Arquitetura e Organização de Computadores

1. Professor: Erivelto Tschoeke Udesc/Ceplan Arquitetura e Organização de Computadores

2. "As invenções já há muito alcançaram seu limite - e eu não vislumbro qualquer esperança de futuros desenvolvimentos."- Julius Frontinus, eminente engenheiro romano (Roma, ano 10 DC). Era uma vez...

3. ÁBACO: • O ÁBACO é um calculador decimal operado manualmente. • Costuma-se considerar o ábaco como o primeiro dispositivo criado para facilitar o trabalho do homem em processar informações. • O ábaco foi inventado no oriente médio há milhares de anos e ainda hoje é muito utilizado no oriente. • Por exemplo, ainda hoje no Japão é comum encontrar comerciantes que continuam preferindo fazer contas utilizando ábacos - e as fazem muito mais rápido que uma moderna calculadora eletrônica (que por sinal custa hoje muito mais barato que um ábaco). evolução da Tecnologia

4. Ábaco

5. CALCULADORA MECÂNICA

6. Em 1801, Joseph Marie Jacquard inventou um tear mecânico dotado de uma leitora de cartões perfurados. • Estes furos, representavam os desenhos do tecido - portanto um processador das informações relativas à padronagem do tecido; • O tear funcionava tão bem que este é o primeiro exemplo prático de desemprego provocado pela automação! Tear programável

7. Charles Babbage (1792-1871) concebeu um Computador Analítico dotado de um dispositivo a que chamou de MOINHO (uma máquina de somar com precisão de até 50 casas decimais). • Um dispositivo de entrada (inspirado no tear de Jacquard) que leria cartões perfurados contendo não somente números (os dados) mas também INSTRUÇÕES (o que fazer com os dados). • Babbage imaginou ainda um dispositivo de memória que chamou de ARMAZÉM para guardar os números, um banco com 1000 "registradores" cada qual capaz de armazenar um número de 50 dígitos - os números dados pelos cartões de entrada ou então números resultados de operações do moinho. • Finalmente, incluiu um dispositivo impressor para dar saída aos resultados. • As instruções (gravadas em cartões) possíveis de ser implementadas pelo moinho eram: CALCULADOR ANALÍTICO

8. Para usar a máquina de Babbage era necessário: Entrar com um número no armazém; Entrar com um número no moinho ; Mover um número do moinho para o armazém; Mover um número do armazém para o moinho; Comandar o moinho para executar uma operaçãosair com um resultado; Calculador analítico

9. Breve histórico: • Para construir um dispositivo a partir destas idéias, Babbage contou com a colaboração inestimável da matemática Ada Augusta Byron, Lady Lovelace, filha do poeta Lord Byron. • Ada desenvolveu séries de instruções para o calculador analítico, criando conceitos tais como sub-rotinas, loops e saltos condicionais. • Babbage é considerado o precursor do computador. Ada é considerada a precursora do software. A máquina de calcular de babbage...

10. Babbage e Ada estavam muito além do seu tempo e não conseguiram financiamento para construir o seu Computador Analítico, que ficou apenas como uma belíssima idéia no papel - ele nunca foi concluído. • "Ele não tem pretensões de originar nada, mas pode processar qualquer coisa que nós soubermos programá-lo para realizar." Ada Augusta Byron, Condessa de Lovelace, falando sobre o Engenho Analítico de Babbage, precursor dos modernos computadores (Londres, cerca de 1830) Pena que....

11. Herman Hollerith (1860-1929) também inspirou-se nos cartões de Jacquard para criar uma máquina para acumular e classificar informações - a Tabuladora de Censo. Aplicação: processamento dos dados do censo. hollerith

12. 1941- Konrad Zuse (Alemanha) Primeiro computador digital, automático, programável, de propósito geral, completamente funcional (eletro-mecânico). z3

13. 1942 - John V. Atanasoff / Clifford Berry (EUA)Primeiro protótipo de calculador eletrônico que funcionou nos EUA. ABC Computer (Atanasoff-BerryComputer)

14. 1943 - Alan Turing (Bletchley Park, Inglaterra)Primeiro computador eletrônico programável; aplicação: criptografia; quebra de códigos Colossus...

