Introdução a Arquitetura de Computadores

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Gerações de computadores
Prof.ª Lívia Almada 
Livia.almada@ufc.br
Universidade Federal do Ceará - Arquitetura de computadores
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Universidade federal do ceará
Campus russas 
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Universidade FEderal do Ceará
agenda
1ª Geração de computadores – Válvulas
2ª Geração de computadores – Transistores
3ª Geração de computadores – Circuitos integrados
Gerações posteriores
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“No futuro, os computadores podem pesar não mais que 1.5 toneladas.”
Popular Mechanics, 1949
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1ª geração – válvulas
Válvula (ou tubo de vácuo)
A válvula é um tubo de vidro, similar a uma lâmpada fechada sem ar em seu interior.
Um ambiente fechado a vácuo, e contendo eletrodos, cuja finalidade é controlar o fluxo de elétrons. 
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1ª geração – válvulas
ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer)
 Primeiro computador digital eletrônico de propósito geral no mundo.
 Projetado e construído na Universidade da Pensilvânia.
 Inicialmente criado para cálculos balísticos e posteriormente no projeto da bomba de hidrogênio.
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1ª geração - válvulas
ENIAC
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1ª geração - válvulas
ENIAC 
 Mais de 17.000 válvulas;
 800 quilômetros de cabos;
 Pesava cerca de 30 toneladas;
 Consumia uma enorme quantidade de eletricidade (174 kw);
 Ocupava 180 m²;
 Programação feita através de painéis com 6 mil conectores utilizando linguagem de máquina; armazenava 20 números de 10 dígitos.
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1ª geração - válvulas
ENIAC 
Desempenho:
 O ENIAC era extremamente rápido para sua época realizando cerca de 5.000 adições e 360 multiplicações por segundo;
 Reduziu de 20h para 30s o tempo para calcular uma tabela balística.
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1ª geração - válvulas
ENIAC 
Desempenho:
 O ENIAC era extremamente rápido para sua época realizando cerca de 5.000 adições e 360 multiplicações por segundo;
 Reduziu de 20h para 30s o tempo para calcular uma tabela balística.
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1ª geração - válvulas
A máquina de Von Neumann (IAS Computer)
 Von Neumann foi um matemático consultor do projeto ENIAC;
 O primeiro a publicar o conceito de programa armazenado (1945) para um novo computador o EDVAC (Electronic Discrete Variable Computer).
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1ª geração - válvulas
O EDVAC, instalado no Edifício 328 do Ballistics Research Laboratory.
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1ª geração - válvulas
Computadores comerciais
UNIVAC I 
Primeiro computador comercial de sucesso (1950);
Pensado para aplicações científicas e comerciais.
IBM 702
Introduzido em 1955;
Teve uma série de recursos de hardware que o adequaram para aplicações de negócios;
Juntamente com o 701 foi um dos primeiros de uma longa série de computadores 700/7000 que estabeleceu IBM como a fabricante de computadores esmagadoramente dominante.
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1ª geração - válvulas
UNIVAC I 
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1ª geração - válvulas
 ENIAC e UNIVAC eram destinados apenas a funções de cálculos, sendo utilizados para resolução de problemas específicos.
 Por que problemas específicos? 
 Não contavam com uma linguagem padronizada de programação. 
 Cada máquina possuía seu próprio código e, para novas funções, era necessário reprogramar completamente o computador. 
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1ª geração - válvulas
A máquina de Von Neumann (IAS Computer)
Programa armazenado
“O processo de programação poderia ser facilitado se o programa pudesse ser representado numa forma adequada para ser armazenado em memória ao lado os dados. Em seguida, um computador poderia obter suas instruções ao lê-las a partir da memória, e um programa poderia ser ajustado ou alterado ajustando os valores de uma porção de memória.”
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1ª geração - válvulas
A máquina de Von Neumann (IAS Computer)
A memória principal, que armazena os dados e instruções.
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1ª geração - válvulas
A máquina de Von Neumann (IAS Computer)
Uma unidade lógica e aritmética (ALU) capaz de funcionar com dados binários
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1ª geração - válvulas
A máquina de Von Neumann (IAS Computer)
Uma unidade de controle, a qual interpreta as instruções de memória e faz com que elas sejam executadas.
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1ª geração - válvulas
A máquina de Von Neumann (IAS Computer)
Equipamento de entrada e saída (I / O) operado pela unidade de controle.
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The memory of the IAS consists of 1000 storage locations, called words, of 40 binary digits (bits) each. Both data and instructions are stored there. Numbers are represented in binary form, and each instruction is a binary code. Figure 2.2 illustrates these formats. Each number is represented by a sign bit and a 39-bit value.
A word may also contain two 20-bit instructions, with each instruction consisting of an 8-bit operation code (opcode) specifying the operation to be performed and a 
12-bit address designating one of the words in memory (numbered from 0 to 999). The control unit operates the IAS by fetching instructions from memory and
executing them one at a time. To explain this, a more detailed structure diagram is needed
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Problemas da máquina
 Eram válvulas eletrônicas com aproximadamente o tamanho de uma lâmpada elétrica.
 Elas geravam muito calor provocando diversos problemas.
 Frequentemente queimavam e não se sabia se a parada dizia respeito à programação ou à máquina.
 Vida útil da válvula eletrônica:
Possui uma duração média de 800 a 1000 horas (num computador existiam entre 10.000 e 20.000).
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2ª geração - Transistores
 Uso dos transistores;
 Introdução de unidades aritméticas e lógicas e unidades de controle mais complexas;
 O uso de linguagens de programação de alto nível;
 O fornecimento de sistema software com o computador.
