História dos Computadores

Arquitetura de Computadores

Prof Evandro Manara MilettoIFRS - Campus Porto Alegre

INSTITUTO FEDERAL

Campus Porto Alegre

RIO GRANDE DO SUL

Sumário

IntroduçãoBreve historia dos computadoresRepresentação da informaçãoSistemas de numeração:

conversão entre basesrepresentação de números operações aritméticas

Códigos alfanuméricos

Programa

Sistemas DigitaisRepresentação da informaçãoÁlgebra de BooleCircuitos combinatóriosCircuitos sequenciaisMáquinas de estadoArquitetura de ComputadoresMemória, Processador e BarramentosLinguagem Máquina

MARCOS HISTÓRICOS

A primeira calculadora que se tem notícias é o Ábaco, de origem chinesa, do século V a.C. capaz de efetuar operações algébricas elementares.

Anteriormente à década de 40 já existiam calculadoras mecânicas -destaque para a máquina das diferenças do britânicoCharles Babbage

Atribui-se ao francês Blaise Pascal (1623-1662) construiu a primeira calculadora mecânica capaz de fazer somas e subtrações.

Durante muitos anos nada se soube sobre essa máquina, por isso, atribuía-se a Blaise

Pascal a autoria da primeira máquina calculadora

Entretanto, Wilhelm Schickard (1592-1635) foi quem construiu a primeira máquina de calcular: somar, subtrair, multiplicar e dividir ; perdida durante a guerra dos trinta anos;

Em 1801, Joseph Marie Jacquard inventou um tear programável

mecânico dotado de uma leitora de cartões perfurados , os quais

representavam os desenhos do tecido; Um processador das informações relativas à padronagem do tecido;

Devido ao seu eficiente funcionamento o tear foi considerado o primeiro exemplo prático de desemprego provocado pela automação.

Charles Babbage (1792-1871) Computador Analítico em 1822 dispositivo chamado de Moinho (uma máquina de somar com precisão de até 50 casas decimais), um dispositivo de entrada (inspirado no tear de Jacquard) para ler cartões perfurados com números (os dados) e também instruções (o que fazer com os dados).

Ainda, um dispositivo de memória que chamou de ARMAZÉM (guardar os números) um banco com 1000 registradores (cada qual capaz de armazenar um número de 50 dígitos) e um dispositivo impressor para dar saída aos resultados.

Instruções (gravadas em cartões) implementadas pelo moinho: entrar com um número no armazém entrar com um número no moinho mover um número do moinho para o armazém mover um número do armazém para o moinho comandar o moinho para executar uma operação sair com um resultado.

Babbage contou com a colaboração da matemática Ada Augusta Byron, Lady Lovelace, filha do poeta Lord Byron. Ada desenvolveu séries de instruções para o calculador analítico, criando conceitos como sub-rotinas, loops e saltos condicionais.Babbage é considerado o precursor do computador. Ada é considerada a precursora do software.

Herman Hollerith (1860-1929) também inspirou-se nos cartões de

Jacquard para criar uma máquina para acumular e classificar informações -

a Tabuladora de Censo.(processamento dos dados do censo)

1941- Konrad Zuse (Alemanha) Primeiro computador digital, automático, programável, de propósito geral, completamente funcional (eletromecânico).

Colossus, desenvolvido na Inglaterra no período de 1939 a 1943 com a intenção de quebrar o código da máquina de criptografia alemã denominada Enigma, que gerava seqüências aleatórias com período de 1019 caracteres.

Participação de Alan Turing.

Teoria Matemática da Computação

Algorítimo: como a representação formal e seistemática de um processo

Um problema terá solução algorítimica se existir uma Máquina de Turing para representá-lo.

1944 - Howard Aiken (Universidade de Harvard - EUA) Primeiro computador eletromecânico automático de grande porte.

