Aula 2 história e evolução da computação

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Aula 2 história e evolução da computação

  1. 1. HISTÓRIA E EVOLUÇÃO DA COMPUTAÇÃO Professor Wagner Gadea Lorenz wagnerglorenz@gmail.com Disciplina: Introdução a Computação Cachoeira do Sul, 3 de Março de 2015 11
  2. 2. ❑ Como sabemos, o computador é uma máquina capaz de efetuar cálculos com um grupo de números e ainda adaptável para efetuar novos cálculos com um outro grupo de números. ❑ O primeiro “modelo” foi o ábaco, usado desde 2000 a.C. Ele é um tipo de computador em que se pode ver claramente a soma nos fios. O início Figura 1. Ábaco 2
  3. 3. ❑ Em 1642, Blaise Pascal, matemático, físico e filósofo francês, inventou a primeira calculadora mecânica. ❑ Ela trabalhava perfeitamente, transferia os números da coluna de unidades para a coluna de dezenas por um dispositivo semelhante a um velocímetro de automóvel. Pascal chamou sua invenção de Pascalina. O início Figura 2. Pascalina. 3
  4. 4. O início Figura 2. Pascalina. 4
  5. 5. ❑ Com os passar dos anos, vários projetos foram feitos com o intuito de aperfeiçoar essa primeira calculadora. ❑ Em 1822, Babbage apresentou a Sociedade Real de Astronomia o primeiro modelo de uma máquina de “diferença”, capaz de efetuar cálculos necessários para elaborar uma tabela de logaritmos. O início Figura 3. Máquina de diferença. 5
  6. 6. O início Figura 3. Máquina de diferença. 6
  7. 7. ❑ Com Ada Lovelace, iniciou um projeto mais ambicioso para construir uma “máquina analítica”. ❑ Ela foi projetada para calcular valores de funções matemáticas bem mais complexas que as funções logarítmicas. ❑ A máquina era enorme e demostrava inúmeros problemas e simplesmente não funcionava. O início 7
  8. 8. O início Figura 4. Máquina de diferença. 8
  9. 9. ❑ Grande parte da arquitetura lógica e da estrutura dos computadores atuais provém dos projetos de Charles Babbage, que é lembrado como um dos fundadores da computação moderna. ❑ Só por volta de 1936, as ideia de Babbage foram comprovadas, quando um jovem matemático de Cambridge, Alan Turing, publicou um artigo, On computable numbers. ❑ Suas contribuições foram fundamentais para o desenvolvimento de ideia que ocorreriam antes do computador propriamente dito. O início 9
  10. 10. ❑ Turing verificou os tipos de problemas que uma máquina poderia resolver seguindo regras lógicas. ❑ Ele liderou uma equipe na Inglaterra e desenvolveu a mais secreta invenção da Segunda Guerra Mundial, o Colossus, o primeiro computador eletromecânico do mundo, que pode decifrar os códigos alemães de mensagens “Enigma”, durante a guerra. Precursores da CPU – Anos 40, 50 e 60 10
  11. 11. O início Figura 5. Colossus. 11
  12. 12. ❑ Os primeiros computadores, anteriores à década de 50, possuíram um diferencial considerável, em comparação com os de hoje por não serem capazes de armazenar programas; Precursores da CPU – Anos 40, 50 e 60 12
  13. 13. ❑ O computador mais famoso da época foi o ENIAC (Eletronic Numerical Integrator Analyzer and Computer), que teve seu desenvolvimento iniciado em 1943. ❑ Inicialmente tinham o plano de armazenamento de software em seu interior, mas para agilizar o seu lançamento essa ideia ficou para trás e foi construído em 1945. Precursores da CPU – Anos 40, 50 e 60 13
