A ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES

ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES

Compreender a organização interna dos computadores possibilita-nos analisar o hardware, para que possamos aproveitar ao máximo sua capacidade. No momento em que compreendemos o conjunto  de  módulos  de  um  sistema computacional.  Estamos compreendendo  o  funcionamento  do  aproveitamento   de recursos  e  componentes  eletrônicos,  aplicações  e  a  operação  do  conjunto computacional. As  principais  estruturas  de  hardware  de  um  sistema  computacional  fornecem -nos  meios,  para  compreender  o  processamento  de  dados.  Tendo como  principal característica,  a  integração  com  a  rotina  de  gerenciamento  do  sistema  operacional. Permitindo assim a execução de outros programas.

A organização de computadores nos ajuda a compreender o funcionamento e a arquitetura de computadores e máquinas multiníveis. É por ela que nos é passado os conceitos de sua aplicação.

Não seria possível desenvolver uma aplicação sem o conhecimento das máquinas onde a mesma seria executada, podendo esta não atender os requisitos mínimos para rodar um aplicativo.

Com este conhecimento o desenvolvedor consegue aprimorar seu aplicativo para melhor utilizar o sistema em geral.

1 INTRODUÇÃO

O objetivo é apresentar os princípios que regem a organização de computadores. Para tanto, apresenta-se inicialmente alguns aspectos relativos à evolução de sistemas computacionais que tiveram impacto na organização atual de computadores. A motivação para criar máquinas de computação sempre foi, essencialmente, melhorar a velocidade de cálculos, uma vez que a velocidade de um “computador humano” é limitada. Adicionalmente, buscava-se também reduzir fontes de erros, tais como distrações, descuidos e cansaço.

1.1 Computadores eletrônicos

Marcos tecnológicos que precederam a era dos computadores eletrônicos foram o desenvolvimento da válvula triodo (L. de Forest, 1906) como uma extensão da válvula diodo (J. Fleming, 1904); e o desenvolvimento de circuitos binários baseados em álgebra booleana (G. Stibitz, 1937). John Vincent Atanasoff e Clifford Berry, de Iowa StateUniversity, desenvolveram uma calculadora eletrônica dedicada para a resolução de sistemas de equações lineares simultâneas, denominado ABC (Atanasoff-Berry Computer). A máquina operava a 60 Hz. O uso de capacitores como dispositivos de memória nessa máquina, 60 palavras de 50 bits requerendo refreshing, antecipou a utilização de memórias dinâmicas. A memória secundária usava cartões perfurados, movidos pelo usuário. O processo de perfurar os cartões, por calor, apresentava uma alta taxa de erros, nunca inferior a 0,001% [2]. Atualmente (desde 1973), Atanasoff é reconhecido como o criador do computador moderno. Alan Turing, na Inglaterra, fez a especificação de computador mecânico que se tornou operacional em 1940. Um outro projeto, Colossus, foi desenvolvido por T. Flowers e M.H.A. Newman em 1943 com participação de Turing. Colossus foi o primeiro computador completamente eletrônico, tendo sido classificado pelos militares britânicos como segredo militar. Por este motivo, detalhes e características deste projeto permaneceram inacessíveis por cerca de 30 anos, sendo liberados apenas recentemente. Maior impacto teve o Projeto ENIAC (ElectronicNumerator, Integrator, Analyzer, and Computer), desenvolvido na Moore SchoolofElectricalEngineering (UniversityofPennsylvania) entre 1943 e 1946. Esse computador, desenvolvido por John W. Mauchly (1907-80) e J. PresperEckert (1919- ) e equipe, pesava cerca de 30 toneladas e apresentava um consumo de 140 KW. Utilizava aritmética decimal, com memória de 20 acumuladores de 10 dígitos, cada dígito usando 10 bits para sua representação, armazenados em flip-flops (duas válvulas por bit). A programação era manual, através de 6000 chaves e plugs. A velocidade de operação era cerca de 1000 vezes mais rápida que a do Mark I. Havia unidades separadas para a execução de multiplicações (cerca de 3 ms) e para divisão e raiz quadrada. 104 registros podiam ser usados para constantes de 12 dígitos. Dados podiam ser entrados através de cartões perfurados, que também eram utilizados para saída. A máquina operava a 100 KHz. A patente para esse projeto só foi outorgada em 1964, mas em 1973 foi revogada, pois J. Mauchlyreconhecidamente teve contato com o trabalho de Atanasoff, durante uma visita a Iowa. J.P. Eckert era o engenheiro eletrônico que realizava as concepções de J. Mauchly. No projeto ENIAC, realizado através de um convênio militar com o US Army’sBallisticsResearchLab, ele teve papel fundamental em tornar operacional o conjunto de 18000 válvulas, 70000 resistores, 10000 capacitores, 6000 chaves e 1500 relés. Em Fevereiro de 1946, o ENIAC foi revelado para o público, e no verão daquele mesmo ano foi oferecido o curso TheoryandTechniques for Design ofElectronicComputers, com aulas por Eckert, Mauchly, Stibitz, von Neumann, e Aiken, entre outros. Vários novos projetos surgiram a partir desse curso.

1.2 Programa armazenado

Os computadores eletrônicos, apesar de representar grande avanço em relação a seus similares eletromecânicos, apresentavam duas grandes limitações: baixa capacidade de memória e longo tempo de programação. A programação do ENIAC, por exemplo, exigia dias de trabalho, uma vez que várias modificações eram necessárias no painel de controle. O Mark I era fácil de “reprogramar” (troca de fita), porém velocidade de leitura de instruções de unidades mecânicas não era adequada à velocidade de processamento dos computadores eletrônicos. O marco para quebrar essa barreira foi a concepção do conceito de programa armazenado, associada ao projeto EDVAC (Eletronic DiscreteVariableAutomatic Computer), um sucessor do ENIAC com “ampla” capacidade de memória e que utilizava aritmética binária (Figura 1.3). A memória do EDVAC era composta por 1K palavras na memória principal (linha de atraso em mercúrio, tecnologia usada em outro projeto, o EDSAC) e 20K palavras de memória secundária (fio magnético). A tecnologia de armazenagem em linha de atraso em mercúrio, embora ampliasse a capacidade de armazenamento em relação aos flip-flops, era lenta, uma vez que convertia os sinais em som, que eram propagados pelo fluido. Entretanto, a sua velocidade de acesso era adequada aos processadores de então. A construção do EDVAC foi concluída em 1952, com cerca de 4000 válvulas, 10000 diodos a cristal, e 1024 palavras de 44 bits em memória ultrasônica; a sua velocidade de relógio era de 1 MHz [2].

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