Historie výpočetní techniky

1. Historie výpočetní techniky V textu je využito informací encyklopedie Wikipedia a Ottova naučného slovníku Sestavila Ing. Radmila Mrázková, Masarykovo gymnázium, Příbor

2. Mechanické početní pomůcky • AbakusVznikl přibližně před 5000 lety. Používal se ve starém Řecku a Římě. Byla to dřevěná, nebo hliněná destička, do nichž se vkládaly kamínky - "calculli" - odtud název kalkulačka. Je to obdoba počítadla • Logaritmické tabulkyPočátek 17. stol jsou v Anglii sestaveny první logaritmické tabulky, po nichž následovalo i první logaritmické pravítko, autorem je Lord Napier • Ozubená kolaObjevují se i první počítací stroje, pracují na principu ozubených kol, které se nám v pozměněné podobě zachovaly dodnes - mechanické kalkulačky a staré pokladny.

3. Zárodky koncepce počítače Charles Babbage (26. prosince1791 – 18. října1871) byl britskýmatematik, filozof a informatik ante litteram, který jako první přišel s nápadem sestrojit programovatelný počítač. V roce 1991 byl podle Babbageových původních nákresů postaven funkční Difference Engine. Byl stavěn s ohledem na postupy známé v 19. století, což ukazuje, že mohl být skutěčne dokončen už za Babbageova života. • Jeho velmi významnou spolupracovnicí a přítelkyní byla Ada, Lady Lovelace, dcera básníka George Gordona Byrona, která je dnes mj. považována za první programátorku a autorku myšlenky podmíněného skoku. • Kromě svých strojů vyučoval matematiku na Cambridge a zabýval se kryptografií – zlomil Vigenèrovu šifru, přesněji tu složitější z těch co se tak nazývali. Jednalo se o polyalfabetickou šifru s klíčem prodlužovaným zprávou. • John von NeumannV čtyřicátých letech 20. století vypracoval vědec John von Neumann novou koncepci počítače tzv. Neumannovo schéma. Počítač se podle něj skládá z několika základních funkčních částí. Program se ukládá do paměti a vykonává se postupně tak, jak byl uložen. Mimo jiné Neumann v počátcích prosadil dvojkovou soustavu

4. Počítače se rozdělují do tzv. generací, kde každá generace je charakteristická svou konfigurací, rychlostí počítače a základním stavebním prvkem. Generace počítačů

5. 0. generace - prototypy • Historie vývoje samočinných počítačů se začíná odvíjet počátekem 40. let 20. století. V roce 1941 konstruuje v Německu Konrad Zuse malý reléový samočinný počítač Zuse Z4. Nedaří se mu však vzbudit pozornost armády, proto tento počítač upadá v zapomnění a je později při jednom z náletů zničen. • Rovněž ve Spojených státech se pracovalo na takovémto zařízení. V roce 1943 uvedl Howard Aiken z harwardské univerzity do provozu svůj reléový počítač Mark 1 sestrojený za podpory firmy IBM. Tento počítač byl pravděpodobně použit k výpočtům první atomové bomby.

6. 1. generace • První generace počítačů přichází s objevem elektronky, jejímž vynálezcem byl Lee De Forest a která dovoluje odstranění pomalých a nespolehlivých mechanických relé. Tyto počítače jsou vybudovány prakticky podle von Neumannova schématu a je pro ně charakteristický diskrétní režim práce. Při tomto zpracování je do paměti počítače zaveden vždy jeden program a data, s kterými pracuje. Poté je spuštěn výpočet, v jehož průběhu již není možné s počítačem interaktivně komunikovat. Po skončení výpočtu musí operátor do počítače zavést další program a jeho data. Diskrétní režim práce se v budoucnu ukazuje jako nevhodný, protože velmi plýtvá strojovým časem. Důvodem tohoto jevu je "pomalý" operátor, který zavádí do počítače zpracovávané programy a data. V tomto okamžiku počítač nepracuje a čeká na operátora. • V této době neexistují vyšší programovací jazyky, z čehož vyplývá vysoká náročnost při vytváření nových programů. Neexistují ani operační systémy.

