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Roteiro IOC 02

Luiz Francisco Bozo
Luiz Francisco Bozo
Luiz Francisco BozoEngenheiro Projetista / Programador / Pesquisador em INPE

Introdução à Organização de Computadores: Evolução Histórica dos Computadores

Roteiro IOC 02

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Luiz Francisco Bozo
                                                               Introdução a Organização de Computadores
                                                                                         Roteiro de Aulas




Tópico 02 – EVOLUÇÃO HISTÓRICA DOS COMPUTADORES


Introdução: Neste tópico iremos citar de forma resumida alguns fatos relacionados à evolução do
pensamento e da tecnologia e que foram importantes para o advento da computação eletrônica.
Recomenda-se a leitura do livro-texto a fim de facilitar o entendimento dos assuntos abordados.


2.1 – Dispositivos Mecânicos (500 a. C. a 1880)

   •   Ábaco - Como citado anteriormente em nosso roteiro, os primeiros instrumentos de medida
       criados pelo gênio inventivo da humanidade contribuíram para o surgimento da computação e
                                      da computação eletrônica. O primeiro passo na criação de um
                                      instrumento de contagem organizada certamente foi dado com
                                      a criação do ábaco: instrumento composto de pequenas peças
                                      móveis (em alguns casos de madeira) onde cada peça poderia
                                      representar uma unidade, uma dezena, uma centena ou
                                      mesmo uma operação matemática. A figura ao lado é um
                                      exemplo de ábaco simples onde se representou o número 149
                                      decimal (base 10).

   •   Bastões de Napier – O escocês John Napier, pai dos logaritmos, criou um método simples
       de gravação de tabelas de multiplicação em bastões por volta de 1590.

   •   Máquina de Schickard – Homem de muito conhecimento, Winhelm Schickard foi professor
       de hebraico e aramaico, cartógrafo, filósofo, astrônomo e inventou diversas máquinas, entre
       elas uma para Johannes Kepler em 1624, usada para cálculos astronômicos.

   •   Contador mecânico de Pascal – Por volta de 1642 o matemático francês Blaise Pascal criou
       uma máquina de calcular mecânica que utilizava engrenagens para registrar os números e as
       operações de soma e subtração. Esta máquina possuía o recurso do “vai um” utilizado em
       processos manuais e sua operação era totalmente manual.

   •   Contador mecânico de Leibniz – O grande matemático Leibniz, que juntamente com
       Newton é tido como um dos pais do cálculo diferencial e integral, criou sua máquina de
       calcular alguns anos após Pascal mas com grandes avanços como a inclusão das operações
       de divisão e multiplicação.

   •   Máquina de Jacquard (1801) – Nosso livro-texto cita de forma brilhante a contribuição do
       inventor francês Joseph-Marie Jacquard que criou um equipamento utilizado como tear
       mecânico e que tinha uma “memória” composta por cartões perfurados. Cada cartão ia sendo
       “lido” mecanicamente pelas engrenagens de comando da máquina, dessa forma ele poderia
       tecer figuras em tecido sem modificar a máquina.

   •   Máquinas de Babage (1823) – O matemático, professor e cientista inglês Charles Babage
       projetou duas máquinas mecânicas para cálculos: Uma chamada máquina diferencial e outra
       chamada máquina analítica.

Essas idéias e avanços culminaram na criação de máquinas de calcular como as antigas máquinas
registradoras (onde se girava uma manivela para obter o resultado das operações).




                                              Pág 4
Luiz Francisco Bozo
                                                                   Introdução a Organização de Computadores
                                                                                             Roteiro de Aulas

2.2 – Dispositivos Eletromecânicos (1880 a 1930)

Com a criação dos motores elétricos no fim do século XIX, uma nova classe de máquinas de calcular
foi criada: as máquinas calcular elétricas. Neste tipo de equipamento a lógica e o controle
continuavam iguais às máquinas de calcular puramente mecânicas, mas um motor elétrico era o
responsável por girar as engrenagens para a obtenção dos resultados.

    •   Máquina de Hollerith – Em 1889 o americano Herman Hollerith criou uma máquina que
        contava, classificava e ordenava as informações, utilizando cartões perfurados e um processo
        de tabulação. Essa máquina utilizou pela primeira vez motores elétricos no processo de
        separação dos cartões perfurados.


                                              •     Máquina de Zuze – Em 1935 o engenheiro alemão
                                                    Konrad      Zuze    inventou    uma     calculadora
                                                    eletromecânica que utilizava relés (chaves
                                                    binárias) no lugar das engrenagens mecânicas e
                                                    lia as informações de uma fita de papel perfurada.

                                              Z1 (1936) – Primeira máquina profissional de Zuze –
    Usava um teclado como entrada             de dados e um conjunto de lâmpadas como saída.

        Z3 (1941) – Utilizava relés e controles por programa armazenado.

        Z4 – Usado pelos alemães nos projetos de aviões na segunda guerra mundial.

