Visão geral e perspectiva histórica

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Visão geral Perspectiva histórica
Arquitetura de computadores
Aula 01
Visão geral e perspectiva histórica
Prof. Marcos E. Barreto
Departamento de Ciência da Computação
Instituto de Matemática
Universidade Federal da Bahia
2013/2
Prof. Marcos E. Barreto DCC – IM – UFBA (1/20)
Visão geral Perspectiva histórica
Roteiro
1 Visão geral
2 Perspectiva histórica
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Visão geral Perspectiva histórica
Contextualização
Questões relacionadas
1 Grande variedade de produtos que podem ser
considerados sistemas computacionais, desde pequenos
processadores até supercomputadores.
2 Ritmo acelerado das mudanças tecnológicas nos
componentes usados para a construção de computadores.
3 Diferentes possibilidades de emprego dos computadores,
o que resulta em diferentes focos de projeto:
desempenho
alta disponibilidade/confiabilidade
baixo consumo
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Sistema computacional
Conjunto de elementos interconectados definido em
termos de estrutura e função.
Apresenta organização hierárquica:
sistema computacional: processador, memória e
dispositivos de E/S.
processador: unidade de controle, unidade lógica e
aritmética e registradores.
unidade de controle: registradores, sinais de controle,
memória de controle e lógica de sequência de
microinstrução.
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Organização hierárquica
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Arquitetura x Organização
Arquitetura
Aspectos visíveis ao programador, de impacto direto na
execução de programas.
Exemplos: conjunto de instruções, número de bits para
representação de dados, mecanismos de E/S e técnicas de
endereçamento de memória.
Organização
Detalhes do hardware transparentes ao programador.
Unidades operacionais e suas interconexões.
Exemplos: sinais de controle, tecnologia de memória
utilizada, interface entre processador e periféricos etc.
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Função x Estrutura
Estrutura: modo como os componentes são
inter-relacionados.
Função: operação individual de cada componente como
parte do sistema.
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Função
Quatro funções básicas:
Processamento de dados.
Armazenamento de dados.
Movimentação de dados.
Controle.
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Estrutura
Quatro componentes básicos:
Unidade central de processamento (CPU).
=> controle e processamento.
Memória principal.
=> armazenamento.
Módulo de E/S.
=> movimentação de dados.
Mecanismo de interconexões.
=> comunicação.
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Evolução das arquiteturas
Fatores relacionados à evolução dos computadores:
Diminuição no tamanho dos componentes.
Aumento no tamanho (capacidade) da memória.
Aumento na capacidade e na velocidade dos mecanismos
de E/S.
Aumento na velocidade dos processadores.
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Aumento na velocidade dos processadores
Diminuição no tamanho dos componentes.
=> menor distância entre os componentes.
Organização interna do processador.
=> uso de pipelining, execução especulativa e múltiplos
núcleos.
Questão importante para o projeto de arquiteturas:
Como equilibrar o desempenho de diferentes unidades
operacionais?
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Gerações de computadores
Primeira geração (1945/46 – 1957/59)
Circuitos eletrônicos baseados em válvulas
(aproximadamente 20.000).
Ausência de sistema operacional: instruções inseridas
manualmente, em linguagem de máquina.
Características: pouco confiáveis, lentos (2K RAM,
velocidade de milésimo de segundo), quilômetros de fios e
enormes sistemas de refrigeração.
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Gerações de computadores
Primeira geração (1945/46 – 1957/59) - Exemplos
ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer):
1943 – 1946 => 1955
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Gerações de computadores
Primeira geração (1945/46 – 1957/59) - Exemplos (2)
MARK I (IBM + Harvard + Marinha americana): 1944
(17m x 2,5m => 5 toneladas)
EDVAC (Electronic Discrete Variable Computer): 1945
IAS (Princeton Institute for Advanced Studies): 1946 –
1952 => Máquina de von Neumann
UNIVAC (Universal Automatic Computer) e UNIVAC II:
1950 e 1958.
(No Brasil, Univac 1105 chegou em 1961 para o IBGE)
IBM (International Business Machines) 701 e 702: 1953 e
1955
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Gerações de computadores
Segunda geração (1959 – 1964)
Baseados em transistores e circuitos impressos.
Características: mais rápidos (microsegundos), de menor
custo e tamanho.
Uso de sistemas operacionais e linguagens de
programação de alto nível, processamento em lote.
Exemplos:
Máquinas da NCR e da RCA.
IBM: IBM 1401 (comercial) e série 7000 (destaque para o
IBM 7094 - científico).
DEC (Digital Equipment Corporation): série PDP.
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Gerações de computadores
Terceira geração (1964/65 – 1970/71 ou 1980)
Surgimento dos circuitos integrados em 1958.
=> microeletrônica
Integração em escala pequena (SSI - 10 elementos/chip) e
média (MSI - 100 elementos/chip).
Características: maior compactação, menor custo, maior
velocidade (nanosegundos), armazenamento em cartão
perfurado ou fitas.
Uso de SO avançados e suporte a rede, linguagens
BASIC, Pascal e C.
Exemplos:
IBM System 360 e 370 (rompimento do modelo de
arquitetura e organização usado até então pela IBM).
DEC PDP-8 (considerado um “minicomputador”).
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Gerações de computadores
Quarta geração (a partir de 1970)
Aperfeiçoamento das tecnologias existentes.
Integração em escala grande (LSI - 5.000 elementos/chip),
muito grande (VLSI - 50.000 elementos/chip) e ultragrande
(ULSI - 100.000 elementos/chip).
Características: otimização da máquina, maior grau de
miniaturização, confiabilidade, velocidade (nanosegundos
/ gigaflops e teraflops).
Uso de memória semicondutora e surgimento do
microprocessador (Intel 4004).
Exemplos:
Intel 4004 e 8080, IBM 3090, Motorola 680xx, Intel x86,
Apple Macintosh e Cray 1 (primeiro supercomputador).
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Gerações de computadores
Quinta geração
Associada aos projetos japoneses desenvolvidos na
década de 80.
=> Refere-se à inteligência computadorizada/artificial,
sistemas especialistas e linguagem natural.
Na prática: foco da indústria em prover conectividade
entre computadores, dispositivos móveis, redução do
consumo de energia etc.
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Gerações de computadores
Sugestões de leitura/consulta:
Material complementar sobre histórico da computação
(Wiki da disciplina).
Leitura complementar: artigo Histories of Computing(s)
(Wiki da disciplina).
Capítulo 2 do livro do Stallings: diversas tabelas com
informações sobre as arquiteturas/máquinas citadas,
especialmente a tabela 2.6.
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Referências
William Stallings. Arquitetura e organização de
computadores. 8 ed. SãoPaulo: Pearson, 2010.
John Hennessy, David Patterson. Arquitetura de
computadores: uma abordagem quantitativa. 4 ed. Rio de
Janeiro: Campus, 2008.
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