Od počátků až po současnost

Prezentace na téma: "Od počátků až po současnost"— Transkript prezentace:

1 Od počátků až po současnost
Historie počítačů Od počátků až po současnost

2 Obsah Předchůdci (do 30.let 19.století) Nultá generace (1938 - 1944)
První generace ( ) Druhá generace ( ) Třetí generace ( ) Čtvrtá generace (od 1971) Dnešní počítač

3 1. Předchůdci počítačů Pravěcí lidé
jednoduché nástroje pro uchování informací prsty kosti zvířete nástěnné malby

4 1. Předchůdci počítačů Abakus Logaritmické pravítko
Přibližně 3000 let před n.l. Římské číslice Logaritmické pravítko 1614 n.l.

5 1. Předchůdci počítačů Mechanické kalkulátory
Wilhelm Schickard - „počítací hodiny“ Blaise Pascal (obr.) Wilhelm von Leibniz Dříve – Leonardo da Vinchi Ten používal ozubená kolečka určená původně pro hodiny – a proto také bývá nazýván „počítací hodiny“. Stroj sloužil ke sčítání a odčítání šesticiferných čísel a měl být prakticky použit Johannem Keplerem při astronomických výpočtech. 1642 – Pascal vyrobil vlastní mechanickou kalkulačku v roce 1642, kdy mu bylo pouhých devatenáct let. Učinil tak prý kvůli svému otci, který byl výběrčím daní a trávil celé dny úmorným sčítáním dlouhatánských sloupců čísel. Pascal svou kalkulačku o rozměrech přibližně 51x10x7,5 cm zhotovil z kovu. S osmi číselníky se pohybovalo pomocí jakési jehly. Byla schopna pouze sčítat a odčítat, jakékoli další operace nezvládala Pascala následoval německý filozof matematik Gottfried Wilhelm von Leibniz, který v roce 1694 jeho vynález, s pomocí původních poznámek a náčrtků, zdokonalil, takže jeho tzv. krokový kalkulátor umožňoval kromě sčítání a odčítání také násobení, dělení a druhou odmocninu. Leibniz toho dosáhl, když nahradil původní jednoduché ploché ozubené kolo, které bylo srdcem celého mechanismu, ozubeným válcem. Tento válec, na kterém byly umístěny kovové kolíčky v podstatě stejným způsobem jako např. u flašinetu, reprezentoval jakýsi pevný program, který se měnil s výměnou tohoto válce. Tento systém nebyl překonán téměř do druhé poloviny 19. století.

6 1. Předchůdci počítačů Děrné štítky
1801 – Joseph Marie Jacquard – tkalcovský stav Charles Babbage – Analytický stroj Hollerith Herman – použití děrného štítku k uložení dat Roku 1801 vymyslel francouzský vynálezce Joseph Marie Jacquard tkalcovský stav, kde bylo možné změnit výsledný vzorek látky výměnou děrného štítku. Pouhá změna štítků tak způsobila to, co by jinak bylo možné udělat jen přestavbou stroje. Tato technologie o něco později umožnila návrhy prvních programovatelných strojů. Například v roce 1833 po této technologii sáhl Charles Babbage, když se od vývoje svého „difference engine“ přesunul k lepšímu návrhu „analytical engine“. Ten měl již být programovatelný a jeho programování mělo být zajištěno pomocí děrných štítků. Tento počítač měl být poháněn parním strojem. Významným pokrokem mělo být použití ozubených kol namísto abaku. I když jeho plány byly patrně správné (nebo alespoň doladitelné), celý projekt skončil neúspěšně, když byl nejprve zpomalen hádkami s řemeslníkem vyrábějícím ozubená kola a později zcela zastaven kvůli nedostatečnému financování. Nejbližším matematikovým spolupracovníkem přitom byla kupodivu žena, v té době věc naprosto nevídaná a málem nepředstavitelná. Byla jí dcera anglického básníka lorda Gordona Byrona Augusta Ada, kněžna z Lovelace. Pomáhala Babbageovi s kontrolou a přepracováním plánů analytického stroje a správou finančních prostředků poskytnutých britskou vládou. Plnila také poslání jakéhosi tiskového mluvčího a snažila se veřejnosti přiblížit možnosti a význam Babbageova stroje. Díky svým mimořádným znalostem konstrukce a funkcí stroje pro něj také mohla sestavit seznamy instrukcí, čímž se de facto stala první ženou - programátorkou. Na počest táto výjimečné ženy pojmenovalo americké Ministerstvo obrany nový programovací jazyk ADA. Hollerith [Holeris] Herman, 1860 – 1929 byl první, kdo použil děrný štítek ne pro program, nýbrž jako nosič dat. V roce 1890 vypsala americká vláda konkurz na zpracování výsledků sčítání lidu. To předchozí totiž trvalo plných 7 let. Soutěž vyhrál právě Herman Hollerith se svým děrnoštítkovým počítacím strojem, který mimořádně zrychlil a zpřesnil zpracování výsledků sčítání. Děrný štítek obsahoval znaky ve formě kombinace dírek, umožňoval data uchovat pro pozdější použití a určil charakter zpracování dat na téměř dalších 100 let. Hollerith byl zdatný nejen technicky, ale i obchodně. Založil firmu, která se později stala základem úspěšné počítačové firmy IBM. Dodnes existují počítače, které technologii děrných štítků používají. Ještě v 80. letech 20. století bylo běžné, že studenti technicky zaměřených oborů vysokých škol posílali své programátorské pokusy do výpočetních středisek ve formě štosu děrných štítků, z nichž každý obsahoval řádku programu, a pak čekali, až bude program zkompilován a spuštěn, a oni získají buď požadované výsledky, nebo chybové hlášení. Pokud práce programu skončila chybou, nezbývalo jim nic jiného, než chyby opravit, připravit novou sadu štítků a tu opět odeslat do výpočetního střediska.

