Uma Breve História Sobre Computadores

Disciplina: Microprocessadores

Prof. Leandro Israel Pinto

Introdução

Introdução Números Binários

O Transistor O Circuito Integrado

Microprocessadores e Microcontroladores

Origem da Palavra Algoritmo A partir do século XVII Avanços na Segunda Guerra Mundial Primeiros Computadores Comerciais

• Computadores modernos começaram a ser construídos a partir da década de 20;

• Mas, a ideia e computação é muito mais antiga;

• Ela remete as primeiras civilizações, incluindo as contribuições dos Babilônicos, Egípcios, Gregos e Romanos e do mundo Islâmico.

Origem da Palavra Algoritmo

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• A origem da palavra algoritmo é do nome do acadêmico 'Al-Khwarizmi'. Ele foi o primeiro a escrever sobre álgebra.

• No Sec. IX, al-Khwārizmī participou da operação Geodésica mais delicada de sua época: a medição do comprimento de um grau terrestre;

• A medição indicou 91176 metros como comprimento de um grau do meridiano, um resultado extremamente acurado

A partir do século XVII

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• No século XVII, Wilhelm Leibniz (Figura 2), um matemático Alemão, desenvolveu uma máquina de cálculo:

– capaz de executar as quatro operações aritméticas básicas;

– além de ter inventado o sistema de números binários;

A partir do século XVII

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Máquina de Wilhelm Leibniz

A partir do século XVII

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• Boole e Babbage são considerados os avós do campo da computação;

• Charles Babbage foi um cientista do século XIX que proporcionou uma visão de um computador mecânico;

• Enquanto Boole forneceu o fundamento lógico para os computadores digitais modernos;

A partir do século XVII

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• Lady Ada Lovelace descobriu a máquina de Babbage em um jantar;

• Ela previu que tal máquina poderia ser utilizada para compor música, produzir gráficos, assim como resolver problemas matemáticos e científicos;

• Escreveu o que é considerado o primeiro programa de computador.

Avanços na Segunda Guerra Mundial

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Origem da Palavra Algoritmo A partir do século XVII Avanços na Segunda Guerra Mundial Primeiros Computadores Comerciais

• A Segunda Guerra Mundial motivou pesquisas para investigar formas mais rápidas de executar cálculos para resolver problemas práticos. Isto levou ao desenvolvimento do computador digital.

Avanços na Segunda Guerra Mundial

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Origem da Palavra Algoritmo A partir do século XVII Avanços na Segunda Guerra Mundial Primeiros Computadores Comerciais

• O computador mais antigo considerado aqui é o Harvard Mark I, projetado por Howard Aiken e a IBM. Mais tarde, John Atanasoff e Cliffor Berry projetaram o computador Atanasoff-Berry (ABC), que era capaz de resolver um conjunto de equações lineares.

O computador Harvard Mark I, mostrado ao lado, tinha 15 metros de comprimento e 2,5 metros de altura e pesava 5 toneladas.

Avanços na Segunda Guerra Mundial

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Origem da Palavra Algoritmo A partir do século XVII Avanços na Segunda Guerra Mundial Primeiros Computadores Comerciais

• John Mauchly e Presper Eckert desenvolveram o ENIAC e o EDVAC.

• ENIAC era um computador com programa fixo

– Ele precisava ser reconfigurado via várias conexões a cabo para executar diferentes tarefas.

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ENIAC era uma máquina grande e tinha mais de 30 metros de comprimento, 3 metros de altura e 1 metro de profundidade e pesava cerca de 30 toneladas.

Configurando as chaves do ENIAC

Avanços na Segunda Guerra Mundial

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Substituindo uma válvula do ENIAC

Avanços na Segunda Guerra Mundial

Avanços na Segunda Guerra Mundial

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• Mas o EDVAC implementou o conceito de programa armazenado. Isto significa que as instruções do programa podiam ser salvas na memória, assim, bastava carregar um novo programa para executar uma nova tarefa.

