NP1 1 Arquitetura de Computadores UNIP

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Arquitetura de Computadores 
01: Evolução histórica dos computadores 
 
Objetivos: Descrever a organização funcional de um computador. Identificar as 
principais formas de utilização e aplicação de computadores 
 
 
Nesta primeira aula abordaremos os conceitos fundamentais de Arquitetura de 
Computadores. Mostrando uma apresentação da técnica de máquinas multiníveis, a 
evolução dos computadores desde a válvula até os circuitos integrados de larga 
escala, tudo isso dentro do padrão proposto por Von Newmann. 
 
1. INTRODUÇÃO 
 
Desde a antigüidade pode-se observar a necessidade do homem em computar 
(calcular). Inicialmente ele utilizava seus próprios dedos como forma de contagem, 
daí a base de nosso sistema de numeração ser decimal. Com o passar dos tempos 
os dez dedos não eram mais suficientes, então passou a utilizar pedrinhas: "O 
pastor guardava em um saco uma pedrinha para cada ovelha de seu rebanho, 
depois associava cada pedrinha a uma ovelha". As evoluções não pararam e 
homem aperfeiçoou suas técnicas criando instrumentos de apoio à contagem e 
computo. Cada vez mais os números foram crescendo, a necessidade de precisão e 
a dificuldade em solucionar cálculos cada vez mais complexos levou o homem a 
criar mecanismos com o intuito de simplificar tarefa tão árdua. Daí surgiu 
ferramentas tais como: ábaco, régua de cálculo, máquina de calcular e o 
computador. 
 
1.1. Computador 
 
O computador é uma máquina capaz de receber, armazenar, tratar e produzir 
informações de forma automática, com grande rapidez e precisão. A evolução dos 
sistemas de computação teve seu início no século 16, mas estes somente 
mostraram-se úteis neste século, e sua vulgarização se deu graças à recente 
evolução na microeletrônica. 
1.1.1. Tipos de Computadores Digitais 
 
Atualmente, as famílias de computadores podem ser classificadas em cinco grupos 
distintos: os computadores pessoais (PC’s), os minicomputadores, os supermini, os 
computadores de grande porte (mainframes) e os supercomputadores. A tabela a 
seguir dá um exemplo das máquinas comerciais que se enquadram nestes grupos e 
as suas aplicações típicas. 
 
GRUPO MÁQUINA APLICAÇÃO 
Computador pessoal IBM Pentium 
Tratamento de texto, 
aplicações científicas, etc 
Minicomputador PDP-11/84 Tempo real 
Supermini Sun SPARC 
Pesquisa, servidor de 
arquivos 
Mainframes IBM 3090/300 Banco, Universidade 
Supercomputador Cray-2 Cálculo 
 
1.1.2. Modelo de Von Neumann 
 
A grande maioria dos computadores existentes atualmente segue um modelo 
proposto pelo matemático americano Von Neumann, por volta de 1940. Nesse 
modelo, um elemento processador segue as instruções armazenadas em uma 
memória de programas, para ler canais de entrada, enviar comandos sobre canais 
de saída e alterar as informações contidas em uma memória de dados. 
Esse modelo inicial evoluiu para uma estrutura em barramento, que é a base dos 
computadores modernos. Nessa estrutura, as memórias de dados e de programa 
são fundidas em uma memória única, e as comunicações entre elementos são 
efetuadas através de uma via comum de alta velocidade: 
 
2. HISTÓRIA E GERAÇÃO DOS COMPUTADORES 
 
A história dos computadores começou no momento em que o homem sentiu a 
necessidade de efetuar cálculos complexos de maneira automática. 
2.1. Precursores (geração zero) 
 
O primeiro elemento com que o homem contou para fazer seus cálculos foi o 
conjunto de dedos de suas mãos, daí veio a palavra digital, vindo de dígito, que 
significa dedo. Com a evolução da humanidade fez-se necessárias novas invenções 
para auxiliar os cálculos: 
 
2.1.1. Ábaco 
 
A primeira calculadora que se tem notícias é o ábaco, de origem chinesa, do século V 
a.C. (antes de Cristo) capaz de efetuar operações algébricas elementares. 
 
2.1.2. Calculadoras mecânicas 
 
Anteriormente à década de 40 já existiam calculadoras mecânicas, dentre elas, pode- 
se destacar: a calculadora de Charles Babbage 
Uma das primeiras máquinas de processar dados data de 1880 quando Hermann 
Hollerith, funcionário do United States Census Bureau, inventa uma máquina para 
realizar as operações de recenseamento da população. A máquina "lia" cartões 
perfurados em código BCD (Binary Coded Decimal) e efetuava contagens da 
informação referente à perfuração respectiva. O sistema foi patenteado em 1884. As 
máquinas de Hollerit foram utilizadas no censo de 1890 no USA. O tempo gasto neste 
recenseamento foi 1/3 do tempo normal. 
Em 1896, Hollerit funda a Tabulating Machine Company que construía as tabuladoras e 
outros dispositivos por si inventados. Com o crescimento da empresa ela passou a 
chamar-se em 1911 Computing Tabulating and Recording Company e em 1924 para o 
nome que tem atualmente IBM - International Business Machines Corporation. 
 
