Arquitetura de Computadores
Histórico
 "As
invenções já há muito alcançaram seu
limite - e eu não vislumbro qualquer
esperança de futuros desenvolvimentos."
– Julius Frontinus, eminente engenheiro romano
(Roma, ano 10 DC).
Época dos Dispositivos Mecânicos
(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 Eletromecânicos
(1880-1930)

Em 1889, Herman 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 Watson.

Em 1890, Willian 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 em 1986.
Época dos Componentes Eletrônicos
(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 Válvula
(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
(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
Universidade de Manchester.
a
transistor,
da
Terceira geração - Circuitos Integrados
(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
utilizam VLSI (Very Large Scale
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 representada
 Bit
Os 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.
 Byte
Os 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 Kilobyte (KB)
1 Megabyte (MB)
1 Gigabyte (GB)
1 Terabyte (TB)
1 Byte
1024 Bytes
1024 KB
1024 MB
1024 GB