PV109: Historie a vývojové trendy ve VT Generace počítačů Luděk Matýska a Eva Hladká Fakulta informatiky Masarykovy univerzity podzim 2015 Luděk Matýska a Eva Hladká (Fl MU) PV109: Historie a vývojové trendy ve VT podzim 2015 1/34 0. generace (40. léta 20. století) • elektromechanické spínací prvky • Zl - Z4, Mark I., apod. 1. generace (od 2. pol. 40. let) Elektronky • Colossus, ENIAC, UNIVAC 2. generace (od poloviny 50. let) Tranzistory a diody • PDP-1 3. generace (od 2. pol. 60. let) • Mainframy - IBM System/360 4. generace (od 70. let) • LSI (Large Scale Integration) a VLSI (Very LSI) = mikroprocesory • Apple I., IBM/PC, ZX Spectrum Luděk Matýska a Eva Hladká (Fl MU) PV109: Historie a vývojové trendy ve VT podzim 2015 2 / 34 • Dle historických etap O Každý exemplář je unikát O Každý typ počítače je unikát O Rodiny počítačů s kompatibilním strojovým kódem a SW • Dle převládajícího software 1. generace programování ve strojovém kódu nebo v jednoduchých strojově závislých jazycích 2. generace vyšší programovací jazyky (Algol 60, Fortran, Cobol) 3. generace operační systémy a modernější programovací jazyky 4. generace OS a jazyky přizpůsobené uživatelům 5. generace (spíše předpověď) prvky umělé inteligence, ovládání v přirozeném jazyce Luděk Matýska a Eva Hladká (Fl MU) PV109: Historie a vývojové trendy ve VT podzim 2015 3 / 34 q Základní stavební prvky: elektronky, relé, klopne bistabilní obvody. • Programovaní ve strojovém kódu, děrné štítky. • Ukladaní dat pomocí elektronek, rtuťového zpožďovacího vedení, katodových trubic, magnetických bubnů, ... • Vysoký příkon, velké rozměry a hmotnost. • Nízká spolehlivost vs. vysoké provozní náklady. • Průběžné vylepšování po dobu několika let (vstupní/výstupní zařízení, typy a kaoacita oamětíY Luděk Matýska a Eva Hladká (Fl MU) PV109: Historie a vývojové trendy ve VT Elektronky z počítačů IBM Zdroj: http://computermuseum.li Zpožďovací linka zdroj: http://root.cz podzim 2015 o eumann • Maďarský matematik židovského původu (původním jménem Jánoš Lajos Neumann) • Vedle informatiky přispěl významně i v oblasti fyziky, matematiky či ekonomie. a Spolu s A. Einsteinem založili Institut for Advanced Study y Princetonu. • Patří mezi zakladatele teorie her. • V informatice patří ke klíčovým myšlenkám Von Neumannova architektura počítačů (1946). Zdroj: http://en.wikipedia.org Luděk Matýska a Eva Hladká (Fl MU) PV109: Historie a vývojové trendy ve VT podzim 2015 5 / 34 • 5 funkčních jednotek: • řídicí jednotka, • ALU, • paměť, • vstupní zařízení, • výstupní zařízení. • Programy, data i mezivýsledky se ukládají do stejné paměti (vs. Harvardská architektura). • Využívá dvojkovou soustavu. Vstupní zařízení Operační paměť i=- Tok dat -» Řídící signály radiče -» Stavová hlášení radiči ALU Radič t Výstupní zařízení Zdroj: http://markonet.cz Luděk Matýska a Eva Hladká (Fl MU) PV109: Historie a vývojové trendy ve VT podzim 2015 6 / 34 • První programovatelný elektronkový číslicový počítač. • Nejednalo se o univerzální počítač, byl využíván v Bletchley Park pro lámání šifry Enigma. • Nahradil ,,brute-force" mechanický přístroj Bombě, který byl pomalý. • Integroval 