História dos Computadores

Histórico dos Computadores

• Os primeiros métodos de contagem datam de 19.000 AC com o Osso de Ishango, descoberto no Zaire, Congo.
• O Osso de Ishango exibe colunas que dobram valores (dois, quatro, três, seis) e uma divisão que reduz 10 para 5 entalhes.
• Há também uma coluna com todos os números primos entre 10 e 20, e outra com múltiplos de 12.
• Em 10.000 AC, elementos figurativos de quantidade eram representados com o Quipo, nó em Quechua
• Em 8.000 AC, foram criados elementos figurativos de quantidade na geometria com a identificação de proporções, como o Olho de Hórus.
• Em 3.000 AC, surgiu a escrita hieroglífica como forma de representar quantidades.
• O primeiro instrumento de cálculo, o ábaco, surgiu em 2.500 AC.
• Em 1.000 AC, a numeração vigesimal desenvolveu vinte representações figurativas de quantidade.
• As numerações mesopotâmica (200 AC), indiana (200 AC), e arábica (200 AC) representaram os inicios de sistemas de contagem.
• O ábaco japonês, derivado do suanpan chinês, surgiu em 1622 DC.
• A Pascaline, calculadora de Pascal construída pelo matemático francês Blaise Pascal em 1642 DC, realizava operações de adição e subtração.
• As operações de multiplicação e divisão podiam ser feitas por repetição.
• Em 1822 DC, Charles Babbage criou a Máquina diferencial, capaz de resolver equações polinômicas por um método de diferenças infinitas.
• O protótipo funcional da Máquina diferencial de Charles Babbage foi construído pelo Museu de Charles Babbage em 1991.
• A Máquina Tabuladora, criada por Herman Holerith e usada para o censo dos EUA de 1890, revolucionou a coleta de informações.
• A Máquina Tabuladora reduziu o tempo de computação da informação para 1/3 do tempo anterior.
• A Máquina Tabuladora marca a origem de uma das maiores empresas de tecnologia, que possui 380 mil empregados (Microsoft 124 mil, Apple 123 mil, Google 74 mil).
• O Mark I, criado em Harvard em 1944 DC com as demonstrações de Babbage, foi apresentado à IBM por Howard Aiken em 1937.
• O Mark I podia realizar três adições ou subtrações em um segundo, a multiplicação levava seis segundos, uma divisão 15,3 segundos, e um logaritmo levava mais de um minuto.
• O Mark I possuia cerca de 17 metros de comprimento, 2,5 metros de altura e uma massa de cerca de 5 toneladas.
• O ENIAC (Electrical Numerical Integrator and Calculator), criado por John Eckert e John Mauchly em 1946 DC, era mil vezes mais rápida que qualquer outra máquina.
• O primeiro computador elétrico tinha 25 metros de comprimento por 5,50 metros de altura, pesava 30 toneladas (equivalente a um andar inteiro de um prédio), e processava 5.000 operações por segundo.
• O sistema operacional do ENIAC era através de cartões perfurados.
• A primeira geração de computadores (1951-1959) funcionava por válvulas elétricas.
• John Von Neumann, matemático húngaro naturalizado norte-americano e projetista do ENIAC, propôs um padrão de arquitetura de computadores nos anos 40 do século XX.

Máquina Multinível

• Nível Zero: Componentes eletrônicos compõem as portas lógicas e circuitos digitais, incluindo capacitores, resistores, reguladores, fusíveis.
• Nível 1: Circuitos digitais organizados em pacotes, implementando funções e mapeamentos teóricos.
• Nível 2: Trabalho de projetistas de hardware e software definindo o conjunto de instruções que uma CPU reconhece e realiza.
• Nível 3: O Sistema Operacional controla o funcionamento do computador e que todos os programas dependem para executar e acessar recursos.
• Nível 4: Linguagem de montagem (assembly) permite acesso a funcionalidades não permitidas por linguagens de alto nível.
• Nível 5: Linguagens de alto nível como Pascal, Delphi, Java, C, C++.

Arquitetura de Von Neumann

• A arquitetura de Von Neumann caracteriza-se pela possibilidade de uma máquina digital armazenar programas e dados no mesmo espaço de memória.
• A CPU possui unidade de controle (UC), unidade lógico-aritmética (ALU) e registradores, incluindo um contador de programa (PC).
• Cada computador tem um conjunto de operações e convenções para determinar as posições de dados.
• A operação especifica a função a ser realizada e os operandos fornecem a maneira de calcular a posição dos dados.
• Um programa é constituído de uma sequência pré-determinada de instruções para que seja atingido uma tarefa computacional.
• A memória de um sistema computacional armazena dados e instruções organizadas em posições com endereços.
• Cada posição pode ser referenciada diretamente na sequência de memória.
• Se uma memória tem 4096 posições existem posições de 0, 4095.
• Instruções são executadas em uma sequência determinada pela sua posição de memória.
• Durante a operação, a execução de um programa é uma sequência de ciclos de máquina:
  • Busca da instrução (fetch): transfere instrução da posição de memória apontada por PC para a CPU.
  • Execução da instrução: a unidade de controle decodifica a instrução e gerencia os passos para sua execução pela ALU.

Máquinas não-Von Neumann

• As máquinas que não se enquadram na definição de máquinas Von Neumann são denominadas máquinas não-Von Neumann.
• Máquinas paralelas executam programas de forma cooperativa, com ou sem controle centralizado.
• Máquinas de fluxo de dados realizam operações conforme a disponibilidade dos dados, ao invés de executar instruções de um programa.
• Redes neurais artificiais geram resultados a partir de estímulos de entrada, sem executar instruções de um programa.
• Processadores sistólicos (VLSI) processam dados através de células que executam operações básicas para gerar o resultado desejado.

Critérios de desempenho de processador

• Tempo de resposta (latência, response time ou execution time):
  • Quanto tempo leva para um trabalho (conjunto de instruções) ser realizado?
  • Quanto tempo leva para realizar um trabalho?
  • Quanto tempo precisa esperar para a consulta ao banco de dados?
• Tempo total requerido para um computador completar uma tarefa, incluindo acesso a discos e à memória.
• Vazão (throughput ou bandwidth): quantos trabalhos a máquina pode realizar ao mesmo tempo?
  • Qual é a velocidade de execução média?
  • Quanto trabalho está sendo feito?
• Número de tarefas completadas por unidade de tempo.
• Outros componentes impactam o desempenho, como o barramento e a cache.
• Aspectos relacionados aos dispositivos de I/O.
• À medida que a velocidade do clock e a densidade lógica aumentam, surgem obstáculos relacionados à: Potência e Latência da memória.
• Aspectos técnicos para aumentar a velocidade de execução: Pipeline, Superescalar e Multicore.