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2ª geração - Transistores
 Maior mudança da computação eletrônica: substituição dos tubos de vácuo pelos transistores.
 Transistor: é um dispositivo de estado sólido, feito a partir de silicone. Menor, mais barato, e dissipa menos calor do que as válvulas.
 Válvula: requer fios, placas de metal, uma cápsula de vidro, e um vácuo.
 O transistor foi inventado nos Bell Labs em 1947 e na década de 1950 iniciou uma revolução eletrônica. 
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2ª geração - Transistores
Válvula x Transistor 
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2ª geração - Transistores
 PDP-1
Fabricado pela DEC;
Primeiro computador com display visual: tela de 512x512 pontos;
Memória: 4K palavras de 18 bits;
Ciclo: 5 microssegundos;
Preço: US$120.000,00;
Unidades vendidas: algumas dezenas.
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2ª geração - Transistores
 IBM 7094 
Desde a introdução da série 700 em 1952 para a introdução do último membro da série 7000, em 1964, esta linha de produtos IBM passou por uma evolução que é típico de produtos de
informática.
Membros sucessivas da linha do produto mostravam maior desempenho, aumento de capacidade e/ou menor custo.
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2ª geração - Transistores
 IBM 7094
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3ª geração – circuitos integrados
Circuito integrado (ou simplesmente C.I.) 
 Um circuito eletrônico que incorpora miniaturas de diversos componentes (principalmente transistores, diodos, resistores e capacitores), "gravados" em uma pequena lâmina (chip) de silício. 
 
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3ª geração – circuitos integrados
 Componentes fundamentais: 
Portas: um dispositivo que implementa uma função booleana ou lógica simples, como se A e B são verdadeiras, então C é verdadeiro (porta AND).
Células de memória: dispositivo que pode armazenar um bit de dados; isto é, pode estar em um de dois estados estáveis em qualquer momento.
 Através da interligação de um grande número destes dispositivos fundamentais, pode-se construir um computador.
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3ª geração – circuitos integrados
 Wafer silício:
Dividido em uma matriz de pequenas áreas, cada uma alguns milímetros quadrados. 
O padrão de circuito idêntico é fabricado em cada área, e o wafer é dividido em fichas. 
 Chip: 
Muitas portas e/ou células de memória;
Embalada num invólucro, que o protege e fornece os pinos para a fixação de dispositivos. chip. 
 Um número desses pacotes podem então ser interligados numa placa de circuito impresso para produzir circuitos maiores e mais complexas.
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3ª geração – circuitos integrados
Funções dos elementos básicos de um computador digital:
 Armazenamento de dados: Oferecido pela células de memória.
 Processamento de dados: Oferecido pela portas.
 Movimentação de dados: Os caminhos entre os componentes são usados para mover dados de memória para a memória e para a memória através das portas para a memória.
 Controle: Os caminhos entre os componentes podem transportar sinais de controle. Por exemplo, uma porta terá uma ou duas entradas de dados mais uma entrada do sinal de controlo que ativa o portão.
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3ª geração – circuitos integrados
 Circuitos integrados de integração em pequena escala (SSI).
 Poucas portas ou as células de memória poderiam ser fabricados com segurança e embalados em conjunto. 
 Conforme o tempo passou, tornou-se possível colocar mais e mais componentes no mesmo chip. 
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3ª geração – circuitos integrados
 IBM SYSTEM/360
 Em 1964, a IBM anunciou o System/360, uma nova família de produtos de informática. 
 A linha 360 do produto foi incompatível com mais máquinas IBM mais antigas.
 Sistema capaz de evoluir com a nova tecnologia de circuitos integrados.
 Muitos de seus recursos tornaram-se padrão em outros grandes computadores.
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3ª geração – circuitos integrados
 DEC PDP-8 
Chamado de minicomputador pela indústria, poderia ser colocada em cima de uma bancada de laboratório.
Custando US $ 16.000, que era barato em contraste com o 360 que custava centenas de milhares de dólares.
Modelos posteriores do PDP-8 usaram uma estrutura que é agora praticamente universal para microcomputadores: a estrutura de barramento. 
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Gerações posteriores
Memórias semicondutoras 
 Nos anos 50 e 60 a maioria das memórias de computador eram construídas de material magnético (núcleo magnético).
Circuitos integrados também poderiam ser utilizados para construir memórias. 
 Em 1970 Fairchild produziu a primeira memória semicondutora. 
 Capacidade de 256 bits de memória. 
 Não destrutiva e muito mais rápido que o núcleo. 
Custo por bit foi maior do que para a do núcleo. 
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Gerações posteriores
Memórias semicondutoras 
Desde1970, a memória semicondutora atravessou 13 gerações: 1K, 4K, 16K, 64K, 256K, 1M, 4M, 16M, 64M, 256M, 1G, 4G, e escrita de 16 Gbits em um único chip. 
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Gerações posteriores
Microprocessadores
Conforme o tempo passava, mais e mais elementos foram colocados em cada chip de processador.
 Foram necessários menos e menos chips para a construção de um único processador de computador.
Intel 4004
Lançado em 1971, foi o primeiro chip a conter todos os componentes de uma CPU de um único chip.
 Nascimento do microprocessador.
Intel 8080
Primeiro microprocessador de propósito geral.
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Atualmente...
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37
conclusão
Palavras-chave
Máquina de Von Neumman
Memória principal
Unidade de controle
Unidade de lógica e aritmética 
Portas lógicas
Células de memória
Circuitos integrados
Memórias semicondutoras
Microprocessadores
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referências
STALLINGS, W. Arquitetura e organização de computadores. 8. ed. São Paulo: Prentice Hall, 2010.
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Obrigada e até próxima aula!
livia.almada@ufc.br
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