    •   Computador de Aiken – Em 1941 o cientista Howard Aiken concluiu seu Mark I para a
        marinha americana, este computador era baseado na máquina analítica de Babage e utilizava
        relés eletromecânicos.

O grande problema dos dispositivos mecânicos e eletromecânicos é o desgaste de suas partes
móveis, além disso, no caso dos relés onde temos contatos elétricos que se chocam e se afastam
constantemente, esses contatos vão se estragando com o uso.
Outro fator que impediu a tecnologia dos computadores a relé de ter grande eficiência foi a limitação
da velocidade de chaveamento dos seus contatos a relé.

2.3 – Dispositivos Eletrônicos

De acordo com a tecnologia utilizada, separamos a evolução dos computadores em 4 gerações,
desde os equipamentos que utilizam válvulas eletrônicas até os computadores atuais com altíssimo
grau de integração (VLSI) e miniaturização dos componentes que formam o sistema computador.

    •   “Máquina de Turing” - Descrição matemática feita pelo inglês Alan Turing em 1937 de um
        dispositivo de uso geral onde um conjunto de símbolos (alfabeto), estados e ações poderiam
        representar qualquer “função de computação”. Essa teoria é utilizada até hoje para descrever
        certos elementos de computação como estruturas de dados especiais, comunicação entre
        componentes de protocolos em redes de computadores, etc.

                   •   Máquina calculadora da Atanasoff – Criada em 1939, essa máquina era
                       utilizada p/ executar cálculos sobre sistemas lineares.

                   •   Computador de Turing (Colossus) – Criado em 1943 para o exército inglês,
                       foi utilizado para quebra de códigos durante a segunda guerra mundial.

                   •   ENIAC – Finalizado em 1946, este computador projetado por John Mauchly e
                       John P. Eckert contava com programação geral, 17000 válvulas, 800km de
                       cabos e pesava 30 toneladas. Ele deveria atuar durante a segunda guerra
                       mundial mas não conseguiu ser finalizado a tempo, apesar disso foi utilizado
                       até 1955.



                                                  Pág 5
Luiz Francisco Bozo
                                                            Introdução a Organização de Computadores
                                                                                      Roteiro de Aulas



                              •   Computadores com Transistores – Com o advento dos
                                  diodos semicondutores depois desses os transistores, a
        P N P                     computação pôde da um salto enorme em quantidade,
ANODO             ANODO
                                  qualidade e velocidade.
   CATODO
    (BASE)




                          •     Computadores com Circuitos Integrados (CIs ou CHIPs) – Em
   P          P                 1958 Jack Kilby criou uma solução para a acomodação dos
                                dispositivos eletrônicos que antes eram colocados de forma
         P
                                “discreta” sobre as placas de circuito impresso. Agora diversos
   transistores e outros dispositivos semicondutores poderiam ser colocados dentro de um único
   dispositivos e este seria colocado sobre a placa de circuito impresso. Dessa forma ganhou-se
   em economia de energia, número de componentes por placa e confiabilidade desses
   componentes.




