Organização de Computadores 1

(1)

Organização

de

Computadores

1

2

2 –

–

EVOLU

Ç

ÃO E TIPO DE

COMPUTADORES

(2)

Evolução

dos Computadores

In

í

cio

com a

organiza

ç

ão

em

sociedade

.

Motiva

ç

ão

principal

para a criação de máquinas

de computação:

9 Aumentar a velocidade nos cálculos

8 Limitação de velocidade por seres humanos.

9 Reduzir fontes de erros

8 Seres humanos são sucetíveis a distrações, descuidos e cansaço.

(3)

Era Mecânica

(1642 –

1945)

BlaseBlase Pascal (1642)Pascal (1642): 9 Cientista francês

9 1ª máquina de calcular operacional (Pascalina)

8 Equipamento formado por conjunto de engrenagens e manivela 9 Efetuava operações de soma e subtração

BarãoBarão Gottfried Wilhelm von Leibniz (1674)Gottfried Wilhelm von Leibniz (1674): 9 Matemático alemão

9 Efetuava operações de soma, subtração, multiplicação e divisão (Stepped Reckoned)

8 Melhoria na máquina de Pascal.

Joseph Marie Jacquard (1801)Joseph Marie Jacquard (1801): 9 Mecânico francês

9 Teares automáticos

9 Tecelagem em série de padrões complicados em tecidos 8 Programação por cartões perfurados

(4)

Era Mecânica

(1642 –

1945)

Charles Babbage

:

9 Matemático britânico

9 “Avô do computador digital moderno” (Tanenbaum)

9

9 MMááquinaquina de de DiferenDiferenççasas (1822)

8 Baseada no princípio de discos giratórios e operada por manivela

8 Executava um único algoritmo (método de diferenças finitas) para cálculo de tabelas matemáticas para navegação naval

8 Realizava soma e subtração

8 Conceito da saída de dados:

z Gravava seus resultados em uma chapa de cobre com uma punção de aço

8 1º acordo científico governamental (cálculo para navegação naval)

9

9 MMááquinaquina AnalAnalííticatica (1833)

8 Capaz de computar qualquer operação matemática

8 Possuia estrutura moderna: memória, unidade de cálculo, E/S

8 Permitia programação por cartões perfurados z 1ª programadora (Ada Augusta Lovelace)

8 Projeto não foi concluído

(5)

Era Mecânica

(1642 –

1945)

George

Boole

(1847)

:

9 Matemático inglês

9 Análise matemática da lógica

9 Investigação das leis do pensamento

9 Álgebra booleana:

8 Manipulação de informainformaççõesões binbinááriasrias

Herman

Hollerith

(1889)

:

9 1º computador mecânico 9 Máquina de Hollerith

9 Projetada para tabular dados do censo americano 8 Dados registrados em cartões perfurados

8 Reduziu o tempo gasto de 5 anos em 1880 para 2 meses em 1890

9 Adotada por empresas para processar dados

9 Fundou a Tabulating Machine Company (1896) que tornou-se a

(6)

Era Eletromecânica

(1860 –

1945)

Konrad

Zuse

(1938)

:

9 Engenheiro alemão

9 1º computador binário (Z1)

8 Operava com números em ponto flutuante

9 Utilizava relês eletromagnéticos

9 Governo alemão não deu continuidade ao trabalho 8 2ª Guerra Mundial

9 Suas máquinas foram destruídas por bombardeio aliado

Howard Aiken (1943)

:

9 Projetou o Harvard Mark I

8 72 palavras de 23 algarismos decimais

8 Instruções de 6 segundos

(7)

Era Mecânica/Eletromêcanica

(1642 –

1945)

Resumo

:

9 Computadores projetados para reduzirreduzir o tempoo tempo requerido para os cálculos e aumentaraumentar a a precisãoprecisão dos resultados.

