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Arquitetura e Organização de Computadores Prof. Msc. Luiz Felipe

Taubaté – 1 Semestre - 2015

Tópico 01 – Apresentação da Disciplina e Histórico

Plano de Aula

1.  Apresentação do Plano de Ensino.

2.  Apresentação da Disciplina.

3.  Histórico e Evolução dos Computadores:

2 Prof. Msc. Luiz Felipe - FATEC - Taubaté

1 – Apresentação do Plano de Ensino

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}  Disciplina: Arquitetura e Organização de Computadores; }  Ementa:

}  Bases numéricas e codificação de dados; }  Introdução à lógica digital; }  Conceitos Básicos de Arquitetura Computacional: primeira, segunda,

terceira e quarta geração de computadores, processador, canais, periféricos, Modo de Endereçamento, Tipo de Dados, Conjunto de Instruções, interrupções;

}  Sistemas paralelos; }  Sistemas Operacionais: conceitos e funções; }  Linguagens e ferramentas; }  Organização de arquivos; }  Bancos de Dados: Conceitos e tipos de organização; }  Teleprocessamento e Redes: Conceitos;

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}  Bibliografia:

}  TANENBAUM, A. S. Organização Estruturada de Computadores, 5ª Ed. Prentice Hall, 2007.

}  STALLINGS, W. Arquitetura e Organização de Computadores. 5.ed. Prentice-Hall Brasil, 2008.

}  TOCCI, R. J. Sistemas Digitais: Princípios e aplicações. 10. ed. Pearson Brasil, 2007.

}  IDOETA, I. V., CAPUANO, F. G. Elementos de Eletrônica Digital. 41.ed. Érica, 2012.



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}  Aulas: }  4 aulas, havendo janela de 1 aula (ingles) depois do intervalo; }  18:45 as 20:25 }  20:35 as 21:25 (Inglês) }  21:25 as 23:05

}  Representantes de sala;

}  Contato da turma via SIGA;

}  Sistema SIGA;



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}  Forma de avaliação: }  Duas provas (P1 e P2); }  Dois trabalhos/exercícios (T1 e T2); }  Prova Substitutiva; }  Exame;

}  Composição das notas: }  N1 = P1 x 0,6 + T1 x 0,4 }  N2 = P2 x 0,6 + T2 x 0,4 }  Média = N1 x 0,4 + N2 x 0,6 }  Exame = (Média + EX) / 2


2 – Apresentação da Disciplina

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}  Arquitetura e Organização de Computadores;

}  Computador digital: }  Máquina para resolver problemas através de instruções; }  Conjunto limitado de instruções simples:

}  Somar 2 números; }  Comparar o valor de um número com 0; }  Copiar dados de um lugar para outro na memória;

}  Programa: }  Conjunto de instruções que descrevem a forma de resolver

um problema;


2 – Apresentação da Disciplina

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}  Conjunto limitado de instruções dificulta a criação de programas mais complexos;

}  Criação de camadas (máquina-linguagem) com máquinas virtuais e linguagens que são interpretadas ou traduzidas;

}  Abstrações permitem aumentar o nível de complexidade dos programas;


3 – Histórico e Evolução dos Computadores

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}  Evolução da Arquitetura de Computadores:

}  Geração 0 – Computadores Mecânicos: }  1642 – Francês Blaise Pascal (com 19 anos): A primeira máquina de

calcular funcional. Apenas realizava somas e subtrações; }  1672 – Alemão barão Gottfried Wilhelm von Leibniz: Máquina que

fazia as quatro operações básicas; }  1836 - Inglês Charles Babbage: Máquina diferencial para ser utilizada

na navegação naval. Executava apenas um algoritmo (método das diferenças finitas usando polinômios). Insatisfeito cria posteriormente a Máquina Analítica, capaz de executar instruções de cartões perfurados e executá-las, ou seja, uma máquina de propósito geral e programável;



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}  (Final da década de 30) – Alemão Konrad Zuse: Máquinas de calcular com relés eletromagnéticos. Não conhecia o trabalho de Babbage e seu projeto não foi financiado pelo governo alemão pois demoraria mais do que se acreditava que duraria a guerra;

}  (Década de 50) – Norte Americanos John Anasoff e George Stibbitz criaram máquinas de calcular;

}  1944 – Norte Americano Howard Aiken: Implementou a máquina de Babbage utilizando relés, que demorava 6 segundos para realizar um cálculo;



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}  A Primeira Geração - Computadores a Válvula: }  2ª Guerra Mundial. Aliados precisavam decifrar rapidamente

mensagens trocadas pelos alemães; }  Governo britânico cria laboratório secreto onde Alan Turing

participa da construção do Colossus, finalizada em 1943; }  Colossus é considerado o primeiro computador eletrônico

digital do mundo; }  Nos EUA uma empresa de armamentos precisava realizar

cálculos mais rapidamente, pois eram feitos por centenas de funcionários com calculadoras de mão;

