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EC01008 – Arquitetura e Organizac¸a˜o de Computadores Evoluc¸a˜o e desempenho do computador Ronaldo de Freitas Zampolo FCT-ITEC-UFPA Agenda Agenda Destaques da histo´ria Lei de Moore Fam´ılias de computadores EC01008 AOC Evoluc¸a˜o e desempenho do computador – 2 / 21 Destaques da histo´ria Lei de Moore Fam´ılias de computadores ENIAC - generalidades Agenda Destaques da histo´ria Lei de Moore Fam´ılias de computadores EC01008 AOC Evoluc¸a˜o e desempenho do computador – 3 / 21 ■ ENIAC: Electronic Numerical Integrator And Computer ■ Foi o primeiro computador eletroˆnico de propo´sito geral constru´ıdo ■ Projeto e coordenac¸a˜o: ◆ John Adam Presper “Pres” Eckert Jr. (engenheiro eletricista, Filade´lfia, 9/abr/1919 - Bryn Mawr, 3/jun/1995) ◆ John Mauchly (f´ısico, Cincinatti, 30/ago/1907 - Ambler, 8/jan/1980) ■ Local: Universidade da Pensilvaˆnia ■ Quando: 1943 - 1946 (projeto e construc¸a˜o); usado ate´ 1955 ■ Objetivo: Tabelas de trajeto´ria para armas Universidade da Pensilvaˆnia EC01008 AOC Evoluc¸a˜o e desempenho do computador – note 1 of slide 3 ■ Localizac¸a˜o: Philadelphia, Pensilvaˆnia, EUA ■ Fundada por Benjamin Franklin (17/jan/1706 - 17/abr/1790) ■ E´ a quarta mais antiga instituic¸a˜o de ensino superior (1749) e tida como a primeira universidade dos Estados Unidos ENIAC - caracter´ısticas Agenda Destaques da histo´ria Lei de Moore Fam´ılias de computadores EC01008 AOC Evoluc¸a˜o e desempenho do computador – 4 / 21 ■ Operac¸a˜o em base decimal (na˜o bina´rio) ■ 17 468 va´lvulas, 7 200 diodos a cristal, 1 500 rele´s, 70 000 resistores, 10 000 capacitores e perto de 5 milho˜es de junc¸o˜es soldadas a` ma˜o !!! ■ 20 acumuladores de 10 d´ıgitos ■ Programado manualmente por chaves ■ 30 toneladas ■ 167 metros quadrados ■ 160 kW de poteˆncia ■ 5 000 adic¸o˜es por segundo. Programando o ENIAC EC01008 AOC Evoluc¸a˜o e desempenho do computador – note 1 of slide 4 Treˆs programadoras do ENIAC em ac¸a˜o... Arquitetura de Von Neumann Agenda Destaques da histo´ria Lei de Moore Fam´ılias de computadores EC01008 AOC Evoluc¸a˜o e desempenho do computador – 5 / 21 ■ Conceito de programa armazenado ■ Memo´ria principal armazenando programas e dados ■ ALU operando sobre dados bina´rios ■ Unidade de controle ■ Equipamento de entrada e sa´ıda Arquitetura de Von Neumann Agenda Destaques da histo´ria Lei de Moore Fam´ılias de computadores EC01008 AOC Evoluc¸a˜o e desempenho do computador – 6 / 21 Ma´quina IAS - generalidades Agenda Destaques da histo´ria Lei de Moore Fam´ılias de computadores EC01008 AOC Evoluc¸a˜o e desempenho do computador – 7 / 21 ■ IAS: Institute os Advanced Studies (Princeton, Nova Jersey, EUA) ■ John von Neumann (28/dez/1903 - 8/fev/1957) ■ Per´ıodo de construc¸a˜o: 1945 - 1951 Ma´quina IAS - caracter´ısticas Agenda Destaques da histo´ria Lei de Moore Fam´ılias de computadores EC01008 AOC Evoluc¸a˜o e desempenho do computador – 8 / 21 ■ 1000 “palavras” de 40 bits ◆ Nu´mero bina´rio ◆ 2 instruc¸o˜es