7 2. Počítače 0. generace Pouze několik počítačů na světě
Vyráběny na míru podle svého účelu – většinou vojenského Opravdu veliké rozměry Vlastní program zakódovaný v konkrétním strojovém kódu Hlavní paměť – do 1kB Vstup/výstup – děrné štítky Rychlost: stovky znaků/s vstup, desítky znaků/s výstup Součástky – elektromagnetické relé 4. Neexistoval žádný software alespoň minimálně sjednocený, ale každý jednotlivý počítač měl svůj vlastní program zakódovaný v konkrétním strojovém kódu, který byl uložen převážně na přenosných médiích.

8 2. Počítače 0. generace Z1 Mark I Colossus
1938 – Konrad Zuse (Německo) – první elektromechanický počítač Mark I Howard Aiken (USA - Harward) - první široce známý programovatelný elektromechanický počítač 16m dlouhý, vážil 5t, obsahoval na 3/4 miliónu součástek a něco málo přes 800km drátových spojů Pomalý – 3-5 sekund na jednu početní operaci Colossus 12/1943 (USA) – dešifrovací stroj Vstup fantastických 5000 znaků/s Z1 – velmi nepřesný a prakticky nepoužitelný Mark I dovedl sečíst dvě čísla za 0,3 s, vynásobit je za 6 s a vypočítat např. hodnotu sinus daného úhlu během jedné minuty. Nejspíše použit i k výpočtu první atomové bomby

9 Z1 – velmi nepřesný a prakticky nepoužitelný
2007 Jakub Drudík Z1 – velmi nepřesný a prakticky nepoužitelný Mark I dovedl sečíst dvě čísla za 0,3 s, vynásobit je za 6 s a vypočítat např. hodnotu sinus daného úhlu během jedné minuty.

10 3. Počítače I. generace 1908 - Lee De Forest - objev elektronky
Žádný software Děrné štítky, magnetické pásky a různé variace Veliké rozměry Součástky – elektronky

11 3. Počítače I. generace ENIAC EDVAC 1944 – Pensylvánie (USA)
150 m2 plocha, vážil 40t Chlazen 2 leteckými motory Spotřeba 160kW 5000 operací/s EDVAC 1951 – John von Neumann (USA-Maďarsko) „von Neumannova architektura“ – základ pro dnešní PC ENIAC - V roce 1944 byl na univerzitě v Pensylvánii uveden do provozu první elektronkový počítač ENIAC. Z dnešního hlediska to bylo příšerné monstrum s nulovým výpočetním výkonem elektronek, kondenzátorů, 7000 odporů (rezistorů), 1300 relé, byl chlazen dvěma leteckými motory, zabíral plochu asi 150 m² a vážil asi 40 tun. Byl opravdu velmi pomalý. Vědci předpovídali, že vydrží sotva pár minut, neboť při tak obrovském počtu součástek hrozilo, že se každou chvíli něco přepálí. Ve skutečnosti vydržel v provozu až několik hodin, pak se musel opravit a mohlo se opět "počítat MANIAC (Mathematical Analyser Numerical Integrator And Computer).

