Arquitetura de Computadores

HistóricoHistórico

"As invenções já há muito alcançaram seu limite "As invenções já há muito alcançaram seu limite - e eu não vislumbro qualquer esperança de - e eu não vislumbro qualquer esperança de futuros desenvolvimentos."futuros desenvolvimentos."

– Julius Frontinus, eminente engenheiro romano (Roma, ano 10 DC).

Época dos Dispositivos Mecânicos Época dos Dispositivos Mecânicos (3.000 a.C. - 1880)(3.000 a.C. - 1880)

O conceito de efetuar cálculos com algum tipo de equipamento data, pelo menos, do século V a.C. com os babilônios e sua invenção do ábaco.

A primeira evolução do ábaco surgiu em 1642, quando o filósofo e matemático francês Blaise Pascal construiu um contador mecânico que realizava operações aritméticas de soma e subtração através de rodas e engrenagens dentadas.

O calculador de Pascal apresentou duas significativas inovações tecnológicas para sua época:– permitia o uso de "vai 1", passado automaticamente

para a parcela seguinte; – utilizava o conceito de complemento para realizar

operações aritméticas de subtração através de soma de complemento (este conceito é até hoje essencialmente a base de funcionamento dos circuitos de operação aritmética em ponto fixo dos computadores).

Leibniz, construiu em 1673 uma calculadora mais completa que a de Pascal, porque realizava as quatro operações aritméticas.

Em 1801, Joseph Marie Jacquard inventou um tear mecânico dotado de uma leitora de cartões perfurados, os quais representavam os desenhos do tecido.

O tear funcionava tão bem que este é o primeiro exemplo prático de desemprego provocado pela automação!

Um dos últimos e mais importantes trabalhos pioneiros em computação por processos mecânicos foi realizado por um inglês de nome Charles Babbage, que, em 1823, foi contratado pela Royal Astronomical Society of Great Britain para produzir uma máquina calculadora programável, com a finalidade de gerar tabelas de navegação para a Marinha britânica.

Em seu trabalho, Babbage projetou dois tipos de máquina:

A máquina de diferenças. Era um dispositivo mecânico, que só realizava adições e subtrações (como a máquina de Pascal) e cujos cálculos matemáticos se baseavam no processo de diferenças finitas, pelo qual é possível calcular fórmulas (até com polinômios e funções trigonométricas) utilizando apenas a operação de adição;

A máquina analítica era um computador mecânico capaz de armazenar 1.000 números de 20 algarismos e que possuía um programa que podia modificar o funcionamento da máquina, fazendo-a realizar diferentes cálculos.

A máquina analítica de Charles Babbage possuía os mesmos componentes que um computador atual:

– Memória: constituída de rodas dentadas de contagem;– Processador: com uma unidade capaz de realizar as quatro

operações aritméticas (operando com pares de registradores) – “Unidade de controle", constituída de cartões perfurados

convenientemente para realizar esta ou aquela operação– Saída: para uma impressora ou para um dispositivo

perfurador de cartões.

Época dos Dispositivos EletromecânicosÉpoca dos Dispositivos Eletromecânicos (1880-1930) (1880-1930)

Em 1889, Herman HollerithHerman Hollerith desenvolveu o cartão perfurado para guardar dados e também uma máquina tabuladora mecânica, acionada por um motor elétrico, que contava, classificava e ordenava informações armazenadas em cartões perfurados.

O sucesso de Hollerith com a apuração do censo de 1890, nos EUA, conduziu à criação, em 1896, da Tabulating Machine Company, por onde Hollerith vendia uma linha de máquinas de tabulação com cartões perfurados. Esta companhia foi o embrião da IBM (International Business Machine), fundada em 1924 pelas mãos de Thomas WatsonThomas Watson.

Em 1890, Willian BurroughsWillian Burroughs constrói a primeira máquina de teclado capaz de somar e imprimir parcelas e resultados com sucesso.

Foi fundador da Burroughs, que conjuntamente com a Remington/UNIVAC deu origem a Unysis Unysis em 1986.

Época dos Componentes EletrônicosÉpoca dos Componentes Eletrônicos(1930-1945)(1930-1945)

1937: Howard Aiken construiu o primeiro computador eletrônico - Mark I

Era uma máquina capaz de calcular integrais e diferenciais, que foi financiada pela IBM e pela marinha americana para ser usada na segunda guerra mundial.

