ARQUITETURA DE COMPUTADORES Profa. Rita Rodorigo PARTE 1 2010 1
1- Introdução Computador é uma máquina composta de partes eletrônicas e eletromecânicas, capaz de coletar, manipular, transformar dados sistematicamente e fornecer resultados para as mais diversas finalidades. Processamento de Dados é o nome que se dá a atividade básica de um sistema de computador. Dado é o nome que se dá à matéria prima que um computador necessita para exercer sua atividade de processamento. Informação contém um ou mais dados que possuem um significado para o mundo real. É da Informação que se extraem os dados e após seu processamento, geram novas informações para o mundo real. Software é o conjunto de programas que possuem as instruções que o computador deverá executar. É a parte lógica de um computador. Hardware é o conjunto de componentes eletrônicos e eletromecânicos que fazer parte de um computador. É a parte física de um computador. 1.2 História É comum encontrar uma divisão histórica da evolução dos computadores segundo o elemento básico de sua organização: Válvulas, transistores, circuito integrado, pastilhas de alta e muito alta integração. 1.2.1 - Época dos dispositivos mecânicos (5500 a.c 1880) Muitos povos da antiguidade utilizavam o ábaco para a realização de cálculos do diaa-dia, principalmente nas áreas de comercio de mercadorias e desenvolvimento de construções civis. Ele pode ser considerado como a primeira máquina desenvolvida 2
para cálculo, pois utilizava um sistema bastante simples, mas também muito eficiente na resolução de problemas matemáticos. É basicamente um conjunto de varetas de forma paralela, que contém pequenas bolas que realizam a contagem. Seu primeiro registro é datado no ano de 5500 a.c., pelos povos que constituíam a Mesopotâmia. Contudo, o ábaco também foi usado posteriormente por muitas outras culturas: Babilônia, Egito, Grécia, Roma, Índia, China, Japão, etc. Cada um destes povos possui uma versão de específica desta máquina, entretanto, preservando a sua essência original. Seu nome na Roma antiga era "Calculus", termo de onde a palavra cálculo foi derivada. 1.2.2 - Época dos dispositivos Eletromecânicos (1888-1930) Com a invenção do motor elétrico surgiu uma grande quantidade de máquinas de somar acionadas por motores elétricos, baseados no princípio de funcionamento da máquina de Pascal. No final do século XIX, nos Estados Unidos, o estatístico Herman Hollerith idealizou uma solução eficiente para o censo de 1890. Hollerith concebeu diversas máquinas elétricas para a soma e contagem de dados, os quais eram representados sob a forma de perfurações adequadamente distribuídas em fita de papel. Em 1896, Hollerith criou a Tabulating Machine Company e introduziu inovações em sua descoberta. Assim, a fita de papel foi substituída por cartões, que viriam a ser o elemento básico das máquinas IBM de processamento de dados de algumas décadas atrás. Já em 1911, duas outras companhias, a International Time Recording Co., de registradores mecânicos de tempo, e a Computing Scale Co. de instrumentos de aferição de peso, uniram-se a ela, por sugestão do negociante e banqueiro Charles R. Flint, formando-se então a Computing Tabulating Recording Co. - CTR. Três anos mais tarde, Thomas J. Watson assumiu a presidência da organização e estabeleceu normas de trabalho absolutamente inovadoras para a época. Em fevereiro de 1924 a CTR mudou seu nome para aquele que ocuparia um lugar de liderança dentro do processo tecnológico: INTERNATIONAL BUSINESS MACHINES. 1.2.4.1 - Primeira Geração: Computadores à válvula Em 1943 a Inglaterra constrói, com o auxilio de Alan Tuning, o Colossus 1. Esse equipamento eletrônico, à válvula, foi utilizado para decifrar códigos militares alemães. O Colossus trabalhava com símbolos perfurados numa argola de fita de papel, que era inserida na máquina de leitura fotoelétrica, comparando a mensagem cifrada com os códigos conhecidos até encontrar uma coincidência. Ele processava 25.000 caracteres por segundo. Em 1945, John Von Neumann delineia os elementos críticos de um sistema de computador. Ainda, em 1943, John Mauchly, professor de engenharia da Universidade da Pensilvânia junto com John Presper Eckert e seus alunos propuseram a construção de um computador para o Laboratório de Pesquisas do Exercito Americano BRL Já em 1946, surgiu o ENIAC - Eletronic Numerical Interpreter and Calculator. Possuía 17.000 válvulas e 8000 Km de cabos, pesava 30 toneladas. Consumia grande quantidade de energia e válvulas que queimava freqüentemente. Realizava 10.000 operações por segundo com 20 registradores que guardavam valor numérico de 10 3
