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Uma Breve História Sobre Computadores

Disciplina: Microprocessadores

Prof. Leandro Israel Pinto

Introdução

Introdução Números Binários

O Transistor O Circuito Integrado

Microprocessadores e Microcontroladores

Origem da Palavra Algoritmo A partir do século XVII Avanços na Segunda Guerra Mundial Primeiros Computadores Comerciais

• Computadores modernos começaram a ser construídos a partir da década de 20;

• Mas, a ideia e computação é muito mais antiga;

• Ela remete as primeiras civilizações, incluindo as contribuições dos Babilônicos, Egípcios, Gregos e Romanos e do mundo Islâmico.

Origem da Palavra Algoritmo





• A origem da palavra algoritmo é do nome do acadêmico 'Al-Khwarizmi'. Ele foi o primeiro a escrever sobre álgebra.

• No Sec. IX, al-Khwārizmī participou da operação Geodésica mais delicada de sua época: a medição do comprimento de um grau terrestre;

• A medição indicou 91176 metros como comprimento de um grau do meridiano, um resultado extremamente acurado

A partir do século XVII





• No século XVII, Wilhelm Leibniz (Figura 2), um matemático Alemão, desenvolveu uma máquina de cálculo:

– capaz de executar as quatro operações aritméticas básicas;

– além de ter inventado o sistema de números binários;






Máquina de Wilhelm Leibniz






• Boole e Babbage são considerados os avós do campo da computação;

• Charles Babbage foi um cientista do século XIX que proporcionou uma visão de um computador mecânico;

• Enquanto Boole forneceu o fundamento lógico para os computadores digitais modernos;






• Lady Ada Lovelace descobriu a máquina de Babbage em um jantar;

• Ela previu que tal máquina poderia ser utilizada para compor música, produzir gráficos, assim como resolver problemas matemáticos e científicos;

• Escreveu o que é considerado o primeiro programa de computador.

Avanços na Segunda Guerra Mundial





• A Segunda Guerra Mundial motivou pesquisas para investigar formas mais rápidas de executar cálculos para resolver problemas práticos. Isto levou ao desenvolvimento do computador digital.






• O computador mais antigo considerado aqui é o Harvard Mark I, projetado por Howard Aiken e a IBM. Mais tarde, John Atanasoff e Cliffor Berry projetaram o computador Atanasoff-Berry (ABC), que era capaz de resolver um conjunto de equações lineares.

O computador Harvard Mark I, mostrado ao lado, tinha 15 metros de comprimento e 2,5 metros de altura e pesava 5 toneladas.






• John Mauchly e Presper Eckert desenvolveram o ENIAC e o EDVAC.

• ENIAC era um computador com programa fixo

– Ele precisava ser reconfigurado via várias conexões a cabo para executar diferentes tarefas.





ENIAC era uma máquina grande e tinha mais de 30 metros de comprimento, 3 metros de altura e 1 metro de profundidade e pesava cerca de 30 toneladas.

Configurando as chaves do ENIAC






Substituindo uma válvula do ENIAC







• Mas o EDVAC implementou o conceito de programa armazenado. Isto significa que as instruções do programa podiam ser salvas na memória, assim, bastava carregar um novo programa para executar uma nova tarefa.

Primeiros Computadores Comerciais





Primeiros Computadores Comerciais • Computadores comerciais começaram a aparecer a partir de 1947;

• A corporação Eckert-Mauchly (EMCC) foi fundada por Presper Eckert e John Mauchly em 1947 e foi umas das primeiras companhias de computadores do mundo; – Eles postularam uma série de conceitos de

computador fundamentais como programa armazenado, sub-rotinas, linguagem de programação e compiladores






Primeiros Computadores Comerciais • O UNIVAC (da EMCC) custava inicialmente $159.000, aumentado gradualmente até $1.5 milhões. Mais de 46 desses computadores foram construídos e entregues.

O Computador UNIVAC

Números Binários




Primeiros Computadores Comerciais • A aritmética tem sido feita tradicionalmente com a notação decimal; – Leibniz foi um dos primeiros a reconhecer a potencialidade do

sistema de números binários; – Este sistema usa apenas dois digitos (0 e 1) para expressar

qualquer número; – Por exemplo, os números 000, 001, 002, 003, 004 e 005 são

representados em binário como 000, 001, 010, 011, 100 e 101 respectivamente;

– Note que no sistema decimal aumentamos uma casa quando chegamos no digito nove na última casa, por exemplo, temos 10 após o 9 e 20 após o 19. No sistema binário isso acontece com o dígito 1, temos 10 após o 1 e 100 após o 11;

• A principal vantagem dos números binários é o uso em computadores digitais;

• Onde um dígito binário pode ser representado por uma chave liga/desliga. – Sendo o digito 0 representado com a chave desligada e 1 com a

chave ligada.

Tubo de Vácuo




Tubo de Vácuo

Primeiros Computadores Comerciais • Todos os computadores digitais da primeira geração utilizavam o tubo de vácuo;

– Os quais foram amplamente utilizados em dispositivos eletrônicos como televisores, rádios, até a invenção do transistor.

