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UNIVERSIDADE DA BEIRA INTERIOR

Faculdade de Engenharia

Departamento de Informática

Arquitectura de Computadores IIArquitectura de Computadores II

Engenharia Informática (11545)Engenharia Informática (11545)Engenharia Informática (11545)Engenharia Informática (11545)

Tecnologias e Sistemas de Informação (6621)Tecnologias e Sistemas de Informação (6621)

O Computador - Introdução

Nuno Pombo / Paulo Fazendeiro – Arquitectura Computadores II – 2014/2015 1

Fonte: Arquitectura de Computadores, José Delgado, IST, 2004




MOTIVAÇÃOMOTIVAÇÃO





• O computador é um dos maiores feitos do Homem. Tornou áreas

de trabalho obsoletas, criou outras, tornou possível coisas

impossíveis.

• Mais do que a própria televisão, o computador é “a caixa que

mudou o mundo”.

• Com a televisão de alta definição e melhoria das comunicações,

a televisão, os telemóveis e o computador estão em “rota de

colisão”, juntando as capacidades de:

– distribuição de informação multimédia;

– interacção global (internet, TV interactiva);

– processamento local de informação.





• Um computador não tem nada de mágico nem sequer é um

sistema inteligente (mas é fiável, determinístico e muito rápido).

• Tem de ser exaustivamente programado pelo utilizador, que tem

de prever todas as situações.de prever todas as situações.

• A inteligência aparente do computador é apenas a inteligência

do programador.





• “O meu computador é estúpido que nem uma porta. Só faz o que

eu lhe mando, não faz o que eu quero!”

• Um computador é como um rato num labirinto, seguindo

cegamente setas que indicam por onde ir (instruções docegamente setas que indicam por onde ir (instruções do

programador). Não tem visão de conjunto nem sabe o que está a

fazer!





• Antes dos computadores, (quase) tudo era

manual (mão-de-obra intensiva).

• Motivação:• Motivação:

– Automatização (tarefas repetitivas sem se cansar);

– Capacidade (de memória, de processamento);

– Rapidez (milhões de vezes mais rápido);

– Fiabilidade (o erro humano é muito frequente);

– Custo (o computador não recebe ordenado…).Nuno Pombo / Paulo Fazendeiro – Arquitectura Computadores II – 2014/2015 6




DO ÁBACO AO COMPUTADOR DO ÁBACO AO COMPUTADOR PESSOALPESSOAL





• Ábaco: Inventado no médio oriente, Mesopotâmia,

3000 a.c.;

• Primeiro dispositivo manual de cálculo;

• Servia para representar números no sistema decimal e• Servia para representar números no sistema decimal e

realizar operações aritméticas.





• Tábua de Logarítmos de Napier: Inventada, em 1614,

pelo escocês Jonh Napier;

• Calculava logarítmos usando tábuas/réguas para

auxiliarem no cálculo de divisões e multiplicações.auxiliarem no cálculo de divisões e multiplicações.





• Pascaline ou Máquina de Somar: Inventada no século

XVII, pelo francês Blaise Pascal;

• Primeira calculadora mecânica capaz de fazer somas e

subtrações;subtrações;

• Primeiro “e vai um” automático;

• Funcionamento baseado em engrenagens.





• Calculadora Mecânica: Criada no século XVII, peloalemão Gottfried Leibnitz;

• Aperfeiçoou a Pascaline;

• Efetuava multiplicações através de somas consecutivas;• Efetuava multiplicações através de somas consecutivas;

• Pouco divulgada.





• Tear Programável: Criada no inicio do século XIX, porJoseph Jacquard;

• Cartões perfurados para controlavam a confecção e odesenho nos tecidos;desenho nos tecidos;

• Primeira máquina mecânica programável.





• Arithmometer: Projetada e construída em 1820, por

Charles Thomas;

• Primeira máquina que realizava as quatro operações

aritméticas básicas (adição, subtracção, multiplicação earitméticas básicas (adição, subtracção, multiplicação e

divisão).





• Calculador Analítico ou Máquina Diferencial: Criado

em 1833 pelo inglês Charles Babbage;

• Considerado o “pai” da Informática;

• Dispunha de programa, memória, unidade de controle e • Dispunha de programa, memória, unidade de controle e periféricos de saída.





