Organização de Computadores 1º Semestre Aula 2 Prof. Carlos Vinícius SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAGEM COMERCIAL FACULDADE DE TECNOLOGIA SENAC PELOTAS 1

o Evolução... Histórico da Arquitetura de Computadores 2

o Geração Zero – Computadores Mecânicos ( ) o Blaise Pascal ( ): Construiu em 1642 a primeira máquina de calcular, baseada em engrenagens e alavancas, e que permitia fazer adições e subtrações. o Leibniz ( ): Construiu outra máquina no mesmo estilo, mas permitia também fazer multiplicações e divisões. Histórico da Arquitetura de Computadores 3

o Geração Zero – Computadores Mecânicos ( ) o Máquinas a relé eletromagnético o Konrad Zuse(~ 1930) o Construiu durante a década de 1930 uma série de máquinas de calcular baseadas em relés. o John Atanasoff e George Stibbitz o Construíram no final da década de 1930 calculadoras que já usavam aritmética binária o Memória baseada em capacitores. o Howard Aiken o Construiu em 1944 uma máquina de propósito geral chamada MarkI o Baseada no trabalho de Babbage o Relés eletromagnéticos no lugar de engrenagens Histórico da Arquitetura de Computadores 4

o Charles Babbage ( ) o Máquina Diferencial o Tratava tabelas de números para fins de navegação naval o Executava um único algoritmo: método das diferenças finitas usando polinômios; a saída era gravada em pratos de cobre e aço. o Máquina Analítica: o Máquina de propósito geral (PROGRAMÁVEL!) o Lia instruções (de tratamento aritmético e de desvio condicional) através de cartões perfurados e as executava. o Quatro componentes o Memória, unidade de computação, unidade de entrada (leitora de cartões perfurados) e unidade de saída (saída impressa e com perfuração); o A unidade de computação lia números da memória, fazia cálculos (adição, subtração, multiplicação e divisão) e podia retornar o resultado para a memória. o Primeira pessoa (uma mulher!) a escrever programas: Ada Augusta Lovelace. o Ambas eram totalmente mecânicas 5

o Primeira Geração – Válvulas ( ) o COLOSSUS o 1° computador digital eletrônico o Construído pelo Governo Britânico em o Objetivo: decodificar as mensagens trocadas pelos alemães durante a Segunda Guerra, que eram criptografadas por uma máquina chamada ENIGMA. o Participação de Alan Turing. Histórico da Arquitetura de Computadores 6

o Primeira Geração – Válvulas ( ) o ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) (1943) o Computador eletrônico construído por John Mauchleye J. Presper Eckert (EUA) em 1946 para fins militares. o tubos a vácuo; relés; 30 toneladas; 140 kilowatts; 20 registradores de números decimais de 10 dígitos o Programação através de switches e de milhares de jumpers (cabos de conexão) o Participação de John von Neumann. 7

Histórico da Arquitetura de Computadores o Primeira Geração – Válvulas ( ) o Vários computadores surgiram: o EDSAC (1949): Universidade de Cambridge; foi o primeiro a armazenar programas em memória o JOHNIAC: Rand Corporation o ILLIAC: Universidade de Illinois o MANIAC: Laboratório de Los Alamos o WEIZAC: Instituto Weizmann, Israel 8

Histórico da Arquitetura de Computadores o John von Neumann o Construiu em 1952 o computador IAS (Institutefor Advanced Study– Princeton, USA) o Programa Armazenado: programas e dados representados de forma digital em memória (esse mesmo proj. foi usado no EDSAC) o Mais flexibilidade e rapidez (ao invés de chaves e cabos) o Processamento baseado em aritmética binária, ao invés de decimal o Formalizou o projeto lógico de um computador o Máquina de Von Neumann o Base de praticamente todas as máquinas atuais o Componentes: o Memória o Unidade de Controle Unidade o Unidade Lógica e Aritmética (ULA) o Dispositivos de entrada/saída 9

Histórico da Arquitetura de Computadores o Máquina de Von Neumann Memória Unidade de Controle Entrada Saída Unidade Lógica Aritmética Acumulador 10