2400 elektronek. • Do konce války bylo vyrobeno 10 kusů, na rozkaz W. Churchila byly všechny (včetně plánů) zničeny v roce 1946. Luděk Matýska a Eva Hladká (Fl MU) PV109: Historie a vývojové trendy ve VT podzim 2015 7 / 34 Luděk Matýska a Eva Hladká (Fl MU) PV109: Historie a vývojové trendy ve VT podzim 2015 8 / 34 • Electronic Numerical Integrator And Computer • První Turing-kompletní elektronkový počítač • Obsahoval 17468 elektronek, 5 milionů ručně pájených spojů. • Vážil 27 tun, zabíral plochu 68 m2 a měl příkon 150 kW. • Používal desítkovou soustavu. • Původně určen pro výpočty palebných tabulek delostrelectva U.S. Army, byl využit i pro výpočty spojené s vývojem atomové bomby v Los Alamos. • MANIAC (Mathematical Analyzer, NIAC) - následník ENIACu, von Neumannova architektura, využíván v Los Alamos. Luděk Matýska a Eva Hladká (Fl MU) PV109: Historie a vývojové trendy ve VT podzim 2015 9 / 34 • Electronic Discrete Variable Automatic Computer. • První počítač von Neumannovy architektury. • Využíval dvojkovou soustavu, umožňoval uložit program do paměti. • Obsahoval na 6000 elektronek, 12000 diod, spotřeba 56 kW. o Zabíral plochu 45,5 m2 a vážil necelých 8 tun. • K jeho obsluze bylo potřeba 30 lidí. • Operace: sčítání - 864 /xs, násobení-2,9 ms. Zdroj: http://en.wikipedia.org Luděk Matýska a Eva Hladká (Fl MU) PV109: Historie a vývojové trendy ve VT podzim 2015 11 / 34 • Vyvinutý na MIT na zakázku U.S. Air Force • Drží několik prvenství: • ovládaní v reálném čase namísto dávkového zpracování, • používal obrazovky pro výstup dat, • nešlo o pouhou náhradu za starší (a pomalejší) mechanické stroje. • Využíván byl až do roku 1960 v systému SÁGE (Semi-Automatic Ground Environment) • Namísto zpožďovacích rtuťových trubic využíval Williamsovu trubici. Luděk Matýska a Eva Hladká (Fl MU) PV109: Historie a vývojové trendy ve VT podzim 2015 12 / 34 Luděk Matýska a Eva Hladká (Fl MU) PV109: Historie a vývojové trendy ve VT podzim 2015 13 / 34 generace Manchester Mark 1 (1949) • Velká Británie • Na vývoji se podílel i A. Turing • Byl využit k propagaci informatiky - v tisku označován jako ,,electronic brain" • v 50. letech komerčně prodáván pod označením Ferranti Mark I UNIVAC I (UNIVersal Automatic Computer I, 1951), • první komerčně nabízený počítač s univerzálním použitím (armáda, státní úřady, univerzity). • Do širšího povědomí se dostal v roce 1952, když ,, před pověděl" zvolení D. D. Eisenhowera. a Pouze 700 elektronek - předpokládalo se využití jako palubní počítač letadel. BINAC, EDSAC, ... Luděk Matýska a Eva Hladká (Fl MU) PV109: Historie a vývojové trendy ve VT podzim 2015 14 / 34 • Základním stavebním prvkem je tranzistor • Vynalezen již v roce 1947 (na bázi germania) • 1954 - na bázi křemíku • 1960 - planární technologie výroby (zmenšení) • Programování v assembleru. • Feritové paměti, magnetické pásky. • Modem pro komunikaci mezi vzdálenými systémy. První tranzistor Zdroj: http://www.nap.edu .. Luděk Matýska a Eva Hladká (Fl MU) PV109: Historie a vývojové trendy ve VT podzim 2015 15 / 34 • První tranzistorový počítač, vyvinutý na MIT. • Vstup a výstup přes děrnou pásku a psací