16 bits; 5 Mhertz; transistores; Primeiro microprocessador a sério. Nuno Pombo / Paulo Fazendeiro Arquitectura Computadores II 2014/

37 IBM PC: Criado em 1981, o conceito do computador pessoal (Personal Computer-PC); O PC foi declarado o man of the year de 1982 pela revista Time Magazine; Nuno Pombo / Paulo Fazendeiro Arquitectura Computadores II 2014/

38 ZX80: Lançado pela Sinclair em 1980; Antecessor do ZX Spectrum; Enorme sucesso comercial. Nuno Pombo / Paulo Fazendeiro Arquitectura Computadores II 2014/

39 No futuro, os computadores não pesarão mais do que 1,5 tonelada. *Popular Mechanics, prevendo a evolução da ciência, Viajei por todos os lados neste país (EUA) e posso assegurar-lhes que processamento de dados é uma ilusão que não perdura até o fim do ano. *O editor de livros técnicos da Prentice Hall, Acho que deve existir um mercado mundial para, talvez, cinco computadores. *Thomas Watson, administrador da IBM, Nuno Pombo / Paulo Fazendeiro Arquitectura Computadores II 2014/

40 O COMPUTADOR Nuno Pombo / Paulo Fazendeiro Arquitectura Computadores II 2014/

41 Que problemas pode um computador resolver? O processamento a ser feito é o mesmo, seja por uma pessoa, seja por um computador. O que um computador faz é simular o trabalho de uma ou mais pessoas. Essa simulação é simplificada (um computador não precisa dos truques organizacionais das pessoas). Informação de entrada Processamentoo Informação de saída Nuno Pombo / Paulo Fazendeiro Arquitectura Computadores II 2014/

42 Qualquer processamento pressupõe um algoritmo (conjunto de passos elementares para se atingir um dado objectivo); O mesmo processamento pode ser implementado por algoritmos diferentes. Exemplo: cálculo do perímetro de um rectângulo: Algoritmo 1: Somar os lados todos; Algoritmo 2: Somar um lado com outro diferente e depois multiplicar a soma por dois. Pessoas e computadores podem usar algoritmos diferentes para resolver o mesmo problema porque têm capacidades específicas diferentes. Nuno Pombo / Paulo Fazendeiro Arquitectura Computadores II 2014/

43 Qualquer processamento pressupõe um algoritmo (conjunto de passos elementares para se atingir um dado objectivo); O mesmo processamento pode ser implementado por algoritmos diferentes. Exemplo: cálculo do perímetro de um rectângulo: Algoritmo 1: Somar os lados todos; Algoritmo 2: Somar um lado com outro diferente e depois multiplicar a soma por dois. Pessoas e computadores podem usar algoritmos diferentes para resolver o mesmo problema porque têm capacidades específicas diferentes. Nuno Pombo / Paulo Fazendeiro Arquitectura Computadores II 2014/

44 Processador Memória de programa Interface com o mundo Memória de dados Nuno Pombo / Paulo Fazendeiro Arquitectura Computadores II 2014/

45 1. Lê uma instrução da memória de programa; 2. Interpreta a instrução (vê que operação é preciso fazer); 3. Lê operandos da memória de dados; 4. Executa a operação; 5. Armazena o resultado na memória de dados; 6. A memória de dados pode ser substituída pela interface com o mundo exterior nos passos 3 ou 5 ou em ambos; 7. Volta ao passo 1 onde irá ler a instrução seguinte na memória de programa. Nuno Pombo / Paulo Fazendeiro Arquitectura Computadores II 2014/

46 Arquitectura de Vom Newmann (1947) Formulado, em 1947, por John Von Newmann, com base em seus estudos feitos sobre o ENIAC; Definiu o esquema básico de funcionamento dos computadores. Nuno Pombo / Paulo Fazendeiro Arquitectura Computadores II 2014/

47 Arquitectura de Vom Newmann (1947) Nuno Pombo / Paulo Fazendeiro Arquitectura Computadores II 2014/

48 UNIDADE DE ENTRADA PROCESSADOR UNIDADE DE SAÍDA MEMÓRIA Nuno Pombo / Paulo Fazendeiro Arquitectura Computadores II 2014/

49 UNIDADE DE ENTRADA PROCESSADOR UNIDADE DE SAÍDA MEMÓRIA Nuno Pombo / Paulo Fazendeiro Arquitectura Computadores II 2014/

50 Os computadores substituiram as pessoas nas tarefas mais repetitivas e de mais baixo nível. Os computadores não entendem as pessoas directamente. Têm de ser programados por meio de um algoritmo, uma linguagem de programação e um compilador. O modelo de computador adoptado é o de von Neumann (processador, memória, periféricos). O sistema operativo é fundamental. A evolução dos computadores tem sido rápida e profunda. Nuno Pombo / Paulo Fazendeiro Arquitectura Computadores II 2014/