Fundamentos de
Hardware
História da Computação
Qual a lógica que está por detrás
dos números árabes?
O número
de ÂNGULOS!!!
•
•
•
•
Dedos das mãos usados para
representar quantidades.
Digitus – do Latim, dedos.
O número um tem um
ângulo.
O número dois tem dois
ângulos.
...
O número zero não
tem ângulos.
Pastores empilhavam pedras para
controle do nú
número de cabeç
cabeças do
rebanho. Uma pedra correspondia a
uma ovelha.
Calculus: do latim, pedra
História da Computação
Primeiro sistema científico para contar e
acumular grandes quantias: mercadores
(Mesopotâmia, cerca de 4.000 anos)
Técnica utilizada:
Abertura de um sulco na areia e inserção de
sementes secas (ou contas) até chegar a dez
Abertura de um novo sulco, inserção de uma
única conta equivalente a 10 e esvaziamento do
primeiro sulco
Repetição da operação até o final da contagem
A história do computador, ao contrário do
que muitos podem imaginar, tem seu início
há muito tempo atrás, desde quando o
homem descobriu que somente com os
dedos, ou com pedras e gravetos, não dava
mais para fazer cálculos...
Origem da palavra Contar
1
Histó
História da Informá
Informática
Ábaco (Primeiro dispositivo manual de cálculo)
•
um aparelho muito
simples formado por
uma placa de argila
onde se escreviam
algarismos que
auxiliavam nos
cálculos.
•
Cerca de 200 a.C., o
Ábaco era constituído
por uma moldura
retangular de madeira
com varetas paralelas e
pedras deslizantes.
◦ Maquinas capazes de efetuar cálculos. Essas máquinas eram
tetra-tetra-tetra avós dos computadores modernos e eram
chamadas de calculadoras. Eram na verdade réguas de calcular,
também chamadas de ábacos. Eram muito usadas pelos árabes
e chineses.
O ábaco é um antigo instrumento de cálculo,
formado por uma moldura com bastões ou
arames paralelos, cada um representa uma
posição digital (unidades, dezenas,...) e nos
quais estão os elementos de contagem (fichas,
bolas, contas,...) que podem fazer-se deslizar
livremente. Teve origem provavelmente na
Mesopotâmia, há mais de 3.500 anos. Ele é
utilizado ainda hoje para ensinar às crianças
as operações de somar e subtrair.
Ábaco (≈ 3500 a.C.)
ÁBACO (latim) – tábua de argila
palavra de origem Fenícia.
Bastões de Napier
•
•
criados como auxílio à
multiplicação.
Os bastões de Napier eram
um conjunto de 9 bastões,
um para cada dígito, que
transformavam a
multiplicação de dois
números numa soma das
tabuadas de cada dígito.
Matemático John Napier,
inventor dos logaritmos
(1614).
http://www.youtube.com/watch?v=EueFhYZ4HxI&feature=
player_embedded
Histórico
• Bastões de Napier (1610 - 1614)
– Em 1617 um matemático escocês chamado John Napier
inventou um dispositivo chamado Ossos de Napier. Tratavase de uma série de bastões que combinados permitiam um
cálculo automático de multiplicação e divisão.
•
•
•
Exemplo de operação : 3768 x 4
Alinham-se os bastões "3", "7", "6" e "8" ao lado do bastão base e faz a
leitura na linha correspondente ao número 4 do bastão base, somando-se
os números na diagonal, da direita para esquerda.
O último número da resposta é o 2 (sozinho) — 2
Depois, o penúltimo (3+4) — 7
Depois (2+8) — 0
Depois (2+2) +1 que veio do 10 — 5
Depois, o primeiro (sozinho) — 1
A resposta da multiplicação é — 15.072
2
Réguas de Cálculo
Simulação da multiplicação de 9 por 384 com Bastões de Napier
1
3
2
6
3
9
1
4
5
6
7
8
9
x
3
8
1
2
3
2
1
5
1
8
2
1
2
4
2
7
4
4
5
6
7
4
4
6
1
4
1
2
2
0
2
8
2
6
3
4
3
2
•
8
2
•
6
0
•
4
8
2
6
=
3.456
6
5
Pascaline ou Máquina Aritmética de
Pascal (Blaise Pascal) - 1642
•
•
1642: -> 1ª máquina automática de
calcular (soma e subtração) que
simulava o funcionamento do ábaco.
Máquina com 6 rodas dentadas, cada
uma contendo algarismos de 0 a 9
Ex: a multiplicação, e.g. de 26 por 16
era feita somando-se 16 vezes o
número 26.