8 Hardware:

z Engrenagens, rodas dentadas e manivelas (fase mecânica) z Relês eletromagnéticos (fase eletromecânica)

8 Software:

z Operações aritméticas básicas sobre números decimais z Aritmética binária

z Programação por circuitos ou cartão perfurado

9 Incovenientes:

8 Velocidade das operações limitada pela inércia das partes móveis

8 Desajeitados

8 Não confiáveis

(8)

Era Eletrônica

–

1ª

Geração

(1945-1958)

Substituição dos relês por

v

á

lvulas

9 Dispositivo eletrônico formado por 2 eletrodos dentro de

uma ampôla com vácuo.

9 Permitia o controle de sinais elétricos.

Máquinas da 1ª Geração executavam 1.000 instruções/seg.

Colossus (1943):

Colossus (1943)

9 T. Flowers e M. H. A. Newman

8 Participação de Alan Turing

9 1º computador eletrônico

9 Financiado pelo governo britânico

9 Finalidade: Decodificação de mensagens alemãs

9 Projeto tratado como ultra-secreto.

(9)

ENIAC (

ElectronicElectronic NumericalNumerical IntegratorIntegrator andand ComputerComputer):):

9 Projetado por Mauchly e Eckert 8 Participação de von Neumann

9 1º computador eletrônico digital de propósito geral. 9 Concebido para fins militares:

8 Idealizado para calcular tabelas de disparos de artilharia (1943)

8 Utilizado para cálculos de projeto da bomba H (1946)

9 Detalhes do projeto: 8 18.000 válvulas 8 70.000 resistores 8 10.000 capacitores 8 6.000 interruptores/chaves 8 30 toneladas 8 140 kW de potência

8 Sistema numérico decimal

z 20 registradores para números decimais de 10 algarismos

8 Programado manualmente através de chaves e plugs

8 Operações 1000 vezes mais rápidas que do Mark I

(10)

(11)

Conceito de

Programa

ç

ão Armazenada

(1945)

:

9 Publicado por von Neumann 9

9 PrincPrincíípio:pio: instruções guardadas na memória.

9 Inspiração para o projeto de outros computadores eletrônicos:

EDSAC (1949), EDVAC (1945-1952), IAS (1946-1952), etc.

EDVAC (

ElectronicElectronic DiscreteDiscrete VariableVariable ComputerComputer

)

:

9 Mauchly e Eckert 9 Sucessor do ENIAC 9 Projeto comprometido:

8 Visão comercial X visão acadêmica

8 Fundação da Eckert-Mauchly Computer Corporation

8 Disputas por patentes, créditos, etc.

9 Características:

8 Ampla capacidade de memória

z1K palavras de 44 bits memória principal e 20K de memória secundária

8 Aritmética binbinááriaria

8 4000 válvulas, velocidade de relógio 1MHz

(12)

(13)

IAS (1946

-

1952):

1952)

9 Desenvolvido em Princeton - Institute for Advanced

Studies

9 John von Neumann e Goldstine

9 Introduziu a

arquitetura de

von

Neumann

8 Base para o projeto de computadores desde então

9 Aspectos:

8 Dados e instruções armazenados (programa armazenado) em uma única memória de escrita e gravação.

8 Conteúdos de memória endereçáveis por posição.

8 Execução seqüencial.

8 Computação binária.

(14)

Modelo Original de von

Neumann

:

Estrutura geral do EDVAC/IAS

Memória Principal Unidade Lógica e Aritmética Unidade de Controle de Programa Equipamento de Entrada e Saída

(15)

(16)

(17)

(18)

Outros computadores:

9 UNIVAC (1951)

:

8 1º computador produzido em série

8 Mauchly e Eckert

9 IBM 701 (1953)

:

8 1º grande computador da IBM

8 Foram instalados 18 unidades

8 Outros modelos da série: 702, 704, 705, 709, etc.

Microprograma

ç

ão

(1951):

(1951)

