KEE/POE Počítače v elektroenergetice

Prezentace na téma: "KEE/POE Počítače v elektroenergetice"— Transkript prezentace:

1 KEE/POE Počítače v elektroenergetice
Ing. Milan Bělík, Ph.D. Katedra elektroenergetiky a ekologie EK305, tel: 4315

2 Program semestru počítače v energetice
technika počítačů, historie počítačů architektura počítačů hardware, periferie, I/O software E-vlivy modelování procesů, simulace numerické metody výpočtů analýza a zpracování signálů měřicí systémy software LabView

3 1. přednáška: Technika a historie počítačů
Předchůdci počítačů 5000 př.n.l. - Abakus antické Řecko, Řím dřevěná, nebo hliněná destička kamínky „calculli“ na tyčkách nebo ve žlábcích v modifikacích do současnosti - sčot logaritmické tabulky John Napier napierovy kostky – rychlé násobení jednociferným číslem první mechanický počítací stroj Wilhelm Schickard ozubené kolo sčítání a odčítání šesticiferných čísel plovoucí desetinná čárka použit Johannem Keplerem při astronomických výpočtech 2 prototypy - nedochované 1642 – Pascaline Blaire Pascal pouze operace sčítání a odčítání osm číselníků, ovládání jehlou pro otce – výběrčího daní dochováno cca 50 ks 1694 – krokový kalkulátor Gottfried Leibnitz sčítání a odčítání, násobení, dělení, 2. mocnina ozubený válec s kovovými kolíčky (flašinet) objev dvojkové soustavy

4 1820 - Thomasův Arithmometr
Charles Xavier Thomas první sériově vyráběný kalkulátor sčítání, odčítání, násobení, dělení 40. léta 20. stol - použit v projektu Manhattan ( – Hiroshima) mechanické počítací stroje až do 70. let 20. století 1801 – děrný štítek Joseph Marie Jacquard návrhy prvních programovatelných strojů v 19. stol využívány pro vyšívání vzorů tkacími stroji 1899 – 1. masové použití – datové médium - sčítání lidí v USA zpracování ze 7 let na 6 týdnů - Hollerith Herman (zakladatel IBM) děrné štítky až do 80. let 20. století (do současnosti) 80 nebo 90 sloupců pro záznam dat difference engine Charles Babbage projekt stroje na výpočet diferenciálních rovnic mechanické převody, čepy, ozubené válce, hřídele (velikost lokomotivy) desítková soustava analytical engine projekt prvního počítače pohon parním strojem, použití ozubených kol namísto abaku více než padesáti tisíc součástek „sklad“ (paměť), „mlýnice“ (procesor) => rozhodování, opakování (IF, LOOP) 50-ti místná čísla s pevnou desetinnou čárkou problémy s výrobou ozubených kol, nedostatečné financování Augusta Ada (dcera lorda Gordona Byrona) - sestavení seznamu instrukcí 80. léta 20. stol - programovací jazyk ADA 70. léta 19. stol. – logaritmické pravítko výsledek na 3-4 platné číslice (max. 5-6) použito v projektu Apollo ( – Apollo 11)

5 Nultá generace počítačů
1936 – Z1 Konrád Zuse dvojková soustava aritmetika v plovoucí čárce, nezahrnuty podmíněné skoky program na děrné pásce (nosič - kinofilm) elektromechanický s kolíčkovou pamětí na 16 čísel velmi poruchový, pro praktické použití nevhodný Z2 200 relé, mechanická paměť (převzatá ze Z1) Z3 - první prakticky použitelný počítač Konrád Zuse, Helmutem Schreyr 2600 elektromagnetických relé, paměť na 64 čísel po 22b aritmetika v plovoucí čárce rychlost až 50 aritmetických operací za minutu údaje se ručně zadávaly pomocí klávesnice v roce 1944 zničen při leteckém náletu 1943 – Mark I - Automatic Sequence Contolled Calculator (ASSC) Howard Hathaway Aiken projekt financovaný IBM (vznik z Holleritovy Tabulating Machine Company) 15 m dlouhý, pohon - elektromotor 3,7 kW - dlouhá hřídel program na děrné pásce (24 stop, 3 skupiny po osmi: 2 adresy + kód operace) desítková soustava s pevnou čárkou statická paměť – nastavení před výpočtem desetipolohovými přepínači (60 23-místných čísel) dynamická (operační) paměť - elektromechanicky ovládaná kolečka (záznam a čtení 72 čísel) rychlost: součet 0,3 s, násobení 6 s, sinus 1 min

