disciplina: arquitetura de computadores prof. ms....

FACULDADE PITÁGORAS

DISCIPLINA: ARQUITETURA DE COMPUTADORES

Prof. Ms. Carlos José Giudice dos Santos

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www.oficinadapesquisa.com.br

MARCOS DA ARQUITERURA

DE COMPUTADORES

Geração Zero – Computadores Mecânicos

(1642-1945)Do século XVI até meados do século XX, os computadores eram mecânicos (usavam engrenagens), funcionando com manivelas movidas à mão.

A primeira pessoa a construir uma máquina de calcular operacional foi o francês Blaise Pascal, aos 19 anos de idade, em 1642.


PASCALINA – 1642

Esta máquina efetuava apenas operações de adição e subtração.

Fonte: pt.wikipedia.org Fonte: www.liceobanfi.brianzaest.it


CALCULADORA DE LEIBNIZ - 1672

Trinta anos mais tarde (1672), o matemático alemão Leibniz aperfeiçoou a Pascalina e construiu a primeira máquina que efetuava as quatro operações aritméticas.

Fonte:catarinabaptista.worldpress.com

Fonte:acessoapostilas.sites.uol.com.br

A máquina diferencial de Babbage

Esta máquina foi construída por Charles Babbage em 1822, para calcular tabelas de navegação náuticas. Era basicamente uma máquina de somar e subtrair bastante sofisticada que usava o método da diferenças inventado por Isaac Newton para calcular equações polinomiais de qualquer ordem.

Fonte: pt.wikipedia.org Fonte: lightstairs.blogspot.com

A máquina diferencial de Babbage

Recomendo uma visita ao site do Piropo, em http://www.forumpcs.com.br/coluna.php?b=180093. É uma oportunidade para você conhecer como esta máquina funcionava e até fazer uma simulação dela usando o Excel.

Apesar de brilhante, Babbage acabou por se cansar dela, porque ela executava um único programa. Assim, logo ele começou um novo projeto.

O gênio Charles Babbage

Em muitos aspectos, Babbage era um homem à frente do seu tempo. Inventou o velocímetro, o oftalmoscópio (usado para exame de fundo de olho), o carro dinamômetro (vagão que mensura a força de tração de uma locomotiva), entre outras invenções.

Considerava Deus o primeiro programador do universo. De acordo com sua teoria, Deus criou tudo a partir de leis (como comandos de um programa), e desde a criação, este “programa” perfeito está “rodando”até hoje sem nenhuma intervenção.

Fonte: www.galeon.com

A máquina analítica de Babbage

Babbage projetou uma máquina ainda mais sofisticada (a Máquina Analítica), mas ninguém acreditava que ele pudesse construí-la. Esta máquina podia ser programada para executar instruções. Ele convidou uma jovem de nome Ada Augusta Lovelace para escrever o programa para esta máquina. Infelizmente não havia recursos financeiros e nem tecnologia disponível na época para construir esta máquina.

Por isso esta máquina não chegou a ser construída. Babbage gastou muito de seu tempo, muitos recursos do governo britânico e muito de sua própria fortuna tentando construir esta máquina bem mais sofisticada. Entretanto, não conseguiu.


Muitos se perguntavam se esta máquina funcionaria se fosse construída. Em 1991, ela finalmente foi construída por pesquisadores do Museu Nacional de Ciência e Tecnologia de Londres, de acordo com o projeto original, e funcionou. Babbage era realmente um gênio.

A máquina analítica era composta de quatro partes: entrada (por meio de cartões perfurados), a armazenagem (memória), o moinho (unidade de cálculo) e a saída (saída perfurada e impressa).


Perfurando um programa diferente nos cartões e introduzindo estas instruções na máquina, era possível fazer com que ela realizasse cálculos diferentes, ao contrário da máquina diferencial, que fazia apenas um tipo de cálculo.

Apesar de não ter conseguido construir esta máquina, seu projeto é a base do computador moderno. Graças às suas ideias, hoje temos computadores que resolvem diversos tipos de cálculos.

Próximos avanços da geração Zero

Z1 � Nome da máquina de calcular automática eletromecânica (com relés) construída pelo estudante alemão Konrad Zuze no final da década de 30.

Fonte: pwhschool.tripod.com Fonte: wiki.ggc.usg.edu


Máquina de Atanasoff � Máquina de calcular automática elétrica que usava aritmética binária e memória formada por capacitores (mesmo princípio da memória DRAM atual), no início da década de 40, nos EUA, no Iowa State College.