dígitos. Era uma máquina decimal, não binária, cada dígito é representado por um anel de 10 válvulas. Programação feita através da recolocação dos fios. Funcionou até 1955. Em 1945 foi iniciada a construção do IAS (Von Neumann), que para os estudos de arquitetura de computadores, ele é fundamental. Era constituído de quatro unidades principais: a memória, a UCP, a UC e dispositivos de entrada e saída; - memória de 1.000 posições, chamadas de palavras, ou células, cada uma podendo armazenar 40 - dígitos binários (bits); - tantos dados como instruções eram representados na forma binária e armazenados na mesma memória; Resumindo, o IAS possuía características de arquitetura que permaneceram ao longo do tempo. As máquinas evoluíram consideravelmente em velocidade, capacidade de armazenamento, miniaturização, consumo de energia e calor, mas a arquitetura básica permaneceu. 1.2.4.2 - Segunda Geração: Computadores Transistorizados A eletrônica moderna surgiu em 23 de Dezembro de 1947. Os transistores se tornaram não só sucesso em toda a indústria eletrônica (custo, tamanho e desempenho melhores que os dispositivos a válvula), como também formaram a base de todos os computadores digitais. O fato de que se pode ligar e desligar a corrente elétrica em um dispositivo é a base de toda a lógica digital. A primeira companhia a lançar comercialmente um computador transistorizado foi a NCR. A IBM também teve grande participação transformou a série 700 em 7000. 1.2. 4. 3 Terceira Geração: Computadores com Circuitos Integrados Em Outubro de 1958, Jack Kilby, da Texas Instruments Co., colocou dois circuitos em uma só peça de germânio. O dispositivo resultante era rudimentar e a interconexão tinha que ser realizadas por fios externos, mas é reconhecido como o primeiro circuito integrado, CI, fabricado no mundo. Robert Noyce utilizou tecnologia para integrar vários circuitos em uma só partilha de silício. Em 1964, a IBM lançou a sua mais famosa família, a série 1360. 1.2.4.4 - Quarta Geração: Computadores que utilizam VLSI (Very Large Scale Integration) Integração em larga escala, caracteriza uma classe de dispositivos eletrônicos capazes de armazenar, em um único invólucro, milhares e milhares de componentes eletrônicos miniaturizados. 4
1.3 - Unidades de medidas da informação: Estas unidades são utilizadas, por exemplo, para medir a capacidade das unidades de armazenamento 1 byte = 8 bits 1 kilobyte (KB) = 1.024 bytes 1 megabyte ( MB) = 1.024 kilobytes 1 gigabyte (GB) = 1.024 megabytes 1 terabyte (TB) = 1.024 gigabytes 1 petabyte (PB) = 1.024 terabytes 1 exabyte (EB) = 1.024 petabyte Se reduzirmos estes valores à unidade byte obtemos os seguintes valores 1 byte = 8 bits 1 kilobyte (KB) = 1.024 bytes 1 megabyte (MB) = 1.048.576 bytes (1024 x 1024) 1 gigabyte (GB) = 1.073.741.824 bytes (1024 x 1024 x 1024) 1 terabyte (TB) = 1.099.511.627.776 bytes (1024 x 1024 x 1024 x 1024) 1 petabyte (PB) = 1.125.899.906.842.624 bytes (1024 x 1024 x 1024 x 1024 x 1024) 1 exabyte (EB) = 1.152.921.504.606.846.976 bytes (1024 x 1024 x 1024 x 1024 x 1024 x 1024) Para transformar uma medida de uma escala para outra podemos seguir o esquema abaixo: exabyte (EB) multiplicar por 1024 descendo petabyte (PB) cada degrau terabyte (TB) gigabyte (GB) megabyte (MB) dividir por 1024 subindo cada degrau byte kilobyte (KB) Ex.: 1) Para saber a quantidade de bytes que ocupa uma imagem de 12 KB, devemos fazer o seguinte cálculo: 12MB X 1024 = 12288 bytes 2) Um HD possui 10234564 MB de area livre. Quantos TB corresponde? 10234564MB 1024 = 9995GB 9995GB 1024 = 9,75TB 5