Aula 0 - Historico dos Computadores - Prof Marcelo Andrade

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SEL/EESC-USP Grupo de Sistemas Digitais

SEL-0415

Introdução à Organização de Computadores

Histórico dos Computadores Aula 1 Prof. Dr. Marcelo Andrade da Costa Vieira

HISTÓRICO - O Desenvolvimento dos Computadores

SEL/EESC-USP Grupo de Sistemas Digitais

§ Dispositivos Mecânicos (3.000 a.C. – 1880) – Engrenagens § Dispositivos Eletromecânicos (1880 – 1945) – Motor/ Relês § Dispositivos Eletrônicos - Computadores (1945 - Hoje): § § § § §

Primeira Geração (1945 – 1957): Válvula Segunda Geração (1958 – 1964): Transistores Terceira Geração (1965 – 1971): Circuitos Integrados (SSI e MSI) Quarta Geração (1972 – 1977): Microprocessadores (LSI) Quinta Geração (1978 – hoje): Muito Alta Integração (VLSI e ULSI)

1. Dispositivos Mecânicos (3000 a.C – 1880) SEL/EESC-USP Grupo de Sistemas Digitais

n 3000 a.C. Æ Ábaco n

n

n n

Na antiguidade, as pedras eram usadas para contar, antes mesmo de existir o conceito de números. O ábaco pode ser considerado como a primeira máquina desenvolvida para auxiliar o cálculo matemático. A palavra cálculo vem do latim calculus que significa “pedra”. Muitos povos da antiguidade utilizavam o ábaco para a realização de cálculos do dia-adia, principalmente no comércio de mercadorias

1. Dispositivos Mecânicos (3000 a.C – 1880) n 1642 Æ Calculadora de Pascal (Pascaline) SEL/EESC-USP Grupo de Sistemas Digitais

n

n

n n n n

O matemático francês Bleise Pascal desenvolveu a primeira calculadora mecânica da história Usava engrenagens mecânicas (semelhante a um hodômetro de automóvel) Acionado por manivela Números decimais Soma e subtração Conceito de “Acumulador”, “Carry”

1. Dispositivos Mecânicos (3000 a.C – 1880) SEL/EESC-USP Grupo de Sistemas Digitais

n 1500 Æ Calculadora de Leonardo da Vinci n

n

Quase 150 anos antes de Pascal desenvolver sua calculadora mecânica, Leonardo da Vinci já tinha projetado uma calculadora semelhante. Não chegou a ser construída por ele.

1. Dispositivos Mecânicos (3000 a.C – 1880) SEL/EESC-USP Grupo de Sistemas Digitais

n 1671 Æ Calculadora de Leibnitz n Uma evolução da máquina de Pascal n 4 operações matemáticas n multiplicação e divisão por soma e

subtração sucessivas.

n 1801 Æ Tear programável de Joseph Jacquard n Máquina de tecelagem n Era possível programar o desenho no tecido usando cartão

perfurado n Primeira máquina programável da história n Conceito de “programação”, “instruções”, “entrada e saída”

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1. Dispositivos Mecânicos (3000 a.C – 1880) n 1822 Æ Máquina Diferencial de Charles Babbage n

n

Escreveu um projeto de uma máquina que efetuava cálculos complexos, como funções trigonométricas e logaritmos. Foi construída muitos anos depois.

n 1837 Æ Máquina Analítica de Charles Babbage n

n

n

Projetou uma máquina mais sofisticada que utilizava os conceitos do Tear Programável de Jaquard. Usava cartão perfurado para programação (instruções) e para impressão dos resultados (entrada/saída) Não chegou a ser concluída por ele.

1. Dispositivos Mecânicos (3000 a.C – 1880) SEL/EESC-USP Grupo de Sistemas Digitais

n 1854Æ Lógica de Boole n n n

George Boole. Matemático inglês que criou a álgebra booleana: operações matemáticas por símbolos ao invés de números. Criou a lógica matemática e o sistema binário.

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2. Dispositivos Eletromecânicos (1880 – 1945) n 1889 Æ Máquina Tabuladora de Herman Hollerith n Motores elétricos acionavam as engrenagens n Censo dos EUA em 1890: redução de 8 para 3 anos para a apuração n Entrada: cartão perfurado com instruções n Saída: resultados perfurados em cartões

n 1896 Æ Herman Hollerith juntou-se a Thomas Watson e fundaram a Tabulating Machine Company (TMC) que em 1916 tornou-se a International Business Machine (IBM).