                                          Pág 6

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Roteiro IOC 02

  • 1. Luiz Francisco Bozo Introdução a Organização de Computadores Roteiro de Aulas Tópico 02 – EVOLUÇÃO HISTÓRICA DOS COMPUTADORES Introdução: Neste tópico iremos citar de forma resumida alguns fatos relacionados à evolução do pensamento e da tecnologia e que foram importantes para o advento da computação eletrônica. Recomenda-se a leitura do livro-texto a fim de facilitar o entendimento dos assuntos abordados. 2.1 – Dispositivos Mecânicos (500 a. C. a 1880) • Ábaco - Como citado anteriormente em nosso roteiro, os primeiros instrumentos de medida criados pelo gênio inventivo da humanidade contribuíram para o surgimento da computação e da computação eletrônica. O primeiro passo na criação de um instrumento de contagem organizada certamente foi dado com a criação do ábaco: instrumento composto de pequenas peças móveis (em alguns casos de madeira) onde cada peça poderia representar uma unidade, uma dezena, uma centena ou mesmo uma operação matemática. A figura ao lado é um exemplo de ábaco simples onde se representou o número 149 decimal (base 10). • Bastões de Napier – O escocês John Napier, pai dos logaritmos, criou um método simples de gravação de tabelas de multiplicação em bastões por volta de 1590. • Máquina de Schickard – Homem de muito conhecimento, Winhelm Schickard foi professor de hebraico e aramaico, cartógrafo, filósofo, astrônomo e inventou diversas máquinas, entre elas uma para Johannes Kepler em 1624, usada para cálculos astronômicos. • Contador mecânico de Pascal – Por volta de 1642 o matemático francês Blaise Pascal criou uma máquina de calcular mecânica que utilizava engrenagens para registrar os números e as operações de soma e subtração. Esta máquina possuía o recurso do “vai um” utilizado em processos manuais e sua operação era totalmente manual. • Contador mecânico de Leibniz – O grande matemático Leibniz, que juntamente com Newton é tido como um dos pais do cálculo diferencial e integral, criou sua máquina de calcular alguns anos após Pascal mas com grandes avanços como a inclusão das operações de divisão e multiplicação. • Máquina de Jacquard (1801) – Nosso livro-texto cita de forma brilhante a contribuição do inventor francês Joseph-Marie Jacquard que criou um equipamento utilizado como tear mecânico e que tinha uma “memória” composta por cartões perfurados. Cada cartão ia sendo “lido” mecanicamente pelas engrenagens de comando da máquina, dessa forma ele poderia tecer figuras em tecido sem modificar a máquina. • Máquinas de Babage (1823) – O matemático, professor e cientista inglês Charles Babage projetou duas máquinas mecânicas para cálculos: Uma chamada máquina diferencial e outra chamada máquina analítica. Essas idéias e avanços culminaram na criação de máquinas de calcular como as antigas máquinas registradoras (onde se girava uma manivela para obter o resultado das operações). Pág 4
  • 2. Luiz Francisco Bozo Introdução a Organização de Computadores Roteiro de Aulas 2.2 – Dispositivos Eletromecânicos (1880 a 1930) Com a criação dos motores elétricos no fim do século XIX, uma nova classe de máquinas de calcular foi criada: as máquinas calcular elétricas. Neste tipo de equipamento a lógica e o controle continuavam iguais às máquinas de calcular puramente mecânicas, mas um motor elétrico era o responsável por girar as engrenagens para a obtenção dos resultados. • Máquina de Hollerith – Em 1889 o americano Herman Hollerith criou uma máquina que contava, classificava e ordenava as informações, utilizando cartões perfurados e um processo de tabulação. Essa máquina utilizou pela primeira vez motores elétricos no processo de separação dos cartões perfurados. • Máquina de Zuze – Em 1935 o engenheiro alemão Konrad Zuze inventou uma calculadora eletromecânica que utilizava relés (chaves binárias) no lugar das engrenagens mecânicas e lia as informações de uma fita de papel perfurada. Z1 (1936) – Primeira máquina profissional de Zuze – Usava um teclado como entrada de dados e um conjunto de lâmpadas como saída. Z3 (1941) – Utilizava relés e controles por programa armazenado. Z4 – Usado pelos alemães nos projetos de aviões na segunda guerra mundial. • Computador de Aiken – Em 1941 o cientista Howard Aiken concluiu seu Mark I para a marinha americana, este computador era baseado na máquina analítica de Babage e utilizava relés eletromecânicos. O grande problema dos dispositivos mecânicos e eletromecânicos é o desgaste de suas partes móveis, além disso, no caso dos relés onde temos contatos elétricos que se chocam e se afastam constantemente, esses contatos vão se estragando com o uso. Outro fator que impediu a tecnologia dos computadores a relé de ter grande eficiência foi a limitação da velocidade de chaveamento dos seus contatos a relé. 2.3 – Dispositivos Eletrônicos De acordo com a tecnologia utilizada, separamos a evolução dos computadores em 4 gerações, desde os equipamentos que utilizam válvulas eletrônicas até os computadores atuais com altíssimo grau de integração (VLSI) e miniaturização dos componentes que formam o sistema computador. • “Máquina de Turing” - Descrição matemática feita pelo inglês Alan Turing em 1937 de um dispositivo de uso geral onde um conjunto de símbolos (alfabeto), estados e ações poderiam representar qualquer “função de computação”. Essa teoria é utilizada até hoje para descrever certos elementos de computação como estruturas de dados especiais, comunicação entre componentes de protocolos em redes de computadores, etc. • Máquina calculadora da Atanasoff – Criada em 1939, essa máquina era utilizada p/ executar cálculos sobre sistemas lineares. • Computador de Turing (Colossus) – Criado em 1943 para o exército inglês, foi utilizado para quebra de códigos durante a segunda guerra mundial. • ENIAC – Finalizado em 1946, este computador projetado por John Mauchly e John P. Eckert contava com programação geral, 17000 válvulas, 800km de cabos e pesava 30 toneladas. Ele deveria atuar durante a segunda guerra mundial mas não conseguiu ser finalizado a tempo, apesar disso foi utilizado até 1955. Pág 5
  • 3. Luiz Francisco Bozo Introdução a Organização de Computadores Roteiro de Aulas • Computadores com Transistores – Com o advento dos diodos semicondutores depois desses os transistores, a P N P computação pôde da um salto enorme em quantidade, ANODO ANODO qualidade e velocidade. CATODO (BASE) • Computadores com Circuitos Integrados (CIs ou CHIPs) – Em P P 1958 Jack Kilby criou uma solução para a acomodação dos dispositivos eletrônicos que antes eram colocados de forma P “discreta” sobre as placas de circuito impresso. Agora diversos transistores e outros dispositivos semicondutores poderiam ser colocados dentro de um único dispositivos e este seria colocado sobre a placa de circuito impresso. Dessa forma ganhou-se em economia de energia, número de componentes por placa e confiabilidade desses componentes. Pág 6