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Prof. João Roberto Cruz
1º Semestre / 2010
Arquitetura e Organização de Computadores
BIBLIOGRAFIAS
BÁSÍCA
1. MONTEIRO, M. A. Introdução a Organização de Computadores. 5ª. Ed. Rio de **Janeiro: LTC, 2007
- TANENBAUM, A. S. Organização Estruturada de Computadores. 5ª. Ed. São** **Paulo: Pearson Prentice-Hall, 2007.
- WEBER, R. F. Fundamentos de Arquitetura de Computadores. 3ª. Ed. Porto** Alegre: Bookman, 2008
COMPLEMENTAR
1. DELGADO, J. & RIBEIRO, C. Arquitetura de Computadores. 2ª. Ed. Rio de **Janeiro: LTC, 2009.
- PATTERSON, D. A. & HENESSY, J. Organização e Projetos de Computadores.** 2ª. Ed. Rio de Janeiro: LTC, 2000.
Conteúdo Programático:
Unidade 1: Evolução Histórica do Computador
Unidade 2: A Informação e sua Representação
Unidade 3: Componentes do Computador
Unidade 4: Execução de Programas
Arquitetura e Organização de Computadores
Unidade 1: Introdução à Algoritmos e Linguagens de Programação
1.1 – Calculadoras Primitivas
1.1.1 – Ábaco
1.1.2 – Calculadora de Pascal
1.1.3 – Máquinas de Babbage
1.2 – Computadores Eletromecânicos
1.2.1 – Máquina de Censo de Hollerith
1.2.2 – Complex de George Stibitz
1.2.3 – Z1 de Konrard Suze
1.2.4 – Mark I de Howard H. Aiken
1.3 – Computadores Eletrônicos (as gerações)
1.4 – Classificação dos Sistemas de Computação
- Calculadora de Pascal
O filósofo, físico e matemático francês Blaise Pascal, que trabalhava com seu pai em um escritório de coleta de impostos, na cidade de Rouen em 1642, aos 18 anos, desenvolveu uma máquina de calcular, para auxiliar o seu trabalho de contabilidade, baseada em 2 conjuntos de discos: um para a introdução dos dados e outro que armazenava os resultados, interligados por meios de engrenagens. A máquina utilizava o sistema decimal para os seus cálculos de maneira que quando um disco ultrapassava o valor 9, retornava ao 0 e aumentava uma unidade no disco imetiatamente superior.
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- Máquinas de Babbage
O projeto consistia em uma máquina diferencial e para muitos, tornou-se o pai dos computadores modernos. Babbage, preocupado com os erros contidos nas tabelas matemáticas de sua época, construiu um modelo para calcular tabelas de funções (logaritmos, funções trigonométricas, etc.) sem a intervenção de um operador humano, que chamou de Máquina das diferenças. Ao operador cabia somente iniciar a cadeia de operações, e a seguir a máquina tomava seu curso de cálculos, preparando totalmente a tabela prevista. Esta máquina baseava-se no princípio de discos giratórios e era operada por uma simples manivela.
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- A invenção de George Stibitz
Um matemático pesquisador do Bell Telephone Laboratories, em 1937, compreendeu que a álgebra de Boole era uma linguagem natural para os circuitos de relés eletromecânicos do telefone. Trabalhando em sua casa, ele interligou velhos relés, um par de baterias, lâmpadas de lanternas, fios e tiras metálicas cortadas de uma lata de tabaco. O dispositivo resultante utilizava, para controlar o fluxo de corrente elétrica, a lógica das portas booleanas; era um circuito que podia efetuar adição binária. Dois anos após isso, Stibitz, juntamente com Samuel Williams, desenvolveram uma calculadora eletromecânica que podia somar, subtrair, multiplicar e dividir, além de somar números complexos. A calculadora foi adaptada a um telégrafo e também funcionava à distância.
Arquitetura e Organização de Computadores
- Z1 de Konrad Suse
O primeiro computador eletro-mecânico foi construído por Konrad Zuse (1910–1995). Em 1936, esse engenheiro alemão construiu, a partir de relês que executavam os cálculos e dados lidos em fitas perfuradas, o Z1. Zuse tentou vender o computador Z1 ao governo alemão, que desprezou a oferta, já que não poderia auxiliar no esforço de guerra... Os projetos de Zuse ficariam parados durante a guerra, dando a chance aos americanos de desenvolver seus computadores.