2. Dispositivos Eletromecânicos (1880 – 1945) SEL/EESC-USP Grupo de Sistemas Digitais

n 1944 Æ Mark I de Howard Aiken (Harvard) n 2ª Guerra Mundial n Utilizava relês n Aritmética decimal n Entrada: papel perfurado n 1 soma em 6s

3. Dispositivos Eletrônicos (1945 – Hoje) SEL/EESC-USP Grupo de Sistemas Digitais

n Computadores Mecânicos e Eletromecânicos: n Baixa velocidade (engrenagens) n Pouca confiabilidade (desgaste mecânico) n Válvula – inventada em 1906 n Chave eletrônica controla (grade) a passagem ou não de corrente elétrica entre o catodo e o anodo n Muito mais rápido e eficaz que o relê

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Válvula Eletrônica

Evolução da Eletrônica 1945-1957

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Válvulas

1958-1964 Transistores 1965 – 1971 Integração do CI’s 1972-1977 Microprocessadores 1978-hoje Integração em Ultra Larga escala: CPLD, DSP, Microcontroladores

Novas Técnicas de Projeto:

O circuito Digital substitui o Analógico (Comunicação, Controle de Processos, Voz, Imagem, etc)

1ª Geração - Válvulas (1945 – 1957) SEL/EESC-USP Grupo de Sistemas Digitais

1ª GERAÇÃO de COMPUTADORES (1945 - 1957): Válvulas

§ Características: . . . . . . . . .

aquecimento demasiado provocando queima constante elevado consumo de energia ocupavam grande espaço válvulas eram ligadas por Kms de fios ligados manualmente computadores com enormes dimensões físicas programação feita diretamente em linguagem de máquina 40.000 operações/segundo apenas uso científico única forma de armazernar dados era por meio de cartões perfurados

1ª Geração - Válvulas (1945 – 1957) SEL/EESC-USP Grupo de Sistemas Digitais

n ENIAC (Electronic Numeric Integrator and

Calculator - 1943-1946 – Univ. da Pensilvânia): n

n

n

1943 - Segunda Guerra Mundial – Cálculo de artilharia (balística) pelo exército tinha 200 pessoas e demorava dias de trabalho Desenvolvido pelo Prof. John Mauchly e por J. Presper Eckert Cálculos de balística para o exército americano

1ª Geração - Válvulas (1945 – 1957) SEL/EESC-USP Grupo de Sistemas Digitais

n ENIAC (Electronic Numeric Integrator and

Calculator - 1943-1946 – Univ. da Pensilvânia): n n n

n

n

1o. computador eletrônico; Decimal; 170 m2, 30 t, 150 kW, 18 mil válvulas, 10 mil capacitores, 800Km de cabos; 5.000 adições por segundo: mil vezes mais rápido que o Mark I; Concluído em 1946 (após a guerra) – acabou sendo usado para outras tarefas até 1955 (propósito geral)

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ENIAC

Museu da Computação da Universidade da Pensilvânia

1ª Geração - Válvulas (1945 – 1957) SEL/EESC-USP Grupo de Sistemas Digitais

n Computadores desenvolvidos: n

n n n

ENIAC (Electronic Numeric Integrator and Calculator 1943-1946 – Univ. da Pensilvânia):

Saída: Cartões perfurados; Programação Manual: introduzida por cabos (config. por circuito). Dificuldade para modificação de um programa

A Máquina de Von Neumann SEL/EESC-USP Grupo de Sistemas Digitais

§

1945 – Conceito de computador de programa armazenado: § § § §

Computador binário; Programa armazenado na memória da mesma forma que os dados; Alteração no programa seria mais simples, apenas atribuindo valores na memória; Diferentemente do ENIAC (1946) que era “programado” sem armazenamento

Busca

John von Neumann: 1903-1957

Execução

MODELO DE VON NEUMANN Bit de sinal NÚMERO

CÓDIGO DE OPERAÇÃO

ENDEREÇO

DADO

INSTRUÇÃO

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MODELO DE VON NEUMANN O programa que direciona as atividades da CPU é armazenado na mesma memória em que estão os dados, que devem ser manipulados pelo programa

o computador é uma máquina de programas armazenados sequencialmente executados (ENIAC: era “programado por hardware”)

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MODELO DE VON NEUMANN A arquitetura de um computador consiste de 4 partes principais: 1.