  14. 14. ❑ A ideia de seus construtores, era fazer uma máquina que fosse capaz de realizar vários tipos de cálculos balísticos para auxiliar as forças aliadas durante a Segunda Guerra Mundial; ❑ Acabou que sua construção terminou 3 meses depois do final do conflito e foi usado durante a guerra fria e também contribuiu no projeto da bomba de hidrogênio. Precursores da CPU – Anos 40, 50 e 60 14
  15. 15. ❑ O ENIAC funcionou até 1955 com melhorias e ampliações, e dizem que durante o período que permaneceu funcionando, efetuou mais cálculos matemáticos do que toda a humanidade havia realizado anteriormente. ❑ ENIAC era composto por cerca de 18.000 válvulas, 15.000 relés e emitia o equivalente a 200 quilowatts de calor. Ele ocupava uma sala de 9m por 30m e tinha capacidade de processar 5.000 adições, 357 multiplicações e 38 divisões por segundo. Precursores da CPU – Anos 40, 50 e 60 15
  16. 16. Precursores da CPU – Anos 40, 50 e 60 Figura 6. ENIAC (Eletronic Numerical Integrator Analyzer and Computer). Curiosidade: Eniac atingia de velocidade de clock 100Khz e gastava 174Kw de energia. Um Pentium a 150Mhz é c a p a z d e r e a l i z a r 300milhões de somas por segundo, enquanto o ENIAC apenas conseguia 5.000. 16
  17. 17. ❑ A primeira ideia de uma CPU (Central Processing Unit), unidade central de processamento, capaz de executar diversas tarefas, foi publicada em 1945 por John Von Neumann. Essa ideia é a origem dos primeiros modelos “primitivos” de processadores da forma como os conhecemos. Precursores da CPU – Anos 40, 50 e 60 17
  18. 18. ❑ O EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer), o projeto desse computador foi finalizado em 1949. Além do EDVAC e outros computadores como o Mark I, da Universidade de Harvard, marcaram o início da era dos computadores modernos, capazes de armazenar programas. Precursores da CPU – Anos 40, 50 e 60 18
  19. 19. Precursores da CPU – Anos 40, 50 e 60 Figura 7. EDVAC. Figura 8. Mark I. 19
  20. 20. ❑ Em meados dos anos 60, os cientistas observaram que um circuito eletrônico funcionaria de modo igualmente satisfatório se tivesse o tamanho menor. ❑ Os laboratórios começaram experimentando a colocação de um projeto de circuito no chip. Precursores da CPU – Anos 40, 50 e 60 20
  21. 21. ❑ Antes do fim dos anos 60, nasceu o "circuito integrado", com isso a computação deu um grande passo à frente. ❑ O desenvolvimento de um circuito em um único chip levou à construção de múltiplos circuitos em um só chip; e o resultado inevitável da colocação de vários chips juntos foi o começo do microprocessador. Precursores da CPU – Anos 40, 50 e 60 21
  22. 22. ❑ No início da década de 60, a IBM desenvolveu uma nova abordagem: planejou uma família de computadores que poderiam executar o mesmo software, com poder de processamento e preços diferentes. ❑ Com isso, os programas não seriam mais dependentes de máquina, mas compatíveis entre todos esses modelos. Precursores da CPU – Anos 40, 50 e 60 22
  23. 23. ❑ Para colocar isso em prática, a IBM acabou criando um computador virtual conhecido como System/360, ou simplesmente S/360. ❑ Podemos pensar nesse sistema como um conjunto de instruções e capacidades que todos os computadores da família S/360 teriam em comum. Precursores da CPU – Anos 40, 50 e 60 23
  24. 24. ❑ Nos modelos anteriores, os processadores ainda não eram compostos por uma unidade central, mas por módulos interconectados entre si. ❑ Apenas no início da década de 70 que surgiram as CPUs (Central Processing Unit), desenvolvida totalmente em circuitos integrados e em um único chip de silício. ❑ Este componente é responsável por carregar e realizar as operações aritméticas e lógicas que os programas de computador fazem uso. Primeiros processadores 24