Primeiros Computadores Comerciais

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Origem da Palavra Algoritmo A partir do século XVII Avanços na Segunda Guerra Mundial Primeiros Computadores Comerciais

Primeiros Computadores Comerciais • Computadores comerciais começaram a aparecer a partir de 1947;

• A corporação Eckert-Mauchly (EMCC) foi fundada por Presper Eckert e John Mauchly em 1947 e foi umas das primeiras companhias de computadores do mundo; – Eles postularam uma série de conceitos de

computador fundamentais como programa armazenado, sub-rotinas, linguagem de programação e compiladores

Primeiros Computadores Comerciais

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Origem da Palavra Algoritmo A partir do século XVII Avanços na Segunda Guerra Mundial Primeiros Computadores Comerciais

Primeiros Computadores Comerciais • O UNIVAC (da EMCC) custava inicialmente $159.000, aumentado gradualmente até $1.5 milhões. Mais de 46 desses computadores foram construídos e entregues.

O Computador UNIVAC

Números Binários

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Primeiros Computadores Comerciais • A aritmética tem sido feita tradicionalmente com a notação decimal; – Leibniz foi um dos primeiros a reconhecer a potencialidade do

sistema de números binários; – Este sistema usa apenas dois digitos (0 e 1) para expressar

qualquer número; – Por exemplo, os números 000, 001, 002, 003, 004 e 005 são

representados em binário como 000, 001, 010, 011, 100 e 101 respectivamente;

– Note que no sistema decimal aumentamos uma casa quando chegamos no digito nove na última casa, por exemplo, temos 10 após o 9 e 20 após o 19. No sistema binário isso acontece com o dígito 1, temos 10 após o 1 e 100 após o 11;

• A principal vantagem dos números binários é o uso em computadores digitais;

• Onde um dígito binário pode ser representado por uma chave liga/desliga. – Sendo o digito 0 representado com a chave desligada e 1 com a

chave ligada.

Tubo de Vácuo

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Tubo de Vácuo

Primeiros Computadores Comerciais • Todos os computadores digitais da primeira geração utilizavam o tubo de vácuo;

– Os quais foram amplamente utilizados em dispositivos eletrônicos como televisores, rádios, até a invenção do transistor.

• A ideia básica do tubo de vácuo é: uma corrente atravessando um filamento que aquece e perde elétrons. Os elétrons são carregados negativamente e, assim, atraídos por uma pequena chapa positiva no tubo. Um fluxo unidirecional é estabelecido entre o filamento e a chapa.

• O filamento do tubo de vácuo se tornava instável com o tempo e, se o ar invadisse o tubo, o oxigênio interagia com o filamento, danificando-o. Isso motivou pesquisas e levou a invenção do transistor por John Bardeen e Walter Houser Brattain em 1947.

Tubo de Vácuo

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Tubo de Vácuo

Primeiros Computadores Comerciais

Tubo de Vácuo no ENIAC

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Tubo de Vácuo

Primeiros Computadores Comerciais

Invenção do Transistor

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Tubo de Vácuo Invenção do Transistor

Primeiros Computadores Comerciais • O transistor é componente fundamental em sistemas eletrônicos; – Sua invenção revolucionou o campo da eletrônica. – É pequeno, barato e muito mais viável do que os

tubos de vácuo.

• O transistor é um componente eletrônico com três terminais. – Ele pode controlar a corrente elétrica ou tensão

entre dois terminais aplicando uma corrente elétrica ou voltagem no terceiro terminal.

– Isso permite a criação de uma chave eletrônica controlada por outra chave eletrônica. Complicados circuitos lógicos podem ser construídos cascateando vários transistores.