2.2. As máquinas de primeira geração (1930-1958) 
 
Foi na década de 40 que surgiram as primeiras válvulas eletrônicas, o exército 
americano necessitava de um equipamento para efetuar cálculos de balística, foi 
quando se iniciaram os estudos neste sentido. 
Cada válvula era capaz de representarum bit de informação (somente aceita dois 
estados, ligada ou desligada). Os bytes eram compostos por oito válvulas. 
 
 
Figura 1– ENIAC. Fonte: http://abcinformatica.files.wordpress.com/2011/02/bh_computers_02.jpg 
 
Como não se tinha muita confiança nos resultados, devido à constante queima de 
válvulas, cada cálculo era efetuado por três circuitos diferentes e os resultados 
comparados, se dois deles coincidissem, aquele era considerado o resultado certo. 
Portanto, por exemplo, para 2 KB de memória seriam necessárias 16.384 válvulas e 
para três circuitos 16.384 x 3 = 49.152 válvulas. Os computadores eram verdadeiros 
monstros eletrônicos que ocupavam muito espaço e consumiam muita energia. 
O ENIAC (Eletronic Numerical Integrator and Computer), construído em 1948 tinha 
19.000 válvulas e consumia cerca de 200 quilowatts, um absurdo para a época. 
 
 
2.3. Computadores de segunda geração (1955-1965) 
 
Foi em 1947 que surgiu o primeiro transistor, produzido pela Bell Telephone 
Laboratories. Esta descoberta revolucionou a eletrônica, os circuitos passaram a 
consumir muitíssimo menos energia , a ocupar menos espaço, isto a um custo bem 
satisfatório. 
Os transistores eram e são muito mais confiáveis que as válvulas. São feitos de 
cristal de silício, o elemento mais abundante na Terra. 
Em 1954 a Texas Instruments iniciou a produção comercial de transistores. 
Da mesma forma os transistores, nos circuitos digitais foram utilizados para 
representar os dois estados: ligado/desligado, ou seja, zero/um. 
Nos anos 60 e 70 devido ao emprego do transistor nos circuitos, se deu a explosão, 
o boom do uso de computadores. Ocupavam menos espaço e tinham um custo 
satisfatório. 
Em 1968 chegou o primeiro computador da UNICAMP, um IBM 1130, com 16KB de 
memória e um disco de 1 MB, foi um acontecimento, ele trabalhava com cartões 
perfurados. Rodava programas em ASSEMBLER, Fortran, e PL1. 
Para dar partida, se utilizava da console e cartões perfurados especialmente 
codificados, denominados “cold start”, funções executadas hoje pela ROM e o BIOS. 
 
 
Figura 2– Transistor, característica dos computadores da 2ª geração. Fonte: 
http://www.baboo.com.br/conteudo/articlefiles/30901-Power_Transistor.jpg 
 
2.4. Computadores de terceira geração (1965-1980) 
 
Nos anos 60, iniciou-se o encapsulamento de mais de um transistor num mesmo 
receptáculo, surgiu assim o Circuito Integrado - CI, os primeiros contavam com cerca 
de 8 a 10 transistores por capsula (chip). 
 
 
Figura 3. Circuitosintegrados, principal característica da 3ª geração. Fonte: 
http://ahistoriadacomputacao.files.wordpress.com/2010/05/dual_in_line.jpg 
 
