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1 UniSant'Anna - fevereiro de 2009 - Página

Fundamentos de FabricaFundamentos de Fabricaçção de ão de Circuitos IntegradosCircuitos Integrados

Prof. Acácio Luiz Siarkowski


Objetivos:

⇒ Contextualizar historicamente a evolução dos computadores e seus componentes mecânicos, eletro-mecânicos e eletrônicos.

⇒ Visão geral do início da Fabricação de Circuitos Integrados

⇒ Entendermos como chegamos na tecnologia e integração dos dias de hoje.

A Evolução dos Computadores


Histórico: Evolução do computador

Fase manual (pré-história)

3000 AC - Ábaco (Médio-Oriente) - Fenícios

⇒ Eficiência nas 4 operações básicas.



2500 AC - Swan-Pan (Oriente) - Chineses

⇒ Tabuleiro aritmético

1600 - Bastões de John Napier (Escócia)

⇒ Cilindros rotativos de madeira

1621 - Réguas de Cálculo - Willian Oughtred

⇒ Baseado nas tabelas de multiplicação de Napier

1623 - Idéia da 1a Calculadora (Inglaterra)

⇒ “Relógio calculador” usando rodas dentadas



Régua de cálculo



Geração Zero Computadores Mecânicos (1.642 – 1.945)

1642 / 44- Pascaline (França)

⇒ Blaise Pascal construiu uma máquina de calcular totalmente mecânica com apenas as operações de soma e subtração.



1674 - Stepped Reckoner

⇒Gottfried Von Leibniz construiu uma

máquina de calcular inteiramente

mecânica com as 4 operações:

soma, subtração, multiplicação e divisão.

1728 - 1a Concepção do cartão perfurado

⇒ Tábua de madeira com orifícios para comandar as agulhas de um tear.

1804 – 1o conceito de armazenar a informação binária

⇒ Jacquard (França) através de placas perfuradas.



1820 – ARITHOMETER (França)

⇒ Primeira calculadora comercial (aperfeiçoamento da idéia de Leibnitz)

1822 - Máquina Diferencial - Charles Babbage - “Pai do Computador” (Inglaterra)



1833 - Máquina Analítica - Charles Babbage (Inglaterra)

⇒ Máquina analítica que possua 4 componentes: armazenamento (memória), engenho (unidade de cálculo), seção de entrada (leitora de cartões perfurados) e seção de saída (saída perfurada e impressa). Não chegou a ser construída, mas suas idéias são usadas até hoje (processamento digital).



1854 - Álgebra Booleana - George Boole

⇒ Conceitos usados atualmente

como base dos sistemas digitais

e da computação.

1876 - Máquina Analógica - Lorde Kelvin

⇒ Usado na previsão de marés



Digital X Analógico

Analógico:

Infinidade de “estados possíveis”

Digital:

Apenas dois “estados possíveis”: ligado ou desligado.

Depois chamados de níveis lógicos (0 e 1).



1882 - 1a Calculadora mecânica - Willian Seward Borroghs

1890 - Tabuladora - Máquina de Hollerith

Herman Hollerith

⇒ A máquina lia cartões

perfurados no código BCD

(“Binary Coded Decimal”)



1896 - “Tabulating Machine Company”

⇒ A IBM que inicia sua operação, fabricando cartões perfurados.



Alfabeto em código ASCII



1900 - Alimentador automático de cartões perfurados 1905 - Válvula de Fleming (Diodo) 1906 - Válvula (triodo) - Lee de Forest ⇒ Antecessora do Transistor



Válvula usada atualmente:



1915 - Uma nova Matéria prima - Manson Benedicks ⇒ Germânio (material semicondutor) 1917 - RUR - Karel Câpek ⇒ Surge a idéia dos robôs 1925 - Criação da Bell Labs 1928 - Criação do CRT - Tubo de raios catódicos ⇒ Tela de TV e monitor usado atualmente. 1930 - Computador Analógico Mecânico ⇒ Vannevar Bush e uma equipe do MIT (Massachussets Institute of Technology)



1936 - Teoria da Máquina Universal / Z1 ⇒ Máquina de relés 1937 - Álgebra de Boole X Circuitos eletrônicos 1938 - Hewlett-Packard (HP) ⇒ Formação da HP (Califórnia / EUA) 1939 - Complex Number Calculator - George Stibitz ⇒ Primeira calculadora eletro-mecânica (a base de relés) 1940 - Rede de Teleprocessamento - George Stibitz ⇒ Interligação de máquinas



1941 - Z3 - Computador eletro-mecânico - Konrad Zuse (Berlim / Alemanha) 1942 - ABC (Atanasoft-Berry Computer) ⇒ 450 válvulas e memória magnética ⇒ Computador digital 1943 - Colossus - 1o computador eletrônico digital ⇒ (na verdade o 2o)

Alan Turing cria o ColossusAlan Turing cria o Colossus, , mmááquina quequina que, , uma vez plugadauma vez plugada, , programada e alimentadaprogramada e alimentada, , resolvia qualquer questão de criptografia em resolvia qualquer questão de criptografia em

poucos minutospoucos minutos..