A 1ª máquina calculadora foi
construída por Pascal para ajudar o pai
nos cálculos da sua repartição de
impostos (este sistema é aplicado nos
conta-quilómetros dos automóveis
actuais). Nos dias de hoje temos os
computadores
História da Computação
Revolução Francesa (1790): necessidade de
comunicação rápida, fiável e cifrável.
•
Sua criação foi feita pelo padre inglês William Oughtred, em
1638, basendo-se na tábua de logaritmos
É tida como um computador mecânico analógico que permite
a realização de cálculos por meio de guias graduadas
deslizantes.
Apesar da semelhança com uma régua a régua de cálculos é
um dispositivo que não tem nada a ver com medição de
pequenas distâncias ou traçagem de retas.
A régua de cálculo é o pai das calculadoras eletrônicas
modernas (até mesmo porque os engenheiros que criaram as
calculadoras eletrônicas provavelmente fizeram isso usando
réguas de cálculo),
Juntamente com as calculadoras mecânicas foram utilizadas
até 1970 – quando surgiram as calculadoras eletrônicas
Máquina de Leibnitz
• Primeira máquina de multiplicação e
divisão: Máquina de Leibnitz (filósofo e
matemático
Gottfried
Wilhelm
–
Alemanha, 1671)
(execução das
operações
através
de
somas
e
subtrações sucessivas)
• sistema de torres encimadas por um dispositivo de
madeira manejado por roldanas (como nas imagens
abaixo), que fossem construídas em locais elevados e a
distâncias que estivessem ao alcance visual de outras
duas para que, encadeadas de uma origem até um
destino, e através de posições distintas, se pudessem
enviar mensagens à distância em períodos de tempo que
seriam, para aquela época, estonteantes.
Experimentos dos irmãos Claude e Ignace
Chappe (França, 1791-1793): telégrafo
síncrono
Construção de postos de transmissão via
sinalização óptica entre Lille e Paris
(“percurso" de 230 Km em 2 minutos)
http://people.deas.harvard.edu/~jones/cscie129/images/history/chappe.html
15 torres (estações) espalhadas ao longo
dos 230 km que separam Paris de Lille.
3
História da Computação
Telégrafo de Chappe e mapa de postos do sistema Paris-Lille
História da Computação
Sistema para comando automático de operações
repetitivas e seqüenciais em teares: cartões
metálicos perfurados (mecânico de teares
Joseph Marie Jacquard – França, 1802)
http://piano.dsi.uminho.pt/museuv/1622tjacquard.html
História da Computação
Invenção de uma máquina para cálculos
complexos por usuários pouco experientes:
aritmômetro (banqueiro Charles-Xavier Thomas
de Colmar – França, 1818)
História da Computação
Aplicação dos cartões de Jacquard ao cálculo de
funções
trigonométricas
e
logaritmos:
concepção da máquina diferencial (matemático
Charles Babbage - Inglaterra, 1882)
Aritmômetro - baseado nas Máquina de Pascal e
de Leibnitz, podia efetuar as 4 operações
aritméticas: adição, subtração, multiplicação e
divisão.
Aritmômetro
de Thomas
História da Computação
http://ei.cs.vt.edu/~history/Babbage.html
História da Computação
A máquina diferencial não foi construída: Babbage
não dispunha de recursos, nem encontrou
investidores dispostos a financiá-la
Precursora dos computadores digitais atuais:
concepção da máquina analítica (Charles
Babbage – Inglaterra, 1834)
Os projetos e idéias de Babbage serviriam de base
para outros projetos no futuro da computação
Máquina analítica - concepção mecânica (a
vapor) destinada a cálculos matemáticos,
tinha memória para 1000 números de 50
dígitos e somava dois números em 1 s
Em 1991,
1991, oo Science
Science Museum
Museum de
de
Em
Londres desenvolveu
desenvolveu oo Engenho
Engenho
Londres
Diferencial utilizando
utilizando os
os planos
planos de
de
Diferencial
Babbageee funcionou
funcionou perfeitamente.
perfeitamente.
