aula 2 história e evolução da computação
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HISTÓRIA E EVOLUÇÃO DA COMPUTAÇÃO
Professor Wagner Gadea Lorenz [email protected]
Disciplina: Introdução a Computação
Cachoeira do Sul, 3 de Março de 2015
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❑ Como sabemos, o computador é uma máquina capaz de
efetuar cálculos com um grupo de números e ainda adaptável
para efetuar novos cálculos com um outro grupo de números.
❑ O primeiro “modelo” foi o ábaco, usado desde 2000 a.C. Ele é
um tipo de computador em que se pode ver claramente a
soma nos fios.
O início
Figura 1. Ábaco 2
❑ Em 1642, Blaise Pascal, matemático, físico e filósofo francês,
inventou a primeira calculadora mecânica.
❑ Ela trabalhava perfeitamente, transferia os números da
coluna de unidades para a coluna de dezenas por um
dispositivo semelhante a um velocímetro de automóvel.
Pascal chamou sua invenção de Pascalina.
O início
Figura 2. Pascalina. 3
O início
Figura 2. Pascalina. 4
❑ Com os passar dos anos, vários projetos foram feitos com o
intuito de aperfeiçoar essa primeira calculadora.
❑ Em 1822, Babbage apresentou a Sociedade Real de
Astronomia o primeiro modelo de uma máquina de
“diferença”, capaz de efetuar cálculos necessários para
elaborar uma tabela de logaritmos.
O início
Figura 3. Máquina de diferença. 5
O início
Figura 3. Máquina de diferença. 6
❑ Com Ada Lovelace, iniciou um projeto mais ambicioso para
construir uma “máquina analítica”.
❑ Ela foi projetada para calcular valores de funções matemáticas
bem mais complexas que as funções logarítmicas.
❑ A máquina era enorme e demostrava inúmeros problemas e
simplesmente não funcionava.
O início
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O início
Figura 4. Máquina de diferença. 8
❑ Grande parte da arquitetura lógica e da estrutura dos
computadores atuais provém dos projetos de Charles Babbage,
que é lembrado como um dos fundadores da computação
moderna.
❑ Só por volta de 1936, as ideia de Babbage foram comprovadas,
quando um jovem matemático de Cambridge, Alan Turing, publicou
um artigo, On computable numbers.
❑ Suas contribuições foram fundamentais para o desenvolvimento de
ideia que ocorreriam antes do computador propriamente dito.
O início
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❑ Turing verificou os tipos de problemas que uma máquina
poderia resolver seguindo regras lógicas.
❑ Ele liderou uma equipe na Inglaterra e desenvolveu a mais
secreta invenção da Segunda Guerra Mundial, o Colossus, o
primeiro computador eletromecânico do mundo, que pode
decifrar os códigos alemães de mensagens “Enigma”, durante
a guerra.
Precursores da CPU – Anos 40, 50 e 60
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O início
Figura 5. Colossus. 11
❑ Os primeiros computadores, anteriores à década de 50,
possuíram um diferencial considerável, em comparação
com os de hoje por não serem capazes de armazenar
programas;
Precursores da CPU – Anos 40, 50 e 60
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❑ O computador mais famoso da época foi o ENIAC (Eletronic
Numerical Integrator Analyzer and Computer), que teve
seu desenvolvimento iniciado em 1943.
❑ Inicialmente tinham o plano de armazenamento de
software em seu interior, mas para agilizar o seu
lançamento essa ideia ficou para trás e foi construído em
1945.
Precursores da CPU – Anos 40, 50 e 60
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❑ A ideia de seus construtores, era fazer uma máquina que
fosse capaz de realizar vários tipos de cálculos balísticos
para auxiliar as forças aliadas durante a Segunda Guerra
Mundial;
❑ Acabou que sua construção terminou 3 meses depois do
final do conflito e foi usado durante a guerra fria e
também contribuiu no projeto da bomba de hidrogênio.
Precursores da CPU – Anos 40, 50 e 60
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❑ O ENIAC funcionou até 1955 com melhorias e ampliações,
e dizem que durante o período que permaneceu
funcionando, efetuou mais cálculos matemáticos do que
toda a humanidade havia realizado anteriormente.
❑ ENIAC era composto por cerca de 18.000 válvulas, 15.000
relés e emitia o equivalente a 200 quilowatts de calor.
Ele ocupava uma sala de 9m por 30m e tinha capacidade
de processar 5.000 adições, 357 multiplicações e 38
divisões por segundo.
Precursores da CPU – Anos 40, 50 e 60
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Precursores da CPU – Anos 40, 50 e 60
Figura 6. ENIAC (Eletronic Numerical Integrator Analyzer and Computer).
Curiosidade: Eniac atingia de velocidade de clock 100Khz e gastava 174Kw de energia.
Um Pentium a 150Mhz é c a p a z d e r e a l i z a r 300milhões de somas por segundo, enquanto o ENIAC apenas conseguia 5.000.