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- Primeira Geração
- Circuitos eletrônicos e válvulas
- Uso restrito
- Precisava ser reprogramado a cada tarefa
- Grande consumo de energia
- Problemas devido à muito aquecimento
Foi iniciado em 1943, mas somente em 1946 surgiu o ENIAC - Eletronic Numerical Interpreter and Calculator, ou seja, "Computador e Integrador Numérico Eletrônico", realmente um computador projetado para fins militares, pelo Departamento de Material de Guerra do Exército dos EUA, na Universidade de Pensilvânia.
1.3 – Computadores Eletrônicos (as gerações)
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Era o primeiro computador digital eletrônico de grande escala e foi projetado por John W. Mauchly e J. Presper Eckert (que era um gênio em engenharia, pois quando tinha apenas 8 anos contruiu um rádio a cristal e colocou-o num lápis). O ENIAC tinhas as seguintes características:
- totalmente eletrônico
- 17.468 válvulas
- 500.000 conexões de solda
- 30 toneladas de peso
- 180 m² de área construída
- 5,5 m de altura
- 25 m de comprimento
- realizava uma soma em 0,0002 s
- realizava uma multiplicação em 0,005 s com números de 10 dígitos
- Segunda Geração
- Início do uso comercial
- Tamanho gigantesco
- Capacidade de processamento muito pequena
- Uso de transistores em substituição às válvulas
A válvula foi substituída pelo transistor. Era 100 vezes menor que o da válvula, não precisava de tempo para aquecimento, consumia menos energia, era mais rápido e confiável. Os computadores da segunda geração já calculavam em microssegundos (milionésimos), eram mais confiáveis e o seu representante clássico foi o IBM 1401 e seu sucessor o IBM 7094, já totalmente transistorizado. Entre os modelos 1401 e 7094, a IBM vendeu mais de 10.000 computadores.
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- Terceira Geração
- Surgem os circuitos integrados
- Diminuição do tamanho
- Maior capacidade de processamento
- Início da utilização dos computadores pessoais
Os transistores foram substituídos pela tecnologia de circuitos integrados (associação de transistores em pequena placa de silício). Além deles, outros componentes eletrônicos foram miniaturizados e montados num único CHIP, que já calculavam em nanossegundos (bilionésimos). Os computadores com o CI (Circuito Integrado) são muito mais confiáveis, bem menores, tornando os equipamentos mais compactos e rápidos, pela proximidade dos circuitos; possuem baixíssimo consumo de energia e menor custo.
O processo de miniaturização continuou e foram denominados por escalas de integração dos circuitos integrados: LSI (Large Scale of Integration), VLSI (Very Large Scale of Integration) e ULSI (Ultra Large Scale of Integration), utilizado a partir de 1980. Nesta geração começa a utilização das linguagens de altíssimo nível, orientadas para um problema.
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- Quinta Geração
- Supercomputadores
- Automação de escritórios
- Automação comercial e industrial
- CAD/CAM e CAE
- Robótica
- Imagem virtual
- Multimídia
- Era on-line (comunicação através da Internet)
Os computadores de Quinta Geração têm como característica o uso de IC VLSI - Integrated Circuit Very Large Scale Integration, ou seja, "Circuitos Integrados em uma Escala Muito Maior de Integração".
Os "chips" vêm diminuito tanto de tamanho, fazendo com que seja possível a criação de computadores cada vez menores, como é o caso da microminiaturização do microprocessador F-100, que mede somente 0,6 cm quadrados e é pequeno o suficiente para passar pelo buraco de uma agulha!