Babbage
Instruções dadas via cartões perfurados
(inspiração no tear de Jacquard)
4
História da Computação
História da Computação
Concepção dos fundamentos lógicos para a criação
de programas: lógica matemática/ álgebra
booleana (matemático George Boole, Inglaterra,
1854)
Máquina analítica
Antevisão de etapas que servem de base do funcionamento de
um computador
Alimentação de dados, via cartões perfurados
Estabelecimento de uma forma de armazenamento e
processamento de dados utilizando relações
binárias: As leis do pensamento (matemático
George Boole, Inglaterra, 1854)
Armazenamento e reuso de números, em uma
unidade de memória
Programação
seqüencial
de
operações,
procedimento atualmente denominado sistema
operacional
Asmáquinas
máquinasde
de Babbage
Babbage nunca
nuncaforam
foramconstruídas
construídasno
no seu
seutempo…
tempo…
As
História da Computação
Tabuladora Hollerith
Integração da idéia dos cartões de Jacquard e do
conceito de impulsos elétricos para a
transmissão de dados (conversão de dados
em impulsos magnéticos nos cartões
perfurados): máquina elétrica de tabulação
(engenheiro estatístico Herman Hollerith –
EUA, 1890)
Sistema elétrico de tabulação
Sistema
reconhecido no recenseamento
americano de 1890 - eliminação do trabalho
braçal de tabulação do enorme volume de
dados coletados
A máquina de Hollerith era tão veloz que mesmo
com a população em cerca de 13 milhões de
pessoas os resultados ficaram prontos em um
tempo muito menor que havia levado o censo
anterior, gerando enorme economia (redução
de 8 para 2,5 anos)
http://www.maxmon.com/1890ad.htm
O sucesso
• Hollerith ganhou premios, elogios e um doutorado na
Universidade de Colúmbia pela sua invenção. Instalou
também a Companhia de Máquinas Tabuladoras para
vender sua invenção às companhias de estradas de
ferro, órgãos do governo e até mesmo à Rússia
czarista, que havia decidido se modernizar em matéria
de censo.
•
A companhia de Hollerith tornou-se de imediato, e
permanentemente, bem-sucedida; ao longo dos anos,
passou por várias fusões e mudanças de nome. A
última dessas mudanças ocorreu em 1924, cinco anos
antes da morte de Herman Hollerith, e o nome por ele
criado foi International Business Machines Corporation,
ou IBM.
5
História da Computação
História
Computação
Histó
ória da Computaç
ção
Hist
Computa
Próximos passos
Desde então, o computador sempre foi
um aperfeiçoamento constante de
idéias.
Exercícios
Tentativas de substituição das partes
mecânicas dos computadores por partes
elétricas
Histó
História da Computaç
Computação
Calculadoras mecânicas e elétricas
◦ Assim, no início do século 20 já eram comuns as calculadoras mecânicas
e elétricas.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
◦ As calculadoras elétricas eram baseadas em um pequeno dispositivo
elétrico, chamado de relé que tinha aproximadamente o tamanho de
uma caixa de fósforos, (bem maiores que os relés modernos, como os
A que fatos, esta relacionada a origem da palavra:
–
–
–
a) calculo
b) contar
c) digito
O que foi o ábaco
Para que serviam os Bastoes de Napier
Qual o nome da máquina que foi construída em 1642
e simulava o funcionamento do ábaco? Quem foi seu
inventor?
O que foi o Telégrafo de Chappe.
Porque a máquina diferencial de Babbage não foi
construída?
Qual a relação de Hollerith com a IBM
Histó
História da Computaç
Computação
Anos 30 – As válvulas eletrônicas
◦ Foram muito usadas em rádios (antigos rádios possuíam mais ou
menos uma dúzia de válvulas eletrônicas.)
◦ As válvulas funcionavam como relés mais sofisticados e eram
muito mais rápidas que os relés
da figura abaixo) e as Calculadoras daquela época eram muito
grandes, pois para construí-las eram necessários centenas de
relés.
Os Tipos de calculadora até 1930 resumiam-se em:
◦ Mecânicas: Lentas, apresentavam muitos defeitos
◦ Elétricas: Um pouco mais rápidas, e apresentavam defeitos, mas menos
que as mecânicas.
Histó
História da Computaç
Computação
◦ tinham o inconveniente de durarem pouco tempo pois após cerca
de 1000 horas de uso, as válvulas “queimavam”, assim como
ocorre com as lâmpadas.
◦ Se enormes rádios antigos tinham uma dúzia de válvulas,
imagine o tamanho que deveria ter um computador eletrônico,
com milhares de válvulas.
Nos anos 30 e 40 foram construídos vários
computadores, ainda experimentais, utilizando as
válvulas.
eram caríssimos e usados para aplicações militares
como por exemplo cálculos da balística para
lançamentos de projéteis.
Cada modelo era normalmente um “filho único” da sua
categoria.
Eram grandes geringonças eletrônicas.
Alguns eram tão grandes que mediam do tamanho de
um ginásio de esportes.