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❑ A primeira ideia de uma CPU (Central Processing Unit),
unidade central de processamento, capaz de executar
diversas tarefas, foi publicada em 1945 por John Von
Neumann. Essa ideia é a origem dos primeiros modelos
“primitivos” de processadores da forma como os
conhecemos.
Precursores da CPU – Anos 40, 50 e 60
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❑ O EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic
Computer), o projeto desse computador foi finalizado
em 1949. Além do EDVAC e outros computadores como o
Mark I, da Universidade de Harvard, marcaram o início
da era dos computadores modernos, capazes de
armazenar programas.
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Precursores da CPU – Anos 40, 50 e 60
Figura 7. EDVAC. Figura 8. Mark I. 19
❑ Em meados dos anos 60, os cientistas observaram que
um circuito eletrônico funcionaria de modo igualmente
satisfatório se tivesse o tamanho menor.
❑ Os laboratórios começaram experimentando a colocação
de um projeto de circuito no chip.
Precursores da CPU – Anos 40, 50 e 60
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❑ Antes do fim dos anos 60, nasceu o "circuito integrado",
com isso a computação deu um grande passo à frente.
❑ O desenvolvimento de um circuito em um único chip
levou à construção de múltiplos circuitos em um só
chip; e o resultado inevitável da colocação de vários
chips juntos foi o começo do microprocessador.
Precursores da CPU – Anos 40, 50 e 60
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❑ No início da década de 60, a IBM desenvolveu uma nova
abordagem: planejou uma família de computadores que
poderiam executar o mesmo software, com poder de
processamento e preços diferentes.
❑ Com isso, os programas não seriam mais dependentes de
máquina, mas compatíveis entre todos esses modelos.
Precursores da CPU – Anos 40, 50 e 60
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❑ Para colocar isso em prática, a IBM acabou criando um
computador virtual conhecido como System/360, ou
simplesmente S/360.
❑ Podemos pensar nesse sistema como um conjunto de
instruções e capacidades que todos os computadores da
família S/360 teriam em comum.
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❑ Nos modelos anteriores, os processadores ainda não
eram compostos por uma unidade central, mas por
módulos interconectados entre si.
❑ Apenas no início da década de 70 que surgiram as CPUs
(Central Processing Unit), desenvolvida totalmente em
circuitos integrados e em um único chip de silício.
❑ Este componente é responsável por carregar e realizar
as operações aritméticas e lógicas que os programas de
computador fazem uso.
Primeiros processadores
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❑ Em 1971, o Intel 4004 foi o primeiro microprocessador a ser
lançado. Foi desenvolvido para uso em calculadoras.
❑ Operava com o clock máximo de 740 KHz e podia calcular até
92 mil instruções por segundo, ou seja, cada instrução gastava
cerca de 11 microssegundos.
Primeiros processadores
Figura 9. Intel 4004 foi o primeiro microprocessador da história. 25
❑ Em 1972, a Intel desenvolveu o processador 8008. Esse era
uma CPU de 8 bits, com barramento externo de 14 bits e
capaz de endereçar 16 KB de memória. Seu clock trabalhava
na frequência máxima de 0,8 MHz.
Primeiros processadores
Figura 10. Microprocessador Intel 8008. 26
❑ Em 1974, a Intel desenvolveu o processador 8080, que apesar
de ainda possuir processador de 8 bits, podia executar, com
algumas limitações, operações de 16 bits.
❑ Ele foi desenvolvido, originalmente, para controlar mísseis
guiados. Contava com clock de 2 MHz, um valor muito alto
para a época.
Primeiros processadores
Figura 11. Microprocessador Intel 8080. 27
❑ Arquitetura x86, foi lançado em meados da década de
70. O primeiro processador que aproveitou todo o seu
potencial foi o Intel 8086, de 1978.
❑ Pela primeira vez o clock atingia a velocidade de 5 MHz,
utilizando instruções reais de 16 bits.
Primeiros processadores
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❑ O nome “x86” veio do fato de que o nome dos
processadores que vieram depois do Intel 8086 também
terminavam com “86”.
Primeiros processadores
Figura 12. Microprocessador Intel 8086. 29
❑ Mas em 1979 a venda à nova divisão de computadores pessoais
da IBM fez do 8088 o cérebro do novíssimo êxito da IBM - o
IBM PC.
Primeiros processadores
Figura 13. Microprocessador Intel 8088. Figura 14. IBM PC.30
❑ Em 1980, o 80186 foi desenvolvido pela Intel e lançado no
mercado em 1982. Ele era na verdade uma melhoria de seu
processador 8086.
❑ Em 1982, o Intel 80286, também conhecido como 286, foi o
primeiro processador que executava todo o software escrito
para o seu predecessor.
Primeiros processadores
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❑ O 286 foi o primeiro processador a introduzir o conceito de
protection mode, ou seja, a habilidade de ter multitarefa,
ter diferentes programas separados sendo executados ao
mesmo tempo.