  25. 25. ❑ Em 1971, o Intel 4004 foi o primeiro microprocessador a ser lançado. Foi desenvolvido para uso em calculadoras. ❑ Operava com o clock máximo de 740 KHz e podia calcular até 92 mil instruções por segundo, ou seja, cada instrução gastava cerca de 11 microssegundos. Primeiros processadores Figura 9. Intel 4004 foi o primeiro microprocessador da história. 25
  26. 26. ❑ Em 1972, a Intel desenvolveu o processador 8008. Esse era uma CPU de 8 bits, com barramento externo de 14 bits e capaz de endereçar 16 KB de memória. Seu clock trabalhava na frequência máxima de 0,8 MHz. Primeiros processadores Figura 10. Microprocessador Intel 8008. 26
  27. 27. ❑ Em 1974, a Intel desenvolveu o processador 8080, que apesar de ainda possuir processador de 8 bits, podia executar, com algumas limitações, operações de 16 bits. ❑ Ele foi desenvolvido, originalmente, para controlar mísseis guiados. Contava com clock de 2 MHz, um valor muito alto para a época. Primeiros processadores Figura 11. Microprocessador Intel 8080. 27
  28. 28. ❑ Arquitetura x86, foi lançado em meados da década de 70. O primeiro processador que aproveitou todo o seu potencial foi o Intel 8086, de 1978. ❑ Pela primeira vez o clock atingia a velocidade de 5 MHz, utilizando instruções reais de 16 bits. Primeiros processadores 28
  29. 29. ❑ O nome “x86” veio do fato de que o nome dos processadores que vieram depois do Intel 8086 também terminavam com “86”. Primeiros processadores Figura 12. Microprocessador Intel 8086. 29
  30. 30. ❑ Mas em 1979 a venda à nova divisão de computadores pessoais da IBM fez do 8088 o cérebro do novíssimo êxito da IBM - o IBM PC. Primeiros processadores Figura 13. Microprocessador Intel 8088. Figura 14. IBM PC. 30
  31. 31. ❑ Em 1980, o 80186 foi desenvolvido pela Intel e lançado no mercado em 1982. Ele era na verdade uma melhoria de seu processador 8086. ❑ Em 1982, o Intel 80286, também conhecido como 286, foi o primeiro processador que executava todo o software escrito para o seu predecessor. Primeiros processadores 31
  32. 32. ❑ O 286 foi o primeiro processador a introduzir o conceito de protection mode, ou seja, a habilidade de ter multitarefa, ter diferentes programas separados sendo executados ao mesmo tempo. Primeiros processadores Figura 13. Microprocessador Intel 80286. 32
  33. 33. Primeiros processadores Figura 14. Microprocessador Intel 80286-8 de 8Mhz. 33
  34. 34. ❑ Como o nome sugere, a x86-32 é arquitetura x86 de 32 bits, utilizada até hoje em muitos computadores. ❑ Podemos dizer que, com exceção de processadores de 64 bits e aqueles de arquitetura  ARM, todos os outros existentes ainda hoje são herdeiros das características dessa geração. CPUs de 32bits (x86-2) 34
  35. 35. ❑ As CPUs 80386 e 80486, lançadas entre o meio e o fim da década de 80, trabalhavam com clocks que de 33 MHz a 100 MHz, respectivamente. ❑ O 80386 permitiu que vários programas utilizassem o processador de forma cooperativa, através do escalonamento de tarefas. Famosos 386 e 486 35
  36. 36. Famosos 386 e 486 Figura 15. Microprocessador Intel 80386-16. 36
  37. 37. ❑ O 80486 foi o primeiro a usar o mecanismo de pipeline, permitindo que mais de uma instrução fossem executadas ao mesmo tempo. Famosos 386 e 486 Figura 16. Microprocessador Intel 80486DX. 37