9 Maurice Wilkes

9

9 Simplifica

Simplifica

ç

ão do hardware

(menor custo do projeto)

9 Interpretação de

instru

ç

ões complexas

(código ISA)

(19)

Problemas das válvulas:

9 Aquecimento demasiado → queima constante 9 Elevado consumo de energia

9 Lentidão

Transistores (1947)

9 Dispositivos de estado sólido (fabricado com silício) 9 Desenvolvido no Bell Labs

9 William Shockley et al.

Computadores 2

ª

Gera

ç

ão

:

9 Menores

9 Mais baratos

9 Menor dissipação de calor e consumo de energia 9 Mais velozes que as versões a válvula

200.000 operações/seg x 40.000 operações/seg

(20)

TX

-

0

0 :

9 Desenvolvido no Lincoln Laboratory - MIT 9 1º computador transistorizado (experimental)

NCR e RCA são as pioneiras neste segmento.

IBM lança a

s

é

rie 7000

(7090 – 1959 e 7094 – 1964)

9

9 Canais de dados Canais de dados (processadores de E/S independentes).

9

9 MemMemóórias de nrias de núúcleocleo de ferrite e tambores magntambores magnééticos.ticos.

9

9 Linguagem de programaLinguagem de programaçção de alto não de alto níível.vel.

9 Conceito de sistemas de computadores.sistemas de computadores.

PDP

-

1 (1957

-

1961)

:

9 Desenvolvido pela DEC 9 Baseado no TX-0

9

9 CaracterCaracteríísticas:sticas:

8 Metade do desempenho do IBM 7090

8 Custo muito inferior (US$ 120 mil)

(21)

Problema dos transistores:

9 Componentes discretos

9 Processo de fabricação caro e incômodo

9 Necessidade de acomodação dos componentes

CHIP (1958)

:

9 Circuito Integrado (CI) de silício

9 Integra vários componentes em uma única pastilha 8 Integração em baixa ou média escalas

9

9 MicroeletrônicaMicroeletrônica:

8 Computador formato por portas lógicas, células de memória e interconexões entre estes elementos

Computadores da 3

ª

Gera

ç

ão

:

9 Menores

9 Mais baratos

9 Mais velozes que as versões transistorizadas

1.000.000 operações/seg x 200.000 operações/seg

(22)

(23)

IBM Sistema 360 (1964)

:

9 Nova arquitetura

8 Substituto dos modelos 7094 e 1401

9 Introduziu o conceito de famfamíília de computadoreslia de computadores

8 Conj. de instruções e sistema operacional idênticos ou semelhantes

8 Nº crescente de portas de E/S

8 Velocidade, capacidade de memória e custo crescentes

9 UC com microprogramamicroprogramaççãoão

9

9 MultiprogramaMultiprogramaççãoão (programas rodando ao mesmo tempo)

9 Elevada capacidade de processamento

9 Máquina de 32 bits e 16Mb de memória principal 9 Memória orientada a byte e registradores a palavra 9 Programa de gerenciamento de recursos (OS/360)

(24)

DEC PDP

-

8 (1964):

8 (1964)

9 Dimensões pequenas (1º

minicomputador

):

8 Podia ser colocado em uma bancada ou incorporado a outros equipamentos.

8 Dispensava salas especiais.

9 Baixo custo: US$ 16 mil (amplo uso)

9 Sua última versão usava o Omnibus

8

8 BarramentoBarramento úúnico e compartilhadonico e compartilhado

8 Caminho de 96 sinais distintos

8 Sinais de controle, endereço e dados

8 Controlado pela CPU

8 Permite o acoplamento de novos módulos

9

9 PDP

PDP

-

11 (1970)

: seu sucessor de 16 bits

(25)

CI

em alta escala (

LSI

) e altíssima escala (

VLSI

)

9 LSI: mais de 1.000 componentes por CI

9 VLSI: mais de 100.000 componentes por CI

9

9 Questão:Questão: Dentre as funções de um sistema computacional, o quê deve ser alocado ao hardware e o quê deve ser alocado ao

software?

