Introdução à arquitetura de computadores

1.1 Introdução à arquitetura de computadores

Todos sabemos que os computadores se tornaram parte da vida rotineira. O trabalho inteligente que eles executam com uma dada instrução vale à pena a sua exploração. Tem-se observado uma atuação cada vez maior dos computadores nas diversas atividades do nosso dia a dia. As operações bancárias, as telecomunicações e o manuseio de muitos aparelhos eletrodomésticos são exemplos claros das facilidades trazidas pela utilização dos computadores, isto sem falar em aplicações mais clássicas, como os sistemas de reservas de passagens aéreas e a previsão meteorológica.

A evolução da informática foi caracterizada pelo desenvolvimento de computadores com características as mais diversas, traduzidas pelos diferentes parâmetros, cada vez mais conhecidos da maioria de usuários de computador: a CPU adotada, a capacidade de memória, a capacidade

do disco rígido, a existência de memória cache e outros menos conhecidos. A definição destes parâmetros e a forma como os diversos componentes de um computador são organizados, define aquilo que é conhecido por arquitetura de computador e vai determinar aspectos relacionados à qualidade, ao desempenho e à aplicação para a qual o computador vai ser orientado.

Você sabia que no início da década de 1950 já existiam computadores? Logicamente eles não se apareciam nem um pouco com o que temos hoje, mas já realizavam alguns cálculos complexos em pouquíssimo tempo.

À primeira vista, uma questão comum que surge quando começamos a estudar o funcionamento dos computadores é: “que tipo de processo está acontecendo dentro de um computador quando lhe damos uma instrução ou comando? o que acontece dentro dele?”. Não é segredo que o seu computador atual é fruto de uma evolução que levou décadas para chegar aonde está – e ainda está muito longe de chegar ao seu final.

Vamos dizer que é divido em camadas relacionadas a:

* Computador: Máquina programável, de propósito geral, que processa informação.

* Programa: Sequência de instruções (de uma dada linguagem de programação) que operam sobre dados, realizando um processamento de informação específico.

* Instrução: Operação que realiza algum processamento básico de informação. Exemplo: somar dois números, armazenar um dado, etc.

* Linguagem: (Linguagem de Programação). Conjunto de instruções associadas a uma sintaxe e uma semântica específicas.

É comum classificar

os computadores em geração, de acordo com a tecnologia básica de hardware empregada. Cada nova geração é caracterizada por computadores com maior velocidade, maior capacidade de memória e menor tamanho que os computadores da geração anterior. Nas subseções seguintes serão apresentadas as características e computadores que marcaram as principais gerações de computadores.

Histórico dos sistema computacionais

Se separarmos os fatos cronologicamente, e segundo seus componentes básicos, podemos obter a seguinte ordem.

1. A era dos dispositivos mecânicos.

Durou de 3000 a.C. até 1880, e começou com o desenvolvimento, por parte dos chineses, de um equipamento chamado ábaco. Este equipamento foi posteriormente usado por babilônios e romanos e há registro de seu uso até os dias de hoje na China rural. A primeira evolução de um sistema de calcular surgiu em 1500, quando Leonardo da Vinci inventou um calculador mecânico; Em 1621 surgiu outra evolução, a régua de cálculo.

2. A era dos dispositivos eletromecânicos.

Surgiu com a invenção do motor elétrico e durou de 1880 a 1930, quando surgiu uma grande quantidade de máquinas de somar acionadas por motores elétricos. Estas máquinas ainda eram baseadas nos princípios da Pascalina e tornaram-se dispositivos comuns em escritórios até o advento das calculadoras de bolso em 1970.

3. A era dos dispositivos eletrônicos.

Em 1935 um estudante de engenharia alemão chamado Konrad Zuse inaugurou a era dos componentes eletrônicos com a invenção do Z1, computador baseado em relés mecânicos,

ao invés das engrenagens movidas a manivela da máquina de Babbage. O Z1 era programável, possuía memória, unidade aritmética e unidade de controle, usava um teclado como dispositivo de entrada e lâmpadas como dispositivo de saída (dispositivo binário – acesa e apagada, 2 estados). Após algumas evoluções Zuse chegou ao Z3, que utilizava relas eletromecânicos e era controlado por programa, e foi provavelmente o primeiro computador efetivamente operacional da história.

4. A era dos computadores(equipamentos eletrônicos de processamento de dados).

Na mesma época em que Zuse desenvolveu seu dispositivo eletromecânico, outros cientistas desenvolveram dispositivos baseados em válvulas, como John Atanasoff, que em 1939 projetou uma calculadora para equações lineares e, ainda que quisesse que sua máquina fosse de uso geral, ficou apenas o registro histórico de suas intenções. Foi nesta época que Alan Turing desenvolveu o conceito das “Maquinas de Turing”, e, em 1943 colocou em funcionamento o Colossus, um computador dedicado a quebrar códigos secretos dos militares alemães. Não era um computador de uso geral, tinha só um programa.

Atanasoff e Turing foram bem sucedidos em construir máquinas eletrônicas e automáticas, mas eram máquinas de uso específico, e não máquinas de uso geral. A primeira máquina a possuir estas 3 características e inaugurar a era dos computadores eletrônicos foi o ENIAC.

Gerações da era dos computadores

* Primeira geração: a era das válvulas;

* Segunda geração: a era dos transistores;

* Terceira

geração: a era dos circuitos integrados;

* Quarta geração: a era dos circuitos de integração em larga escala.

1.2 Computadores pessoais

Até o final dos anos 70, reinavam absolutos os mainframes, computadores enormes, trancados em salas refrigeradas e operados apenas por poucos. Apenas grandes empresas e bancos podiam investir alguns milhões de dólares para tornar mais eficientes alguns processos internos