• A ideia básica do tubo de vácuo é: uma corrente atravessando um filamento que aquece e perde elétrons. Os elétrons são carregados negativamente e, assim, atraídos por uma pequena chapa positiva no tubo. Um fluxo unidirecional é estabelecido entre o filamento e a chapa.

• O filamento do tubo de vácuo se tornava instável com o tempo e, se o ar invadisse o tubo, o oxigênio interagia com o filamento, danificando-o. Isso motivou pesquisas e levou a invenção do transistor por John Bardeen e Walter Houser Brattain em 1947.

Tubo de Vácuo




Tubo de Vácuo


Tubo de Vácuo no ENIAC




Tubo de Vácuo


Invenção do Transistor




Tubo de Vácuo Invenção do Transistor

Primeiros Computadores Comerciais • O transistor é componente fundamental em sistemas eletrônicos; – Sua invenção revolucionou o campo da eletrônica. – É pequeno, barato e muito mais viável do que os

tubos de vácuo.

• O transistor é um componente eletrônico com três terminais. – Ele pode controlar a corrente elétrica ou tensão

entre dois terminais aplicando uma corrente elétrica ou voltagem no terceiro terminal.

– Isso permite a criação de uma chave eletrônica controlada por outra chave eletrônica. Complicados circuitos lógicos podem ser construídos cascateando vários transistores.






Réplica do primeiro transistor

• Com a invenção do transistor, os computadores puderam ser significativamente diminuídos, além de se tornarem mais confiáveis;






• Com a evolução nos materias e processos de fabricação, temos os atuais transistores mostrados ao lado;

– Sendo (a) o transistor BC817 em versão SMT (Surface-mount Technology), utilizado para ser montado por máquinas em dispositivos eletrônicos;

– e (b) o transistor BC547, em versão DIP (Dual in-line Package), que pode ser montado manualmente;

O Circuito Integrado




Invenção O Circuito Integrado Intel 4004 O Processo de Fabricação

• Jack Kilby da Texas Instruments inventou o circuito integrado em 1958;

• O circuito integrado foi uma solução para o problema de construir um circuito com grande número de componentes;

• A ideia era, ao invés de fazer os transistores um por um, construí-los todos de uma vez sobre um wafer semicondutor;

• Isto permitiu que os transistores e outros componentes eletrônicos (ex. resistores e capacitores) fossem construídos no mesmo processo e com o mesmo material;






• Um dos primeiros processadores em circuito integrado a surgir foi o Intel 4004 em 1971;

• Ele continha aproximadamente 2300 transistores;

• Foi especialmente projetado para a calculadora Busicom 141-PF da empresa Nippon Calculating Machine Corporation;

O Intel 4004, um dos primeiros processadores. (www.intel.com)






Calculadora Busicom 141-PF






Placa interna da calculadora Busicom 141-PF

O Processo de Fabricação





• Chips são estruturas tridimensionais construídas simultaneamente sobre wafers.

• A fabricação é um processo complicado que exige muita precisão.

• O processo consiste na produção de várias camadas uma sobre a outra.

– Essas camadas formam os transistores e conexões internas do chip.






Parte do circuito do Intel 4004 em (a). Em (b), (c) e (d) são mostradas algumas máscaras para o processo de fabricação. (www.intel.com)





• Após a invenção dos chips, surgiram diversos modelos de microprocessadores; – Mais velozes e mais transistores





• Mas nem todas as aplicações necessitam processadores poderosos; – Eletrodomésticos, celulares e outros...

• Surgem os microcontroladores; – Um computador num chip; – Mais fácil de usar;





• Um Microprocessador é um chip com capacidade de processamento que necessita de periféricos externos como memórias e dispositivos de entrada e saída para funcionar;

• Um Microcontrolador é um chip que possui internamente um processador e todos os periféricos necessários para o seu funcionamento, como memórias e dispositivos de entrada e saída.





• Um Microcontrolador facilita a construção de circuitos que necessitam de alguma computação.

• Pois todos os componentes necessários para o computador estão dentro de um único chip

Alguns pacotes de microcontroladores.

Referências




• SOUZA, David Jose de. Desbravando o PIC: ampliado e atualizado para PIC16F628A. 12. ed. São Paulo: Livros Erica, c2003. 268 p. ISBN 9788571948679

• PEREIRA, Fábio. Microcontroladores PIC: programação em C. 7. ed. São Paulo: Érica, c2003. 358 p. ISBN 9788571949355 (broch.).

• PEREIRA, Fabio. Microcontrolador PIC18 detalhado: hardware e software. São Paulo: Érica, 2010. 304 p. ISBN 9788536502717 (broch.).

• PEREIRA, Fábio. Microcontroladores PIC: técnicas avançadas. 2. ed. São Paulo: Érica, 2002. 358 p. ISBN 8571947279 (broch.).

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