15. 1944 - Howard Aiken (Universidade de Harvard - EUA) Primeiro computador eletromecânico automático de grande porte HARVARD MARK I

16. 1946 - John Mauchly e J. PresperEckert (BallisticResearchLab, UniversityofPennsylvania, EUA)Primeiro computador eletrônico digital de grande porte; • Características: • Decimal (operava na base dez, não binário) • 19000 válvulas; • 175 Kw de potência; • 5.000 operacões por segundo - armazenamento para 20 números de 10 dígitos, mas não tinha qualquer tipo de memória central - tempo médio entre falhas (MTBF) de 5,6 horas; • Aplicação: cálculo balístico. ENIAC - EletronicNumericalIntegratorandCalculator

17. Transistor: 1947 - Universidade de Stanford (EUA) Inventado o primeiro dispositivo eletrônico de estado sólido. Tecnologias pertinentes ao eniac

18. 1948 - F.C.Williams, Tom Kilburn e a Max Neuman Royal Society Computing Machine Laboratory (Universidade de Manchester, Inglaterra); Primeiro protótipo de computador eletrônico de programa armazenado. Executou o primeiro programa com sucesso em 21/06/48) MANCHESTER MARK I

19. 1949 - Maurice Wilkes (Universidade de Cambridge, Inglaterra); Primeiro computador eletrônico digital de programa armazenado de grande porte, totalmente funcional; Executou o primeiro programa com sucesso em 06/05/49. EDSAC - Eletronic Delay Storage Automatic Computer

20. 1949 - Mauchly and Eckert Computer Corporation, depois UNIVAC, depois Unisys Primeiro computador eletrônico disponível comercialmente, usava programa armazenado e um compilador. Aplicação: Processamento das eleições. UNIVAC I

21. 1950 - J.Forrester (Massachussets Institute of Technology - MIT, EUA) Primeiro computador para processamento em tempo real. WHIRLWIND I

22. 1953 - IBM Corporation Primeiro computador eletrônico digital IBM. IBM 701

23. 1957 - NCR Corporation Primeiro computador comercial 100% Construído com componentes de estado sólido (transistores). NCR 304

24. 1957 - IBM Corporation Primeiro computador comercial a utilizar unidades de disco com cabeças móveis. IBM 305

25. 1959 - Digital Equipment Corporation Primeiro mini-computador. PDP-1

26. 1960 - Conference on Data System Languages CODASYL; Primeira linguagem de programação de computadores para aplicação comercial padronizada. COBOL- Common Business Oriented Language

27. 1961 - Fairchild Corporation Primeiro circuito integrado disponível comercialmente. IC - CIRCUITO INTEGRADO

28. 1971 - Intel Corporation Primeiro microprocessador disponível comercialmente. INTEL 4004

29. 1972 - MITS (Micro Instrumentation and Telemetry Systems) Primeiro microcomputador disponível para uso pessoal. MITS 816

30. 1973 - Xerox PARC (Palo Alto Research Center) Primeiro microcomputador pessoal completo, totalmente funcional, incluindo monitor ALTO

31. 1975 - Edward Roberts, William Yates e Jim Bybee Primeiro microcomputador pessoal produzido industrialmente para venda em massa. ALTAIR 8800

32. 1976 - Steve Jobs e Steve Wozniak (Apple Corp.) Primeiro microcomputador pessoal a ter sucesso comercial. APPLE II

33. 1981 - IBM Corp (Boca Raton, FL, EUA) Primeiro microcomputador pessoal IBM; arquitetura aberta; um imenso sucesso comercial. IBM PC

34. Historicamente, máquina de calcular automatizadas sempre fizeram parte da obsessão do ser humano em inventar dispositivos capazes de melhorar de alguma forma sua vida. • Com os computadores não foi diferente, desde sua concepção até os dias atuais, seu projeto inicial foi mudado, mas características todos têm em comum: • Vejamos algumas: Gerações de computadores

35. Um dos fatores que separam as gerações dos computadores é a evolução tecnológica promovida entre uma e outra tecnologia, as datas muitas vezes se confundem no tempo, O que é sempre considerado é o marco tecnológico, uma inovação, essa inovação é que separa as gerações dos computadores. Gerações de computadores

