ARQUITETURA DE COMPUTADORES
Estágios da Evolução dos
Computadores
Prof.: Agostinho S. Riofrio
Estágios da Evolução dos Computadores
Agenda
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Introdução
Gerações
Computadores Mecânicos
Primeira Geração – Válvulas Eletrônicas
Segunda Geração – Transistor
Terceira Geração – Circuito Integrado
Quarta Geração - VLSI
Estágios da Evolução dos Computadores
Introdução
• Os primeiros computadores (anos 40) possuíam
somente dois níveis: Nível de Arquitetura de Conjunto
de Instruções (ISA) e o Nível de Lógica Digital, que
era complicado, difícil de entender e construir, e de
baixa confiabilidade.
• Em 1951, Maurice Wilkes (University of Cambridge)
sugeriu a introdução de um nível adicional
intermediário para simplificar o hardware: um
interpretador (microprograma) imutável para
executar as instruções especificadas no nível acima.
Estágios da Evolução dos Computadores
Introdução
• Por volta de 1960, foi criado um programa – sistema
operacional – que ficaria constantemente em execução
no computador com a função de automatizar o
trabalho do operador do computador: iniciar um novo
job, carregar o compilador de FORTRAN, carregar o
programa a ser compilado, executar o programa
resultante da compilação, entrar os dados para o
programa, imprimir os resultados do programa, ...
• Batch system: execução seqüencial de jobs (um único
“usuário” por vez no computador)
• Timesharing system: terminais remotos conectados
ao computador central através de linhas de telefone
(CPU compartilhada entre muitos usuários)
Estágios da Evolução dos Computadores
Gerações
1.
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3.
4.
5.
Computadores Mecânicos (1642-1945)
Computadores com Tubos a Vácuo ou Válvulas
Eletrônicas (1945-1955)
Computadores com Transistores (1955-1965)
Computadores com Circuitos Integrados (19651980)
Computadores com Integração em Escala Muito
Grande - VLSI (1980-?)
Estágios da Evolução dos Computadores
Computadores Mecânicos
• Blaise Pascal (1623-1662, França) construiu em 1642 a
primeira máquina de calcular, baseada em engrenagens
e alavancas, e que permitia fazer adições e
subtrações.
• Baron Gottfried Wilhelm von Leibniz (1646-1716,
Alemanha) construiu outra máquina no mesmo estilo, e
que permitia também fazer multiplicações e divisões.
Estágios da Evolução dos Computadores
Computadores Mecânicos
• Charles Babbage (1792-1871, Inglaterra) construiu na
Universidade de Cambridge duas máquinas:
– Difference Engine: executava sempre o mesmo algoritmo
(tratava tabelas de números para fins de navegação naval,
aplicando o método de diferenças finitas usando polinômios);
a saída era gravada em pratos de cobre e aço.
– Analytical Engine:
• Quatro componentes: store (memória), mill (unidade de
computação), input section (leitora de cartões
perfurados) e output section (saída impressa e com
perfuração);
• A unidade de computação lia números da memória, fazia
cálculos (adição, subtração, multiplicação e divisão) e
podia retornar o resultado para a memória.
• Máquina de propósito geral: lia instruções (de tratamento
aritmético e de desvio condicional) através de cartões
perfurados e as executava.
• Primeira pessoa a escrever programas: Ada Augusta
Lovelace
Estágios da Evolução dos Computadores
Computadores Mecânicos
Estágios da Evolução dos Computadores
Computadores Mecânicos
• Konrad Zuse (Alemanha) construiu durante a década
de 1930 uma série de máquinas de calcular baseadas
em relays eletromagnéticos, mas a Segunda Guerra
Mundial impediu o seu avanço e ainda causou a sua
destruição.
• John Atanasoff (Estados Unidos da América, Iowa
State University) e George Stibbitz (Estados Unidos
da América, Bell Labs) construíram no final da década
de 1930 calculadoras que já usavam aritmética binária
e possuíam memória baseada em capacitores.
• Howard Aiken (Estados Unidos da América, Harvard
University) construiu em 1944 uma máquina de
propósito geral chamada Mark I, baseada no trabalho
de Babbage, mas que usava relays eletromagnéticos no
lugar de engrenagens.
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Primeira Geração – Válvulas Eletrônicas
• Governo Britânico construiu em 1943 o primeiro computador
digital eletrônico, o COLOSSUS, para fins de decodificar as
mensagens trocadas pelos alemães durante a Segunda Guerra
Mundial, que eram criptografadas por uma máquina chamada
ENIGMA.