  38. 38. ❑ Para o 80486, existiram diversas versões, sendo que cada uma delas possuía pequenas diferenças entre si. ❑ O 486DX, por exemplo, era o top de linha da época e também a primeira CPU a ter coprocessador matemático. ❑ O 486SX era uma versão de baixo custo do 486DX, porém, sem esse coprocessador, o que resultava em um desempenho menor. Famosos 386 e 486 38
  39. 39. ❑ As séries de processadores Intel e AMD marcaram época no mundo da informática, através de suas diferentes versões. ❑ O primeiro Pentium (Intel), lançado em 1993, apresentava várias melhorias sobre o 80486, principalmente por uso da superescalabilidade, ou seja, a replicação de hardware para que mais instruções fossem executadas ao mesmo tempo. ❑ Seu clock inicial era de 100 MHz, o qual chegou a atingir 200 MHz com o passar do tempo de desenvolvimento. Intel x AMD 39
  40. 40. Intel x AMD Figura 17. Microprocessador Intel A80501, de 66 MHz. 40
  41. 41. ❑ Em 1995, a Intel lançava o Pentium Pro, sexta geração de chips x86 e que possuía uma série de melhoramentos em relação ao seu antecessor. ❑ Essa seria a base para os futuros lançamentos: Pentium II, Pentium III e Pentium M. Intel x AMD 41
  42. 42. ❑ Paralelamente, a AMD começava a ganhar mercado com modelos similares, principalmente como o AMD K5, forte concorrente do Pentium original. ❑ Dois anos depois, o Pentium II foi lançado, atingindo o clock de 450 MHz. Intel x AMD 42
  43. 43. ❑ Nessa mesma época, a AMD desenvolveu CPUs que batiam de frente com a Intel, como o AMD K6. ❑ Por esse motivo, ambas as empresas travaram uma espécie de “corrida”, competindo para ver quem conseguia o maior desempenho e valor de clock. Intel x AMD 43
  44. 44. ❑ Sempre que uma empresa lançava um modelo de processador, o concorrente a superava meses depois. ❑ Isso ficou muito evidente nos anos de 1999 e 2000, quando o Pentium III e o AMD Atlhon (K7) estavam guerreando pelo maior clock. ❑ Por um período de tempo, a AMD liderou a disputa, pois o Atlhon, que trabalhava com frequências maiores do que 1 GHz, superou o Pentium III. Intel x AMD 44
  45. 45. ❑ A reviravolta da Intel veio com o lançamento do Pentium 4, em 2001, que trabalhava com até 2 GHz e levou a empresa de volta ao topo do mercado. ❑ As versões de baixo custo dessas CPUs, Celeron (Intel) e Duron (AMD), também disputavam fortemente o lugar mais alto no ranking do processador “B” mais vendido Intel x AMD 45
  46. 46. ❑ Conforme a tecnologia dos processadores foi progredindo, o tamanho de seus transistores foi diminuindo de forma significativa. ❑ Contudo, após o lançamento do Pentium 4, eles já estavam tão pequenos (0,13 micrômetros) e numerosos (120 milhões) que se tornou muito difícil aumentar o clock por limitações físicas, principalmente pelo superaquecimento gerado. Intel x AMD 46
  47. 47. ❑ A principal solução para esse problema veio com o uso de mais de um núcleo ao mesmo tempo, através da tecnologia multicore. ❑ Assim, cada núcleo não precisa trabalhar numa frequência tão alta. Se o esquema de escalonamento de tarefas funcionasse de maneira eficiente, seria possível trabalhar com quase o dobro do clock. Tecnologia multicore 47
  48. 48. ❑ Um processador dual-core de 1,5 GHz, por exemplo, poderia ter um desempenho semelhante a uma CPU de núcleo único de 3 GHz. Tecnologia multicore 48
  49. 49. PRÓXIMA AULA ❑ Continuação: ❑ Anos 2000: a era de 64bits; ❑ Pentium 4 e Pentium D; ❑ Intel Core; ❑ As últimas novidades da AMD e Intel. 49
  50. 50. Conteúdo e Dúvidas ❑ Conteúdo ▪ NetAula ❑ Dúvidas wagnerglorenz@gmail.com 50

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