Apostila 02 - oficinadapesquisa.com.br

FACULDADE PITÁGORAS
DISCIPLINA: ARQUITETURA DE COMPUTADORES
Prof. Ms. Carlos José Giudice dos Santos
[email protected]
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.
Geração Zero – Computadores Mecânicos
PASCALINA – 1642
Esta máquina efetuava apenas operações de
adição e subtração.
Fonte: pt.wikipedia.org
Fonte: www.liceobanfi.brianzaest.it
Geração Zero – Computadores Mecânicos
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:acessoapostilas.sites.uol.com.br
Fonte:catarinabaptista.worldpress.com
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=180
093. 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.
A máquina analítica de Babbage
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).
A máquina analítica de Babbage
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
Próximos avanços da geração Zero
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
Próximos avanços da geração Zero
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
Próximos avanços da geração Zero
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
Próximos avanços da geração Zero
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 (à
direita) deste computador.
Fonte: en.wikipedia.org
A primeira geração de computadores
Computadores eletrônicos de válvulas
1945 – 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.
Enigma – versão
da Marinha, à
esquerda.
Rotor
interno
da máquina, à
direita.
Fonte: www.gta.ufrj.br/grad/07_1/ass-dig/HistriadaCriptografia.html
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.
A primeira geração de computadores
Computadores eletrônicos de válvulas
1945 – 1955 – Parte II
ENIAC (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.
A primeira geração de computadores
Computadores eletrônicos de válvulas
1945 – 1955 – Parte III
Mauchley
e
Eckert
começaram a trabalhar
no sucessor do ENIAC, o
EDVAC
(Electronic
Discrete
Automatic
Variable
Computer)
usando as ideias do
genial matemático John
von Neumann. Todos os
computadores de hoje
utilizam essa ideia.
Fonte: gadgetfanbr.blogspot.com
Fonte das imagens: gadgetfanbr.blogspot.com
Válvulas
Eletrônicas
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.
A primeira geração de computadores
Computadores eletrônicos de válvulas
1945 – 1955 – Parte IV
O 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 I
O 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
A segunda geração de computadores
Computadores transistorizados
1955 – 1965 – Parte I
A 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
A segunda geração de computadores
Computadores transistorizados
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 PDP8 era um barramento único chamado omnibus.
A segunda geração de computadores
Computadores transistorizados
1955 – 1965 – Parte III
A 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
A segunda geração de computadores
Computadores transistorizados
1955 – 1965 – Parte IV
IBM 7094
Fonte:
www-03.ibm.com
IBM 1401
Fonte: http://columbia.edu
A segunda geração de computadores
Computadores transistorizados
1955 – 1965 – Parte V
Em 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).
A segunda geração de computadores
Computadores transistorizados
1955 – 1965 – Parte VI
CDC 6600
Fonte:
http://unimepso1.blogspot.com
Burroughs B5000
Fonte:
http://tomshardware.com
A terceira geração de computadores
Computadores com circuitos integrados
1965 – 1980 – Parte I
A 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 3090
Fonte:
IBM System 360
Fonte:
http://wired.com
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.