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28/02/2024 1 Aula 03 – História e Evolução dos Computadores Sistemas OperacionaisSistemas Operacionais Professor: Marconi Queiroz marconi.queiroz@paulista.ifpe.edu.br Para estudarmos a evolução histórica dos sistemas operacionais devemos estudar a evolução dos computadores, isto porque os dois estão diretamente ligados. Foram nos anos Pós-Segunda Guerra Mundial, que com a incorporação das novas tecnologias então desenvolvidas, o projeto computador se tornou realidade. 3.0 – História dos Computadores 28/02/2024 2 Se levarmos em conta que o termo COMPUTAR, significa fazer cálculos, contar, efetuar operações aritméticas, o COMPUTADOR seria então o mecanismo ou máquina que auxilia essa tarefa, com vantagens no tempo gasto e na precisão. Desta forma os instrumentos que auxiliavam os homens da antiguidade a contar são considerados os percursores do computador. De acordo com os sistemas e as ferramentas utilizadas ( válvulas, relés, transistores, etc. ) podemos dividir a história da computação em gerações. Os primeiros computadores apareceram no século XVII e eram compostos exclusivamente por elementos mecânicos. Além disso, caracterizavam-se por uma grande rigidez no que diz respeito aos programas a executar, a grande parte deles sendo o que chama hoje de máquinas dedicadas. 3.1– Início 28/02/2024 3 Início ( ..... – 1953 ) Computadores Mecânicos 3.1– Início ( ... 1953 ) O primeiro computador verdadeiramente digital foi projetado pelo matemático inglês Charles Babbage (1792–1871). Dentre todos os seus projetos os mais importantes foram a Máquina Diferencial e a Máquina Analítica. Charles Babbage ( 1792 – 1871 ) 28/02/2024 4 Em 1822, Charles Babbage, um cientista britânico, projetou a Máquina Diferencial, no entanto, nunca entrou em produção ficando apenas no projeto sendo montada pelo filho anos depois. Foi essa invenção que deu a Babbage o título de ”Pai da Computação”. 3.1.1 - Maquina Diferencial ( 1822 ) Maquina Diferencial ( 1822 ) A máquina era capaz de resolver equações polinomiais através de diferenças entre números, e assim, de efetuar os cálculos necessários para construir tabelas de logaritmos, um dos maiores problemas da época. Ela tinha a capacidade de receber dados, processá-los, armazená-los e exibi-los. 28/02/2024 5 Por volta de 1834, Charles Babbage projeta a Máquina Analítica, realizado graças ao algoritmo descoberto por Augusta Ada Byron King. Funcionava com base nas instruções de cartões perfurados e era movida a vapor, como em alguns trens. 3.1.2 - Maquina Analítica ( 1834 ) Máquina Analítica ( 1834 ) • Augusta Ada Byron King Augusta Ada Byron King, Condessa de Lovelace, atualmente conhecida como Ada Lovelace, foi uma matemática e escritora inglesa. Hoje é reconhecida como a primeira programadora da história, principalmente por ter escrito o primeiro algoritmo para ser processado por uma máquina, a Máquina Analítica de Charles Babbage. Augusta Ada Byron King ( 1815 – 1852 ) 28/02/2024 6 A Máquina Analítica é uma versão melhorada da Máquina Diferencial, esse novo dispositivo foi projetado para ser automático, controlado por um programa, como um computador moderno. Seu uso era geral e poderia realizar qualquer tipo de cálculo com uma ampla variedade de números com o objetivo de resolver problemas complexos. O mais interessante de tudo é que o desenho e a estrutura básica da invenção de Charles Babbage fazem parte dos computadores que usamos hoje, possuía uma Unidade Central de Processamento ( CPU ) e Memória expansível separados um do outro. A inexistência de equipamentos adequado para produzir as rodas, acessórios e engrenagens de alta precisão de que ele precisava e a falta de verbas fizeram com que o cientista construísse apenas protótipos do que poderia ter sido a maior revolução tecnológica da época. A Máquina Analítica não possuía sistema operacional, apenas as sequencias de instruções executadas pela máquina. Engrenagens da Máquina 28/02/2024 7 1ª Geração ( 1937 - 1953 ) Computadores com Válvulas Eletrônicas Os computadores desta geração eram construídos a base de Válvulas Eletrônicas e Relés cuja aplicação fundamental se deu nos campos cientifico - militares. Com a introdução da válvulas eletrônicas o tempo do processamento passou a ser medido em milissegundos. 