6
Histó
História da Informá
Informática
Histó
História da Informá
Informática
Dentro da equipe de pessoas que trabalhavam
com esses computadores, havia sempre um
sujeito que carregava um carrinho cheio de
válvulas e passava o dia inteiro procurando e
trocando válvulas queimadas.
até o início dos anos 50 os computadores
eram chamados de “calculadoras”.
Um dos famosos computadores da época era
chamado de ENIAC (Electronic Numeric
Integrator and Calculator).
Colossus
primeiro computador digital eletrônico de grande escala.
Criado em fevereiro de 1946 (John Eckert, John Mauchly e Von Newmann, da
Electronic Control Company).
O ENIAC começou a ser desenvolvido em 1943 durante a II Guerra Mundial para
computar trajetórias táticas que exigissem conhecimento substancial em matemática,
mas só se tornou operacional após o final da guerra.
O
computador pesava 30 toneladas e
ocupava 180 m² de área construída. Foi
construído sobre estruturas metálicas e
contava com 70 mil resistores e entre
17.468 e 18.000 válvulas a vácuo
ocupando a área de um ginásio
desportivo. Segundo Tom Forester,
quando acionado pela primeira vez, o
ENIAC consumiu tanta energia que as
luzes de Filadélfia piscaram.
Foto que mostra uma parte do computador ENIAC
(Electronic Numeric Integrator and Calculator).
Histó
História da informá
informática
Computadores transistorizados
◦ Uma grande melhoria em todos os aparelhos eletrônicos ocorreu
após a invenção do transistor.
• Colossus foi um computador inglês projetado em
Bletchley Park durante a Segunda Guerra Mundial
pela equipe liderada por Alan Turing. Seu principal
objetivo era fazer a criptoanálise de códigos ultrasecretos utilizados pelos nazistas, criados com a
máquina Lorenz SZ 40/42.
• Criptoanálise é o ramo da criptologia que estuda
formas de descodificar ou decifrar uma mensagem
sem conhecer a chave secreta.
◦ Pequenos componentes que serviam para substituir as válvulas,
mas com muitas vantagens.
◦ muito menores,
◦ consumiam menos corrente elétrica
◦ duravam muitos anos.
◦ Portanto:
◦ construção de computadores de menor tamanho,
◦ mais rápidos,
◦ mais confiáveis e mais baratos.
◦ Já no final dos anos 50, todos os computadores eram
construídos com transistores.
Circuitos integrados
A alta integração
• Computador: quarta geração (1980 - ...)
Em plena corrida espacial (americanos x sovieticos) a NASA
(Agência Espacial Norte-Americana) gastou bilhões de dólares e
contratou empresas fabricantes de transistores para que
realizassem uma miniaturização ainda maior dos componentes com
objetivo de utilizar computadores dentro de foguetes. Uma dessas
empresas, virou uma líder mundial em microeletrônica, é a Texas
Instruments. Foram então criados os primeiros circuitos integrados,
também chamados de chips.
Um circuito integrado é um pequeno componente eletrônico que
possui em seu interior, centenas, ou até milhares de transistores. N
a figura podemos ver a comparação de tamanhos entre uma
válvula, um transistor e um chip dos mais rudimentares. Enquanto
um transistor é equivalente a uma válvula e em um tamanho muito
menor, um chip dos mais simples tem aproximadamente o mesmo
tamanho que um transistor comum, mas em seu interior existem, na
verdade, centenas de transistores.
– LSI - Large Scale of Integration (alta escala de
integração)
– Very Large Scale of Integration (muito alta
escala de integração)
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Evolução
• Geração zero (até 1930)
PC - Personal Computer
– Máquinas mecânicas
• Primeira geração (1930-1955)
– Relés e válvulas eletrônicas
• Segunda geração (1955-1965)
– Transistores
• Terceira geração (1965-1980)
– Circuito integrado
• Quarta geração (1980 - ...)
– alta escala de integração (LSI - Large Scale of
Integration)
– muito alta escala de integração (VLSI - Very Large Scale
of Integration)
PC significa “Personal Computer”, ou “Computador
pessoal”.
Os computadores que hoje são chamados de PCs
são derivados do IBM PC, criado no início dos
anos 80.
Os PCs modernos não são mais exclusividade de
um pequeno grupo de grandes fabricantes.
Como todas as peças que formam um PC são
encontradas com facilidade no comércio,
qualquer pequena loja pode ser produtora de
PCs. Muitos usuários também constroem seus
próprios PCs, bastando que tenham
conhecimento técnico para tal.
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