36. 1951/1959 - Computadores de primeira geração: • Computadores Baseados na teoria da Máquina de John Von Neumann; • Computadores que processam uma tarefa de cada vez; • ENIAC (Primeiro computador construido para o uso científico); • Circuitos eletrônicos e válvulas;

37. 1951/1959 - Computadores de primeira geração (continuação) • Uso restrito ; • Apenas cientistas, matemáticos e físicos estavam aptos á utilizar estes computadores; • Inviável para o uso comercial, pois custava algumas centenas de milhões de dólares;

38. 1945 /1959 - Computadores de primeira geração (continuação) • Sua fabricação era destinada apenas ao uso cientifico e militar; • Precisava ser reprogramado a cada tarefa; • Grande consumo de energia; • Problemas devido ao aquecimento elevado; • Ocupava vários andares de um prédio;

39. Breve Resumo • As válvulas foram utilizadas em computadores eletrônicos, como por exemplo no ENIAC, já citado anteriormente. • Normalmente quebrava após algumas horas de uso e tinha o processamento bastante lento. • Nesta geração os computadores calculavam com uma velocidade de milésimos de segundo e eram programados em linguagem de máquina.

40. 1959/1965 - Computadores de segunda geração: • Início do uso comercial • Construção do EDVAC (auxiliado por Von Neumann). • Tamanho gigantesco • Capacidade de processamento muito pequena • Uso de transistores em substituição às válvulas

41. Breve Resumo • A válvula foi substituída pelo transistor. • Seu tamanho era 100 vezes menor que o da válvula, não precisava de tempo para aquecimento, consumia menos energia, era mais rápido e confiável. • Os computadores desta geração já calculavam em microssegundos (milionésimos) e eram programados em linguagem montadora.

42. 1965/1975 - Computadores de terceira geração: • Surgem os circuitos integrados; • Diminuição do tamanho; • Maior capacidade de processamento; • Início da utilização dos computadores pessoais.

43. Breve Resumo • Os transistores foram substituídos pela tecnologia de circuitos integrados (associação de transistores em pequena placa de silício); • Além deles, outros componentes eletrônicos foram miniaturizados e montados num único CHIP; • Já calculavam em nanossegundos (bilionésimos).

44. Breve Resumo (Continuação) • Os computadores com o CI (Circuito Integrado) são muito mais confiáveis, bem menores, tornando os equipamentos mais compactos e rápidos, pela proximidade dos circuitos; • Possuem baixíssimo consumo de energia e menor custo. • Nesta geração surge a linguagem de alto nível, orientada para os procedimentos.

45. 1975/19?? - Aparecimento dos aplicativos de quarta geração: • Surgem os softwares integrados; • Processadores de Texto; • Planilhas Eletrônicas; • Gerenciadores de Banco de Dados; • Gráficos; • Gerenciadores de Comunicação;

46. Breve Resumo • Em 1975/77, ocorreram avanços significativos, surgindo os microprocessadores, os microcomputadores e os supercomputadores; • Em 1977 houve uma explosão no mercado de microcomputadores, sendo fabricados em escala comercial e a partir daí a evolução foi sendo cada vez maior, até chegar aos micros atuais. • O processo de miniaturização continuou e foram denominados por escalas de integração dos circuitos integrados:

47. Breve Resumo (Continuação) • LSI (Large Scale of Integration), • VLSI (Very Large Scale of Integration) • e ULSI (Ultra Large Scale of Integration), utilizado a partir de 1980. • Nesta geração começa a utilização das linguagens de altíssimo nível, orientadas para um problema.

48. 198? - 200?? - Quinta geração (dias atuais) • Supercomputadores; • Automação de escritórios; • Acesso a computadores ilimitado; • Automação comercial e industrial;

49. 198? - 200?? - Quinta geração (continuação) • CAD; • Robótica; • Imagem virtual; • Multimídia; • Era on-line (comunicação através da Internet); • ADSL (Assymmetric Digital Subscriber Line ) ou Linha Digital Assimétrica para Assinante.

50. 198? - 200?? - Quinta geração (continuação) • Redes Sem Fio; • Redes de Altíssima velocidade; • Uso da fibra óptica em larga escala; • Capacidade de transmissão acima dos 5Gb’s