CPU (Unidade central de processamento) • • •

ULA (unidade lógica e aritmética Unidade de controle Registradores Memória

2. 3. 4.

CPU

Memória Dispositivo de conexão (barramentos) dispositivos de entrada/saída. Dispositivos de E/S

Barramentos

Esse modelo é a base dos computadores de hoje!

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Von Neumann

Von Neumann com o primeiro computador, o IAS, concluído em 1952, na Universidade de Princeton

1ª Geração - Válvulas (1945 – 1957) SEL/EESC-USP Grupo de Sistemas Digitais

n Computadores desenvolvidos: n

1946 - ENIAC

n

1952 – IAS (era binário – 40 bits): n n

Instrução: opcode + endereço Dados: bit de sinal + numero

n

UNIVAC I (Universal Automatic Computer): foi o primeiro computador comercial desenvolvido. Foi utilizado para o censo de 1950 nos EUA.

n

1961 - UNIVAC 1105 – Primeiro computador importado pelo Brasil – IBGE

n

1953 - IBM 701 (1o. Computador eletrônico programável da IBM)

2ª Geração - Transistor (1958 – 1964) SEL/EESC-USP Grupo de Sistemas Digitais

2ª GERAÇÃO de COMPUTADORES (1958 - 1964): Transistor §

Características: n n n n n n

§

Transistor: inventado no Bells Labs em 1947. Dispositivo de estado sólido (semicondutor) Silício - segundo elemento mais abundante na terra Menores, mais velozes, mais baratos, menor consumo de energia Redução das conexões: cada transistor substituía dezenas de válvulas. Uso comercial e científico

Modificações introduzidas pela segunda geração: n n n n n n

Unidades de controle, lógica e aritmética mais complexas Programação através de mnemônicos (Linguagem Assembly) Uso de linguagem de programação de alto nível Inclusão do software do sistema com o computador 200.000 operações/segundo Memórias com núcleos de ferrite, fitas e tambores magnéticos

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2ª Geração - Transistor (1958 – 1964)

2ª Geração - Transistor (1958 – 1964) SEL/EESC-USP Grupo de Sistemas Digitais

n Computadores desenvolvidos n

Transistor

n

Fitas magnéticas (em vez das perfuradas) Ø IBM 1401 (Década de 60) Ø PDP 1 (1959) – DEC (Digital Equipment Corporation)

3ª Geração – Circuito Integrado (1965 – 1971) SEL/EESC-USP Grupo de Sistemas Digitais

3ª GERAÇÃO de COMPUTADORES (1965 - 1971): Circuito Integrado 1958 - invenção do circuito integrado e início da microeletrônica (Texas Inc.) §

Características: n n n n n n n

Necessidade de acomodação dos componentes eletrônicos nos equipamentos Integração de componentes em um único invólucro (chip) Aumento da velocidade de operação A redução no tamanho do computador permitiu que o mesmo pudesse ser colocado em ambientes variados Redução na potência e nos requisitos para resfriamento O aumento da densidade reduziu o número de interconexão entre chips O custo do chip foi permanecendo praticamente inalterado enquanto a densidade crescia

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3ª Geração – Circuito Integrado (SSI e MSI) (1965 – 1971) SSI

N < 10

MSI

10 < N < 100

LSI

100 < N < 1000

VLSI

1000 < N < 100.000

ULSI

N > 100.000 geração

data aproximada

Tecnologia

1 2 3 4 5 6

1946 - 1957 1958 - 1964 1965 - 1971 1972 - 1977 1978 – 1991 1991 – Hoje

tubo a vácuo transistor SSI e MSI LSI VLSI ULSI

Classificação quanto ao número N de portas lógicas.

velocidade (operações/s) 40.000 200.000 1.000.000 10.000.000 100.000.000 1.000.000.000

3ª Geração – Circuito Integrado (SSI e MSI) (1965 – 1971) SEL/EESC-USP Grupo de Sistemas Digitais

n 3a. Geração - CIs n

CI (1961 – Texas e Fairchild Semiconductor) n

SSI (Integração em pequena escala) ð ~ 1000 transistores

Ø 1964 - IBM 360 - 1ª Família de computadores Ø PDP 11

4ª Geração – Microprocessadores (LSI) (1972 – 1977) SEL/EESC-USP Grupo de Sistemas Digitais