1944 - Mark I (Harvard / IBM) - 1o Computador Americano de uso Geral - Eletro-mecânico - 3000 rodas e 1400 chaves rotatórias - 600 km de fios - Os dados eram transmitidos eletricamente - 5 ton. de cartões perfurados



BUG BUG. . BUGBUG?????? Bug Bug éé a palavra em inglês que significa mariposa a palavra em inglês que significa mariposa. . Ela Ela éé usada usada

em computaem computaçção como significado de erroão como significado de erro, , falhafalha, , problemaproblema. . Conta a histConta a históória que uma mariposa conseguiu entrar num Mark ria que uma mariposa conseguiu entrar num Mark

II e travou todo o sistemaII e travou todo o sistema. . DaDaíí a sua utiliza a sua utilizaççãoão..



Primeira Geração de Computadores Modernos 1945-1955 – Eletrônica à Válvulas • Possuía válvulas; • Longo tempo de processamento (segundos); • Memória de núcleos magnéticos ou cartões perfurados • Enormes com alto gasto de energia • Difícil manutenção



1.946 - ENIAC - (Electrical Numerical Integrator and Calculator) (1o Grande computador eletrônico) • Custo: 1/2 milhão de dólares • 19000 válvulas • 1.500 relés • 30 toneladas, • 175 kW de consumo Aplicação: cálculo Balístico (atividades de guerra) Marca o “ANO ZERO” da era da Informação.



1.946 - ENIAC - (Electrical Numerical Integrator and Calculator) (1o Grande computador eletrônico)



1.946 - ENIAC - (Electrical Numerical Integrator and Calculator) (1o Grande computador eletrônico) Como funcionava o ENIACComo funcionava o ENIAC?? •• A programaA programaçção do ENIAC acontecia no lado de foraão do ENIAC acontecia no lado de fora.. •• Primeiro Primeiro, , um grupo de cientistas desenvolvia equaum grupo de cientistas desenvolvia equaçções ões matemmatemááticas na exata seqticas na exata seqüüência em que elas tinham que ser ência em que elas tinham que ser digeridas pelo sistemadigeridas pelo sistema. . •• A seguir A seguir, , seis especialistas programavam o computador para seis especialistas programavam o computador para executexecutáá--laslas, , girando botões de sintonia e plugando centenas de girando botões de sintonia e plugando centenas de fios nas tomadas corretasfios nas tomadas corretas..



1947 - 1o. Transistor (Bell Labs) ⇒ Substituto das válvulas (mas ainda em testes) • John Bardeen • Walter Brattain • William Shockley



1948 - Primeiro protótipo de computador eletrônico de programa armazenado ⇒ Executava rotinas gravadas 1949 - EDSAC / EDVAC - 1o. Computador de programa armazenado ⇒ Capacidade de armazenamento 100x maior. 1950 - Mauchly and Eckert Computer Corp., depois UNIVAC, depois Unisys.



1950 - WHIRLWIND (MIT / EUA - 1o. Computador de tempo Real) ⇒ Processamento em tempo Real 1951 - UNIVAC ⇒ Primeiro computador disponível comercialmente ⇒ Programa armazenado e compilador ⇒ 5000 válvulas ⇒ entrada de dados por fita magnética ⇒ armazenamento por fita ou tambores magnéticos ⇒ Seguia a arquitetura proposta por John Von Neumann



1953 - IBM 701

⇒ Primeiro computador digital da IBM

⇒ Válvulas e catões perfurados para a entrada e saída de dados.

1954 - Arquitetura John Von Neumann (EUA)

⇒ Conceito de programação e operações no sistema binário

Máquinas seguenciais

de Von Neumann

Máquinas atuais =



Máquina de Von Neumann

MEMÓRIA

UNIDADE DE CONTROLE

ULA ENTRADA

SAÍDA

Conceito de programa armazenado = MEMÓRIAS



Segunda Geração de Computadores Modernos 1955-1965 – Eletrônica à Transistores • Possuía transistores • Unidades de fitas magnéticas • Tamanho reduzido • Consumo menor de energia • Processadores mais rápidos e confiáveis • Tempo de processamento mais curtos (mili e micro seg.)



