LABORATÓRIO DE INFORMÁTICA. História da Computação

(1)

LABORATÓRIO DE

INFORMÁTICA

(2)

Agenda



Áreas da Computação



História da Computação

(3)

Informática

 Informática: informação automática, tratamento

da informação de modo automático

 Informação, comunicação

 Área inicialmente conhecida como Ciência da

Computação

 Situa-se na interseção de quatro áreas de

conhecimento:  Ciência da Computação  Ciência da Informação  Teoria de Sistemas  Cibernética 3

(4)

Ciência da Computação



“A computação é o estudo sistemático de

processos algorítmicos que descrevem e

transformam informação: sua teoria, análise,

projeto,

eficiência,

implementação

e

aplicação” [Comer et al. 1989]

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Áreas da Ciência da Computação

1. Algoritmos e Estruturas de Dados 2. Linguagens de Programação

3. Arquitetura de Computadores

4. Computação Numérica e Simbólica 5. Sistemas Operacionais

6. Metodologia e Engenharia de Software

7. Sistemas de Banco de Dados e Recuperação de

Informação

8. Inteligência Artificial e Robótica 9. Interação Humano-Computador

(6)

Algoritmos e Estruturas de Dados

 Lida com classes específicas de problemas e com

soluções eficientes para os mesmos:

 quais estruturas de representação de dados e algoritmos de manipulacao de dados sao mais eficientes?

 Principais aspectos relacionados:

 Computabilidade

 Complexidade computacional

 Limites de tempo e armazenamento de algoritmos  Tratabilidade de problemas

 Relacao entre modelagem e implementação  Métodos heurísticos

 Criptografia, grafos, funções recursivas, etc.

(7)

Linguagem de Programação

 Preocupa-se com notações para máquinas virtuais

que executam algoritmos, com notações para algoritmos e dados, e com a tradução eficiente de linguagens de alto-nível para código de máquina.



Principais aspectos relacionados

 Análise e tradução de linguagens

 Procedimentos, funções e computação simbólica  Semântica formal

 Lógica, álgebra e indução matemática.

(8)

Arquitetura de Computadores



Lida com métodos para organizar o hardware

e seu software em sistemas eficientes e

confiáveis



Principais aspectos relacionados:

 Álgebra Booleana

 Dispositivos eletrônicos

 Representação de estados de uma máquina  Matemática discreta

 Aritmética em diferentes sistemas numéricos.

(9)

Computação Numérica e Simbólica

 Lida com métodos gerais para resolver com

eficiência e acuracidade equações provenientes da modelagem matemática de sistemas.

 Preocupa-se com a representação, aproximação

e manipulação de números e símbolos, de forma eficaz e eficiente

 Principais conceitos relacionados:

 Teoria dos Números  Álgebra Linear

 Análise Numérica  Cálculo, etc…

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Sistemas Operacionais

 Preocupa-se com mecanismo de controle que

permitem que múltiplos recursos sejam coordenados com eficiência para a execução de programas

 Sincronização e cooperação entre tarefas

computacionais.

 Ordem de execução entre tarefas computacionais.  Modelagem e análise de desempenho

 Políticas para gerenciamento de armazenamento de

dados.

(11)

Metodologia e Engenharia de Software

 Preocupa-se com o projeto de programas e grandes sistemas de software de acordo com as respectivas especificações para que elas sejam seguras, confiáveis e fiéis à especificação



Principais aspectos relacionados:

 Princípios de desenvolvimento de programas  Sistemas/ambientes de programação

 Especificação de requisitos

 Verificação e prova de programas

 Manutenabilidade e legibilidade de programas.

(12)

Sistemas de Banco de Dados e

Recuperação de Informação

 Preocupa-se com a organização de grandes

conjuntos de dados compartilhados e persistentes de forma que possam ser consultados e atualizados com eficiência

 Representação de dados e seus relacionamentos  Implementação eficiente de operações de

armazenamento, busca e recuperação de informação

 Proteção e segurança de informações  Gerenciamento de dados distribuídos.

(13)

Inteligência Artificial e Robótica



Preocupa-se

com

a

modelagem

de

comportamentos inteligentes e a construção

de mecanismos que os simule



Principais aspectos relacionados:

 Avaliação de regras, inferência, dedução  Coleta e codificação de dados de sensores  Representação de conhecimento.

(14)

Interação Humano-Computador



Trata da transferência eficiente de informações

entre humanos e máquinas, por meio de

sensores ou mecanismos apropriados aos

Os bastões de Napier era um conjunto de 9

bastões,

um

para

cada

dígito,

que

transformavam a

multiplicação de

dois

números numa soma das tabuadas de cada

dígito.