7. 1. generace počítačů • Univac • V roce 1944 byl na univerzitě v Pensylvánii uveden do provozu první elektronkový počítač ENIAC (z angl. Electronic Numerical Integrator And Computer). Eniac byl obrovské monstrum, jeho rozměry byl asi takovéto: 18 000 elektronek, 10 000 kondenzátorů, 7000 odporů, 1300 relé), byl chlazen dvěma leteckými motory, zabíral plochu asi 150m2 a vážil okolo 40 tun. Byl neskutečně pomalý. • O rok později v roce 1945 sestavil a uvedl do provozu John von Neumann do provozu počítač MANIAC (z angl. Mathematical Analyser Numerical Iintegrator And Computer). Tento počítač byl mimo jiné použit k vývoji vodíkové bomby. První sériovým počítačem byl v roce 1951 elektronkový Univac firmy Remington.

8. 2. generace • Druhá generace počítačů nastupuje s tranzistorem, jehož objevitelem byl John Barden a který dovolil díky svým vlastnostem zmenšení rozměrů celého počítače, zvýšení jeho rychlosti a spolehlivosti a snížení energetických nároků počítače. Pro tuto generaci je charakteristický dávkový režim práce. Při dávkovém režimu práce je snaha nahradit pomalého operátora tím, že jednotlivé programy a data, která se budou zpracovávat, jsou umístěna do tzv. dávky a celá tato dávka je dána počítači na zpracování. Počítač po skončení jednoho programu okamžitě z dávky zavádí program další a pokračuje v práci. • V této generaci počítačů také začínají vznikat operační systémy a první programovací jazyky, jako jsou COBOL a FORTRAN.

9. 3. generace • Počítače třetí a vyšších generací jsou vybudovány na integrovaných obvodech, které na svých čipech integrují velké množství tranzistorů. U této generace se začíná objevovat paralelní zpracování více programů, které má opět za úkol zvýšit využití strojového času počítače. Je totiž charakteristické, že jeden program při své práci buď intenzivně využívá CPU (provádí složitý výpočet), nebo např. spíše využívá V/V zařízení (zavádí data do operační paměti, popř. provádí tisk výstupních dat). Takové programy pak mohou pracovat na počítači společně, čímž se lépe využije kapacit počítače. • S postupným vývojem integrovaných obvodů se neustále zvyšuje stupeň integrace (počet integrovaných členů na čipu integrovaného obvodu). Podle počtu takto integrovaných součástek je možné rozlišit stupně integrace.

10. 3. generace - podrobnosti 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 Positive Metal Oxid Semiconductor): nová technologie spojující na jednom čipu prvky bipolární technologie i technologie CMOS. Používána zejména firmou Intel k výrobě mikroprocesorů

11. 4. generace • Počítače s procesorem 8008 byly spíše takové řídké samodělky. Roku 1973 potom Intel poslal do světa procesor 8080 schopný adresovat až 64 KB paměti a výkonem desetkrát překonávající procesor 8008. Za první osobní počítač bývá tedy označován Altair od MITS z roku 1975. To byla stavebnice počítače který pro optický výstup používal kontrolky. Dalšími znaky tohoto stroje byly: 256 bajtů paměti, sloty pro rozšiřování, cenová dostupnost (395$), operační systém CP/M a programovací jazyk Microsoft BASIC.IBM to v té době zkoušela s hotovými stroji (IBM5100, IBM5110, IBM5120), ale díky vysokým cenám se nijak zvláště neprosadila. Firma tedy napnula své síly na zvrácení tohoto stavu. Dala se do vývoje nového stroje. A potom to přišlo. • IBM PC (Personal computer), nebo též IBM5150, vyrazilo do světa roku 1981 s procesorem 8088 firmy Intel vnitřně šestnáctibitovým, ale s okolím komunikujícím po osmibitové sběrnici, schopným adresovat až 1MB paměti, taktovaným na 4,77MHz . PC se objevovalo s kazetou, nebo disketou (160KB) a 16 až 64 KB RAM. Mělo pět rozšiřovacích slotů a grafický adaptér byl typu MDA. MDA byl alfanumerický monochromatický adaptér, umožňující zobrazení 25 řádek po 80znacích. Pro znak je přitom k dispozici matice 9x14bodů.PC XT (eXtended technology) roku 1983 přidal pevný disk (10-40 MB) kapacita disket vzrostla na 360KB a i paměti bylo přidáno. Potřeba grafického a barevného zobrazení vedla k vývoji grafického adaptéru CGA (Color graphics adaptor). Ten měl dva módy: 320x200 a 640x200 a počet barev maximálně 16. Monitor byl s MDA nekompatibilní. Matice znaku 8x8 bodů je v porovnání s MDA opravdu smutná. S těmi barvami to bylo dost nahnuté a o rozlišení se radši zmiňovat nebudu. Takže alespoň já jsem v té době fandil adaptéru firmy Hecules-MHGC (Monochrome Hercules graphics adapter) s vlastnostmi MDA a navíc schopností grafického zobrazení v matici 720x350 bodů. Měl jsem k němu krásný zelený monitor a měl jsem ho rád(monitory pro MDA s Herculesem spolupracovaly).