6 Mark II relé (čistě reléové) aritmetika v plovoucí čárce desítkové číslice, které byly dvojkově kódovány pomocí čtyř relé operační paměť na 100 čísel s deseti platnými číslicemi rychlost: sčítání 0,125 s, násobení 0,25 s 1943 – Colossus Anglie prolomení německých šifer 1957 – SAPO (samočinný počítač) – 1. počítač v Československu prof. Svoboda - Výzkumný ústav matematických strojů 7000 relé, 400 elektronek magnetická bubnová paměť na 1024 dvaatřicetibitových slov dvojková soustava pohyblivá řádová čárka pětiadresový (5 adres: 2 operandy, výsledek a adresy skoků) vlastně šlo o tři shodné počítače, které pracovaly paralelně výsledek každé operace z jednotlivých počítačů se mezi sebou porovnal a o výsledku se rozhodovalo hlasováním pokud byl výsledek shodný alespoň ve dvou případech, byl považován za správný pokud se výsledekve všech třech případech lišil, operace se opakovala instalován v budově ústavu na Loretánském náměstí. SAPO shořel (jiskření kontaktů zapálilo olej)

7 První generace počítačů
1944 – Eniac (Electronic Numerical Integrator And Computer) elektronek, kondenzátorů, odporů, 1300 relé desítková soustava , diskrétní režim chlazení dvěma leteckými motory 150 m², 40 tun vlastní samostatná elektrárna 160kW výdrž mezi pochuchami – několik hodin rychlost: 5000 operací za sekundu, 100Hz programování pomocí přepínačů výpočty palebných tabulek pro dělostřelectvo US Army využit k vývoji vodíkové bomby 1945 – MANIAC (Mathematical Analyser Numerical Integrator And Computer) Johnem von Neumanem

8 Druhá generace počítačů
1947 – tranzistor Bell Laboratories: John Bardeen, W. Brattain, W. Shockley (1956 Nobelova cenu za fyziku) zmenšení rozměrů celého počítače zvýšení rychlosti a spolehlivosti snížení energetických nároků počítače 1951 – UNIVAC (Universal Automatic Computer) - prvním sériově vyráběný počítač firma Remington dodán americkému statistickému úřadu pro výpočet při sčítání lidí dávkový režim paměť na 1000 slov o 12 znacích 13 tun, 35 m2 rychlost:1905 operací za sekundu, 2,25MHz USD USD 46 instalací začínají vznikat operační systémy první programovací jazyky: 1949: Short code (John Mauchly) 1957: Fortan 1958: Algol, Cobol 1964: Basic

9 Třetí generace počítačů
1958 – integrovaný obvod Jack Kilbyho - Texas Instruments v jednom čipu více tranzistorů (první integrovaný obvod - čtyři tranzistory) SSI - Small Scale Integration MSI - Middle Scale Integration LSI - Large Scale Integration VLSI - Very Large Scale Integration (někdy také XLSI - Xtra Large Scale Integration) Anita Mark 8 – první PC (personal computer) Norman Kitz USD

10 TTL (Transistor Transistor Logic):
rychlá, ale drahá technologie. Jejím základním stavebním prvkem je bipolární tranzistor. Její nevýhodou je velká spotřeba elektrické energie a z toho vyplývající velké zahřívání se takovýchto obvodů. PMOS (Positive Metal Oxid Semiconductor): technologie používající unipolární tranzistor MOS s pozitivním vodivostním kanálem. Díky tomu, že MOS tranzistory jsou řízeny elektrickým polem a nikoliv elektrickým proudem jako u technologie TTL, redukuje nároky na spotřebu elektrické energie. Jedná se však o pomalou a dnes nepoužívanou technologii. NMOS (Negative Metal Oxid Semiconductor): technologie, která využívá jako základní stavební prvek unipolární tranzistor MOS s negativním vodivostním kanálem. Tato technologie se používala zhruba do začátku 80. let. Jedná se o levnější a efektivnější technologii než TTL a rychlejší než PMOS. CMOS (Complementary Metal Oxid Semiconductor): technologie spojující v jednom návrhu prvky tranzistorů PMOS i NMOS. Tyto obvody mají malou spotřebu a tato technologie je používána pro výrobu velké čáti dnešních moderních integrovaných obvodů. BiCMOS (Bipolar Complementary Metal Oxid Semiconductor): nová technologie spojující na jednom čipu prvky bipolární technologie i technologie CMOS. Používána zejména firmou Intel k výrobě mikroprocesorů.

11 Čtvrtá generace počítačů
1969 – mikroprocesor Texas Instruments CPU – Central Processing Unit Apple 1 Apple Computer 666,66 USD (cena v přepočtu na dnešní dolar 2056 USD.) 1977- Commodore PET 2001 procesor MOS 6502, 4KB RAM zabudovaný kazetový magnetofon pro nahrávání dat 9" monitor 595 USD (dnešní přepočet 1723 USD) Intel 8086 1981 – IBM PC mikroprocesor Intel 8088 první PC s operačním systémem MS-DOS (Microsoft) OSBORNE 1 - první přenosný počítač Osborne Computer procesor Zilog Z-80, 64KB RAM, dvě 5,25" FDD o kapacitě 91 KB pětipalcová černobílá obrazovka 10,4 kg 1795 USD (cena v dnešní hodnotě je 3466 USD) IBM PC - Windows 1.0 1986 – Internet National Science Foundation schvaluje investici do páteřní sítě Internetu Pátá generace zatím hudba budoucnosti stroje s umělou inteligencí