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Histórico da Arquitetura de Computadores
DISCIPLINA: ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES
2Organização de Computadores – Prof. Anderson Vieira
• Ábaco– Surgiu no século V a.C. na Mesopotâmia.
– Primeiro dispositivo criado para facilitar o processamento de informações
Geração Zero – Computadores Mecânicos
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Blaise Pascal (1623-1662)
Construiu em 1642 a primeira máquina de calcular,
baseada em engrenagens e
alavancas, e que permitia
fazer adições e subtrações.
Leibniz (1646-1716)
Construiu outra máquina no mesmo estilo, mas
permitia também fazer multiplicações e divisões.
Geração Zero – Computadores Mecânicos
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Geração Zero – Computadores Mecânicos
• Tear programável (1801)– Tear mecânico dotado de leitora de cartões perfurados, que representavam o desenho do tecido.
• Charles Babbage (1792-1871) - Ambas eram totalmente mecânicas– Calculador Analítico:
• Máquina de propósito geral (PROGRAMÁVEL!)– Lia instruções através de cartões perfurados e as executava.
• Quatro componentes– Memória , unidade de computação, unidade de entrada (leitora de cartões
perfurados) e unidade de saída (saída impressa e com perfuração);
• A unidade de computação lia números da memória, fazia cálculos (adição, subtração, multiplicação e divisão) e podia retornar o resultado para a memória ou em cartões.
• Ada Augusta Lovelace, desenvolveu as instruções para o calculador, como rotinas, loops, desvio condicional, etc.
• Babbage: precursor do computador, Ada : precursora do software.
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Geração Zero – Computadores Mecânicos
• Hollerith (Tabuladora de censo - 1889)– Desenvolveu o cartão perfurado para guardar dados e uma máquina que contava, classificava e
ordenava informações armazenadas nos cartões)
– Sucesso fez com que criasse a Tabulating Machine Company, que após a fusão com mais algumas empresa se tornou a conhecida IBM (International Bussiness Machines)
• Konrad Zuse (~1930)– Construiu durante a década de 1930 uma série de máquinas de calcular baseadas em relés, que
serviam como chaves (abre/fecha). Este foi o principio para a utilização de número binários. Primeiro computador operacional do mundo.
• John Atanasoff e George Stibbitz– Contruiram no final da década de 1930 calculadoras que já usavam aritmética binária.
– Memória baseada em capacitores
• Howard Aiken– Construiu em 1944 uma máquina de propósito geral chamada Mark 1
– Baseada no trabalho de Babbage
• Relés eletromagnéticos no lugar de engrenagens
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Primeira Geração – Válvulas (1945-1955)
• Colossus (Segunda Guerra Mundial)– 1o computador digital eletrônico,
porém utilizado para um fim especifico.– Construído pelo governo Britânico – em 1943– Objetivo: decodificar as mensagens
trocadas pelos alemães durante a Segunda Guerra, que eram criptografadas por uma máquina chamada ENIGMA.
– Participação de Alan Turing
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Primeira Geração – Válvulas (1945-1955)
• Aprenda Mais
The Imitation GameFilme de 2014
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Primeira Geração – Válvulas (1945-1955)
• ENIAC (Eletronic Numerical Integrator and Computer)– Primeiro computador eletrônico para emprego geral.– Computador eletrônico construido por John Mauchley e J. Presper (EUA) em 1946
para fins militares.– 18000 válvulas; 1500 relés;
30 tonaladas; 140 kilowatts; 800 Km de cabos de conexão;20 registradores de números decimais de 10 digitos.
– Programação através de 6000 switches
Participação de Von Neumann
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Primeira Geração – Válvulas (1945-1955)
• Computadores que surgiram neste período– UNIVAC1: Mauchly & Eckert Computer Corporation (que se tornou a Unisys),
primeiro para fins comerciais– EDSAC (1949) : Universidade de Cambridge.
Primeiro a armazenar programas na memória
– JOHNIAC : Rand Corporation– ILLIAC : Universidade de Illinois– MANIAC : Laboratório de Los
Alamos– WEIZAC: Instituto Weizmann,
Israel
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Primeira Geração – Válvulas (1945-1955)
• John von Neumann– Construiu em 1952 o computador IAS (Institute for Advanced Study – Princeton USA)– Programa Armazenado: programas e dados representados de forma digital em
memória. Mais flexibilidade e rapidez que chaves e cabos.– Processamento baseado em aritmética binária, ao invés de decimal.– Formalizou o projeto lógico de um computador.
• Máquina de Von Neumann– Base de praticamente todas as máquinas atuais– Componentes:
• Memória • Unidade de Controle Unidade• Unidade Lógica e Aritmética (ULA)• Dispositivos de entrada/saída
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Primeira Geração – Válvulas (1945-1955)
Máquina de Von Neumann
12Organização de Computadores – Prof. Anderson Vieira
Primeira Geração – Válvulas (1945-1955)
• Ciclo de Busca – Decodificação - Execução1. BUSCA:
• busca da próxima instrução na memória
• manda endereço, volta instrução2. DECODIFICAÇAO:
• interpreta código da instrução3. EXECUÇÃO:
• executa ações específicas para cada instrução
• se a instrução precisa de dados (na memória)
• manda endereço, busca dado
Máquina de Von Neumann
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Máquina de Von Neumann
Primeira Geração – Válvulas (1945-1955)
• Unidade de Controle de Programa– Determina a sequencia das instruções a serem executadas. – Gera os sinais de controle para as outras unidades
• Memória– Armazena tipo de instrução e endereçamento da informação.