}  Esforço originou o ENIAC (Eletronic Numerical Integrator and Computer), construído por John Mauchley e John Presper;



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}  ENIAC: }  18.000 válvulas / 1.500 relés; }  30 toneladas; }  140 kW; }  ~150 m²; }  5.000 somas por segundo; }  Computador decimal (ao invés de binário); }  20 registradores de 10 dígitos cada; }  10 válvulas para cada dígito (apenas uma ligada, indicando o valor do

dígito); }  Programação manual, através de 6.000 chaves e diversos soquetes e

cabos; }  Projeto finalizado apenas em 1946 (após o fim da guerra) e operou

até 1955; }  É considerado um marco inicial na história do computador moderno;



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}  Depois do sucesso do ENIAC os criadores começaram um novo projeto, chamado EDVAC, enquanto diversos outros computadores também forma desenvolvidos: }  EDSAC / JOHNIAC / ILLIAC / MANIAC / WEIZAC...

}  John Von Neumann, que participou do projeto do ENIAC, iniciou o projeto de um novo computador, conhecido como máquina IAS;



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}  Von Neumann não estava satisfeito com a dificuldade de se programar o ENIAC (chaves, soquetes e cabos) e idealizou que o programa estivesse armazenado na própria memória do computador, compartilhando o espaço com os dados (programa armazenado);

}  IAS: }  Computador binário; }  Elementos:

}  Memória; }  ALU (Unidade Aritmética Lógica); }  Unidade de controle; }  Entradas / Saídas;



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}  Características do IAS: }  Memória: 1024 palavras de 40 bits cada; }  Cada palavras poderia ser instrução ou um número inteiro

com sinal: }  Instrução: Duas instruções de 20 bits cada, sendo que para cada

instrução 8 bits representavam o opcode e os 12 bits restantes representavam o endereço de memória envolvido na operação;

}  Número: Um valor inteiro de até 39 bits e 1 bit para indicar o sinal (positivo ou negativo);

}  Acumulador: Um registrador especial de 40 bits para ser usado nas operações;

}  Unidade de Controle: Busca na memória a instrução a ser executada e providencia a execução da mesma;

}  Entradas / Saídas (E/S): Dados / Resultados;



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}  A IBM, até então empresa fabricante de perfuradores de cartão e máquinas mecânicas para separar cartões, lança em 1953 o computador chamado 701, entrando no mercado de computadores...;



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}  A Segunda Geração - Transistores

}  Transistor inventado em 1948 no Bell Labs por John Bardeen, Walter Bratta im e Wil l ian Shockley (Prêmio Nobel em 1956);



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}  Transistor revolucionou a indústria da computação;

}  No final da década de 50 os computadores a válvula se tornaram obsoletos;

}  TX-0 (Transistorizes Experimental Computer 0): o primeiro computador transistorizado, desenvolvido no MIT;

}  Kenneth Olsen funda a empresa DEC em 57;

}  Em 1961 a DEC lança o seu primeiro computador, o PDP-1 ($120.000);



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}  A IBM tinha o 7090, com o dobro da velocidade do PDP-1, mas que custava milhões de dólares;

}  Alguns anos depois a DEC lança o PDP-8 ($16.000): }  Barramento único (OmniBus); }  Vendeu mais de 50.000 unidades se tornando líder de mercado de

minicomputadores;

}  IBM havia desenvolvido o 7094, com foco em aplicações científicas e o 1401 com foco em aplicações comerciais;

}  Essas duas máquinas possuíam arquiteturas totalmente diferentes;



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}  A empresa CDC lança em 1964 uma máquina mais rápida que o 7094, chamada de 6600, que possuía funcionalidades de processamento paralelo;

}  Projetistas das máquinas citadas estavam preocupados exclusivamente com o Hardware (barato no caso da DEC ou muito rápido nos casos da CDC e IBM);

}  Surge o Burroughs B5000, com projeto voltado para a programação em uma linguagem de alto nível chamada Algol 60 (antecessora do PASCAL);

}  Esse conceito deu corpo à idéia da importância do software no projeto de uma máquina;



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}  Em 1958 o computador valvulado 709 da IBM era 6 vezes mais lento que o seu substituto transistorizado, o 7090, de 1960;

}  Em 1964 o 7094 era 2 vezes mais rápido que o 7090;



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}  A Terceira Geração - Circuitos Integrados:

}  O crescente número de transistores (chegando a centenas de milhares) utilizados na fabricação dos computadores começou a se tornar um problema na fabricação, devido à complexidade;

}  Em 1958 Robert Noyce desenvolve um processo de integrar circuitos eletrônicos em substratos de silício, iniciando a era da microeletrônica;