(21)

Simulação da multiplicação de 9 por 384 com Bastões de Napier

(22)

Régua de Cálculo



Círculos de proporção

 Representação dos logaritmos de Napier em

escalas de madeira, marfim ou outro material



Círculos de proporção dão origem à régua de

cálculo

 Logaritmos representados por traços e sua

divisão e produto obtidos pela adição e subtração de comprimentos

(23)

Régua de Cálculo

Exemplos de réguas de cálculo

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Computadores Mecânicos

(1642-1945)

Geração Zero

(25)

Geração Zero



Primeira máquina de calcular

 Blaise Pascal (físico, filósofo e matemático

francês) em 1642, aos 19 anos

 Projetado para ajudar seu pai, coletor de

impostos

 Dispositivos inteiramente mecânico, dotado de

várias engrenagens e acionado por uma alavanca

 Apenas somava e subtraia

(26)

Geração Zero



Barão Gottfried Wilhelm Leibnitz

 Construiu uma máquina mecânica que

multiplicava e dividia, além de somar e subtrair, em 1671

 Criava o equivalente às calculadoras de bolso

atuais.

(27)

Geração Zero



Charles Babbage (matemático)

 Em 1822 inventa a Máquina Diferencial

 Idealizada para construir tabelas de números

para navegação naval

 Construída para executar um único algoritmo

 Método das diferenças finitas usando polinômios

 Método para disponibilizar informações na saída

 Resultados perfurados em um prato de cobre

 Mídia precursora dos cartões perfurados e dos CD-ROMs

(28)

Máquina Diferencial

(29)

Geração Zero



Charles Babbage

 Não satisfeito com a máquina diferencial (um

único algoritmo), cria a máquina analítica

 Constituída de memória, unidade de

computação, e das unidades de entrada e saída (cartões perfurados)

 Máquina de propósito geral

 Ada Augusta Lovelace criou o software para a

linguagem de montagem para a máquina analítica

 Primeira pessoa a programar um computador.

(30)

Primeira Geração



Ada, condessa de Lovelace (Inglaterra,

1815-1851)

(31)

Geração Zero



A máquina analítica de Babbage nunca

funcionou a contento

 Milhares de engrenagens e mecanismos precisos

impossíveis para a época

 Idéia avançada demais para a época

 Maioria dos computadores modernos tem estrutura semelhante a máquina analítica



Babbage é o avô dos computadores digitais

(32)

Geração Zero

Máquina analítica de Babbage

(33)

Geração Zero



Relés

 Tentativas de substituir as partes mecânicas dos

computadores por partes elétricas

 O alto custo, tamanho físico e baixo desempenho

eram as desvantagens desse tipo de máquinas

(34)

Geração Zero



Howard Aiken

 Durante seu doutorado

 Necessidade de cálculos automáticos

 Construiu com relés a máquina de Babbage

 Primeira máquina – Mark I

 Pronta em 1944

 72 palavras de 32 dígitos decimais

 6 segundos para executar uma instrução

 Quanto terminou o Mark II, ele já estava ultrapassado

 Criação dos transistores (início da era eletrônica)

(35)

Geração Zero



Características do Mark I

 18 metros de comprimento  2 metros de largura  Peso – 70 toneladas

 7 milhões de peças móveis  Fiação alcançava 800Km

 Tinha 72 palavras de 23 dígitos decimais  Tempo de execução de uma instrução

 6 segundos

(36)

Válvulas

(1945-1955)

Primeira Geração

(37)

 1o computador eletrônico

 Decodificador de mensagens

 Devido a ser segredo militar a linha não se

desenvolveu (segredo por 30 anos)

 Considerado o primeiro computador eletrônico.

(40)

Primeira Geração



Características do COLOSSUS

 Desenvolvido com a tecnologia de válvulas

 Capaz de processar cerca de 5 mil caracteres por

segundo

 Capaz de quebrar o código da segunda geração

de máquinas ENIGMA

 No final da guerra, dez COLOSSUS em operação

constante permitiam que os ingleses soubessem melhor que o comando alemão onde se

encontravam seus submarinos.

(41)

Primeira Geração



Consequências da guerra

 Cientista americanos trabalham no

desenvolvimento de máquinas de computação

 Objetivo

 Calcular tabelas de direção de tiro para auxiliar na pontaria da artilharia americana

 Solução

 ENIAC (Eletronic Numerical Integrator And computer)

(42)

Primeira Geração

 Características do ENIAC  18.000 válvulas  70.000 resistências  10.000 capacitores  1500 relés  6000 comutadores manuais  500.000 conexões de solda  30 toneladas de peso  5.5m de altura  25m de comprimento  150 m2 de área 44

(43)

Primeira Geração



Características do ENIAC

 Motor equivalente a 2 potentes motores de carros de quatro cilindros

 Consumo

 150 kW – equivalente a 50 aquecedores domésticos

 Arquitetura

 Composta de 20 registradores

 Cada um capaz de armazenar 1 número decimal de

10 dígitos.

