Introdução à Lógica de Programação e Arquitetura de Computadores

Lógica De Programação ARA0051 PARTE 1 Profª Anna Rafaela Silva Ferreira annferreiraprofessoresestaciobr Objetivos Apresentar os conceitos básicos de arquitetura de computadores Discutir a abstração do computador como uma máquina em camadas Apresentar um histórico da evolução do computador Discutir a evolução das arquiteturas de computadores Discutir o futuro da evolução e previsões para um futuro próximo LÓGICA DE PROGRAMAÇÃO Profª ANNA RAFAELA 2 Introdução Conceitos Básicos Computador Máquina capaz de coletar manipular e fornecer os resultados da manipulação de informação para um ou mais objetivos Processamento de dados Série de atividades realizadas para produzir informações a partir de outras informações coletadas inicialmente As informações iniciais são usualmente denominadas dados LÓGICA DE PROGRAMAÇÃO Profª ANNA RAFAELA 3 Introdução Conceitos Básicos Dado e Informação podem ser tratados como sinônimos ou como termos distintos Dado matériaprima obtida de uma ou mais fontes Informação resultado do processamento de um determinados dados A entrada obtida de um processamento pode ser o dado de entrada de outro processamento LÓGICA DE PROGRAMAÇÃO Profª ANNA RAFAELA 4 Dado entrada Processamento Informação saída Introdução Conceitos Básicos Arquitetura de computadores Aspectos que são visíveis ao programador Conjunto de instruções modos de endereçamento tipo e tamanho de dados manipulados etc Especificação se um computador deve ou não ter uma instrução de multiplicação Organização de computadores Aspecto da implementação da máquina Atributos relativos aos componentes físicos frequência do relógio sinais de controle tecnologia de memória etc Entendimento é desnecessário ao programador Definição de como uma instrução será implementada por uma unidade específica de multiplicação ou por um mecanismo que utiliza repetidamente sua unidade de soma LÓGICA DE PROGRAMAÇÃO Profª ANNA RAFAELA 5 Introdução Conceitos Básicos Arquitetura X Organização LÓGICA DE PROGRAMAÇÃO Profª ANNA RAFAELA 6 Programa Projeto de Sistema Projeto de Computador Lógica Circuito Componente de Computador Software Hardware Arquitetura de Computador Organização de Computador Introdução Conceitos Básicos Hardware Conjunto de componentes físicos do computador Transistores altera a intensidade da corrente monitor teclado etc Requer uma instrução ou comando para realizar alguma atividade específica Software Conjunto de instruções ou comandos em uma sequência específica Programas de computador Sofwares básicos fornecidos pelo fabricantes sendo bastante dependentes do hardware para o seu desempenho Sistema operacional drivers servidor SQL etc LÓGICA DE PROGRAMAÇÃO Profª ANNA RAFAELA 7 Hardware é aquilo que você chuta software é aquilo que você xinga João Ubaldo Riberio Introdução Conceitos Básicos Como uma série de informações e operações é entendida pelo computador Qual a linguagem usada internamente pelo computador No caso dos computadores deve ser definida uma linguagem para representação interna de dadosinstruções LINGUAGEM BINÁRIA A representação é feita por dígitos São usados diferentes valores de tensão elétrica para representar estes dígitos LÓGICA DE PROGRAMAÇÃO Profª ANNA RAFAELA 8 Introdução Conceitos Básicos Como uma série de informações e operações é entendida pelo computador Qual a linguagem usada internamente pelo computador No caso dos computadores deve ser definida uma linguagem para representação interna de dadosinstruções LINGUAGEM BINÁRIA A representação é feita por dígitos São usados diferentes valores de tensão elétrica para representar estes dígitos LÓGICA DE PROGRAMAÇÃO Profª