12. 4. generace • Rok 1982 přinesl procesor 80286 (jeho adresová sběrnice je dvacetičtyřbitová, což umožňuje adresovat 16 MB paměti), který se stal roku 1984 srdcem PC AT (Advanced Technology) s disketami 1,2 MB a podporou pevných disků v BIOSu na základní desce. Krátce po té, roku 1986, IBM vypustila grafický adaptér EGA (Enhanced graphics adapter) umožňující zobrazit 25, nebo 43 řádků po 80 znacích. Grafiku potom v rozlišení 640x350bodů. Paleta barev měla 64 barev, z nichž současně zobrazitelných bylo 16. Tenhle adaptér měl už 256 KB paměti,což mělo dobrý vliv na rychlost. Jeho zdokonalením byl Super EGA, rozšiřující grafické rozlišení na 640x480bodů a následně MCGA přidávající schopnost zobrazit současně až 256 z palety 262144 barev. To už bylo slušné.Procesor Intel 80286 byl za dlouhé čtyři roky, tedy roku 1988 následován procesorem 80386 (plně dvaatřicetibitový procesor-vnitřní i vnější datová i adresová sběrnice-možnost adresovat až 4 GB paměti) Ten už mohl být dodáván s grafickým adaptérem VGA (Video graphics array) který se objevil rok před ním. Při tomto svém uvedení nabízel obdobné vlastnosti jako MCGA. V textové režimu, však používal pro znak matici 9x16 bodů, což dává hezké výsledky. Následovalo jej VGA+ a Super VGA s 800x600 a 1024x748 body v grafickém režimu. Hloubka barev byla závislá na velikosti paměti a nastaveném rozlišení. Maximálně však 1024x748 bodů/256 barev, což vyžadovalo 1MB paměti.Následoval roku 1990 procesor 80486 (spojení procesoru 80386, koprocesoru 80387 a 8 KB cache). A také, hlavně díky postupnému přechodu na graficky orientovaná uživatelská rozhraní OS, stále se více prosazující grafické akcelerátory. Po různých vylepšeních (DX2,DX4) a pohoršeních (SX) i486 přišel do AT první procesor s vlastním jménem. To bylo roku 1993 a jmenoval se Pentium (šedesátičtyřbitová datová sběrnice, rozdělení cache na instrukční a datovou, z nichž každá měla 8 KB, schopnost zpracovávat instrukce po dvojicích) Začínal na frekvencích 60 Mhz a 66 MHz.Měli jsme relativně výkonný procesor, s možností adresovat kupu paměti, grafický akcelerátor, disky pěkně ztloustly a CD bylo na světě. PC se pomalu stávalo připraveným na nástup multimédií (specifikace datového CD byla sice oznámena již roku 1982, ale opravdový nástup byl hodně zpožděn).No a dál už to není zase taková historie.

13. 5. generace • … bude v režii umělé inteligence, schopní režiséři se hledají již mnoho let