• Primeira aplicação: Recenseamento em 1890 nos

Estados Unidos;

• Hollerith Tabulating Company;

• Deu origem à IBM em 1911.• Deu origem à IBM em 1911.





• Utilizada no recenseamento demográfico dos E.U.A.;

• Acumulava e classificava informações;

• Utilizava cartões perfurados.





• Calculadora Mecânica: Em 1890, William S. Burroughs,

iniciou a produção de uma máquina de calcular

mecânica que imprimia as parcelas e os resultados. Era

comercializada pela empresa que em 1986 receberiacomercializada pela empresa que em 1986 receberia

o nome de UNISYS.





• Válvula: Inventada em 1905 por Lee de Forest;

• Componente fundamental dos computadores de 1ª

Geração.





• Em 1911 é fundada a IBM (International Business

Machines Corporation).





• Harvard Mark I: Desenvolvido entre 1937 e 1944;

• Usado no cálculo de tabelas matemáticas e navegação;

• Objectivo semelhante à máquina de Babbage;

• 3 segundos para uma multiplicação de 10 dígitos.• 3 segundos para uma multiplicação de 10 dígitos.





• Harvard Mark II: 1945;

• Testes no Harvard Mark II;

• Descobriram que um relé não fazia contacto devido a

uma traça;uma traça;

• Este bug era real…





• ENIAC: 1946;

• 18000 válvulas electrónicas;

• 30 toneladas;

• Sala com 30 metros;• Sala com 30 metros;

• Cada registo: 60 cm;

• 1000 vezes mais rápido que o Mark I (3 ms para umamulplicação de 10 dígitos).





• Transistor: Criado em 1947 na Universidade deStanford (EUA);

• Usado comercialmente apenas no final da década de50;50;

• Componente fundamental dos computadores de 2ªGeração;

• Permitiu a substituição das válvulas;

• Menor consumo;

• Maior integração.





• UNIVAC: Criado em 1949 por Mauchly ComputerCorporation;

• Primeiro computador eletrónico disponível comercialmente;





• UNIVAC:





• Circuitos Integrados: Desenvolvidos em meados dosanos 60;

• Componente dos computadores de 3ª Geração;

• Agrupamento de componentes eletrónicos sobre um chip• Agrupamento de componentes eletrónicos sobre um chipde silício (o silicio é o principal componente do vidro,cerâmica, …);

• Inicio da era do down-sizing.





• Circuitos Integrados





• Circuitos Integrados – Escalas de Integração

• SSI (Small Scale Integration): Integração em pequena escala:

são os CI com menos componentes. Podem conter até 30

dispositivos por pastilha (chip);dispositivos por pastilha (chip);

• MSI (Medium Scale Integration): Integração em média escala:

corresponde aos CI com várias centenas de componentes,

podendo possuir de 30 a 1000 dispositivos por pastilha (estes

circuitos incluem descodificadores, contadores, etc.);






• LSI (Large Scale Integration): Integração em grande escala: contém milharesde componentes podendo possuir de 1000 até 100.000 dispositivos porpastilha (estes circuitos normalmente efectuam funções lógicas complexas, taispastilha (estes circuitos normalmente efectuam funções lógicas complexas, taiscomo toda a parte aritmética duma calculadora, um relógio digital, etc.).[1969];

• VLSI (Very Large Scale Integration): Integração em muito larga escala: é ogrupo de CI com um número de componentes compreendido entre 100.000 e10 milhões de dispositivos por pastilha (são utilizados na implementação demicroprocessadores). [1975]






• ULSI (Ultra Large Scale Integration): Integração em escala ultra larga: É ogrupo de CI com mais de 10 milhões de dispositivos por pastilha. [1990,ex:Pentium (Intel)]ex:Pentium (Intel)]

• Nos computadores actuais, quase todos os chips usados são do tipo LSI, VLSIou ULSI. Os chips SSI e MSI são ainda usados em pequenas quantidades,normalmente para auxiliar os chips LSI e VLSI.





• Intel: Fundada em 1971, (com colaboradores daMotorola e Texas Instruments);

• 4004;

• Microprocessador 4 bits;• Microprocessador 4 bits;

• 108 Khertz;

• 2300 transistores.