1955-1957 - Computadores científicos

⇒ Série de computadores para uso científico.

1956 - Fortran (IBM)

⇒ Primeira linguagem de programação de alto nível

1957 - NCR 304 (NCR Corp.)

⇒ 1o. Computador construído somente com transistores

1957 - IBM 305 com leitor de disquetes

1958 - Fundação de Digital Equipment Corp.

1959 - PDP-1 (DEC) 1o. Minicomputador

⇒ Custava US$ 159.000

⇒ Foram vendidas 50 máquinas



1959 - Borroughs B 205 (Brasil)

⇒ 1o. Computador digital à válvula da América Latina

⇒ Presidente JK inaugurou na PUC-RJ

⇒ 20 m2 e 5ton.

1960 - Percepton

⇒ Início do conceito de inteligência artificial

1960 - COBOL (1a. Linguagem de uso comercial)



1961 - Primero CI

(Fairchild Corp.)

1961- IBM 1401

⇒ Máquina comercial de pequeno porte muito popular na época.



1962 - Software de música / primeiro videogame / IBM 7094

⇒ Música sintetizada (início da digitalização do som)

⇒ Primeiro Videogame: Spacewar

⇒ IBM 7094: Totalmente transistorizado

1963 - 1o. uso confiável de monitores de vídeo / Padrão ANSI

⇒ O ANSI (American National Standarts Institute) aceita o código ASCII como padrão de troca de informações entre computadores

1964 - Mouse / Basic / CDC 6600 - 1o. Computador comercial

⇒ Mouse: Dispositivo que simula o movimento da mão

⇒ Desenvolvimento do BASIC

⇒ CDC 6600: 1o. Computador a realizar operações em paralelo



Terceira Geração de Computadores 1965-1980 – Eletrônica com CIs) • Possuía CIs • Tamanho mais reduzido ainda. • Consumo de energia bem baixo. • Processadores ainda mais rápidos e confiáveis. • Tempo de processamento mais curtos (nano seg.) • Evolução do programa-monitor para Sistema Operacional • Multiprogramação • Multiprocessamento • Teleprocessamento (redes de comunicação).



Transistores no chip: Fabricação de CIs:



Processos de fabricação



1965 - IBM 360 / PDP 8 (DEC)

⇒ Família de computadores para o consumidor

⇒ PDP 8: primeiro minicomputador vendido em massa (50000)

1967 - 1a. Calculadora de 4 operações

1968 - 1os. Computadores com CIs

⇒ Lançados pela Borroughs (B2500 e B3500)

⇒ Robert Noyce, Andy Grove e

Gordon Moore estabeleceram a INTEL Corp.

Gordon Moore



1969 - Arpanet - Início da revolução da Informação

⇒ Conexão das máquinas da Arpanet (origem da Internet)

⇒ Interligação de universidades americanas

1970 - UNIX / Disco Magnético Flexível 8” / PDP 11

⇒ UNIX desenvolvido pela Bell Labs (1o. Sistema operacional que poderia ser aplicado em qualquer máquina)

⇒ PDP 11 dominou os anos 70.



Computadores

dos anos

60 a 70.



Quarta Geração de Computadores 1971 – … Era VLSI (Very Large Scale Integration) • Desenvolvimento dos CIs • Redução das dimensões e no consumo de energia. • Processadores ainda mais rápidos • Evolução geral de todas as partes integrantes do computadores.



1971 - INTEL 4004

⇒ Primeiro processador disponível comercialmente

1972 - MITS 816 (Micro Instrumentation and Telemetry Systems)

⇒ 1o. Microcomputador disponível para uso pessoal

1972 - Patinho Feio (USP)

1973 - Xerox PARC

⇒ Primeiro microcomputador completo com monitor

1973 - Disco Rígido (Alan Shugart)

1974 - INTEL 8080

⇒ Primeiro processador integrado (única pastilha)



1975 - Cray I (1o. supercomputador)



1975- ALTAIR / IBM 5100 / BASIC

⇒ ALTAIR 8800: produzido em massa

⇒ IBM 5100: Primeiro PC da IBM

⇒ Bill Gates e Paul Allen desenvolveram a primeira linguagem BASIC para microcomputadores

1976 - Apple Corp.

1977 - Apple II / Atari / Commodore 64

1977 - Fundação da Microsoft

1978 - VAX (DEC)

⇒ 1o. Supermini de 32 bits.



1981 - IBM PC (arquitetura aberta)

⇒ Processador INTEL 8088

⇒ Sistema Operacional DOS

⇒ O padrão IBM PC é usado até hoje!