2.5. Computadores de quarta geração (1980-199?) 
 
Durante a década de 70, com a tecnologia da alta escala de integração (LSI - Large 
Scale of Integration) pôde-se combinar até 65 mil componentes em uma só pastilha 
de silício (chip). Os anos 80, com o grande desenvolvimento da tecnologia de 
circuitos integrados, o número de transistores podendo ser integrados numa pastilha 
de silício atingiu a faixa dos milhares e, logo em seguida, dos milhões. Foi assim que 
surgiram os novos computadores, ainda menores, mais velozes e mais poderosos 
que aqueles da geração anterior. Na segunda metade da década de 90, houve a 
passagem da LSI para a VLSI (Very Large Scale of Integration - muito alta escala de 
integração). As máquinas de todas as gerações têm como característica comum a 
existência de uma única CPU para executar o processamento. Porém, mais 
recentemente, já existem computadores funcionando com mais de uma CPU. 
Desde o início da década de 80 os preços haviam caído de tal maneira que já 
começava a ser possível a uma pessoa ter o seu próprio computador — começava 
então a era da informática pessoal. Os computadores pessoais passaram então a 
ser utilizados de uma maneira relativamente distinta dos grandes computadores de 
então. No início dessa geração nasceu a Intel, que começou a desenvolver o 
primeiro microprocessador, o Intel 4004 de 4 bits, um circuito integrado com 2250 
transistores, equivalente ao ENIAC. 
O 4004 foi seguido pelo Intel 8008 de 8 bits e, mais tarde, pelo Intel 8080. O primeiro 
microcomputador da história foi o Altair 8800, que usava o chip Intel 8088, tornou-se 
padrão mundial da época para os microcomputadores de uso pessoal, abrindo uma 
nova era na história da informática. 
Sthephen Wozniak e Steve Jobs formaram em 1976 uma pequena empresa, a 
Apple, onde construíram, numa garagem de fundo de quintal, o Apple I. Um ano 
depois, com um novo e melhor projeto, surge o Apple II, primeiro microcomputador 
com grande sucesso comercial e, mais tarde, o Apple III. Em 1983 entra no mercado 
o Lisa e em 1984 o Macintosh, com tecnologia de 32 bits. 
Em 1981, a IBM entrou no mercado de micros, introduzindo o PC, um 
microcomputador com tecnologia de 16 bits (Intel 8088) que em pouco tempo se 
tornou um padrão. Os principais modelos de PC são: 
 
 PC; 
 PX-XT; 
 PC-XT 286; 
 PC-AT; 
 PC-386; 
 PC. 
 
Em 1993 chegou ao mercado o Pentium, cuja versão Pentium III possui cerca de 
nove milhões de transistores, possibilitando. O Pentium trouxe um novo fôlego às 
chamadas estações de trabalho (microcomputadores poderosos usados em tarefas 
pesadas, como computação gráfica e aplicações científicas). Uma das novidades 
dele é que possibilita a simulação de dois processadores, ou seja, um princípio de 
paralelização antes possível apenas em supercomputadores e que agora está ao 
alcance dos usuários de microcomputadores. 
 
 
Figura 4. Intel 4040. Fonte: 
http://chandrakantha.com/articles/indian_music/filmi_sangeet/media/1971_intel_4004.gif 
 
2.6. Computadores de quinta geração (década de 1990) 
 
2.6.1. Pentium P55C ou MMX 
 
 
A evolução das aplicações de multimídia, envolvendo gráficos, imagens e sons 
tornou uma necessidade a implementação de instruções que facilitassem sua 
execução. Assim, a Intel adicionou ao Pentium, 57 novas instruções 
voltadas para este tipo de processamento, são as chamadas instruções MMX, ou 
seja Multimedia Extentions. São instruções que englobam várias instruções comuns, 
e são executadas por hardware, facilitando os produtores de software na criação de 
seus programas já se valendo destas novas instruções. 
Tais instruções propiciam um bom ganho em velocidade de processamento. O P55C 
apresenta uma cache interna de 32 kB, o dobro das dos Pentiums P54C. Isto pode 
se traduzir por uma melhoria de performance da ordem de 
10% nos processamentos ditos normais, não envolvendo as funções MMX. 
 
2.6.2. Pentium II 
 
Engloba o poder de processamento de 32 bits do Pentium PRO, uma melhor 
performance nos programas de 16 bits e as facilidades do Pentium MMX, operando 
com clock interno de 266 MHz e até 300 MHz. 
Seu encapsulamento com uma cache externa ou cache 2, que contígua ao 
processador, facilita o gerenciamento da memória e melhora seu desempenho. 
 
2.6.3. Pentium II Celeron 
 
Semelhante ao Pentium II, uma opção mais barata, também operando com um clock 
externo de 66 MHz e um clock interno de 300 MHz, porém sem a cache 2 e as 
vantagens advindas da mesma. 
 
 
BIBLIOGRAFIA BÁSICA 
 
STALLINGS, Willian. Arquitetura e Organização de Computadores, 5ª Edição. Prentice Hall. 
São Paulo, 2006. 
TANENBAUM. Andrew S. Organização Estruturada de computadores. Edição 5ª. LTC. Rio 
de Janeiro, 2007. 
MACHADO, Francis B., MAIA, Luiz P. Arquitetura de Sistemas Operacionais. Edição 4ª. 
LTC. Rio de Janeiro, 2007. 
 
BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTAR 
 
WEBER, Raul Fernando. Arquitetura de computadores pessoais, Edição 2ª. Sagra Luzzatto. 
Porto Alegre, 2003. 
WEBER, Raul Fernando. Fundamentos de Arquitetura de Computadores, Edição 3ª, Porto 
Alegre, Sagra Luzzatto, 2004.