Fonte: ic.uff.br Fonte: samuraize.site90.com


Máquina de Stibitz � máquina de calcular automática com relés, construída no início da década de 40, nos EUA, no famoso Bell Labs. Usava um novo tipo de relé (projeto inicial à esquerda) e a saída era em uma impressora em forma de terminal (à direita).

Fonte: history-computer.com/ModernComputer/Relays/Stibitz.html


Mark I � Primeiro computador eletromecânico de uso geral, projetado por Howard Aiken e construído pela IBM, nos EUA, na Universidade de Harvard. Era uma versão eletromecânica da máquina analítica de Babbage. Foi o último computador mecânico do mundo.

O Mark I ocupava 120 m2, pesava 5 toneladas e fazia fazia somente as quatro operações matemáticas

O Mark I conseguia multiplicar números de 10 dígitos em 3 segundos. Abaixo podemos ver a parte esquerda (à esquerda), o controle de Entrada/Saída (ao centro) e a parte direita (àdireita) deste computador.


Fonte: en.wikipedia.org

A primeira geração de computadores

Computadores eletrônicos de válvulas1945 – 1955 – Parte I

Colossus (1943) � Considerado o primeiro computador eletrônico do mundo, foi construído pelo governo britânico para decifrar mensagens alemãs codificadas por uma máquina de criptografia chamada ENIGMA, durante a Segunda Guerra Mundial. Inicialmente, as mensagens eram analisadas por uma equipe de matemáticos, que descobriam as primeiras regras e deixavam o cálculo pesado para descobrir o restante do código para o computador.

O Colossus

O primeiro protótipo (Colossus Mark 1) tornou-se operacional em 1943. O segundo (Colossus Mark 2) foi construído em 1944. Após a guerra ambos foram desmontados com o intuito de manter a sua tecnologia secreta. Embaixo à esquerda, o Colossus Mark 1 original. À direita temos o mesmo computador (visto de outro ângulo) reconstruído em 2006.

Fonte: en.wikipedia.org

Enigma – A Máquina de Scherbius

Foi uma das máquinas de criptografia mais usadas pelo exército e marinha alemãs, e que motivou a construção de um computador para decifrar o seu código. Foi inventada em 1918 por Arthur Scherbius, e ficaram conhecidas como Funkschlüssel C.

Fonte: www.gta.ufrj.br/grad/07_1/ass-dig/HistriadaCriptografia.html

Enigma – versão da Marinha, àesquerda.

Rotor interno da máquina, àdireita.

Enigma – A Máquina de Scherbius

Um dos sites mais completos sobre a história dessa máquina é o www.cryptomuseum.com/crypto/enigma. Um outro site mostra um simulador da máquina Enigma de três rotores (figura abaixo).

Fonte: www.numaboa.com/criptografia/dispositivos/861-enigma

A Máquina de Turing

É um modelo teórico de computador, ou seja, um método para se projetar computadores que sejam capazes de executar qualquer tipo de algoritmo.

Turing nasceu em Londres, em 1912 e morreu (de suicídio) em 1954. Ele é reconhecido como o homem que criou a teoria da computação, além de ter sido um dos pioneiros da construção dos primeiros computadores. Fez parte da equipe que decifrou a Enigma.


Computadores eletrônicos de válvulas

1945 – 1955 – Parte IIENIAC (1946) � Electronic Numerical Integrator and Compute – foi o primeiro computador eletrônico dos EUA, construído para o exército americano por Mauchley e seu aluno Eckert. Era uma máquina de 20 registradores de 10 dígitos decimais, com 18 mil válvulas, 1500 relés e consumo de 140 mil watts. Logo em seguida diversos computadores semelhantes foram construídos por outras equipes – EDSAC, JOHNIAC, ILLIAC, MANIAC – todos nos EUA, e o WEIZAC, em Israel.



1945 – 1955 – Parte IIIMauchley e Eckert começaram a trabalhar no sucessor do ENIAC, o EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer) usando as ideias do genial matemático John von Neumann. Todos os computadores de hoje utilizam essa ideia.

Fonte: gadgetfanbr.blogspot.com

Válvulas

Eletrônicas

�

Fonte das imagens: gadgetfanbr.blogspot.com

A máquina de von Neumann

A tarefa de carregar e modificar um programa no Eniac era extremamente tediosa. Em 1945, John von Neumann fez alterações na máquina de Turing para torná-la mais prática dividindo-a em 5 partes:

1. um dispositivo de entrada de dados,

2. uma memória para guardar os dados e instruções,

3. um dispositivo de processamento (CPU),

4. um sistema operacional (unidade de controle) capaz de gerenciar todo o processo

5. e um dispositivo de saída de dados.