1939: John Atanasoff projetou uma máquina calculadora capaz de resolver equações lineares, que é considerada o protótipo de primeiro computador eletrônico digital.

A máquina possuía capacitores elétricos para a memória que eram periodicamente refrescados para evitar que se descarregassem.

devido a tecnologia de hardware de seu tempo, o projeto não se tornou operacional.

Os dois problemas básicos das épocas anteriores (baixa velocidade de processamento e falta de confiabilidade dos resultados) só poderiam ser solucionados com a utilização de elementos de armazenamento e chaveamento que não tivessem partes mecânicas e fossem bem mais rápidos.

Para tanto, os cientistas dedicados a esse trabalho passaram a explorar o uso de um componente eletrônico, a válvula, inventada em 1906.

Primeira Geração: Computadores á VálvulaPrimeira Geração: Computadores á Válvula(1945 – 1955)(1945 – 1955)

O primeiro computador eletrônico e digital, construído no mundo para emprego geral, isto é, com programa de instruções que podiam alterar o tipo de cálculo a ser realizado com os dados, foi denominado ENIAC (Flectronic Numerical Integrator And Computer) e foi projetado de 1943 a 1946, tendo funcionado daí em diante até 1955, quando foi desmontado.

O ENIAC era uma máquina gigantesca, contendo mais de 17.000 válvulas e 800 quilômetros de cabos. Pesava cerca de 30 toneladas e consumia uma enorme quantidade de eletricidade, além do consumo de válvulas, que queimavam com grande freqüência devido ao calor.

O ENIAC era extremamente rápido para sua época:

Realizava cerca de 10.000 operações por segundo,

Possuía 20 registradores, cada um deles podendo armazenar um valor numérico de 10 dígitos,

Era uma máquina decimal (não binária) e, por isso, cada dígito era representado por um anel de 10 válvulas, uma das quais estava ligada em cada instante, indicando o algarismo desejado.

Segunda geração - transistores Segunda geração - transistores (1955-1965)(1955-1965)

Aparecimento de unidades aritméticas e lógicas mais complexas, assim como unidades de controle;

Aparecimento de linguagens de programação de nível superior ao das linguagens Assembly da época (na realidade, o FORTRAN para o IBM 704, em 1957, era ainda de primeira geração).

Um computador experimental a transistor, daUniversidade de Manchester.

Terceira geração - Circuitos IntegradosTerceira geração - Circuitos Integrados(1965-1980)(1965-1980)

Conceito de família de computadores, em vez de máquina individual (arquitetura igual - linguagem de máquina semelhante, etc.);

Utilização de unidade de controle com microprogramação em vez das tradicionais unidades de controle no hardware;

Emprego de uma técnica chamada multiprogramação, pela qual vários programas compartilham a mesma memória principal e dividem o uso da CPU dando a impressão ao usuário de que estão sendo executados simultaneamente;

Quarta Geração - Computadores que Quarta Geração - Computadores que utilizam VLSI (Very Large Scale utilizam VLSI (Very Large Scale Integration)Integration)

• Caracteriza uma classe de dispositivos eletrônicos capazes de armazenar, em um único invólucro, milhares e até milhões de diminutos componentes.

Como a Informação é representadaComo a Informação é representada

BitOs computadores trabalham com as informações em

forma de códigos, os quais são constituídos de apenas dois elementos que denominam-se CÓDIGOS BINÁRIOS e podem ser representados, utilizando-se os dígitos 0 e 1. Cada um desses dígitos é chamado BIT (Binary Digit), dígito binário e representa a menor unidade de informação do computador.

ByteOs microcomputadores geralmente operam com

grupos de bits. Um grupo de oito bits é denominado BYTE. Este pode ser usado na representação de caracteres como uma letra (A-Z), um número (0-9) ou outro símbolo qualquer (#, %, *, ?, @), entre outros.

Assim como podemos medir distâncias, quilos, tamanho etc, também podemos medir a capacidade que um microcomputador tem para armazenar informações. Para efetuarmos essa medida é usado o byte como padrão e os seus múltiplos:

8 Bits 1 Byte1 Kilobyte (KB) 1024 Bytes1 Megabyte (MB) 1024 KB1 Gigabyte (GB) 1024 MB1 Terabyte (TB) 1024 GB