3.2 – Primeira Geração (1937 – 1953): Válvulas Eletrônicas V álvulas E letrô nicas R elé 28/02/2024 8 Os Cartões Perfurados foram o principal meio usado para armazenar os arquivos de dados e para enviá-los ao computador e utilizavam como linguagem de programação a Linguagem de Máquina. Cartão Perfurado Linguagem de Máquina Um famoso computador desta época é o ENIAC ( Electronic Numerical Integrator And Computer, do português: Computador Integrador Numérico Electrónico ). Foi idealizado pelos cientistas norte-americanos John Eckert e John Mauchly, da Electronic Control Company, em 1946. ENIAC ( 1946 ) 28/02/2024 9 O ENIAC: • Desenvolvido a pedido do exercito dos Estados Unidos, durante a 2ª Guerra Mundial, com o objetivo de realizar cálculos balísticos; • Sua estrutura possuía 17.468 válvulas e pesava 32 toneladas. • Ocupavam enormes espaços físicos ( pelo seu tamanho, eram salas, prédios ). Ocupava uma área de 180m2; • Consumiam grande quantidade de energia elétrica ( 200kWh ); • Problemas de superaquecimento, em virtude das válvulas. Eram de difícil manutenção; • Péssimo desempenho em termos de velocidade. Quando em operação era capaz de realizar cinco mil adições por segundo; • A programação era feita em painéis, através de fios, utilizando linguagem de máquina. • Não existia o conceito de Sistema Operacional; ___________________ ( * ) Apesar de ter uma capacidade de operação menor do que qualquer calculadora de mão moderna, durante seus 10 anos de operação o ENIAC realizou mais contas do que toda humanidade já havia feito em sua história. 28/02/2024 10 Um fato interessante é que a arquitetura dos modernos computadores que temos nos dias de hoje, conhecida como Arquitetura Von Neumann, foi idealizado por um dos consultores do projeto ENIAC, o professor John Von Neumann. John Von Neumann Segundo a arquitetura Von Neumann, uma máquina digital (computador) teria os seguintes componentes: 1. Memória: Capaz de armazenar em um mesmo espaço dados e instruções dos programas; Arquitetura de John Von Neumann 28/02/2024 11 2. Unidade Central de Processamento ( CPU ): responsável por executar as instruções dos programas armazenados na memória; • Unidade de Controle ( UC ): Responsável pela interpretação das instruções de programa, como também, controlar a sequência de tempo das atividades necessárias para sua execução; • Unidade de Lógica e Aritmética ( ULA ): Responsável pela execução das operações de Lógicas ( AND, OR, etc.) e Aritméticas ( somas, subtrações, etc. ) contidas nas instruções dos programas; • Registradores: Pequenas áreas de memória localizada na CPU para armazenamento temporário de dados dos programas que estão sendo executados, resultados de instruções, estado interno da CPU, etc. 3. Dispositivos de Entrada e Saída ( E/S ): Responsável por traduzir os dados inseridos pelo usuário no computador (ex.: teclado, cartões perfurados, fitas ou discos magnéticas etc.) para a memória como também traduzir da memória para um formato externo (ex.: fitas ou discos magnéticos, telas de vídeo, etc.) 28/02/2024 12 Outros computadores foram construídos nessa época, mas eram utilizados apenas em universidades e órgãos militares. Muitas empresas foram fundadas ou investiram no setor, como, por exemplo, a IBM, o que levou à criação dos primeiros computadores para aplicações comerciais. IBM ( 1911 ) 2ª Geração ( 1953 - 1963 ) Computadores com Transistores 28/02/2024 13 A criação do Transistor e das Memórias Magnéticas ( Fita Magnética ) contribuiu para o enorme avanço dos computadores da época. O usodos transistores permitiram: • Aumento da velocidade de processamento; • Aquecimento mínimo; • Pequeno consumo de energia elétrica; • Aumento da confiabilidade nos cálculos; 3.3 – Segunda Geração ( 1953-1963 ): Transistores T ran sisto re s F ita M a gné tica As máquinas desta geração eram conhecidas como mainframes ou computadores de grande porte. Custavam milhões de dólares. Os Mainframes permitiram que houvesse uma separação entre os Operadores, Programadores e Técnicos de Manutenção. IBM 1401 ( Mainframe ) Obs.: Hoje, os mainframes são conhecidos como servidores. 28/02/2024 14 Inicialmente a programação era feita através de cartões perfurados, eles eram entregues ao Operador do Computador para que fossem processados. 1. Os programas, também chamados de Jobs, feitos através de cartões perfurados, eram lidos por uma leitora e gravados em uma fita de entrada. 2. O computador então lia a fita de entrada e executava um programa de cada vez. O resultado do processamento era então gravado numa fita de saída. 3. Ao término de todos os programas, as fitas de saída eram lidas e processadas novamente para serem impressas, gerando assim os relatórios. Esta técnica, onde são processados um conjunto de programas, ficou conhecido como Processamento Batch ( do português: Lote ). Cartão Perfurado Lote de Cartões Perfurados • O Cartão Perfurado 28/02/2024 15 • Processamento Batch ( Lote ) Processamento em Lote ( Batch ) O Processamento em Lote ( Batch ) surgiu como uma solução para a otimização do tempo de uso dos caros mainframes. Em 1953 os usuários do computador IBM 701, do Centro de Pesquisas da General Motors, desenvolveram o primeiro Sistema Operacional, chamado de Monitor. O Monitor, chamado assim pela sua simplicidade, tinha como objetivo automatizar as tarefas manuais executadas na época. Neste período surgiram as primeiras linguagens de programação de alto nível, tais como FORTRAM, ALGOL e COBOL. 28/02/2024 16 Houve então um grande avanço no desenvolvimento e manutenção dos programas que não mais tinham uma relação direta com o hardware dos computadores. Consequentemente, os sistemas operacionais evoluíram para atender as demandas das linguagens de programação e assim facilitar o trabalho de codificar, executar e depurar os programas. 3ª Geração ( 1963 – 1970 ) Computadores com: Circuitos Integrados; 28/02/2024 17 A 3ª geração é marcada pela substituição dos transistores pela tecnologia dos Circuitos Integrados ( 1 ). Esta inovação revolucionou o mundo dos computadores. ________________ ( 1 ) O Circuito Integrado ( CI ) : É um dispositivo eletrônico onde circuitos eletrônicos, transistores e outros componentes eletrônicos são miniaturizados e montados numa única pastilha de silício - o Chip. 3.4 – Terceira Geração (1963 – 1970): Circuitos Integrados Circuito Integrado A tecnologia dos circuitos integrados, que permitiu a substituição de dezenas de transistores numa única peça de silício, permitiu o surgimento de computadores de menores dimensões, mais rápidos e menos caros. Os custo de produção de um computador começavam a cair, atingindo uma faixa de mercado que abrangia empresas de médio porte, centros de pesquisa e universidades menores. Dessa forma, os computadores passaram a tornar-se mais acessíveis. 28/02/2024 18 Diferentemente dos computadores das gerações anteriores, nesse tipo de computador, os dados de entrada e saída eram gerenciados por dispositivos periféricos como monitor, teclado ou impressora. A velocidade de processamento dos dados era da ordem de microssegundos ( µs ). Um dos computadores considerados precursor dessa geração foi o IBM 360, lançado em 1964 , o qual era capaz de realizar 2 milhões de adições por segundo e cerca de 500 mil multiplicações, tornando seus antecessores totalmente obsoletos. 