ANNA RAFAELA 9 Introdução Conceitos Básicos Para o computador processar dados a execução de uma série de etapas é requerida Tais etapas elaboradas e executadas passo a passo constituem o que se chama de programa Cada passo é uma diferente instrução dada ao hardware O programa é um conjunto de instruções Algoritmo é um conjunto finito de instruçõesetapas ordenadas para a solução de um problema LÓGICA DE PROGRAMAÇÃO Profª ANNA RAFAELA 10 httpswwwyoutubecomwatchvCtlOOUqmyY Introdução Conceitos Básicos Como passar o algoritmo de uma linguagem que entendemos para a linguagem binária Linguagem de programação de alto nível Python CC Java Matlab Pascal etc Utilizando as linguagens de alto nível podemos escrever algoritmos concisos e claros LÓGICA DE PROGRAMAÇÃO Profª ANNA RAFAELA 11 Introdução Conceitos Básicos LÓGICA DE PROGRAMAÇÃO Profª ANNA RAFAELA 12 IDE Ambientes de Desenvolvimento Integrado Linguagem de alto nível Compilação Programa objeto Bibliotecas Programa compilado Introdução Conceitos Básicos LÓGICA DE PROGRAMAÇÃO Profª ANNA RAFAELA 13 Evolução e História dos Computadores LÓGICA DE PROGRAMAÇÃO Profª ANNA RAFAELA 14 Dispositivos mecânicos Dispositivos eletromecânicos Dispositivos eletrônicos 1º Geração Com válvulas 2º Geração Com transistores 3º Geração Com circuitos integrados 4ª Com circuitos integrados em larga escala Dispositivos Mecânicos 3000 aC 1880 O conceito de efetuar cálculo com equipamentos vem dos chineses com registros em 2500 a 3000 aC LÓGICA DE PROGRAMAÇÃO Profª ANNA RAFAELA 15 Dispositivos Mecânicos 3000 aC 1880 1642 Blaise Pascal inventa uma máquina de cálculos Contador mecânico que realizava operações de soma e subtração utilizando rodas e engrenagens que funcionavam por meio de uma manivela Cada conjunto de ponteiro era usado como registrador que acumulava resultados Permite o uso do vai 1 passado automaticamente para a parcela seguinte e Utilização do conceito de complemento em subtrações sendo base de funcionamento de circuitos até hoje LÓGICA DE PROGRAMAÇÃO Profª ANNA RAFAELA 16 Dispositivos Mecânicos 3000 aC 1880 LÓGICA DE PROGRAMAÇÃO Profª ANNA RAFAELA 17 Dispositivos Mecânicos 3000 aC 1880 LÓGICA DE PROGRAMAÇÃO Profª ANNA RAFAELA 18 1823 Charles Babbage criou a máquina de diferenças Dispositivo mecânico que somava e subtraía e cujos cálculos matemáticos se baseavam no método de diferenças finitas que permitia o cálculo de polinômios Seu aspecto mais importante era o método de saída imprimia o resultado em uma placa de cobre para posterior impressão em papel Valores de até 15 algarismos e polinômios de 3º grau Dispositivos Mecânicos 3000 aC 1880 LÓGICA DE PROGRAMAÇÃO Profª ANNA RAFAELA 19 Dispositivos Mecânicos 3000 aC 1880 LÓGICA DE PROGRAMAÇÃO Profª ANNA RAFAELA 20 1823 Charles Babbage criou a máquina analítica A máquina possuía um programa que podia mudar seu funcionamento podendo realizar diferentes cálculos Um computador mecânico que possuía memória processador e saída Era de uso geral lia instruções de cartões e executava Era programável então precisava de um software Babbage contratou Ada Lovelace que foi a primeira programadora do mundo Babbage não conseguiu completar a construção desta máquina Precursora dos primeiros computadores eletrônicos Dispositivos Eletromecânicos 1880 1930 LÓGICA DE PROGRAMAÇÃO Profª ANNA RAFAELA 21 Em 1889 Herman Hollerith desenvolveu o cartão perfurado para guardar dados e uma máquina tabuladora mecânica que contava classificava e ordenava cartões perfurados Esta máquina foi usada no censo americano em 1890 O censo foi apurado em 2 anos e meio com a máquina bem mais rápido que o anterior que havia levado dez anos Em 1896 Hollerith fundou uma empresa