Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Principy počítačů Zdroj: Ondřej Čepek 1. Hrubá osnova Historie počítačů Architektura a organizace počítačů Reprezentace dat Procesory Paměti Propojovací.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Principy počítačů Zdroj: Ondřej Čepek 1. Hrubá osnova Historie počítačů Architektura a organizace počítačů Reprezentace dat Procesory Paměti Propojovací."— Transkript prezentace:

1 Principy počítačů Zdroj: Ondřej Čepek 1

2 Hrubá osnova Historie počítačů Architektura a organizace počítačů Reprezentace dat Procesory Paměti Propojovací systémy Periferie 2

3 Historie počátky obtížné definovat (záleží na definici pojmu „počítač“) computer – z latinského computare, počítat (1646 – Sir Thomas Browne) předchůdci počítačů (výpočetní pomůcky): abacus (sčot), tabulky, pravítka, strojky, mechanické tabulátory a kalkulátory 3

4 Abacus (sčot) 4

5 Pascalina (1642) Blaise Pascal ( ) 5

6 Další mechanické počítače Gottlieb Wilhelm von Leibniz (1646 – 1716): jeho stroj uměl + - * / (1674) Thomas de Colmar (1785 – 1870) navrhnul a sestrojil arithmometr (1820), který uměl vynásobit 2 osmiciferná čísla za 18 sekund 6 Piánový arithmometr (1851)

7 Počítač dnes univerzální programovatelný stroj první stroj vyhovující této definici: programovatelný tkalcovský stav (1805) konstruktér stroje: Joseph-Marie Jacquard (1752 – 1834) čtení vstupu (popis vzoru vyráběné látky) z děrovaného pásu papíru (šablony): Jacques de Vaucanson (1709 – 1782) 7

8 Charles Babbage ( ) 1822 Difference Engine  hodnoty polynomů 6.stupně  paměť, řídící jednotka, vstup/výstup 1842 Analytical Engine  univerzální, řízen programem na „děrných štítcích“  podmíněný skok  používal dekadickou soustavu  čísla až o padesáti místech, paměť pro tisíc čísel  stejně jako Difference Engine stroj nikdy nebyl dokončen 8

9 Herman Hollerith ( ) mechanický tabulátor vstupní data na štítcích sčítání lidu 1890, výsledky za 6 týdnů: (výsledky z r nebyly ani po 7 letech) 1911 Computer Tabulating Recording Company ( 1924 International Business Machines Corp.) 9

10 Počítače počátek – především Holleritovy tabulátory mezi válkami a během II. světové války: –Konrad Zuse –Alan Turing –John von Neumann –Howard Hathaway Aiken (Mark 1) –John Mauchly, John Eckert (ENIAC) 10

11 Konrad Zuse (1910 – 1995) studium stavebního inženýrství Z – mechanický; binární kód Z – experiment, Z – reléový, děrná páska považován za „první funkční počítač na světě“ –binární, 64 slov po 22 bitech –floating-point (14 mantissa, 7 exp., 1 znam.) –2400 relé (1800 paměť, 600 výkonná jedn.) –5-10Hz, */ 3s, + 0.7s, 4kW, 1000kg údajně neznal práce Charlese Babbage 11

12 Z1 (1936) - původně se jmenoval V-1, po válce ale byl zpětně přejmenován na Z1, aby zabránil zaměňování s raketami V-1 (Zuse byl přítelem Wernera von Brauna) 12

13 Z3 13

14 Z – podobná architektura jako Z1 a Z3 paměť 1024 slov 2 registry R1 a R2 Instrukční sada: –+ - * /  –čtení z klávesnice –zobrazení R1 –uložení registru –načtení registru 8-stopá páska podmíněný skok 14

15 Alan Mathison Turing ( ) 1936 hypotetické zařízení „Turingův stroj“ během II. Světové války v Británii, pokusy o dešifrování Enigmy  1943 COLOSSUS základy oboru „umělá inteligence“ 1950 „Turingův test“ 15

16 Turingův stroj hypotetické zařízení řídící jednotka s konečnou množinou stavů (potenciálně) nekonečná páska na zápis symbolů z pracovní abecedy stroje tabulka přechodové funkce dodnes základní model v teorii časové a prostorové složitosti algoritmů Church-Turingova teze 16

17 Turingův test Práce A.Turinga směřovaly do oblasti vztahu člověka a stroje, položil základy vědního oboru o „umělé inteligenci“ (AI) navrhl test popisující možnost testování inteligence stroje –připojení testující osoby dálnopisy –pokud není možno v přijatelném čase rozlišit zda odpovídá stroj nebo člověk, pak stroj „vykazuje znaky inteligence“ 17