(44)

Primeira Geração



Características do ENIAC

 Programação

 Através de fios e pinos

 Executava 5000 adições/subtrações ou 300 multiplicações por segundo

 1 ou 2 dias para programar

 Limitação

 Capacidade de armazenamento.

(45)

Primeira Geração - ENIAC

(46)

Primeira Geração - ENIAC

(47)

Primeira Geração



Quando o ENIAC foi concluído ele não era

mais útil para o exército

 Fim da guerra



Impulsionou o desenvolvimento de sucessores

 EDSAC, JOHNIAC, ILLIAC, MANIAC, WEIZAC



Construtores do ENIAC (Eckert e Mauchely)

desenvolvem o EDVAC

 Eletronic Discret Variable Automatic Computer

(48)

Primeira Geração



John Von Neumman

 Versão própria do EDVAC  Motivação

 Desconforto

 Lentidão

 Inflexibilidade de se programar por meios de chaves e cabos

 Substituiu a aritmética decimal pela binária

(49)

Primeira Geração

 A máquina de Von Neumman

tinha cinco componentes

 Memória

 Unidade aritmética lógica  Unidade de controle

 Dispositivos de entrada e saída.

(50)

Primeira Geração – Máquina de

Von Neumman

(51)

Primeira Geração



IBM

 Produzia perfuradores de cartões e máquinas

mecânicas de separar cartões

 1953

 IBM 701 (2048 palavras de 36 bits, duas instruções por palavra)

 1956

 IBM 704

 4K de memória

 Instruções de 36 bits

 Hardware para processamento de números em ponto flutuante

(52)

Primeira Geração



IBM

 1958

 Produção da última máquina a válvula (IBM 709)

 A IBM dominou o mercado

de máquinas científicas por uma década.

(53)

Transistores

(1955-1965)

Segunda Geração

(54)

Segunda Geração



Invenção do transistor

 1948, rendendo o prêmio Nobel de física de 1956  Em 10 anos revolucionou a indústria da

computação

 Vantagens dos transistores

 Aquecimento mínimo

 Baixo consumo de energia

 Mais confiável e veloz

(55)

Segunda Geração

 Primeiro computador transistorizado

 TX-0 (Transistored eXperimental computer 0)  Nunca funcionou muito bem

 DEC

 Projeto de uma máquina semelhante ao TX-0  1961

 PDP-1 (4K palavras de 8 bits e clock com período de 5us, preço: 120.000 dólares)

 Origem dos minicomputadores

 Primeiro videogame

 PDP-8 (máquina de 12 bits com barramento único, preço: 16.000).

(56)

Segunda Geração

PDP-8

(57)

Segunda Geração



IBM

 Versão transitorizada do 709->7090

 7094 (clock com período de 2us, memória de

32K, palavras de 36 bits cada)

 Líder no mercado da computação científica

 1401 – máquina pequena, voltada para

aplicações comerciais.

(58)

Segunda Geração



CDC (Control Data Corporation)

 Lançou o 660 em 1964  Característica do 660

 Alta velocidade

 Conceito de processamento paralelo

 Hardware composto de um conjunto de pequenos processadores

 Denominação atual: Supercomputadores

(59)

Segunda Geração



Burroughs B5000

 Máquina construída com o objetivo de rodar

programas escritos em Algol 60

 Fortalecimento do software.

(60)

Circuitos Integrados

(1965-1980)

Terceiro Geração

(61)

integrados

 Máquinas menores, mais baratas e mais rápidas



Início da linguagem

Altair BASIC

Bill Gates

Paul Allen

Carta para Roberts

Início da Micro-soft

(67)

Integração de Circuitos em Escala Muito

Alta

IBM PC Osborne I

(71)

Quarta Geração



Devido a grande venda de IBM-PC, a Intel se

torna a maior fabricante de processadores



MS-DOS – SO do IBM-PC

 IBM e Microsoft produziram o SO OS/2

 As empresas brigam e o novo SO da Microsoft, o

Windows, domina o mercado

Quarta geração



Intel i7

 é constituído com uma tecnologia de 0.13

micrômetros e possui 731 milhões de transistores.



Super computador Sequoia

 Consome 7.9 MW

 1,572,864 processadores

 Processamento de 16 petaflops

(74)

Lei de Moore



Gordon Moore – cofundador da Intel



Número de transistores de um chip dobrará a

cada ano



Desde 1970, isso diminuiu um pouco

 Número de transistores dobra a cada 18 meses

(75)

Crescimento da contagem de

Computador quântico.

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