Em 1914 a empresa de Hollerith se juntou com outras duas e formou a Computer Tabulating Recording Corporation Em 1924 esta empresa mudou o nome para International Business Machine Dispositivos eletrônicos1930 1945 O problema das máquinas mecânicas e eletromecânicas residia em dois fatos Baixa velocidade de processamento Falta de confiabilidade Os cientistas se dedicaram para desenvolver um componente eletrônico válvula Início de atuação do ENIAC e Máquina de Turing LÓGICA DE PROGRAMAÇÃO Profª ANNA RAFAELA 22 1ª Geração Computadores à válvulas ENIAC Eletronic Numerical Integrator And Computer O primeiro computador eletrônico de uso geral Foi projetado por John Mauchly e John Eckert entre 1943 e 1946 e desenvolvido na Universidade da Pensilvânia sendo financiado pelo governo americano O objetivo era criar uma máquina que auxiliasse os militares em cálculos de artilharia Funcionou até 1955 LÓGICA DE PROGRAMAÇÃO Profª ANNA RAFAELA 23 LÓGICA DE PROGRAMAÇÃO Profª ANNA RAFAELA 24 1ª Geração ENIAC Eletronic Numerical Integrator And Computer Continha mais de 17000 válvulas e 800 quilômetros de cabo Pesava 30 toneladas Era extremamente rápido para época realizando cerca de 10000 operações por segundo A programação era feita através de 6000 chaves manuais O volume de processamento foi superado pelas calculadora portáteis em 1970 Era de difícil operação e manutenção dispendiosa A cada 5 minutos uma válvula se queimava LÓGICA DE PROGRAMAÇÃO Profª ANNA RAFAELA 25 1ª Geração Os criadores do ENIAC iniciaram a construção de um novo computador o EDVAC Em 1945 John Von Neumann publicou um documento chamado First Draft of a Report on the EDVAC Definia as características essenciais de uma máquina sequencial de programa armazenado Introduzia aperfeiçoamentos para reduzir os inconvenientes do ENIAC como por exemplo a alteração da aritmética decimal para binária Von Neumann foi responsável pela definição de uma arquitetura de computadores com programa armazenado que é empregada até hoje LÓGICA DE PROGRAMAÇÃO Profª ANNA RAFAELA 26 Jon von Neumann Físico e matemático do século XX figura importante na história da computação Propôs a Arquitetura de Von Neumann Computador eletrônico de programa armazenado Código e dados em memória única Quase a mesma empregada até hoje Consequência da memória única Impossível ler instrução e dados simultaneamente LÓGICA DE PROGRAMAÇÃO Profª ANNA RAFAELA 27 1ª Geração A partir da arquitetura de von Neumann projetouse o IAS Computador eletrônico de programa armazenado Sua arquitetura é utilizada até hoje LÓGICA DE PROGRAMAÇÃO Profª ANNA RAFAELA 28 2ª Geração Computadores com transistores A introdução dos transistores tornou os computadores mais confiáveis O transistor realiza as mesmas funções de uma válvula porém consome muito menos energia e calor Além disso seu tamanho é muito menor que o de uma válvula Esta geração de computadores teve participação ativa da IBM que se firmou como a companhia mais importante na produção de máquinas científicas Surgem as primeiras linguagens de programação de alto nível como por exemplo o FORTRAN LÓGICA DE PROGRAMAÇÃO Profª ANNA RAFAELA 29 2ª Geração Computadores com transistores A introdução dos transistores tornou os computadores mais confiáveis O transistor realiza as mesmas funções de uma válvula porém consome muito menos energia e calor Além disso seu tamanho é muito menor que o de uma válvula Esta geração de computadores teve participação ativa da IBM que se firmou como a companhia mais importante na produção de máquinas científicas Surgem as primeiras linguagens de programação de alto nível como por exemplo o FORTRAN LÓGICA DE PROGRAMAÇÃO Profª ANNA RAFAELA 30 Cartão