historie a vývoj do současnosti PC - Hardware historie a vývoj do současnosti

Tranzistory a co jim předcházelo Historie tranzistorů začíná již s dramatickými objevy v letech 1800 1900 (Edison, Faraday, Hertz …) předchůdce tranzistoru – vakuová trubice – původně sloužila pro zesílení rádiového signálu (radiopřijímače) http://www.lucent.com/ (kompletní historie objevu tranzistoru – Bell Labs – Bellovy laboratoře)

Tranzistory – a co jim předcházelo Vakuové trubice – 1874 Braun objevil, že krystaly mohou vést jednosměrně proud – to se nazývá rektifikace – usměrňování proudu tento objev se nejprve uplatnil v přijímačích rádiových signálů – problém byl, že takto zachycený signál byl slabý => nutnost zesílení krystal (jako rektifikant) byl schopen oddělit nosnou vlnu od části signálu nesoucí vlastní informaci

Tranzistory – a co jim předcházelo bylo nutné provést amplifikaci (zesílení) radiového signálu (signál je oslaben vzdáleností, překážkami atd…) dříve u přijímačů museli sedět lidé se sluchátky, protože signál byl špatně slyšet Fleming připojil skleněnou kouli se dvěma elektrodami k rádiovému přijímači => vakuová trubice

Tranzistory – a co jim předcházelo za využití Edisonova efektu se ve vakuové trubici elektrony proudí od negativně nabité katody do pozitivně nabité anody – při tomto procesu se oscilace příchozího signálu usměrňuje do detekovatelného přímého proudu

Tranzistory – a co jim předcházelo vakuové trubice sloužily nejenom pro zesílení signálu v rádiích, prvních televizích atd. ale i v prvních počítačích – Eniac tyto první počítače byly složeny z tisíců vakuových trubic a zabíraly několik místností

Tranzistory - historie výzkumy Bellových laboratoří (1925) byly založeny na „zvláštních“ vlastnostech krystalů – tyto materiály se staly známé pod názvem polovodiče (semikonduktory)

Tranzistory - historie v roce 1945 začal Bell lab zkoumat vlastnosti křemíku jako polovodiče nakonec se povedlo 3 vědcům (fyzikům) dovést experiment do zdárného konce – při experimentu s germaniem se krystal ke kterému připojili dva vodiče začal chovat jako amplifikátor (zesilovač signálu)

Tranzistory - historie za určitých podmínek tranzistor funguje jako vodič, za jiných jako izolátor toto je základ využití tranzistorů – jejich schopnost „migrovat“ mezi těmito dvěma stavy, což v důsledku umožňuje dvě základní funkce : zesilování signálu (rádia) přepínání (počítače – 0,1 …)

Tranzistory - historie princip fungování kladná voltáž aplikovaná na bázi (B) způsobí že tranzistor je průchozí proudem záporná voltáž aplikovaná na bázi způsobí že tranz. je proudem neprůchozí

Tranzistory - využití dnes prakticky v jakémkoli elektronickém, elektrotechnickém zařízení (mobilní telefony, počítače, kopírky a tisíce dalších ..) umožnily nám objevování vesmíru …

Tranzistory – inovace počítačů 1954 IBM oznámila, že vyvinula první počítač složený z tranzistorů (obsahoval jich 2000) a zároveň ve stejném roce začala masová distribuce tranzistorů (jako součástky prodávané s rádii – „tranzistoráky“) rock ‘n roll  1959 přišel další velký průlom – podařilo se poskládat tranzistory do integrovaného obvodu na křemíkové destičce – „waffer“, kde

Tranzistory - inovace tranzistory – když jsou vzájemně propojeny vodiči - hovoříme již potom ne o tranzistorech, ale o čipech !!! pozn.: současný počítač je složen z desítek různých čipů – nejznámější je „procesor“

Tranzistory - inovace nyní obsahují čipy desítky milionů tranzistoru – např. nejnovější GPU grafických karet od nVidia nebo ATI obsahují již přes 100 milionů tranzistorů (srovnejme si oproti prvnímu počítači od IBM, který měl 2000 tranzistorů dohromady ….)