de 20 bits Ma´quina IAS - diagrama Agenda Destaques da histo´ria Lei de Moore Fam´ılias de computadores EC01008 AOC Evoluc¸a˜o e desempenho do computador – 9 / 21 Ma´quina IAS - fluxograma de operac¸a˜o EC01008 AOC Evoluc¸a˜o e desempenho do computador – note 1 of slide 9 Ma´quina IAS - instruc¸o˜es EC01008 AOC Evoluc¸a˜o e desempenho do computador – note 2 of slide 9 Exerc´ıcios EC01008 AOC Evoluc¸a˜o e desempenho do computador – note 3 of slide 9 1. O ENIAC era uma ma´quina decimal, onde um registrador era representado por um anel de 10 va´lvulas. A qualquer momento, somente uma va´lvula estava no estado ON. Supondo que o ENIAC tivesse a capacidade de ter va´rias va´lvulas no estado ON e OFF simultaneamente, por que essa representac¸a˜o e´ “esbanjadora” e que faixa de valores poderiam ser representadas usando 10 va´lvulas? 2. Dado o conteu´do de memo´ria do computador IAS, apresentado a seguir, mostre o co´digo em linguagem de montagem associado, comec¸ando no enderec¸o 08A. Explique tambe´m o que esse programa faz. Enderec¸o Conteu´do 08A 010FA210FB 08B 010FA0F08D 08C 020FA210FB Gerac¸o˜es Agenda Destaques da histo´ria Lei de Moore Fam´ılias de computadores EC01008 AOC Evoluc¸a˜o e desempenho do computador – 10 / 21 Lei de Moore Agenda Destaques da histo´ria Lei de Moore Fam´ılias de computadores EC01008 AOC Evoluc¸a˜o e desempenho do computador – 11 / 21 ■ Gordon Earle Moore (3/jan/1929): qu´ımico, co-fundador da Intel Corporation ■ A capacidade de integrac¸a˜o dobra a cada dezoito meses ■ “The complexity for minimum component costs has increased at a rate of roughly a factor of two per year... Certainly over the short term this rate can be expected to continue, if not to increase. Over the longer term, the rate of increase is a bit more uncertain, although there is no reason to believe it will not remain nearly constant for at least 10 years. That means by 1975, the number of components per integrated circuit for minimum cost will be 65,000. I believe that such a large circuit can be built on a single wafer.” (Cramming more components onto integrated circuits, Electronics Magazine 19 April 1965) Lei de Moore Agenda Destaques da histo´ria Lei de Moore Fam´ılias de computadores EC01008 AOC Evoluc¸a˜o e desempenho do computador – 12 / 21 Lei de Moore Agenda Destaques da histo´ria Lei de Moore Fam´ılias de computadores EC01008 AOC Evoluc¸a˜o e desempenho do computador – 13 / 21 IBM se´rie 700/7000 Agenda Destaques da histo´ria Lei de Moore Fam´ılias de computadores EC01008 AOC Evoluc¸a˜o e desempenho do computador – 14 / 21 Ma´quinas da primeira (va´lvula) e segunda (transistor) gerac¸o˜es Configurac¸a˜o do IBM 7094 Agenda Destaques da histo´ria Lei de Moore Fam´ılias de computadores EC01008 AOC Evoluc¸a˜o e desempenho do computador – 15 / 21 IBM se´rie 360 Agenda Destaques da histo´ria Lei de Moore Fam´ılias de computadores EC01008 AOC Evoluc¸a˜o e desempenho do computador – 16 / 21 ■ Ma´quinas da terceira gerac¸a˜o (circuitos integrados) ■ Ano de 