12 4. Počítače II. generace 1948 - John Barden – objev tranzistoru
Malá velikost, větší rychlost a spolehlivost, menší energetické nároky Magnetické disky 1954 – Fortran – 1. programovací jazyk Součástky - tranzistory 1. Díky vlastnostem tranzistoru - zmenšení rozměrů celého počítače, zvýšení jeho rychlosti a spolehlivosti a snížení energetických nároků počítače 2. soustavy magnetických disků. Skládaly se z několika od sebe oddělených talířových disků (maximální počet byl deset). Tyto "talíře" byly na sebe poskládány a sešroubovány tak, aby mezi nimi zůstaly pevné a přesně odměřené mezery, ve kterých se pohybovaly "hřebenové" zuby se zapisovacími a čtecími hlavami. Horní i spodní plocha každého disku (zpravidla s výjimkou vnějších stran nejhořejšího a nejspodnějšího disku) měly své vlastní hlavy. Výhodou disků oproti páskám byl především náhodný přístup k datům (random access). To znamená, že kteroukoli informaci bylo možno najít během velice krátkého časového intervalu - několika milisekund místo několika minut, jako tomu bylo u magnetické pásky. Hlavy se musely dostat co nejblíže k povrchu disku, ale nesměly se ho v žádném případě dotknout - to by mělo za následek zničení hlavy i celé sestavy. Kvůli tomu i kvůli nebezpečí zanesení hlav nečistotami ze vzduchu byly tyto paměťové magnetické disky umístěny v klimatizovaných místnostech - výpadek klimatizace byl stejně obávaný jako výpadek celého počítače. Kapacita disků nebyla v porovnání s jejich rozměry nijak oslnivá - sada disků o rozměrech solidní ledničky měla kapacitu necelých 70 MB.

13 4. Počítače II. generace TRADIC 1955 - J. H. Felker (USA)
firma Bell laboratories první počítač, který byl osazen tranzistory ENIAC - V roce 1944 byl na univerzitě v Pensylvánii uveden do provozu první elektronkový počítač ENIAC. Z dnešního hlediska to bylo příšerné monstrum s nulovým výpočetním výkonem elektronek, kondenzátorů, 7000 odporů (rezistorů), 1300 relé, byl chlazen dvěma leteckými motory, zabíral plochu asi 150 m² a vážil asi 40 tun. Byl opravdu velmi pomalý. Vědci předpovídali, že vydrží sotva pár minut, neboť při tak obrovském počtu součástek hrozilo, že se každou chvíli něco přepálí. Ve skutečnosti vydržel v provozu až několik hodin, pak se musel opravit a mohlo se opět "počítat MANIAC (Mathematical Analyser Numerical Integrator And Computer).