8 Prog. em HW (HW dedicadoHW dedicado) x Prog. em SW (microprogramamicroprogramaççãoão).

Mem

ó

ria de Semicondutores (1970):

9 Substituiu as memórias de núcleo magnético. 9 Vantagens:

8 Menores (1 pastilha = 1 núcleo)

8 Maior capacidade de armazenamento (256 bits/pastilha)

8 Leitura não destrutiva

8 Mais rápidas

(26)

(27)

Microprocessador

→ microcomputador

9 Toda a CPU em um

ú

nico CHIP

9

9 Intel 4004 (1971)

Intel 4004 (1971)

: 1º microprocessador de 4 bits.

9

9 Intel 8008 (1972)

Intel 8008 (1972)

: microprocessador de 8 bits.

9

9 Intel 8080 (1974)

Intel 8080 (1974)

: 1º microprocessador de

uso geral

8 Mais rápido

8 Maior capacidade de endereçamento à memória

8

8 Maior conjunto de instruMaior conjunto de instruççõesões

9

9 Intel 8086 (1978)

Intel 8086 (1978)

: microprocessador de 16 bits.

(28)

(29)

Era Eletrônica

-

Resumo

1

1 ª

ª

Gera

ç

ão

(1945

-

1958):

9 Computadores para fins militares e científicos. 9 Componentes básicos: vváálvulaslvulas (cabos e fios).

9 Uso de linguagemlinguagem de de mmááquinaquina.

9 Armazenamento de dados e instruções por cartõescartões perfuradosperfurados.

9 1.000 instruções/seg.

2

2 ª

ª

Gera

ç

ão

(1958

-

1964):

9 Computadores para fins militares, científicos e empresariais 9 Componentes básicos: transistorestransistores (circuito impresso).

9 Uso de linguagemlinguagem de de montagemmontagem (Assembly) ouou de alto de alto nníívelvel (Cobol, Fortran e Algol).

9

9 SistemaSistema OperacionalOperacional para processamento em batchbatch.

(30)

Era Eletrônica

-

Resumo

3

3 ª

ª

Gera

ç

ão

(1964

-

1974):

9 Componentes básicos: circuitoscircuitos integradosintegrados (chips) SSI e MSI.

9 S.O. interativo, em tempo real e com multiprogramamultiprogramaççãoão.

9

9 MicroprogramaMicroprogramaççãoão.

9 Memórias de semicondutoressemicondutores e discos magnéticos.

9 Arpanet.

4

4 ª

ª

Gera

ç

ão

(1974

-

Atual):

9 Componentes básicos: CIs SSI e MSI (microprocessadormicroprocessador).

9 Popularização dos computadores (microcomputadormicrocomputador).

9 Surgimento de novas linguagens de programação de alto nível

(Pascal, C++, Delphi, Java, etc.).

9 Especialização das aplicações de informática (ex: sistemas de BD). 9 Internet.

Organização de Computadores 1

Organização

de

Computadores

1

2

2

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EVOLU

EVOLU

Ç

Ç

ÃO E TIPO DE

ÃO E TIPO DE

COMPUTADORES

COMPUTADORES

Evolução

dos Computadores

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In

In

í

í

cio

cio

com a

organiza

organiza

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ão

ão

em

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sociedade

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Motiva

Motiva

ç

ç

ão

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principal

principal

para a criação de máquinas

de computação:

9

Aumentar a velocidade nos cálculos

9

Reduzir fontes de erros

Era Mecânica

(1642 –

1945)

Era Mecânica

(1642 –

1945)

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Charles Babbage

Charles Babbage

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Era Mecânica

(1642 –

1945)

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George

George

Boole

Boole

(1847)

(1847)

:

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