18 Harvard Mark I Automatic Sequence-Controlled Calculator Howard Hathaway Aiken ( ) standardní elektromechanické prvky + - * /, logaritmy, trigonometrické funkce 18 x 2.5 m, 5 tun, 530 mil drátu, součástí, 3304 relé. program na děrné pásce bez návratu plně automatický, možné dlouhé výpočty 18

19 ENIAC Electronic Numerical Integrator And Computer objednán Ballistics Research Laboratory během 2.světové války pro výpočty balistických tabulek nových děl do provozu uveden až po válce a použit pro výpočty při konstrukci H-bomb 19

20 Parametry ENIACu Konstruktéři J.W.Mauchly a J.P.Eckert na University of Pennsylvania ve Philadelphii 30 tun, přes 100 m 2 plochy, příkon 140 kW desetimístná dekadická čísla, každá číslice reprezentována svazkem 10 elektronek 20 sčítaček, násobička, dělička, a obvody pro výpočet druhé odmocniny použita „rychlá“ (0,2 ms) registrová paměť programoval se pomocí nastavení přepínačů a propojování programových jednotek kabely 20

21 ENIAC vs Pentium ENIAC 150MHz rychlost (součtů/s) paměť 200 čísel Bytů L2 cache prvky elektronek přepínačů kondenzátorů odporů relé tranzistorů velikost 3m výška, plocha >100m 2 29x21 mm hmotnost 30 tun <20g 21

22 John Louis von Neumann americký matematik maďarského původu zakladatel „teorie her“ konzultant na projektu ENIAC autor koncepce programovatelného počítače (program, podle kterého stroj pracuje, je uložen v jeho paměti), která se stala základem pro realizaci moderních programovatelných strojů 22

23 „von Neumannova architektura“ 23

24 „von Neumannova architektura“ Počítač se skládá z těchto funkčních jednotek: paměti, ve které jsou uložena jak data tak instrukce (program) aritmeticko-logické jednotky (ALU), která provádí A a L operace s binárními daty řadiče, který interpretuje instrukce v paměti a vykonává je vstupní jednotky (IN) a výstupní jednotky(OUT), které jsou řízeny řadičem 24

25 „von Neumannova architektura“ 1.Struktura počítače je nezávislá na řešené úloze, počítač je řízen programem uloženým v paměti. 2.Instrukce i operandy (data) jsou uloženy v téže paměti a jsou nerozlišitelné. 3.Paměť je tvořena buňkami stejné velikosti. 4.Adresa místa v paměti je dána pořadovým číslem tohoto místa, bez ohledu na obsah. 5.Program je tvořen posloupností elementárních příkazů, které určují změnu stavu stroje. V příkazu zpravidla není obsažena hodnota operandu, ale jeho adresa, takže program se při změně dat nemění. 6.Instrukce se provádějí jednotlivě v takovém pořadí, v jakém jsou uloženy v paměti. 7.Změna pořadí provádění instrukcí programu je provedena pouze instrukcemi skoku (podmíněného nebo nepodmíněného). 8.Pro reprezentaci instrukcí i čísel se používají dvojkové signály a dvojková číselná soustava. 25

26 EDVAC návrh 1945, dokončen 1949 Electronic Discrete Variable Computer 26 binární aritmetika vnitřní paměť na rtuťových zpožďovacích linkách řízení programem uloženým v paměti následoval UNIVAC

27 Stojany počítače EDVAC 27

28 IAS machine vybudován von Neumannem v Princetonu první „ryze von Neumannovský“ počítač paměť na 1000 „slov“, každé 40 bitů data (číselná): znaménko a 39 bitová hodnota instrukce: 8 bitů kód instrukce, 12 bitů adresa v paměti (tj. 2 instrukce v každém slově) 21 instrukcí 5 základních typů (přenos dat, podmíněný a nepodmíněný skok, aritmetické operace, modifikace adresy 28

29 IAS machine - instrukce přenos dat: mezi registry v ALU a pamětí a mezi registry v ALU navzájem (2 registry) nepodmíněný skok: přerušuje sekvenční provádění instrukcí, vhodný pro realizaci cyklů podmíněný skok: umožňuje mít v programu „rozhodovací uzly“ aritmetické instrukce: +, -, *, /, shifty modifikace adresy: umožňuje přesunovat adresy spočítané v ALU do adresových částí instrukcí v paměti, což dává velkou adresovací pružnost 29