14 5. Počítače III. generace Jack St. Clair Kilby / Robert Noyce – Integrovaný obvod Hlavní externí paměť – paměťové disky Použití obrazovek a LED diod Nové oblasti použití – doprava, volby, předpovědi 1964 – Gordon Moore – Mooreův zákon: „Kapacita integrovaných obvodů se každých 12 až 18 měsíců zdvojnásobí.“ 1. Kilbyho ochranné právo však bylo zpochybněno, neboť mezitím vynalezl Američan Robert Noyce, pracující pro společnost Fairchild Semiconductor, postup, jak navzájem spojovat stavební prvky čipu ještě mnohem jednodušším způsobem - technikou tzv. planární difůze. Noyce vyvinul všechny základní prvky technologie hromadné výroby čipů. Vyvinul fotomasku a fotolitografii, pasivaci polovodičových povrchů, napařování kovových odporů a kovových spojovacích kontaktů. 1.-3. Ačkoli byly tranzistory oproti elektronkám fantastickým skokem vpřed, stále při provozu vydávaly velké množství tepla, které často poškozovalo citlivé součástky uvnitř počítače. Nikdo z vědců proto neusnul na vavřínech a všichni dál pilně bádali a vynalézali. Výsledkem byl vynález integrovaného obvodu (IO). Použitím IO se rychlost počítačů opět zvýšila. Také rozměry se změnily - ovšem opačným směrem - již se objevují modely relativně malých osobních počítačů. Samozřejmě se nevyvíjely pouze IO, ale i ostatní součásti počítače doznaly změn. Úplně se upouští od používaní děrných štítků a postupně i od magnetických bubnů a jader. Jako hlavní externí paměť teď tedy slouží paměťové disky (samozřejmě, že ještě najdeme počítače, u kterých tomu tak není). Používáním LED diod a obrazovek se zlepšuje i výstup dat z počítače. 4. V roce 1965 veřejnost vzala na vědomí, že elektronická výpočetní zařízení znamenala nové oblasti pro použití počítačů. V Berlíně byl do provozu uveden první evropský dopravní počítač k řízení dopravy. A u příležitosti voleb do Spolkového sněmu stanovil počítač před sčítáním hlasů prognózu výsledků. Počítače byly též nasazeny při konečném sčítání hlasů. V dopravě pak sloužily tomu, aby se ve vnitroměstském provozu užilo pokud možno co nejlépe kapacity ulic k optimalizaci dopravního toku a k minimalizaci možnosti vzniku zácpy. Prostřednictvím indukčních kluzných kontaktů, které jsou zabudovány v povrchu vozovek, získávají počítače např. údaje o tom, zda a z které strany se vozidla blíží ke světelné signalizaci na křižovatce. Podle jízdy vozidel pak počítač zapíná a vypíná světelné fáze semaforu. Počítače mohou také od policie získat údaje o dopravě, k nimž je nutno přihlížet, např při sladění světelné signalizace s dopravou do zaměstnání a ze zaměstnání. Ve volbách pracují počítače podle statistických základů demoskopie, užívají se k zobecňování předběžných výsledků shromážděných na základě údajů reprezentativních skupin voličů.

15 6. Počítače IV. generace 1971 – výroba prvních programovatelných mikroprocesorů Mikroprocesor = integrovaný obvod s tisíci a více tranzistory 1972 – první počítačová hra 1979 – první CD – Sony a Philips 1983 – první disketa mikroprocesor je integrovaný obvod buď typu LSI , či VLSI, což znamená že v sobě spojuje funkce až tranzistorů. V počítači plní funkci centrální jednotky (CPU - Central Processing Unit).

16 6. Počítače IV. generace Intel 4004 Intel 80386DX 1971
2300 tranzistorů Frekvence 740 KHz Ve vesmírných lodích Později i v kalkulačkách, mikrovlnkách atd. Podle dnešních měřítek byl Intel 4004 velice primitivní - obsahoval pouhých tranzistorů, jeho taktovací kmitočet byl 740 kHz a prováděl asi 60 tisíc výpočtů za sekundu. Hlavní význam Intelu 4004 spočívá v tom, že byl schopen přijímat instrukce a provádět na základě dat jednoduché operace. Zatímco předtím musel být každý čip ke svému specifickému poslání již vyroben, teď mohl být vyroben a později k příslušnému účelu naprogramován pouze jediný typ mikroprocesoru. To ovšem samozřejmě znamenalo bouřlivou invazi mikroprocesorů do všedního života ohromného množství lidí. Náhle se "mikroprocesorovými střevy" chlubily mikrovlnné trouby, televize i automobily s elektronickým vstřikováním paliva. Intel 80386DX 1985 tranzistorů Frekvence 16 MHz

17 6. Počítače IV. generace Intel Pentium Pro AMD Athlon 1000MHz 1995
tranzistorů Frekvence 150 MHz – 200 MHz AMD Athlon 1000MHz Březen 2000 První sériově vyráběný procesor, který pokořil hranici frekvence 1GHz tranzistorů

18 6. Počítače IV. generace Intel Pentium D Duben 2005
První sériově vyráběný dvoujádrový procesor tranzistorů Frekvence 2.8 GHz – 3.2 GHz Není dvoujádrový procesor jako takový, ale pouze slepená a spojená dvě jádra k sobě

19 Mooreův zákon core 2 duo dosahuje bilion operací za sekundu

20 Historie počítačů Děkuji za pozornost 