Primeiros processadores
Figura 13. Microprocessador Intel 80286.32
Primeiros processadores
Figura 14. Microprocessador Intel 80286-8 de 8Mhz.33
❑ Como o nome sugere, a x86-32 é arquitetura x86 de 32
bits, utilizada até hoje em muitos computadores.
❑ Podemos dizer que, com exceção de processadores de 64
bits e aqueles de arquitetura ARM, todos os outros
existentes ainda hoje são herdeiros das características
dessa geração.
CPUs de 32bits (x86-2)
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❑ As CPUs 80386 e 80486, lançadas entre o meio e o fim
da década de 80, trabalhavam com clocks que de 33 MHz
a 100 MHz, respectivamente.
❑ O 80386 permitiu que vários programas utilizassem o
processador de forma cooperativa, através do
escalonamento de tarefas.
Famosos 386 e 486
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Famosos 386 e 486
Figura 15. Microprocessador Intel 80386-16.
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❑ O 80486 foi o primeiro a usar o mecanismo de pipeline,
permitindo que mais de uma instrução fossem
executadas ao mesmo tempo.
Famosos 386 e 486
Figura 16. Microprocessador Intel 80486DX.37
❑ Para o 80486, existiram diversas versões, sendo que cada
uma delas possuía pequenas diferenças entre si.
❑ O 486DX, por exemplo, era o top de linha da época e
também a primeira CPU a ter coprocessador matemático.
❑ O 486SX era uma versão de baixo custo do 486DX,
porém, sem esse coprocessador, o que resultava em um
desempenho menor.
Famosos 386 e 486
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❑ As séries de processadores Intel e AMD marcaram época
no mundo da informática, através de suas diferentes
versões.
❑ O primeiro Pentium (Intel), lançado em 1993,
apresentava várias melhorias sobre o 80486,
principalmente por uso da superescalabilidade, ou seja, a
replicação de hardware para que mais instruções fossem
executadas ao mesmo tempo.
❑ Seu clock inicial era de 100 MHz, o qual chegou a atingir
200 MHz com o passar do tempo de desenvolvimento.
Intel x AMD
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Intel x AMD
Figura 17. Microprocessador Intel A80501, de 66 MHz. 40
❑ Em 1995, a Intel lançava o Pentium Pro, sexta geração
de chips x86 e que possuía uma série de melhoramentos
em relação ao seu antecessor.
❑ Essa seria a base para os futuros lançamentos: Pentium
II, Pentium III e Pentium M.
Intel x AMD
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❑ Paralelamente, a AMD começava a ganhar mercado com
modelos similares, principalmente como o AMD K5, forte
concorrente do Pentium original.
❑ Dois anos depois, o Pentium II foi lançado, atingindo o
clock de 450 MHz.
Intel x AMD
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❑ Nessa mesma época, a AMD desenvolveu CPUs que
batiam de frente com a Intel, como o AMD K6.
❑ Por esse motivo, ambas as empresas travaram uma
espécie de “corrida”, competindo para ver quem
conseguia o maior desempenho e valor de clock.
Intel x AMD
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❑ Sempre que uma empresa lançava um modelo de
processador, o concorrente a superava meses depois.
❑ Isso ficou muito evidente nos anos de 1999 e 2000,
quando o Pentium III e o AMD Atlhon (K7) estavam
guerreando pelo maior clock.
❑ Por um período de tempo, a AMD liderou a disputa, pois
o Atlhon, que trabalhava com frequências maiores do
que 1 GHz, superou o Pentium III.
Intel x AMD
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❑ A reviravolta da Intel veio com o lançamento do Pentium
4, em 2001, que trabalhava com até 2 GHz e levou a
empresa de volta ao topo do mercado.
❑ As versões de baixo custo dessas CPUs, Celeron (Intel) e
Duron (AMD), também disputavam fortemente o lugar
mais alto no ranking do processador “B” mais vendido
Intel x AMD
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❑ Conforme a tecnologia dos processadores foi progredindo, o
tamanho de seus transistores foi diminuindo de forma
significativa.
❑ Contudo, após o lançamento do Pentium 4, eles já estavam
tão pequenos (0,13 micrômetros) e numerosos (120 milhões)
que se tornou muito difícil aumentar o clock por limitações
físicas, principalmente pelo superaquecimento gerado.
Intel x AMD
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❑ A principal solução para esse problema veio com o uso de
mais de um núcleo ao mesmo tempo, através da
tecnologia multicore.
❑ Assim, cada núcleo não precisa trabalhar numa
frequência tão alta. Se o esquema de escalonamento de
tarefas funcionasse de maneira eficiente, seria possível
trabalhar com quase o dobro do clock.
Tecnologia multicore
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❑ Um processador dual-core de 1,5 GHz, por exemplo,
poderia ter um desempenho semelhante a uma CPU de
núcleo único de 3 GHz.
Tecnologia multicore
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PRÓXIMA AULA❑ Continuação:
❑ Anos 2000: a era de 64bits;
❑ Pentium 4 e Pentium D;
❑ Intel Core;
❑ As últimas novidades da AMD e Intel.
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