}  Ao invés de montar e conectar componentes discretos para formar o circuito, tornou-se possível fabricar sobre um semi-condutor (no caso o silício), transistores, resistores e condutores, formando então um circuito em um pequeno pedaço de silício (chip);



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}  Com o passar do tempo, a quantidade de circuito que poderia ser fabricada em um único chip começou a aumentar;

}  Lei de Moore (1965): O número de transistores que poderia ser colocar em um único chip dobraria a cada ano; }  A partir de 1970 passou a dobrar a cada 18 meses;



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}  Consequentemente: }  Custo do chip permaneceu inalterado durante o rápido

aumento da densidade de transistores; }  Componentes menores e mais próximos permitem uma

operação mais rápida entre eles (aumento de velocidade); }  Diminuição do tamanho do computador; }  Redução da necessidade de potência de consumo e

resfriamento; }  Maior confiabilidade no chip do que em circuitos montados

com solda;


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Lei de Moore


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}  Em 1964 a incompatibilidade entre os computadores da IBM causava sérios problemas nos clientes: }  Alguns clientes precisavam comprar mais de um tipo de máquinas (para suprir

problemas diferentes); }  Deveria haver uma equipe de programadores para cada tipo de máquina; }  Novos modelos de máquinas implicavam em treinar as equipes de programação

novamente e reprogramar as aplicações da empresa; }  Fidelização comprometida pela falta de compatibilidade;

}  Outra questão era a concorrência de diversas empresas, fazendo com que a IBM não estivesse tão consolidada no ramo como se poderia pensar (estava crescendo mais devagar do que deveria);

}  Desses problemas surgiu o projeto (e gigante desafio) do “System/360”, cuja idéia era, entre outras, compatibilizar os computadores da IBM, implicando em uma troca completa de seus computadores por novos modelos e novas arquiteturas, ou seja, um enorme risco para a operação da empresa, pois tornaria toda a linha de produtos anteriores obsoleta;



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}  System/360: }  Está entre os dois maiores breakthroughs da história

corporativa norte-americana no século 20 (a outra é a invenção do Ford T);

}  O projeto chegou a ser comparado ao Projeto Manhattan (projeto de criação da bomba atômica), onde cientistas e engenheiros (alguns gênios) foram levados aos seus limites, levando ao fim da carreira de alguns;

}  Causou dúvida de pessoas se os objetivos seriam alcançados; }  Chegou a custar $5 bilhões (projeto, fábricas, etc);



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}  Inovações do System/360: }  Foi lançada uma família de computadores compatíveis, com custo

variando conforme capacidade e desempenho; }  Programas escritos para um modelo poderiam ser rodados em outros

modelos (com limitações quando trazia um programa escrito para um computador de maior capacidade para um de menor capacidade);

}  Emulação de outras máquinas. Programas escritos para o 1401 ou 7094 podiam rodar de forma emulada nos computadores da linha 360, não necessitando a reprogramação no novo método de programação;

}  Implantação do conceito de multiprogramação: diversos programas na memória ao mesmo tempo, de maneira que quando um programa estivesse esperando por recursos de E/S, o outro programa estaria processando;

}  A empresa DEC também se destacou na época com lançamento de sucesso com a família PDP-11;



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}  A Quarta Geração – Integração de Circuitos em Escala Muito Alta:

}  Transistores em um único chip: }  Dezenas de milhares; }  Centenas de milhares; }  Milhões;

}  Alavancou o mercado de minicomputadores; }  Diminuiu consideravelmente o custo, tornando mais

acessível; }  Abriu caminho para a computação pessoal e os PCs;



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}  PCs inicialmente vendido em peças separadas e sem software: }  Processador Intel 8080; }  Disco flexível de 8 polegadas; }  Diversos Cis; }  Cabos;



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}  Apple I e Apple II:



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}  IBM PC: }  Processador Intel 8088; }  Microsoft DOS; }  Computador mais vendido da história;



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}  Em meados da década de 80 surgiu um novo conceito de processadores, os chamados RISC (Reduced Instruction Set Computer), que aos poucos tomaram espaço ocupado pelos processadores CISC (Complex Instruction Set Computer);

}  Intel: }  Depois do 8088... }  80286 (PC AT da IBM); }  80386 – 32 bits; }  80486 – suporte a multiprocessamento (vários processadores); }  Pentium (2 pipelines internos – 2x mais rápido que 80486); }  Pentium Pro (Reestruturação do processador podendo executar até 5 instruções ao

mesmo tempo / Memória cache de dois níveis); }  Pentium II (Aplicações multimedia MMX); }  Celeron (baixo custo); }  Xeon (muita memória cache / melhor multiprocessamento / barramento mais rápido);


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