Evolução da arquitetura de
computadores
Objetivos
Entender a evolução da arquitetura de
computadores e seu modo de funcionamento.
Identificar os componentes do computador
por meio da introdução do modelo de Von –
Neumann.
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Evolução da Arquitetura de Computadores: Analógicos vs. Digitais, Esquemas de Informática
Uma introdução à evolução da arquitetura de computadores, destacando as diferenças entre computadores analógicos e digitais. O texto aborda os objetivos de um computador, os componentes físicos, a evolução da tecnologia e o modelo de von neumann. Além disso, são apresentados alguns exemplos de computadores analógicos e digitais, e a importância da substituição de tecnologias antigas por novas e mais eficientes.
Tipologia: Esquemas
2022
1 / 35
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Evolução da arquitetura de
computadores
Objetivos
Entender a evolução da arquitetura de
computadores e seu modo de funcionamento.
Identificar os componentes do computador
por meio da introdução do modelo de Von –
Neumann.
Elementos do sistema computacional
- (^) O computador é uma máquina ou dispositivo capaz de
executar uma sequência de instruções definidas pelo homem
para gerar um determinado resultado, o qual atenda a uma
necessidade específica (ex.: realizar cálculos, gerar relatórios).
Essa sequência de instruções é denominada algoritmo, o qual
pode ser definido como um conjunto de regras expressas por
uma sequência lógica finita de instruções, que ao serem
executadas pelo computador, resolvem um problema
específico. Assim, podemos dizer que um ou mais algoritmos
compõem o que conhecemos como programa de computador,
que no âmbito profissional da área de informática é conhecido
como software.
Computadores analógicos x digitais
Os computadores podem ser classificados em dois tipos
principais: analógicos e digitais.
Os computadores analógicos não trabalham com números nem
com símbolos que representam os números; eles procuram
fazer analogia entre quantidades (ex. pesos, quantidade de
elementos, níveis de tensão, pressões hidráulicas). Alguns
exemplos desse tipo de computador são o Ábaco – que se
utilizava de pequenos carretéis embutidos em um pequeno
filete de metal para realizar cálculos – ou a régua de cálculo –
que utiliza comprimentos de escalas especialmente calibradas
para facilitar a multiplicação, a divisão e outras funções.
Os computadores analógicos são normalmente criados para uma finalidade específica, assim como ocorre com a construção de circuitos eletrônicos que implementam sistemas de controle (ex.: sistemas de segurança, sistemas de controle de nível). Nesses sistemas, os resultados da computação analógica são utilizados dentro do próprio sistema. Assim, uma pessoa era responsável pela programação e funcionamento desses computadores analógicos, realizando a programação diretamente no hardware (ex.: engrenagens, roldanas).
- (^) Diferentemente dos computadores analógicos, que representam números por meio da analogia direta entre quantidades, os computadores digitais resolvem problemas realizando operações diretamente com números, enquanto os analógicos medem. Os computadores digitais resolvem os problemas realizando cálculos e tratando cada número, dígito por dígito.
- (^) Um computador digital é uma máquina projetada para armazenar e manipular informações representadas apenas por algarismos ou dígitos , que só podem assumir dois valores distintos, 0 e 1, razão pela qual é denominado de computador digital.
- (^) Outra grande diferença dessa categoria de computadores é que eles podem resolver problemas por meio de uma sequência programada de instruções com o mínimo de intervenção humana.
- (^) Assim, podemos dizer que o computador digital surgiu como uma solução rápida e com um nível de automação bem mais elevado de realizar grandes computações numéricas.
Geração zero: computadores mecânicos (1642-1945)
- (^) Essa geração foi caracterizada pelos computadores essencialmente analógicos, os quais eram construídos a partir de engrenagens mecânicas e eletromecânicas, operavam em baixa velocidade e eram destinados a resolver problemas específicos. São exemplos dessa geração, além dos já citados anteriormente, o mecanismo de Antikythera, a máquina de Pascal e a máquina das diferenças de Babbage.
Primeira geração: válvulas (1945-1955)
- (^) Podemos dizer que a Segunda Guerra Mundial foi o marco do surgimento da computação moderna. Foi nesse contexto que começaram a surgir novas teccnologias mais modernas capazes de substituir os componentes mecânicos utilizados até então nos computadores analógicos, possibilitando o surgimento dos computadores digitais. Esse foi um dos motivos pelos quais os computadores da época ficaram conhecidos como computadores de “primeira geração”.
As primeiras calculadoras e os
primeiros computadores (eletrônicos) a
utilizarem válvulas, são :
• a) ENIAC, na Universidade da
Pennsylvania;
• b) IBM 603, 604, 701 e SSEC;
• c) EDSAC, na Universidade de
Cambridge;
• d) UNIVAC I, de Eckert e Mauchly.
Algumas características do Eletronic Numerical Integrator and Computer (ENIAC), destacando o efeito do uso de válvulas na construção de computadores:
- (^) a) levou tres anos para ser construído;
- (^) b) funcionava com aproximadamente 19. válvulas;
- (^) c) consumia 200 quilowatts;
- (^) d) pesava 30 toneladas;
- (^) e) tinha altura de 5,5m;
- (^) f) seu comprimento era de 25 m;
- (^) g) tinha o tamanho de 150 m².
ENIAC
Modelo de Von Neumann
• John Von Neumann foi um matemático natural da
Hungria que viveu a maior parte de sua vida nos
Estados Unidos. Contribuiu de forma significativa
para a evolução dos computadores. Suas
contribuições perduram até os dias atuais, sendo
que a principal delas foi a construção de um
computador sequencial binário de programa
armazenado. Podemos dizer que ele propôs os
elementos críticos de um sistema computacional,
denominado de Modelo de Von Neumann.
Arquitetura de Von Neumann
Destacamos que a proposta inicial de Von Neumann ainda vem sendo utilizada, mas não em seu formato original, pois muitas melhorias foram realizadas visando obter uma máquina com desempenho cada vez mais elevado, como é o caso das arquiteturas paralelas, que replicam alguns elementos da arquitetura básica de Neumann. Atualmente, muitos pesquisadores têm desenvolvido estudos visando obter uma alternativa a esse padrão, mas ainda não obtiveram sucesso.
Segunda geração: transistores (1955-1965)
- (^) Nessa geração, a válvula foi substituída pelo transistor, o qual passou a ser um componente básico na construção de computadores. O transistor foi desenvolvido pelo Bell Telephones Laboratories em 1948.
- (^) Esse dispositivo reduziu de forma significativa o volume dos computadores e aumentou a sua capacidade de armazenamento. Além disso, o transistor apresentava aquecimento mínimo, baixo consumo de energia e era mais confiável que as válvulas (que queimavam com facilidade).