Um gênio chamado John von Neumann

John von Neumann era especialista em ciências físicas e matemáticas, e considerado um gênio da mesma estirpe de Leonardo Da Vinci. Falava muitos idiomas e conseguia guardar na memória tudo que já ouvira, vira ou lera. Era capaz de citar, palavra por palavra, textos de vários livros

que havia lido há vários anos. Em sua época, foi o mais importante matemático do mundo. Uma coisa que ficou óbvia para ele era que programar computadores com uma quantidade imensa de cabos e interruptores era uma tarefa lenta, tediosa e mecânica.



1945 – 1955 – Parte IVO UNIVAC (Universal Automatic Computer) foi o primeiro computador comercial da história. Todos os computadores anteriores nasceram como projetos de guerra ou para fins científicos. Custava o equivalente a um milhão e meio de dólares. Foram fabricadas 46 unidades.

Pouco anos após o aparecimento do UNIVAC, uma empresa que produzia máquinas perfuradoras de cartões também começou a se interessar em fabricar computadores. Seu nome: IBM.

A segunda geração de computadores

Computadores transistorizados

1955 – 1965 – Parte IO primeiro computador eletrônico transistorizado (TX-0 - Transistorized eXperimental Computer 0) foi construído no MIT (Massachussets Institute of Technology) por uma equipe chefiada por Kenneth Olsen (fundador da DEC – Digital Equipament Corporation) – em 1957.

Fonte da imagem: http://www.computermuseum.li



1955 – 1965 – Parte IA DEC projetou o primeiro minicomputador comercial do mundo, o PDP-1, em 1961, baseado no TX-0. Ninguém acreditava que fosse dar certo, uma vez que um antigo presidente da IBM, J. T. Watson estimou o mercado mundial de computadores em quatro ou cinco unidades.

Fonte da imagem: http://computadoresdahistoria.blogspot.com



1955 – 1965 – Parte II

O PDP-1 era um computador de 16 bits que custava 120 mil dólares. O primeiro PDP-1 foi doado ao MIT. Uma de suas inovações era possuir um monitor monocromático de 512 x 512 pontos. Logo os alunos do MIT aprenderam a programar pontos nesta tela para jogar guerra no espaço, e o mundo ganhou o seu primeiro videogame.

Alguns anos mais tarde lançou o PDP-8, uma máquina de 16 mil dólares. A mais importante inovação do PDP-8 era um barramento único chamado omnibus.



1955 – 1965 – Parte IIIA IBM lançou uma linha de computadores de alto desempenho (para a época) chamada de 7090. Uma vez que a DEC vendeu cerca de 50 mil unidades do PDP-8, ela reagiu lançando uma linha de computadores menores, a linha 1400.

Fonte: http://computerhistory.org



1955 – 1965 – Parte IV

IBM 7094

Fonte: www-03.ibm.comIBM 1401

Fonte: http://columbia.edu



1955 – 1965 – Parte VEm 1964, uma pequena empresa desconhecida (CDC –Control Data Corporation) lançou uma máquina chamada 6600, cerca de 10 vezes mais rápidas que os mais rápidos computadores da IBM na época. Seu fundador, um gênio chamado Seymour Cray se dedicou a construir computadores cada vez mais rápidos chamados de supercomputadores.

Neste mesmo ano a Burroughs lançou o B5000, o primeiro computador projetado para ser programado em linguagem de alto nível (ALGOL).



1955 – 1965 – Parte VI

CDC 6600

Fonte: http://unimepso1.blogspot.comBurroughs B5000

Fonte: http://tomshardware.com

A terceira geração de computadores

Computadores com circuitos integrados

1965 – 1980 – Parte IA IBM lançou uma linha de computadores de alto desempenho para substituir as antigas linhas 7090 e 1400, totalmente incompatíveis entre si. Foi a série 360, que se tornou uma revolução no mundo da computação.

Todas as séries que o sucederam (370, 4300, 3080 e 3090) tiveram a arquitetura do System/360 como base.

No mundo dos minicomputadores, a DEC avançou construindo o PDP-11, que, em alguns casos, chegava a ter quase metade da velocidade dos computadores da IBM, custando cerca de um décimo destes.

A terceira geração de computadores

Computadores com circuitos integrados

1965 – 1980 – Parte II

IBM System 360

Fonte: http://wired.com

IBM System 3090

Fonte: www-03.ibm.com

A quarta geração de computadores

Computadores VLSI

1980 – ???VLSI significa Very Large Scale Integration, ou seja, circuitos integrados com alta escala de integração. Isso significa que em um CI que cabia algumas centenas de transistores passou a caber de milhares a até milhões de transistores (p. ex., um i7 tem 731 milhões).

A quarta geração é a geração do microcomputador. Isto será um assunto para as próximas aulas.

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