Computadores

1ª geração - Válvulas (1945 – 1955)

2ª geração - Transistores (1955 – 1965)

3ª geração - CI (1965 – 1980)

Quarta geração (1980 em diante)

VLSI (Very Large Scale Integration)

Evolução Histórica

5

Resmo dos marcos históricos e outros...

1642 – Calculadora mecânica - Pascal

1834 – Máquina analítica – Babbage

1943 – COLOSSUS – 1º Computador eletrônico

1964 – IBM 360 – 1ª linha de produtos

1974 – Intel 8080 – 1º chip de 8 bits para uso geral

1981 – IBM PC – 1º PC tal como os conhecemos

1987 – Sun SPARC – 1ª Workstation RISC

GERAÇÕES

ENIAC (Eletronic Numerical Integrator and Calculator)Desenvolvido pelo exército americano para cálculo balístico

1ª Geração (1945 – 1955)

Soma de 2 nos em 0,0002 s Multiplicação em 0,0003 s111 m3, 30 ton, 17000 válvulas a vácuo, 50000 comutadores, 70000 resistências, 7500 interruptores

Consumo:100000 a 20000 Watts

IBM 1401 marco inicial: surgimento dos transistores. Máquinas diminuem o tamanho. Aplicações passam além da científica e militar para administrativa e gerencial

2ª Geração (1955 – 1965)

Surgem as primeiras linguagens de programação.

Surgimento dos núcleos de ferrite, fitas e tambores magnéticos usados como memória.

DEC PDP-11

3ª Geração (1964 – 1971)

IBM 360

Marco inicial: surgimento dos Circuitos Integrados (C.I.). Evolução dos Sistemas Operacionais, surgimento da multi-programação, real time e modo interativo. A memória é feita de semicondutores e discos magnéticos.

4ª Geração (1971 - 1981)

Marco inicial: surgimento do microprocessador e LSI, grande redução no tamanho dos computadores. Surgem muitas liguagens de alto-nível e nasce a teleinformática, transmissão de dados entre computadores através de rede

5ª Geração (1981 - atual )

Surgimento do VLSI. Inteligência artificial, Altíssima velocidade de processamento, alto grau de interatividade, etc.

SupercomputadoresAutomação comercial e industrialCAD/CAM e CAERobóticaComputação ubíquaComputação móvelEra on-line (comunicação Web)

REPRESENTAÇÃO DA INFORMAÇÃO

Representação da Informação

Nos computadores, a informação é representada por sinais elétricos: Tensão alta – ex. 3 a 5.5 V – HIGH - 1(um) Tensão baixa – ex. -0.5 a 2 V – LOW - 0 (zero)

Os circuitos de um computador trabalham

com sinais binários, representados por níveis

de tensão023

5

volts

temponível lógico 0transição

nível lógico 1Bit 1 (um)

Bit 0 (zero)

SISTEMAS DE NUMÉRICOS

Utiliza 10 símbolos 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9Cada posição tem um valor intrínseco que equivale a 10 vezes o valor da posição que está a sua direita.

Ex: 327

3x102 + 2x101 + 7x100 = 327

Sistemas Decimal (base 10)

centena dezena unidade102 101 100 base3 2 7 dígitos

Sistemas de NumeraçãoDecimal (base 10) - 10 dígitos - 0 a 9

562.3 = 5×102 + 6×101 + 2×100 + 3×10-1

Binário (base 2) - 2 dígitos - 0 e 1

10110.01 = 1×24 + 0×23 + 1×22 + 1×21 + 0×20 + 0×2-1 + 1×2-2 = (22.25)10

Potências de 2 K (Kilo) - 210

M (Mega) - 220 G (Giga) - 230 T (Tera) - 240

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Conversão base 10 ⇒ base 2

Subtrai-se sucessivamente a maior potência de 2 possível

Ex: (41)10

(41)10 = (101001)2

25 = 32 41 - 32 = 9

23 = 8 9 - 8 = 1

20 = 1 1-1 = 0

41

+

Sistemas de Numeração

Conversão base 10 ⇒ base 2 (outro método)