– O projeto foi mantido em segredo por 30 anos, por isso, não houve
evolução.
– Alan Turing participou do projeto.
• John Mauchley e J. Presper Eckert (Estados Unidos da América)
construíram em 1946 para fins militares um computador
eletrônico chamado ENIAC (Electronic Numerical Integrator and
Computer):
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–
–
18.000 tubos a vácuo
1.500 relays
30 toneladas
140 kilowats
20 registradores de números decimais de 10 dígitos
Programação feita através de 6.000 switches e de milhares de
jumpers (cabos de conexão)
– John von Neumann participou do projeto.
Estágios da Evolução dos Computadores
Primeira Geração – Válvulas Eletrônicas
Colossus
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Primeira Geração – Válvulas Eletrônicas
ENIAC
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Primeira Geração
• Vários computadores surgiram na seqüência:
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JOHNIAC: Rand Corporation
ILLIAC: Universidade de Illinois
MANIAC: Laboratório de Los Alamos
WEIZAC: Instituto Weizmann, Israel
EDSAC (1949): Universidade de Cambridge; foi o primeiro a
armazenar programas em memória.
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Primeira Geração
• John von Neumann (Estados Unidos da América,
Instituto de Estudos Avançados de Princeton)
construiu em 1952 o computador IAS:
– Programas e dados representados de forma digital em
memória
– Processamento baseado em aritmética binária, ao invés de
decimal
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Máquina de Von Newmann
Memória: 4096 palavras de 40 bits (2 instruções de 20 bits ou um inteiro)
Instrução: 8 bits para indicar o tipo, 12 tipos para endereçar a memória
Acumulador: registrador especial de 40 bits
Estágios da Evolução dos Computadores
Primeira Geração
• IBM começou a construir computadores:
– 1953: IBM 701
• 2048 palavras de 36 bits
• Duas instruções por palavra
• Máquina para aplicações científicas (numéricas)
– 1956: IBM 704
• 4K de memória
• Instruções de 36 bits
• Hardware para floating-point (números reais)
– 1958: IBM 709
Estágios da Evolução dos Computadores
Segunda Geração - Transistores
Estágios da Evolução dos Computadores
Segunda Geração - Transistores
•
•
•
Invenção do transistor
– 1948, Bell Labs, EUA
– John Bardeen, Walter Brattain e William Shockley
TX-0 (Transistorized eXperimental computer 0)
– M.I.T., Lincoln Laboratory
– Primeiro computador com transistor
PDP-1
– 1961, DEC (Digital Equipment Corporation)
– Primeiro computador comercializado
– Kenneth Olsen (participante do projeto do TX-2) fundou a DEC em
1957.
– Memória: 4K palavras de 18 bits
– Ciclo: 5 microsegundos
– Primeiro computador com display visual: tela de 512x512 pontos
– Preço: US$120,000
– Unidades vendidas: algumas dezenas
– Nascimento da indústria de minicomputadores
Estágios da Evolução dos Computadores
Segunda Geração
•
PDP-8
•
7090
•
7094
•
1401
–
–
–
–
–
DEC, 1965
Preço: US$16,000
Unidades vendidas: 50.000
Máquina de 12 bits
Barramento único: omnibus (FIGURA)
– IBM (Industry of Business Machine)
– Versão transistorizada do IBM 709
– 1962, IBM
– Memória: 32K palavras de 36 bits
– Ciclo: 2 microsegundos
– 1961, IBM
– Memória: 4K bytes
– Máquina orientada a negócios:
• Fitas magnéticas (leitura e escrita)
• Cartões (leitura e perfuração)
• Impressão relativamente rápida e barata
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Segunda Geração
IBM 7090
Estágios da Evolução dos Computadores
Segunda Geração
Estágios da Evolução dos Computadores
Estágios da Evolução dos Computadores
Segunda Geração
• 6600
– 1964, CDC (Control Data Corporation)
– Projetista: Seymour Cray
– Alto grau de paralelismo dentro da CPU:
• Várias unidades para adição, multiplicação e divisão trabalhando
simultaneamente
• Muito mais rápido que o 7094 !