4ª GERAÇÃO de COMPUTADORES (1972 - 1977): Microprocessadores (LSI) § Características: CIs com integração em larga escala (LSI) n CPU integrada em um único CI = Microprocessador n Surgem várias linguagens de alto-nível n Surge a teleinformática e a transmissão de dados entre computadores através de rede n

1971 – µP 4004 da Intel, com adição de dois números de 4 bits § 1972 - µP 8008 da Intel, duas vezes mais complexo que o 4004 (8 bits) § 1974 - 8080 : 1.º microprocessador de 8 bits para propósitos gerais, mais rápido, conjunto de instruções maior e maior capacidade de endereçamento. § fim da década de 70 - µP de 16 bits mais potentes, e entre eles o 8086 § 1981 - a HP e a Bell Labs desenvolveram µP de 32 bits §

4ª Geração – Microprocessadores (LSI) (1972 – 1977) SEL/EESC-USP Grupo de Sistemas Digitais

n Computadores desenvolvidos n

CI com integração em larga escala (LSI) ð ~ 65000 componentes

n

Processamento distribuído, disco ótico e grande difusão do microcomputador (processamento de texto)

n

INTEL § 1971 - INTEL 4004 – 1ª CPU integrada em um único chip tinha 2250 transistores - equivalente ao ENIAC; § 1972 - INTEL 8008 (8 bits) – 30 mil transistores

4ª Geração – Microprocessadores (LSI) (1972 – 1977) SEL/EESC-USP Grupo de Sistemas Digitais

n Computadores desenvolvidos n

1975 Æ ALTAIR 8800 – Primeiro Microcomputador Pessoal n Utilizava o μP Intel 8008 e a Linguagem Basic (desenvolvida por Bill Gates) n Tamanho que cabia em uma mesa, preço acessível e uso de linguagem de programação. n Foi um sucesso de vendas, mas não tinha interface gráfica. A saída era dada por leds.

4ª Geração – Microprocessadores (LSI) (1972 – 1977) SEL/EESC-USP Grupo de Sistemas Digitais

n Computadores desenvolvidos n

1976 Æ APPLE (Steve Jobs e Stephen Wozniak à APPLE I) n

Projeto foi recusado pelo HP - Fundaram a Apple Computers.

n

Foi o primeiro computador a apresentar uma interface gráfica.

4ª Geração – Microprocessadores (LSI) (1972 – 1977) SEL/EESC-USP Grupo de Sistemas Digitais

n Computadores desenvolvidos n

1977 Æ APPLE II e III

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5ª Geração – Microprocessadores (VLSI e ULSI) (1978 – hoje) 5ª GERAÇÃO de COMPUTADORES (1978 - hoje): VLSI e ULSI § Características:

. Surgimento do VLSI (1978) e do ULSI (1991) . Inteligência artificial, imagens, gráficos . Altíssima velocidade de processamento . Alto grau de interatividade, recursos multimídia, etc.

5ª Geração – Microprocessadores (VLSI e ULSI) (1978 – hoje)

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n Processadores desenvolvidos n

n

VLSI (8 e 16 bits) n

1978 Æ IBM: PC XT8086 (5 MHz – 29 mil transistores) – 3 µm

n

1982 Æ IBM: PC AT 286 (12 MHz – 134 mil transistores)

ULSI (32 bits) n 1989 – PC AT486 n 1993 – Pentium n 1997 – Pentium 2 n 2000 – Pentium 4

(50 MHz – 1,2 milhão de transistores) (166 MHz – 3 milhões) (300 MHz – 7,5 milhões) (1,8 GHz – 42 milhões) – 0.18 µm

5ª Geração – Microprocessadores (VLSI e ULSI) (1978 – hoje)

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n Processadores desenvolvidos n

ULSI (64 bits) n

2006 – Core 2 Duo

(1,2 GHz – 291 milhões) - 0,065µm

n

2008 – Core i7 Quad (2,66 GHz – 781 milhões) - 0,045µm

n

2015 – Core i7 Quad 6700K “Skylake” (4,2 GHz - 1,75 bilhão) - 0,014µm

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FIM