4ª Geração ( 1970 - 1991 ) Computadores com: Microprocessadores 28/02/2024 19 A partir de 1971, os computadores deixaram de funcionar com circuitos integrados e incorporaram os Microprocessadores ( 2 ). Maior grau de miniaturização, confiabilidade e velocidade maior, já da ordem de nanosegundos ( ns ). ________________ ( 2 ) Um microprocessador é um circuito integrado, mas muito mais complexo, capaz de gerenciar todas as funções de um computador. 3.5 – Quarta Geração (1970 - 1991): Microprocessadores Microprocessador Nessa época a popularização dos disquetes permitiu separar o usuário e programador. Foi possível copiar softwares em disquetes e distribuí-los, sem a necessidade de realizar uma programação para cada máquina. A quarta geração de computadores foi caracterizada também por incluir dois tipos de memória: • Memória RAM : Armazena os dados do programa, enquanto o equipamento está ligado. • Memória ROM : Armazena os dados do programa permanentemente. 28/02/2024 20 Esses tipos de computadores usam linguagens de programação de alto nível ( 3 ), como JavaScript, Python ou Java. A entrada e saída dos dados são feitas através de dispositivos periféricos como teclado, scanner, monitor, CDs, DVDs, etc. Além disso, seu tamanho e a diminuição dos custos de produção fizeram com que esse tipo de computador fosse vendido em massa. ________________ ( 3 ) A linguagem de alto nível se aproxima mais com a linguagem humana. A linguagem de baixo nível está mais próxima da linguagemdemáquina. Um exemplo de computadores de quarta geração seria o Apple Macintosh e os PCs, como os famosos 286, 386, 486 e 586 da IBM, muito populares na década de 1990. IBM 286 (1984 )Apple Macintosh (1984 ) 28/02/2024 21 A partir da virada do milênio, começam a surgir os computadores de mão, ou seja, os Smartphones, iPod, iPad e Tablets, que incluem conexão móvel, com navegação na web. Smartphone Tablet 5ª Geração ( 1991 – Atual ) Computadores com: Inteligência Artificial; Computação Quântica; Nanotecnologia; 28/02/2024 22 A quinta geração de computadores é composta por todos os dispositivos já criados ou em processo de criação que incorporam tecnologias como Inteligência Artificial, Computação Quântica ou Nanotecnologia. A inteligência artificial permite aos computadores reconhecer e aprender a linguagem humana de forma autônoma, sem a intervenção do usuário. 3.6 – Quinta Geração (1991 - Atual) A incorporação da tecnologia quântica permitiria aos computadores trabalhar com enormes quantidades de dados que ainda não são possíveis de processar. Computador Quântico 28/02/2024 23 • Quais as limitações de um computador quântico? Computadores quânticos só funcionam em condições muito específicas, o que inviabiliza a escala por enquanto. Os qubits só assumem as características de entrelaçamento em temperaturas próximas ao zero absoluto (- 273,15ºC), exigindo sistemas sofisticados de refrigeração. Além disso, o núcleo precisa ser blindado contra campos magnéticos ou ondas eletromagnéticas, que podem interferir nos cálculos e prejudicar o funcionamento desses computadores. Já a nanotecnologia favorece a criação de componentes cada vez menores com maior capacidade de processamento e armazenamento. A quinta geração de computadores é portátil e se caracteriza pelo fato de que a entrada e saída de dados podem ser feitas a partir do hardware, mas também a partir do reconhecimento de voz ou facial. Além disso, são pequenos, têm ligação à Internet e reconhecem a linguagem natural e as expressões faciais. Como exemplo de um computador de quinta geração, temos os modernos smartphones. 28/02/2024 24 3.7 – Perguntas? E-mail: marconi.queiroz@paulista.ifpe.edu.br WhatsApp: (81) 9.9976-4003 Obrigado!Obrigado!