• Unidade Lógica e Aritmética (ULA)– Execução das instruções (operações lógicas e aritméticas)– Acumulador: registrador utilizado para armazenar um operando e/ou um
resultado fornecido pela ULA.
• Dispositivos de Entrada e Saída
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Transição – Válvulas para Transistores
• Válvula– Função: Regula fluxo de corrente elétrica– Importante: Não interessa o valor da corrente , mas sim se possui ou
não (0 ou 1) – Pequena vida útil : cerca de 1000 horas– Tamanho exagerado – Alto consumo de energia
• Transistor– Menor– Baixo consumo de energia
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Segunda Geração – Transistores (1955-1965)
• Invenção do Transistor– Bell Labs, EUA
• TX-0 (Transistorized eXperimental computer 0)– Primeiro computador construido com transistor (no MIT)
• PDP-1 (preço U$ 120.000,00)– 1961, DEC (Digital Equipment Corporation)– Primeiro computador comercializado– Memória: 4K – Ciclo (periodo de clock) : 5 microsegundos– Primeiro computador com display visual: tela de 512x512 pontos– Nascimento da industria de minicomputadores
• PDP-8 (preço U$ 180.000,00)– COnceito e barramento único (conjunto de fios paralelos, usados para a conexão
entre os componentes do computador)
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Segunda Geração – Transistores (1955-1965)
PDP-1
PDP-8
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Segunda Geração – Transistores (1955-1965)
• Barramento único (Caracteristicas e problemas)
• Outros tipo de barramento (processador, cache, memória, I/O)
• O desempenho do barramento é medido pela:– Largura de banda: quantidade de bits que podem ser transmitidos ao mesmo tempo– Velocidade de transmissão
18Organização de Computadores – Prof. Anderson Vieira
Terceira Geração – Circuitos Integrados (1965-1980)
• PDP-11 (DEC, 1970)– Sucessor de 16 bits do PDP-8– Grande sucesso, especialmente nas
Universidades– Referência para a construção de
computadores pessoais comoIBM PC , Apple II, etc.
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• Invenção do circuito integrado de silício (1958, Robert Noyce) – Dezenas de transistores em um único chip– Possibilitou construir computadores menores, mais rápidos e mais baratos
• System/360 (IBM, 1965)– Família de máquinas com a mesma linguagem– Multiprogramação
• Vários programas em memória, em execução simultânea (quando um aguardava uma operação de entrada e saída se completar, outro podia executar).
• Pseudo paralelismo de xecução através do compartilhamento de tempo (time sharing)
Terceira Geração – Circuitos Integrados (1965-1980)
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• VLSI – Very Large Scale Integration
– Integração de Circuitos em Escala Muito Alta– Grande compactação do circuitos integrados– Dezenas de milhares , depois centenas de milhares e atualmente milhões de
transistores em um chip.• microprocessador Cell do console PlayStation 3 tem aproximadamente 234
milhões de transistores, usando uma arquitetura de fabricação de 45 nanômetros, ou seja cada transistor fica distanciado dos outros 45 milionésimos de um milímetro
– Desempenho aumentou muito– Preços cairam muito– Computadores deixaram de ser privilégio de grandes corporações – Início da era do Computador Pessoal
Quarta Geração – Circuitos VLSI (atual)
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• Primeiros Computadores Pessoais– Desktops
• ALTAIR 8800, processador Intel e compatível com o Sistema MS/DOS, “desenvolvido” por Bill Gates e Paul Allen, fundadores da Microsoft
• APPLE II, construido por Steve Jobs e Steve Wosniak, fundadores da Apple Corporation.
– Software não era fornecido, o consumido tinha que escrever seu próprio software.
• Organização em 5 niveis– Nivel de montadores / compiladores– Nivel de sistema operacional– Nivel de máquina convencional– Nivel de microprogramação– Nivel de lógica digital
Quarta Geração – Circuitos VLSI (1980 - atual)
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• Surgimento do Windows
• Meados da década de 80, inicio dos conceitos de arquitetura RISC
• Anos 90: – Processadores superescalares
• Várias instruções em paralelo– Computadores multi-processados (multi-threading)
• N processadores– Processadores de 64 bits
Quarta Geração – Circuitos VLSI (1980 - atual)
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• Processadores Intel
• Apple, Apple II– Steve Jobs e Steve Wosniak– Muito popular para uso doméstico e em escolas– Primeiro computador pessoal a ter sucesso comercial
• IBM PC – Personal Computer (1981)– Processador Intel 8080
• 4.77 Mhz, Monitor monocromatico, drive 320Kb, 16 Kb memória, HD 10 Mb
– Projeto de circuito público
• Permitir que outros fabricassem componentes facilmente acopláveis ao PC
• Consequência: Industria de “clones”– Sistema MS-DOS– Computador mais vendido em toda a história
Quarta Geração – Circuitos VLSI (1980 - atual)
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Quarta Geração – Circuitos VLSI (1980 - atual)
• Aprenda Mais
Pirates of Silicon Valley1998
Jobs2013
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• Gordon Moore, 1965 – Intel– Número de transistores em um chip dobra a cada 24 meses (inicialmente 18 meses)
Lei de Moore
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• Não é uma lei, e sim uma observação empírica
• Círculo virtuoso– Avanço tecnológico propicia melhores produtos a preços mais baixos
– Preços mais baixos induzem ao surgimento de novas aplicações.
• Exemplo: Video Game
• Lei de Nathan (Microsoft)– “Software é como gás: expande até preencher o container”
• Novas aplicações aumentam posssibilidade de mercado e fazem surgir novas empresas
• Novas empresas levam à competição, criando demanda econônica para o avanço tecnológico.
Lei de Moore
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Componentes