Perfurado da Linguagem FORTRAN LÓGICA DE PROGRAMAÇÃO Profª ANNA RAFAELA 31 IBM 1401 LÓGICA DE PROGRAMAÇÃO Profª ANNA RAFAELA 32 3ª Geração Circuitos Integrados O ponto importante do conceito de circuitos integrados é que se pode formar múltiplos transistores em um único elemento de silício chip Proporcionava uma melhor relação custobenefício em comparação aos computadores da segunda geração por sem mais baratos mais eficientes e menores Surge o IBM 360 a primeira linha de computadores a usar circuitos integrados de pequena escala LÓGICA DE PROGRAMAÇÃO Profª ANNA RAFAELA 33 LÓGICA DE PROGRAMAÇÃO Profª ANNA RAFAELA 34 3ª Geração A série 360 incorporou inovações que se tornaram um marco histórico como por exemplo 1965 O conceito de família de computadores Permite que o fabricante ofereça o mesmo tipo de máquina com diferentes capacidades e preços O emprego da técnica de multiprogramação Vários programas compartilham a memória principal e dividem o uso da CPU dando a impressão ao usuário que estão sendo executados simultaneamente LÓGICA DE PROGRAMAÇÃO Profª ANNA RAFAELA 35 4ª Geração Circuitos Integrados em Muita Larga Escala VLSI Caracteriza uma classe de dispositivos eletrônicos capazes de armazenar em um único invólucro milhares e até milhões de diminutos componentes Chips com milhares de transistores por cm² de silício A técnica de miniaturização de componentes eletrônicos conduziu por volta de 1972 o desenvolvimento de computadores pessoais ou microcomputadores Os microcomputadores tinham preços mais acessíveis o que tornou possível que um indivíduo tivesse seu próprio PC O 1º IBM PC usava o processador Intel 8088 e o sistema operacional DOS LÓGICA DE PROGRAMAÇÃO Profª ANNA RAFAELA 36 Data aproximada Tecnologia Velocidade operaçãos 19461957 Válvula 40000 19581964 Transistor 200000 19651971 Integração em baixa e média escala 1000000 19721977 Integração em grande escala 10000000 1978 Integração em escala muito grande 100000000 LÓGICA DE PROGRAMAÇÃO Profª ANNA RAFAELA 37 O Microcomputador Em 1975 a MITS Micro Instrumentation Telemetry Systems lança o Altair 8080 primeiro microcomputador Capacidade relativamente baixa uso individual menor e mais barato Baseado no CPU Intel processador de 8 bits da Intel Tinha um interpretador da linguagem Basic desenvolvido por Bill Gates e Paul Allen LÓGICA DE PROGRAMAÇÃO Profª ANNA RAFAELA 38 O PC Os microcomputadores se popularizaram Pequenos e baratos Adequados para casas e pequenos escritórios Em 1981 a IBM lança o IBM PC Baseado na arquitetura 8086 Muito bem sucedido no mercado Se tornaria um padrão de fato Outros fabricantes começaram a vender computadores PCcompatible LÓGICA DE PROGRAMAÇÃO Profª ANNA RAFAELA 39 Evolução dos Processadores Até meados de 1965 não havia nenhuma previsão real sobre o futuro do hardware O presidente da Intel Gordon E Moore fez sua profecia Lei de Moore O número de transistores dos chips teria um aumento de 100 pelo mesmo custo a cada período de 2 anos enquanto a capacidade de processamento dobraria a cada 18 meses LÓGICA DE PROGRAMAÇÃO Profª ANNA RAFAELA 40 LÓGICA DE PROGRAMAÇÃO Profª ANNA RAFAELA 41 TOP 500 Lista dos 500 computadores mais rápidos do mundo Serve como um termômetro do avanço da computação no mundo O poder dos supercomputadores é tão grande que sua habilidade é medida por petaflop por segundo quadrilhões de operações por segundo 1000000000000000 15 zeros Atualmente o FRONTIER é considerado p nº 1 possuindo 8730112 cores e pico de performance teórica de 168565 PFlopss LÓGICA DE PROGRAMAÇÃO Profª ANNA RAFAELA 42 LÓGICA DE PROGRAMAÇÃO Profª ANNA RAFAELA 43 Material Adicional History of Computers BBC LÓGICA DE PROGRAMAÇÃO Profª ANNA RAFAELA 44