30 Komerční počítače UNIVAC 1 (Mauchly, Eckert 1950) určen jak pro vědecké tak pro komerční aplikace (Universal Automatic Computer) UNIVAC 2 větší pamět, vyšší výkon IBM 604 (1948) - elektronkový s registry IBM 701 (1953) - programovatelný, elektronkový s paměťovou elektronkou IBM 702 (1955) – zaměřený na komerční aplikace, počátek dominance IBM na trhu IBM 704 (1956) - feritové paměti 30

31 Jeden byte akumulátoru v počítači Borroughs 205 (cca 1954) 31

32 Desítkový čítač s elektronkami 32

33 Ovládací panel bloku počítače 33

34 Feritová paměť 34

35 Druhá generace počítačů elektronky nahrazeny tranzistory (CPU) výhody: menší, levnější, méně hřeje první stroje od společností NCR a RCA IBM 7090 (1960) IBM 7094 (1962) – datové kanály, multiplexor od cca po stovky tisíc tranzistorů jednotlivě pájených na desku obvodu 35

36 Rozdíly IBM 701 a IBM 7094 počet instrukcí: 24 vs. 185 paměť: 2K vs. 32K (36 bitových slov) přístupový čas: 30 vs. 1,4 mikrosekundy relativní rychlost CPU: vzrostla 50 krát 36

37 Třetí generace počítačů jednotlivě pájené diskrétní komponenty (tranzistory, rezistory, odpory) nahrazeny integrovanými obvody SSI (small scale integration): řádově jen desítky komponent na jednom čipu Mooreův zákon (1965): počet prvků umístěných na jednom čipu se každý rok zhruba zdvojnásobuje 37

38 IBM 360 (1964) zřejmě nejvýznamější a nejúspěšnější sálový počítač (mainframe) všech dob 38

39 IBM 360/370 postaven na integrovaných obvodech zásadní změny výstavby –stavebnicová konstrukce –jednotná struktura dat a instrukcí –jednotný způsob připojování periferií –ochrana dat v paměti tato koncepce zůstala dlouho zachována (více méně dodnes (pro mainframy) 39

40 DEC PDP-8 DEC = Digital Equipment Corporation PDP-8 první minipočítač, vešel se na stůl, zatímco mainframe zabíral celou místnost stál $ (mainframe > $ ) komerčně veleúspěšný, za 12 let prodáno přes kusů (různých modelů) pozdější modely jako první využívaly sběrnicovou architekturu (omnibus) 40

41 Generace počítačů 0.relé, jednotky operací za sekundu (Z, Harvard Mark1) – elektronky, elektronková nebo bubnová paměť 1kB, 0.01MIPS (ENIAC, UNIVAC) – tranzistory, ferritová paměť 10kB, 0.1MIPS (IBM 1401, IBM 7070) – SSI, ferritová paměť 1MB, 1MIPS (IBM 360) – MSI, paměť MSI 1MB, 1MIPS (IBM 370) – LSI, paměť 10MB, 10MIPS – VLSI, paměť 100MB, 100MIPS nutno brát s rezervou, co autor to jiné členění 41

42 Vývoj v Čechách První návrh počítače představen v Badatelském ústavu matematickém (1947) Některé části návrhu pokusně realizovány, např. elektronková násobička Založeno oddělení počítacích strojů v Ústředním ústavu matematickém ČSAV Projekt M1 - Fourierova transformace (1952) 42

43 SAPO (1958) 43 generátor impulsů aritmetické jednotky a řadič magnetická bubnová paměť ovládací panel a I/O

44 SAPO reléová technologie, 400 elektronek, 700 relé binární aritmetika v pohyblivé řádové čárce délka slova 32 bitů magnetická bubnová paměť 1024 slov pětiadresové instrukce rychlost práce 5 op/s trojnásobná redundance ALU 15 střadačů, paralelní operace 44

45 EPOS 1 (1963) Předcházely ověřovací práce na projektech E1a a E1b 8000 elektronek, feritová paměť, op/s vnější a vnitřní sdílení času (HW) stavebnicovost spolehlivost (samoopravné kódy) 45

46 Prof. Antonín Svoboda *14. října 1907 v Praze pracoval na vývoji vojenských zaměřovačů pro řízení protiletecké obrany za války odešel nejdříve do Francie a potom do USA - firma ABAX po roce 1946 koncepční práce na projektech SAPO a EPOS (Svobodovy mapy) 1964 odešel opět do USA †18. května


Stáhnout ppt "Principy počítačů Zdroj: Ondřej Čepek 1. Hrubá osnova Historie počítačů Architektura a organizace počítačů Reprezentace dat Procesory Paměti Propojovací."

Podobné prezentace


Reklamy Google