Histórico da Arquitetura de Computadores o Máquina de Von Neumann o Unidade de Controle de Programa o Determina a seqüência das instruções a serem executadas o Gera os sinais de controle para as outras unidades. o Memória o 4096 palavras de 40 bits (2 instruções de 20 bits ou um inteiro) o Instrução: 8 bits para indicar o tipo, 12 bits para endereçar a memória o Unidade Lógica e Aritmética (ULA) o Execução das instruções (operações lógicas e aritméticas) o Acumulador: registrador especial de 40 bits utilizado para armazenar um operando e/ouum resultado fornecido pela ULA. o Dispositivos de Entrada e Saída Programa = conjunto de instruções 11

Histórico da Arquitetura de Computadores o Máquina de Von Neumann Ciclo de Busca-Decodificação-Execução 1. Busca: na fase de busca é lida uma instrução da memória 2. Decodificação: nessa fase é determinada qual instrução deve ser executada. Geralmente realizada por lógica combinacional. 3. Execução: para cada tipo de instrução é realizada sua execução, conforme o necessário. 12

Histórico da Arquitetura de Computadores o Segunda Geração – Transistores ( ) o Invenção do Transistor o 1948, Bell Labs, EUA o John Bardeen, Walter Brattain e William Shockley o TX-0 (Transistorized eXperimental computer0) o Primeiro computador construído com transistor (no MIT) o PDP-1 (baratinho...$ ,00) o 1961, DEC (Digital Equipment Corporation) o Primeiro computador comercializado o Memória: 4K (K=210) palavras de 18 bits o Ciclo (período de clock): 5 microsegundos o Clocks: usados para a sincronização de eventos o Primeiro computador com display visual: tela de 512x512 pontos o Nascimento da indústria de minicomputadores 13

Histórico da Arquitetura de Computadores o Segunda Geração – Transistores ( ) o PDP-8 o Conceito de Barramento único: o Conjunto de fios paralelos (linhas de comunicação), usado para estabelecer a conexão entre os componentes de um computador. 14

Histórico da Arquitetura de Computadores o Segunda Geração – Transistores ( ) o Barramento Único (Características e Problemas) o Outros tipos de barramento (processador, cache, memória, I/O) o O desempenho do barramento é medido pela o Largura de banda: quantidade de bits que podem ser transmitidos ao mesmo tempo (8 bits, 16 bits, 32 bits, 64 bits,...) o Velocidade da transmissão: medida em bps(Bits por segundo) (10 bps, 160 Kbps, 100 Mbps, 1 Gbps,... ) 15

Histórico da Arquitetura de Computadores o Terceira Geração – Circuitos Integrados ( ) o Invenção do circuito integrado de silício (1958, Robert Noyce) o Dezenas de transistores em um único chip o Possibilitou construir computadores menores, mais rápidos e mais baratos o System/360(IBM, 1965) o Família de máquinas c/ a mesma linguagem de Montagem oMultiprogramação: o Vários programas em memória em execução simultânea (quando um aguardava uma operação de entrada ou saída se completar, outro podia executar). o Pseudo paralelismo de execução através do compartilhamento de tempo (time sharing) 16

Histórico da Arquitetura de Computadores o Terceira Geração – Circuitos Integrados ( ) o PDP-11 (DEC, 1970) o Sucessor de 16 bits do PDP-8 o Grande sucesso, especialmente nas universidades 17

Histórico da Arquitetura de Computadores o Quarta Geração – Circuitos VLSI (1980-?) o VLSI – Very Large Scale Integration o Integração de Circuitos em Escala Muito Alta o Grande compactação dos circuitos integrados o Dezenas de milhares, depois centenas de milhares e finalmente milhões de transistores em um chip o Desempenho aumentou muito o Preços caíram muito o Computadores deixaram de ser privilégio de grandes corporações o Início da era do Computador Pessoal 18

Histórico da Arquitetura de Computadores o Quarta Geração – Circuitos VLSI (1980-?) o Primeiros Computadores Pessoais o Desktops o Software não era fornecido, o consumidor tinha que escrever seu próprio software o Organização em 5 níveis: o nível de montadores/compiladores o nível de sistema operacional o nível de máquina convencional o nível de microprogramação o nível de lógica digital 19