Divide-se sucessivamente por 2 e anota-se o resto

Ex: (41)10

(41)10 = (101001)2

Sistemas de Numeração

Divisão inteira Resto

41 ÷ 2 = 20 1

20 ÷ 2 = 10 0

10 ÷ 2 = 5 0

5 ÷ 2 = 2 1

2 ÷ 2 = 1 0

1 ÷ 2 = 0 1

Bit + significativo

Bit - significativo

Hexadecimal (base 16) e Octal (base 8)

Representação fácil de quantidades binárias

Octal: 8 dígitos - 0 a 7

Hexadecimal: 16 dígitos - 0 a 9; A a F

Exemplos:

(25)8 = 2×81 + 5×80 = (21)10

(B3)16 = 11×161 + 3×160 = (179)10

Sistemas de Numeração

Decimal Binário Octal Hexadecimal

0 0000 00 01 0001 01 12 0010 02 23 0011 03 34 0100 04 45 0101 05 56 0110 06 67 0111 07 78 1000 10 89 1001 11 910 1010 12 A11 1011 13 B12 1100 14 C13 1101 15 D14 1110 16 E15 1111 17 F

Sistemas de NumeraçãoTabela de conversão de Bases

Decimal (Base 10): 0 a 9

Binária (Base 2): 0 e 1

Hexadecimal (Base 16): 0 a F

Octal (Base 8): 0 a 7

Conversão base 2 ⇒ base 8 (Grupos de 3 bits)

(101001)2 = (51)8

Conversão base 2 ⇒ base 16 (Grupos de 4 bits)

(101001)2 = (29)16

Sistemas de NumeraçãoTabela de conversão de Bases

Divide-se o número em grupos de quatro bits, a partir da direita, substituindo-se tais grupos pelos símbolos hexadecimais correspondentes.

101 0015 1

0001 10012 9

Números inteiros

Armazenamento dependente do hardware 8 bits (byte): [0; 255] ou [-128; 127]

16 bits (word): [0; 65535] ou [-32768; 32767]

32 bits (double word): [0; 4294967295] ou [-2147483648; 2147483647]

64 bits .......

Números fraccionários

Representados na forma ± mantissa × 10 ± expoente

Números inteiros e fracionários

Mesmas regras da base 10

Adição

Subtração

10110 transporte

10110 parcela 1

+10011 parcela 2

101001 soma

0011 transporte

10110 diminuendo

-10011 diminuidor

00011 diferença

Operações Aritméticas

Mesmas regras da base 10

Multiplicação

Operações Aritméticas

1101 multiplicando ×101 multiplicador 1101 0000 11011000001 produto

ASCII - American Standard Code for Information Interchange

7 bits + 1 de paridade (opcional) = 128 caracteres

Pequeno conjunto de caracteres Caracteres de controle

Sinais ortográficos

Algarismos Letras maiúsculas e minúsculas (A...Z; a...z)

Sinais algébricos

Códigos Alfanuméricos

ASCII extendido - 8 bits = 256 caracteres

Códigos AlfanuméricosTabela de códigos ASCII

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Códigos AlfanuméricosUNICODE 16 bits ISO / IEC 10646 Grafismos de todo o mundo

Alfabeto latino

Alfabeto cirílicoCaracteres chineses, etc.

Necessita conversão little-endian⇔big-endian

Little-endian - byte de maior peso à esquerda

Big-endian - byte de maior peso à direita

WEBER, R. F. ; Fundamentos de Arquitetura de Computadores

TANENBAUM, A. S.; Organização Estruturada de Computadores.

Wikipedia; http://pt.wikipedia.org/wiki/Porta_lógica

bibliografia

contatoProf Evandro Manara MilettoIFRS Campus Porto Alegre Rua Ramiro Barcelos, 2777 - Bairro Santana Fone (51) 3308-5148evandro.miletto@poa.ifrs.edu.brhttp://www.poa.ifrs.edu.br/

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