Invenção do Transistor

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Tubo de Vácuo Invenção do Transistor

Réplica do primeiro transistor

• Com a invenção do transistor, os computadores puderam ser significativamente diminuídos, além de se tornarem mais confiáveis;

Invenção do Transistor

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Tubo de Vácuo Invenção do Transistor

• Com a evolução nos materias e processos de fabricação, temos os atuais transistores mostrados ao lado;

– Sendo (a) o transistor BC817 em versão SMT (Surface-mount Technology), utilizado para ser montado por máquinas em dispositivos eletrônicos;

– e (b) o transistor BC547, em versão DIP (Dual in-line Package), que pode ser montado manualmente;

O Circuito Integrado

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Invenção O Circuito Integrado Intel 4004 O Processo de Fabricação

• Jack Kilby da Texas Instruments inventou o circuito integrado em 1958;

• O circuito integrado foi uma solução para o problema de construir um circuito com grande número de componentes;

• A ideia era, ao invés de fazer os transistores um por um, construí-los todos de uma vez sobre um wafer semicondutor;

• Isto permitiu que os transistores e outros componentes eletrônicos (ex. resistores e capacitores) fossem construídos no mesmo processo e com o mesmo material;

O Circuito Integrado

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Invenção O Circuito Integrado Intel 4004 O Processo de Fabricação

• Um dos primeiros processadores em circuito integrado a surgir foi o Intel 4004 em 1971;

• Ele continha aproximadamente 2300 transistores;

• Foi especialmente projetado para a calculadora Busicom 141-PF da empresa Nippon Calculating Machine Corporation;

O Intel 4004, um dos primeiros processadores. (www.intel.com)

O Circuito Integrado

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Invenção O Circuito Integrado Intel 4004 O Processo de Fabricação

Calculadora Busicom 141-PF

O Circuito Integrado

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Invenção O Circuito Integrado Intel 4004 O Processo de Fabricação

Placa interna da calculadora Busicom 141-PF

O Processo de Fabricação

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Invenção O Circuito Integrado Intel 4004 O Processo de Fabricação

• Chips são estruturas tridimensionais construídas simultaneamente sobre wafers.

• A fabricação é um processo complicado que exige muita precisão.

• O processo consiste na produção de várias camadas uma sobre a outra.

– Essas camadas formam os transistores e conexões internas do chip.

O Processo de Fabricação

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Invenção O Circuito Integrado Intel 4004 O Processo de Fabricação

O Processo de Fabricação

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Invenção O Circuito Integrado Intel 4004 O Processo de Fabricação

Parte do circuito do Intel 4004 em (a). Em (b), (c) e (d) são mostradas algumas máscaras para o processo de fabricação. (www.intel.com)

Microprocessadores e Microcontroladores

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O Transistor O Circuito Integrado

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• Após a invenção dos chips, surgiram diversos modelos de microprocessadores; – Mais velozes e mais transistores

Microprocessadores e Microcontroladores

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Microprocessadores e Microcontroladores

• Mas nem todas as aplicações necessitam processadores poderosos; – Eletrodomésticos, celulares e outros...

• Surgem os microcontroladores; – Um computador num chip; – Mais fácil de usar;

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O Transistor O Circuito Integrado

Microprocessadores e Microcontroladores

• Um Microprocessador é um chip com capacidade de processamento que necessita de periféricos externos como memórias e dispositivos de entrada e saída para funcionar;

• Um Microcontrolador é um chip que possui internamente um processador e todos os periféricos necessários para o seu funcionamento, como memórias e dispositivos de entrada e saída.

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Microprocessadores e Microcontroladores

• Um Microcontrolador facilita a construção de circuitos que necessitam de alguma computação.

• Pois todos os componentes necessários para o computador estão dentro de um único chip

Alguns pacotes de microcontroladores.

Referências

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• SOUZA, David Jose de. Desbravando o PIC: ampliado e atualizado para PIC16F628A. 12. ed. São Paulo: Livros Erica, c2003. 268 p. ISBN 9788571948679

• PEREIRA, Fábio. Microcontroladores PIC: programação em C. 7. ed. São Paulo: Érica, c2003. 358 p. ISBN 9788571949355 (broch.).

• PEREIRA, Fabio. Microcontrolador PIC18 detalhado: hardware e software. São Paulo: Érica, 2010. 304 p. ISBN 9788536502717 (broch.).

• PEREIRA, Fábio. Microcontroladores PIC: técnicas avançadas. 2. ed. São Paulo: Érica, 2002. 358 p. ISBN 8571947279 (broch.).