Histórico da Arquitetura de Computadores o Quarta Geração – Circuitos VLSI (1980-?) o Processadores Intel 8080 o Apple, AppleII o Steve Jobs e Steve Wozniak o Muito popular para uso doméstico e em escolas o IBM PC -PersonalComputer (IBM, 1981) o Intel 8088 o Projeto de circuitos público o Objetivo: permitir que outros fabricassem componentes facilmente acopláveis ao PC o Conseqüência: indústria de clones o Sistema operacional: MS-DOS o Computador mais vendido de toda a história 20

Histórico da Arquitetura de Computadores o Quarta Geração – Circuitos VLSI (1980-?) o Surgimento do Windows o Meados da década de 1980: surge os conceitos das arquiteturas RISC o Anos 1990: processadores superescalares o Várias instruções em paralelo o Replicação de unidades funcionais (ex: ALUs) o Computadores Multi-processados(multi-threading) o n processadores o Processadores de 64 bits 21

Histórico da Arquitetura de Computadores o Lei de Moore o GordonMoore, 1965, Intel o Número de transistores em um chip dobra a cada 24 meses (inicialmente 18 meses...). 22

o Lei de Moore o Não é uma lei, mas uma observação empírica o Círculo Virtuoso o Avanço tecnológico propicia melhores produtos a preços mais baixos. o Preços mais baixos induz ao surgimento de novas aplicações o Exemplo: videogames o Novas aplicações aumentam as possibilidades de mercado e fazem surgir novas empresas. o Novas empresas leva à competição, criando demanda econômica para o avanço tecnológico. Histórico da Arquitetura de Computadores Lei de Nathan (Microsoft) “Software é como gás: expande até preencher todo o container.” 23

Histórico da Arquitetura de Computadores o Família de Processadores Intel o Arquitetura Intel 8086 o Barramento/registradores de 16 bits o Intel 8088 apareceu logo depois, mas com barramento de 8 bits (+lento/+barato) o 1980 – Intel 8087 o Co-processador de ponto flutuante o 60 instruções de ponto flutuante o 1982 – o Extensão do 8086 o Reorganização da memória (espaço de endereço de 24 bits) o 1985 – o Extensão do para 32 bits o 1989 – o Memória Cache 24

Histórico da Arquitetura de Computadores o Família de Processadores Intel o 1992 – Pentium o Dois pipelines internos (Superscalar) o... – Pentium Pro o Mudança na organização interna o Dois níveis de memória cache o 1997 – Pentium II (MMX) o Instruções com suporte à multimídia o 1999 – Pentium III o 2000 a 2005 – Pentium IV o Variações de clock 25

Histórico da Arquitetura de Computadores o Família de Processadores Intel o2005 – Pentium Extreme Edition o 3.73 GHz o 64 bits o Intel Core 2 o Duo (dual-core) e Quad (four-core) processadores o 1.60 GHz to 2.93 GHz 26

Histórico da Arquitetura de Computadores o Família de Processadores Intel 27

Histórico da Arquitetura de Computadores o Tendências da Computação (~ ) 28

Histórico da Arquitetura de Computadores o CISC X RISC o CISC o Reconhece mais de uma centena de instruções o É mais lento na execução das instruções (quanto > número de instruções > tempo) o A maioria dos microprocessadores são CISC o RISC o Reconhece um número limitado de instruções que, em contrapartida, são otimizadas para que sejam executadas com mais rapidez o Redução do conjunto de instruções ao mínimo: as instruções não contempladas são executadas como combinações das existentes o Desempenho de 50-75% superior a um CISC CISC (Complex Instruction Set Computing) Conjunto Complexo de Instruções RISC (Reduced Instruction Set Computing) Conjunto Reduzido de Instruções 29

Histórico da Arquitetura de Computadores o Tendências da Computação o Redes de Computadores o Clusters de Computadores o Computação Ubíqua o MarkWeiser, 1988 o “Everytime, Everywhere” o Computação cada vez mais presente no dia-a-dia das pessoas o Nova tecnologias, miniaturização de dispositivos,... 30