1982 - Descoberta a tecnologia dos CDs

1983 - Lisa (Apple)/ Arpanet

⇒ Lisa: Primeiro computador gráfico (simulava uma mesa de trabalho “desktop”)

⇒ Uma nova Arpanet (sem fins militares), depois chamada de “INTERNET”

1984 - PC-AT (IBM) / CD-ROM (Sony/Philips)

⇒ IBM PC-AT: problemas com os clones



1984 - Macintosh (Apple) x IBM PC



1989 - Uso diversificado do INTEL 486

⇒ Vários fabricantes de PCs apresentam máquinas baseadas no INTEL 486.

1990 - Acesso à Internet / Windows 3.0 (MS)

⇒ Usuários individuais têm acesso à Internet

⇒ MS Windows 3.0 baseado no sistema do Macintosh

A Evolução dos Computadores 1986 - Compaq 386

⇒ Processador INTEL 386

1987 - PS/2 IBM

⇒ Novo padrão de mercado da IBM

1986 - Compaq 486


1990- Lançamentos de modelos RISC

1991 - LINUX

⇒ Sistema operacional para qualquer tipo de PC e distribuído gratuitamente

1993 - Lançamento da linha de processadores Pentium da INTEL

1997 - Comércio via Internet

2000’s – Evolução dos processadores:

Processadores IntelProcessadores Intel®® Centrino Centrino®®

((IntegraIntegraçção com WiFi para Laptopsão com WiFi para Laptops))

Processadores IntelProcessadores Intel®® Core Core 22 Duo Duo

Processadores intelProcessadores intel®® Xeon s Xeon séérie rie 70007000 ( (quad corequad core) )

Processador IntelProcessador Intel®® Core Core™™22 Extreme Extreme ((quad corequad core) )



Quinta Geração de Computadores ??? Ainda não definida???

• Computadores inteligentes (aprendem com seu erros) • Computadores ópticos (Luz Vs. Eletricidade)

• Computadores Quânticos (vários estados possíveis de armazenamento de informações) • ???



O cO céérebro humanorebro humano, , de um ponto de vista estritamente de um ponto de vista estritamente funcionalfuncional, , pode ser definido como um sistema complexo de pode ser definido como um sistema complexo de 100100 bilhões de neurôniosbilhões de neurônios. . Para conter o mesmo nPara conter o mesmo núúmero de elementos do cmero de elementos do céérebrorebro, , um computador dos anos um computador dos anos 4040, , a fase das va fase das váálvulaslvulas, , teria o teria o tamanho de São Paulotamanho de São Paulo. . Em fins dos anos Em fins dos anos 5050, , com os transistorescom os transistores, , bastava um bastava um computador com as dimensões do Cristo Redentorcomputador com as dimensões do Cristo Redentor. . Anos Anos 6060: : o computador seria como um ônibuso computador seria como um ônibus. . AtualmenteAtualmente, , com a aglomeracom a aglomeraçção de alguns milhões de ão de alguns milhões de componentes num componentes num úúnico chipnico chip, , ccéérebro e computador entraram rebro e computador entraram num acordo de dimensõesnum acordo de dimensões..



1975

1980

1985

1990

1995

2000

2005

2010

00,511,522,5

Integração

Ano

Dimensão (µm)

64K256K

1M

4M

16M 64M

256M

1G


53 UniSant'Anna - fevereiro de 2009 - Página p 0,000000000001 10-12 Pico

n 0,000000001 10-9 Nano

μ 0,000001 10-6 Micro

m 0,001 10-3 Mili

c 0,01 10-2 Centi

d 0,1 10-1 Deci

D 10 101 Deca

k 1.000 103 Kilo

M 1.000.000 106 Mega

G 1.000.000.000 109 Giga

T 1.000.000.000.000 1012 Tera



Microprocessador Dimensões Freqüência 386386 33μμm m 2020--4040MHzMHz 486486--586586 11--0,80,8μμm m 4040--100100MHzMHz Pentium IPentium I,,MMXMMX, , etc etc 0,30,3μμm m 7575--200200MHzMHz PentiumII PentiumII 0,250,25μμm m 200200--450450MHzMHz PentiumIIIPentiumIII 0,180,18μμm m 500500--11001100MHzMHz Pentium IVPentium IV 0,130,13μμm m 1,41,4--2,82,8GHzGHz IntelIntel®® Core Core™™2 2 Duo Duo 0,0450,045μμm m 3,33,3GHzGHz IntelIntel®® Core Core™™2 2 QuadQuad: : 4 4 nnúúcleos de processamentocleos de processamento IntelIntel®® Core Core™™2 2 Duo Duo : : 2 2 nnúúcleos cleos de processamentode processamento


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