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- Sistema computacional: Conjunto de componentes integrados com o objetivo de realizar algum tipo de operação com os dados de modo a obter uma nova informação;
- Atualmente existe uma grande diversidade de computadores, com diferentes tamanhos, custos, propósitos e funcionalidades;
- É necessário classificar os sistemas computacionais a fim de facilitar seu entendimento e utilização;
1.4 – Classificação dos Sistemas de Computação
- Em relação ao princípio de construção:
Computador Analógico:
- Representa variáveis por meio de analogias físicas;
- Trata-se de classe de computadores que resolve problemas referentes a condições físicas, por meio de quantidades mecânicas ou elétricas, utilizando circuitos como analogia ao fenômeno físico que está sendo tratado;
- A informação é recebida e processada de modo contínuo;
- A informação pode ser, por exemplo, um conjunto de valores de corrente elétrica, de temperatura ou de velocidade;
- Aplicações em laboratórios de pesquisa científicas e tecnológicas
- O computador analógico mede;
Arquitetura e Organização de Computadores
- Em relação ao princípio de construção (cont.):
Computador Digital:
- Processa informações representadas por combinações de dados discretos ou descontínuos;
- Trata-se de um dispositivo projetado para executar seqüências de operações aritméticas e lógicas;
- Estes computadores são bastante versáteis e por isso são muito mais utilizados do que os computadores analógicos;
- Aplicações em bancos, comércio, indústria e empresas do modo geral;
- O computador digital conta.
- Em relação a característica de utilização:
Computador Científico:
- Dirigido ao emprego em áreas de cálculos e pesquisas científicas, em geral, aplicações específicas;
- Geralmente manipulam dados onde são requeridos resultados de maior precisão e pequeno volume de entrada e saída de dados;
- Computadores desenhados para desempenhar um conjunto reduzido de tarefas
Ex.: mecanismos industriais, calculos científicos.
Arquitetura e Organização de Computadores
- Em relação a característica de utilização (cont.):
Computador Comercial:
- Constitui a grande maioria dos equipamentos utilizados nas empresas;
- Desempenham uma grande variedade de tarefas, através da execução de um grande número de programas;
- Permite o trato rápido e seguro de problemas que comportam grande volume de entrada e saída de dados;
Obs.: A maioria dos fabricantes hoje dispõe de produtos, ditos de uso geral, que comportam emprego tanto na área científica quanto na área comercial.
- Em relação ao porte (cont.):
Mainframes (Computadores de Grande Porte)
- São sistemas projetados para manusear considerável volume de dados e executar simultaneamente programas de uma grande quantidade de usuários;
- Utilizados por grandes empresas que necessitam armazenar grande quantidade de informação e rapidez de acesso;
- Ao contrário dos supercomputadores, são de âmbito extenso, utilizadas em grandes organizações como bancos, companhias de seguros e centros de investigação;
- Fabricantes: IBM, Hitachi e Fujitsu;
Arquitetura e Organização de Computadores
- Em relação ao porte (cont.):
Mainframes (Computadores de Grande Porte)
- Os mainframes geralmente centralizam o processamento principal, porém tem conectado a si computadores FEP;
- Front End Processors (FEP):
- Possuem menor capacidade de processamento;
- Realizam tarefas acessórias, como comunicação com outros computadores e controle de acesso a dados do mainframe;
- Um mainframe possui à ele conectado uma grande quantidade de computadores ou terminais;
- O acesso aos dados pode ser realizado de duas formas:
- Via Terminal: Todo o processamento é feito no mainframe. O terminal apenas é um meio de entrada, saida e visualização dos dados;
- Via computador de menor porte: Realiza algum processamento no terminal. Geralmente é um computador pessoal.
Mainframe da IBM
Arquitetura e Organização de Computadores
- Em relação ao porte (cont.):
Minicomputadores
- O minicomputador foi resultado de uma redução no tamanho dos computadores;
- Grande capacidade de processamento.
- Possui terminais conectados a ele.
- Os minicomputadores são computadores de médio porte adequados a tarefas como, por exemplo, o controle de processos industriais e a gestão de sistemas multiusuário.
- Geralmente é usado como servidor de rede que permite acesso a vários usuários ao mesmo tempo, porém em quantidade inferior aos mainframes;
- Com o aparecimento e posterior desenvolvimento dos microcomputadores, a distinção entre estas duas categorias é cada vez menos clara;
- Exemplos: VAX-11/780/DEC e sistemas AS/400/IBM;
- Exemplo de fabricantes: IBM e HP;