Tranzistory - současnost v r. 2001 se týmu vědců z Bell Labs podařilo sestrojit tranzistor sestávající se z jedné molekuly, základem jsou aromatické thioly nanotranzistor měří jednu miliardtinu metru

HW části PC (pojmy) bit – b - 1 elektrický puls – je to nejmenší informace se kterou počítač pracuje tok 8 bitů v řadě – 1 byte (bajt) - B byte (B) – množství prostoru paměti potřebné pro uložení 1 znaku (znak = 8 bitů – ASCII kód) a je to zároveň nejmenší možný prostor který může procesor v paměti RAM adresovat

Pracovní schéma počítače Von Neumannovo schéma počítače data – adresová sběrnice ROM RAM CPU I/O zařízení I/O zařízení systémová sběrnice HDD motherboard – základní deska

CPU (centrall processing unit) Nejsložitější čip v počítači (dnes to už ale dotahují GPU) Výkon počítačové sestavy závisí do velké míry na něm, proto je to jedna z nejsledovanějších veličin při koupi počítače právě takt procesoru (Hz) Moorův zákon: výkon procesorů se každé dva roky zdvojnásobí (zatím to firmy stíhají dodržovat  )

CPU velikost tranzistorů ze kterých vyrábí čipy firma INTEL

CPU ukázka testovací laboratoře ve výrobní fabrice

CPU dva nejvýznamnější výrobci procesorů pro PC platformu dneška : AMD, INTEL pro serverové platformy kromě AMD a INTEL ještě IBM, HP

CPU spotřeba el. energie (dnešní žrouti  ) např. Intel Pentium IV. s jádrem Prescott (90nm) 3,4GHz si spotřebuje až 115W AMD Athlon XP 3200+ (2,2 GHz) 77W

CPU Každé zmenšení tranzistorů => velký technologický skok, protože potom se vždy očekává navýšení frekvence, tedy i výkonu výkon = počet vykonaných instrukcí za takt (1 vt.) * frekvence procesoru takt (hrubá síla procesoru) architektura ( i na ní závisí počet vykonaných instrukcí)

CPU - výkon hrubá výpočetní síla procesoru: taktovací frekvence architektura procesoru: počet výpočetních „kanálů“- dnes většinou 4 až 8 kanálů na zpracování instrukcí šířka slova šířka přenosu dat

CPU - výkon počet výpočetních „kanálů“- dnes většinou 4 až 8 kanálů na zpracování instrukcí načtení instrukce (z RAM, nebo CACHE) dekódování instrukce (např. přesunout – move – co a kam) provedení instrukce (přesunutí ….) zápis výsledků (registry – interní pracovní oblast procesoru – L1 CACHE) šířka slova – je největší číslo, které je procesor schopen zpracovat během 1 operace (dnes 32 nebo 64 bitů)

CPU - výkon šířka přenosu dat – jde o komunikaci mezi CPU a RAM, což významně ovlivňuje výkon procesoru – dnes také 32 nebo 64 bitů – záleží na platformě

Sběrnice (bus) zařízení sloužící k propojení a komunikaci všech jednotlivých komponent v počítači mezi sebou

Sběrnice (bus) např. : v PC v r. 1981 bylo 62 vodičů data-adresové sběrnice vyvedené do slotů pro přídavné desky a do slotu pro CPU a z nich bylo 8 datových a 20 na adresaci paměti => tzn. čip 8088 mohl adresovat jen 1024kB paměti (220 bajtů), což bylo potom i omezení operačního systém MS DOS pro adresaci paměti

Sběrnice (bus) - typy ISA – totéž co PCI, ovšem ve starším provedení a s nižším výkonem ( 16b šířka toku dat, 8MHz komunikační frekvence) PCI (Peripheral Component Interconnect) – označení sběrnice určené nejen pro grafické karty, ale pro ostatní moduly počítače (TV tunery, zvukové karty atd.), (32b, 33MHz nebo 64b, 66MHz) AGP (Accelerated Graphics Port) – grafický port, používá se jen pro grafické karty (64b, 133MHz) PCIe – zkrácené označení pro sběrnici PCI Express (nejnovější technologie, která přichází do výroby (stejně tak i PEG) (32b, 2,5GHz) PEG – označení slotu pro grafickou kartu na sběrnici PCI Express

Sběrnice (bus) nejnovější typ je tedy PCI Express na obrázku schéma počítače s využitím PCI Express sběrnice