– Pequenos computadores auxiliares para tratamento de
entrada e saída
– Sucessores: 7600, Cray-1
• B5000
– Burroughs
– Projeto orientado para a execução de programas em Algol60, linguagem precursora do Pascal
– Maior prioridade para o software
– Menor prioridade para velocidade de processamento e preço
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Terceira Geração – Circuitos Integrados
Estágios da Evolução dos Computadores
Terceira Geração – Circuitos Integrados
• Invenção do circuito integrado de silício
– 1958, Robert Noyce
– Dezenas de transistores em um único chip
– Possibilitou construir computadores menores, mais
rápidos e mais baratos
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Terceira Geração
• System/360
– IBM, 1965
– Família de computadores, com diferentes capacidades de
processamento e armazenamento: modelos 30, 40, 50 e 65
(tabela)
– Visava substituir o 1401 (comercial) e o 7094 (científico) ao
mesmo tempo
– Permitia multiprogramação: vários programas em memória em
execução simultânea (quando um aguardava uma operação de
entrada ou saída se completar, outro podia executar)
– Emulava outros computadores (1401, 7094), devido à sua
capacidade de microprogramação
– Endereçamento máximo: 16 megabytes (24 bits)
• PDP-11
– DEC, 1970
– Sucessor de 16 bits do PDP-8
– Grande sucesso, especialmente nas universidades
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Família IBM System/360
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Quarta Geração - VLSI
• Década de 80: grande compactação dos
circuitos integrados
– Dezenas de milhares, depois centenas de milhares
e finalmente milhões de transistores em um chip
– Desempenho aumentou muito
– Preços caíram muito
– Computadores deixaram de ser privilégio de
grandes corporações
– Início da era do computador pessoal
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Computadores Pessoais
Estágios da Evolução dos Computadores
Computadores Pessoais
• Vendidos em kits para o próprio consumidor montar
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Placa de circuito impresso
Conjunto de chips (tipicamente Intel 8080)
Alguns cabos
Fonte de alimentação
Floppy disk de 8 polegadas
• Software não era fornecido:
– o consumidor tinha que escrever seu próprio software
• Sistema operacional CP/M
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–
–
–
–
Gary Kildall
Processadores Intel 8080
Floppy disk operating system
Sistema de arquivos
Comandos por teclado
• Apple, Apple II
– Steve Jobs e Steve Wozniak
– Muito popular para uso doméstico e em escolas
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Computadores Pessoais
• IBM Personal Computer
– IBM, 1981
– Intel 8088
– Projeto de circuitos público:
• Objetivo: permitir que outros fabricassem componentes
facilmente acopláveis ao PC (plug-in boards)
• Conseqüência: indústria de clones
– Sistema operacional:
• Inicialmente, MS-DOS (criação da Microsoft)
• Mais tarde, com CPUs mais poderosas, OS/2, que possui
interface gráfica semelhante ao Apple Macintosh
• Mais tarde ainda, MS-Windows
Estágios da Evolução dos Computadores
Lei de Moore
• Gordon Moore, 1965, Intel
• Número de transistores em um chip dobra a cada 18
meses.
• Círculo Virtuoso:
– Avanço tecnológico propicia melhores produtos a preços mais
baixos.
– Preços mais baixos induz ao surgimento de novas aplicações
(exemplo, video games)
– Novas aplicações aumentam as possibilidades de mercado e
fazem surgir novas empresas.
– Novas empresas leva a competição, criando demanda
econômica para o avanço tecnológico.
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Lei de Nathan
• Nathan Myhrvold, Microsoft
• “Software é como gás: expande até preencher todo o
container.”
• Exemplo: editores de texto
– Troff (década de 80) ocupava alguns milhares de
kilobytes de memória
– Editores atuais ocupam dezenas de megabytes
Estágios da Evolução dos Computadores
Categoria de Computadores
Estágios da Evolução dos Computadores
Computador Pessoal
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Intel
• 1968: Fundação
• Robert Noyce ( inventor do circuito integrado
de silício )
• Gordon Moore ( Moore’s law )
• Arthur Rock ( investidor )
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Intel
Estágios da Evolução dos Computadores
SUN (Stanford University Network)
• 1981, Andy Bechtolsheim, alemão, estudante de
graduação de Stanford, montou seu próprio
computador (SUN-1) para executar Unix, usando CPU
Motorola 68020.
– “workstation”: Ethernet e TCP/IP para conectar a ARPANET
(precursora da Internet)
• 1987: SPARC (Scalable Processor ARChitecture)
– RISC: Reduced Instruction Set
– Máquina de 32 bits
• 1995: UltraSPARC I
– Máquina de 64 bits
– Orientada a multimídia
– VIS: Visual Instruction Set
Estágios da Evolução dos Computadores
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] TANEMBAUM, Andrew S. Organização Estruturada de Computadores. Quinta
Edição. Pearson Prentice Hall, São Paulo, 2007.
[2] http://ftp.arl.army.mil/historic-computers/
[3] http://www.computersciencelab.com/ComputerHistory/HistoryPt2.htm