• Altair 8800: Criado em 1975;

• Primeiro computador pessoal portátil, produzido paracomercialização massificada.comercialização massificada.





• Microsoft: Fundada em 1975, por Bill Gates e PaulAllen;

• O primeiro trabalho desenvolvido, foi a criação de um• O primeiro trabalho desenvolvido, foi a criação de um

interpretador; da linguagem de progranação Basic,

para o computador Altair 8800.





• Apple: Em 1976 Steve Jobs e Steve Wozniak(fundadores da Apple Corp.), lançam o Apple I;

• O Apple II, lançado em 1979, foi o primeiro• O Apple II, lançado em 1979, foi o primeiro

microcomputador pessoal a ter sucesso comercial.





• 8086: Criado em 1978

• Microprocessador 16 bits;

• 5 Mhertz;• 5 Mhertz;

• 29000 transistores;

• Primeiro microprocessador “a sério”.





• IBM PC: Criado em 1981, o conceito do computadorpessoal (Personal Computer-PC);

• O PC foi declarado o “man of the year” de 1982 pelarevista Time Magazine;revista Time Magazine;





• ZX80: Lançado pela Sinclair em 1980;

• Antecessor do ZX Spectrum;

• Enorme sucesso comercial.





• “No futuro, os computadores não pesarão mais do que 1,5

tonelada.” *Popular Mechanics, prevendo a evolução da ciência, 1949.

• “Viajei por todos os lados neste país (EUA) e posso assegurar-lhes

que processamento de dados é uma ilusão que não perdura até o

fim do ano.” *O editor de livros técnicos da Prentice Hall, 1957.

• “Acho que deve existir um mercado mundial para, talvez, cinco

computadores.” *Thomas Watson, administrador da IBM, 1943.





O COMPUTADORO COMPUTADOR





• Que problemas pode um computador resolver?

• O processamento a ser feito é o mesmo, seja por uma pessoa,seja por um computador.

• O que um computador faz é simular o trabalho de uma ou mais• O que um computador faz é simular o trabalho de uma ou maispessoas.

• Essa simulação é simplificada (um computador não precisa dostruques organizacionais das pessoas).


ProcessamentoProcessamentoInformaçãode entradaInformaçãode entrada

Informaçãode saídaInformaçãode saída




• Qualquer processamento pressupõe um algoritmo (conjunto de

passos elementares para se atingir um dado objectivo);

• O mesmo processamento pode ser implementado por algoritmos

diferentes. Exemplo: cálculo do perímetro de um rectângulo:diferentes. Exemplo: cálculo do perímetro de um rectângulo:

– Algoritmo 1: Somar os lados todos;

– Algoritmo 2: Somar um lado com outro diferente e depois multiplicar asoma por dois.

• Pessoas e computadores podem usar algoritmos diferentes para

resolver o mesmo problema porque têm capacidades específicas

diferentes.





ProcessadorMemóriade programa


Interface com o mundo

Memóriade dados




1. Lê uma instrução da memória de programa;

2. Interpreta a instrução

(vê que operação é preciso fazer);

3. Lê operandos da memória de dados;3. Lê operandos da memória de dados;

4. Executa a operação;

5. Armazena o resultado na memória de dados;

6. A memória de dados pode ser substituída pela interface com o

mundo exterior nos passos 3 ou 5 ou em ambos;

7. Volta ao passo 1 onde irá ler a instrução seguinte na memória

de programa.





Arquitectura de Vom Newmann (1947)

• Formulado, em 1947, por John Von Newmann, combase em seus estudos feitos sobre o ENIAC;base em seus estudos feitos sobre o ENIAC;

• Definiu o esquema básico de funcionamento doscomputadores.





Arquitectura de Vom Newmann (1947)





UNIDADE DEENTRADA

MEMÓRIA

UNIDADE DESAÍDA

PROCESSADOR





• Os computadores substituiram as pessoas nas tarefas mais

repetitivas e de mais baixo nível.

• Os computadores não entendem as pessoas directamente. Têm

de ser programados por meio de um algoritmo, uma linguagem

de programação e um compilador.de programação e um compilador.

• O modelo de computador adoptado é o de von Neumann

(processador, memória, periféricos).

• O sistema operativo é fundamental.

• A evolução dos computadores tem sido rápida e profunda.


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