1964; ■ Substituiu (incompat´ıvel com) se´rie 7000; ■ Primeira “fam´ılia” planejada de computadores; ■ Conjuntos de instruc¸o˜es semelhantes ou iguais; ■ SO semelhante ou igual. ■ Diferentes velocidades, portas de E/S, memo´ria, custo, etc. Evoluc¸a˜o da fam´ılia IBM 360 Agenda Destaques da histo´ria Lei de Moore Fam´ılias de computadores EC01008 AOC Evoluc¸a˜o e desempenho do computador – 17 / 21 Processadores Intel - anos 70 Agenda Destaques da histo´ria Lei de Moore Fam´ılias de computadores EC01008 AOC Evoluc¸a˜o e desempenho do computador – 18 / 21 ■ 4004: 1971, 108 kHz, 4 bits, 2 300 trans., 640 bytes; ■ 8008: 1972, 108 kHz, 8 bits, 3 500 trans., 16 KB; ■ 8080: 1974, 2 MHz, 8 bits, 6 000 trans., 64 KB; ■ 8086: 1978, 5 (8,10) MHz, 16 bits, 29 000 trans., 1 MB; ■ 8088: 1978, 5 (8) MHz, 8 bits, 29 000 trans., 1 MB; Processadores Intel - anos 80 Agenda Destaques da histo´ria Lei de Moore Fam´ılias de computadores EC01008 AOC Evoluc¸a˜o e desempenho do computador – 19 / 21 ■ 80286: 1982, 6-12,5 MHz, 16 bits, 134 000 trans., 16 MB, 1 GB; ■ 386TM DX : 1985, 16-33 MHz, 32 bits, 275 000 trans., 4 GB, 64 TB; ■ 386TM SX : 1988, 16-33 MHz, 16 bits, 275 000 trans., 16 MB, 64 TB; ■ 486TM DX CPU: 1989, 25-50 MHz, 32 bits, 1,2 milha˜o trans., 4 GB, 64 TB, 8 KB; Processadores Intel - anos 90 Agenda Destaques da histo´ria Lei de Moore Fam´ılias de computadores EC01008 AOC Evoluc¸a˜o e desempenho docomputador – 20 / 21 ■ 486TM SX: 1991, 16-33 MHz, 32 bits, 1,185 milha˜o trans., 4 GB, 64 TB, 8 KB; ■ Pentium: 1993, 60-166 MHz, 32 bits, 3,1 milho˜es trans., 4 GB, 64 TB, 8 KB; ■ Pentium Pro: 1995, 150-200 MHz, 64 bits, 5,5 milho˜es trans., 64 GB, 64 TB, 512 KB (L1), 1 MB (L2); ■ Pentium II: 1997, 200-300 MHz, 64 bits, 7,5 milho˜es trans., 64 GB, 64 TB, 512 KB (L2); Processadores Intel - mais recentes Agenda Destaques da histo´ria Lei de Moore Fam´ılias de computadores EC01008 AOC Evoluc¸a˜o e desempenho do computador – 21 / 21 ■ Pentium III: 1999, 450-360 MHz, 64 bits, 9,5 milho˜es trans., 64 GB, 64 TB, 512 KB (L2); ■ Pentium 4: 2000, 1,3-1,8 GHz, 64 bits, 42 milho˜es trans., 64 GB, 64 TB, 256 KB (L2); ■ Core 2 Duo: 2006, 1,06-1,2 GHz, 64 bits, 167 milho˜es trans., 64 GB, 64 TB, 2 MB (L2); ■ Core 2 Quad: 2008, 3 GHz, 64 bits, 820 milho˜es trans., 64 GB, 64 TB, 6 MB (L2); Tarefa EC01008 AOC Evoluc¸a˜o e desempenho do computador – note 1 of slide 21 1. Fac¸a a leitura da parte no livro texto que trata dos processadores ARM Agenda Destaques da história ENIAC - generalidades ENIAC - características Arquitetura de Von Neumann Arquitetura de Von Neumann Máquina IAS - generalidades Máquina IAS - características Máquina IAS - diagrama Gerações Lei de Moore Lei de Moore Lei de Moore Lei de Moore Famílias de computadores IBM série 700/7000 Configuração do IBM 7094 IBM série 360 Evolução da família IBM 360 Processadores Intel - anos 70 Processadores Intel - anos 80 Processadores Intel - anos 90 Processadores Intel - mais recentes
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