stroj, k výstupu sloužil osciloskop. • A/D převodník - první pokusy s analýzou a syntézou řeči Zdroj: http://www.dipity.com Luděk Matýska a Eva Hladká (Fl MU) PV109: Historie a vývojové trendy ve VT podzim 2015 16 / 34 a • Střediskové počítače (mainframes). • Nástupce řady 700 založené na elektronkách (mnohé byly zpětně kompatibilní). • Různá architektura podle využití (vzájemně nekompatibilní): • pro vědu - 7090/7094, 36bitů, ukládání na pásky a disky • pro komerční využití - 7080 • dekadické systémy - 7070/7072/7074 • Přídavná zařízení: děrovačky a čtečky děrných štítků, řádkové tiskárny, .. . Luděk Matýska a Eva Hladká (Fl MU) PV109: Historie a vývojové trendy ve VT podzim 2015 17 / 34 IBM 7090 využívaný NASA v projektu Mercury Zdroj: http://en.wikipedia.org Luděk Matýska a Eva Hladká (Fl MU) PV109: Historie a vývojové trendy ve VT podzim 2015 18 / 34 • Programmed Data Processor-1, vyráběný firmou DEC. • Tyto počítače hrály klíčovou roli při vzniku hackerské subkultury. • Byla na něm spuštěna první počítačová hra Spacewar!. • Kapacita paměti - 4096 18bitových slov • CRT vektorový displej s rozlišením 1024x1024 bodů a úhlopříčkou 9,25". Obrazovka hry Spacewar! Zdroj: http://www.root.cz Luděk Matýska a Eva Hladká (Fl MU) PV109: Historie a vývojové trendy ve VT podzim 2015 19 / 34 • První komerčně úspěšný minipočítač, vyráběný až do roku 1979. • 12bitový systém. • Na svoji dobu poměrně levný, cca 16000 USD Luděk Matýska a Eva Hladká (Fl MU) PV109: Historie a vývojové trendy ve VT podzim 2015 20 / 34 • Elektronický POčítač Střední • Dekadický počítač, na jehož vývoji se podílel A. Svoboda. • M u Iti programová n í řešeno hardwarově, systém trojí kontroly proti chybám. • Délka slova byla 12 dekadických míst, pevná řádová čárka, rychlost 20000 op./s. • 8000 elektronek, 200 kW. • Střední doba mezi poruchami cca 80 minut. Luděk Matýska a Eva Hladká (Fl MU) PV109: Historie a vývojové trendy ve VT podzim 2015 21 / 34 generace - charakteristické rysy • Hlavní stavební prvek - integrované obvody • 1958 - nezávisle na sobě ohlášen objev integrovaných obvodů (J. Kilby, R. Noyce) • Různé typy tranzistorů (MOS, FET, MOSFET, CMOS) převedeny postupně do podoby integrovaných obvodů. • 1964 - Gordon Moore formuloval „Mooreův zákon" • Vyšší programovací jazyky, softwarová krize • Období industrializace výpočetní techniky • Dělení: Minipočítače - mainframe -superpočítače • Počítačové sítě, nástup polovodičových pamětí, vznikly pružné disky 1. integrovaný obvod Zdroj: http://null-entropy.com NE555 - nejznámější integrovaný obvod Zdroj: http://en.wikipedia.org Luděk Matýska a Eva Hladká (Fl MU) PV109: Historie a vývojové trendy ve VT podzim 2015 23 / 34 • V době uvedení 6 počítačů a 44 přídavných zařízení. • Počítače byly vzájemně plně kompatibilní. • Jednotka zpracování bylo 8 bitů = 1 byte. • Vzniklo mnoho klonů (licencovaných i nelicencovaných) - u nás např JSEP • Programovací jazyk PL/1 • Spojuje jazyky Cobol a Fortran • úzká integrace s architekturou systému IBM/360 a IBM/370 Luděk Matýska a Eva Hladká (Fl MU) PV109: Historie a vývojové trendy ve VT podzim 2015 24 / 34 Luděk Matýska a Eva Hladká (Fl MU) PV109: Historie a vývojové trendy ve VT podzim 2015 25 / 34 y superpočítačů • Od 60. let se od střediskových počítačů oddělila větev superpočítačů. CDC řady 6000 • Patřily k nejvýkonějším počítačům tehdejší doby. • 1964: CDC 6600 - funkční paralelismus, výkon 1 MFLOPS, na vývoji se podílel Seymour Cray. o 1969: CDC 7600 - 10 MFLOPS (nejvýkonější IBM S/360 91 poze 2 Mflops). ILLIAC • Původně vyvíjené na University of Illinois, Urbana-Champaign. • ILLIAC IV - Jeden z prvních masivně paralelních vektorových počítačů (256 jader), 200 MFLOPS, 64 bitů. STAR-100 o 1971: STrings and ARrays, 100 = 100 MFLOPS • Vektorový počítač produkovaný CDC Luděk Matýska a Eva Hladká (Fl MU) PV109: Historie a vývojové trendy ve VT podzim 2015 26 / 34 a Luděk Matýska a Eva Hladká (Fl MU) PV109: Historie a vývojové trendy ve VT podzim 2015 27 / 34 eymour Koger Lray o Elektroinženýr, architekt superpočítačů, označovaný jako ,,otec superpočítání" • Původně pracoval pro CDC (Control Data Corporation) • Zakladatel Cray Research • Počítače: • Cray 1: 1976 • Cray Y-MP: 1988: 2,3 GFLOPS • Cray C90: 1990: 16x1 GFLOPS • Cray XE6: 2010: několik PFLOPS Luděk Matýska a Eva Hladká (Fl MU) PV109: Historie a vývojové trendy ve VT podzim 2015 28 / 34 • Vyšší stupně integrace • LSI (Large Scale Integration) - X1000 prvků na čipu • VLSI (Very Large Scale Integration) -X100000 prvků na čipu • 1971: první komerčně úspěšný mikročip - Intel 4004 • Rozvoj osobních počítačů • Operační systémy a jazyky přizpůsobené uživatelům. o DIY subkultura - např. Homebrew club. • Vznik Internetu. Zdroj: http://en.wikipedia.org Zdroj: http://www.intel.com Luděk Matýska a Eva Hladká (Fl MU) PV109: Historie a vývojové trendy ve VT podzim 2015 29 / 34 • Vyráběný firmou MITS (Micro Instrumentation and Telemetry Systems). • Považován za první osobní počítač. o Založen na procesoru Intel 8080 (8bitový). • Určen zejména počítačovým nadšencům, z výroby neuměl prakticky nic. o Programovací jazyk Altair BASIC (B. Gates + P. Allen). Zdroj: http://en.wikipedia.org Luděk Matýska a Eva Hladká (Fl MU) PV109: Historie a vývojové trendy ve VT podzim 2015 30 / 34 x • Vyvinutý v Xerox PARC, označen za první osobní počítač. • První počítač s myší-ovladatelným GUI (metafora pracovní plochy). o Nejednalo se o komerční produkt, přesto bylo prodáno pár tisíc kusů. • Nápad GUI později zakoupila firma Apple, vylepšená implementace v Apple Macintosh. o CPU Texas Instruments 74181, paměť 128-512 kB Zdroj: http://en.wikipedia.org Luděk Matýska a Eva Hladká (Fl MU) PV109: Historie a vývojové trendy ve VT podzim 2015 31 / 34 • Intel 8088 @ 4,77 MHz, 16 nebo 64 kB RAM, grafická karta MDA/CGA, disketová mechanika. • Operační systém DOS (Disk Operating System) od Microsoftu (textové rozhraní). • Reverzním inženýrstvím byla odhalena struktura BIOSu —>► začly masivně vznikat klony IBM PC kompatibilní Zdroj: http://techrepublic.com Luděk Matýska a Eva Hladká (Fl MU) PV109: Historie a vývojové trendy ve VT podzim 2015 32 / 34 enerace • 1981: IBM PC o 1983: IBM PC/XT • Intel 8088 (architektura x86) • 1984: IBM PC/AT • Intel 80286 @ 6/8 MHz, 256-16 MB paměti • 1987: IBM PS/2 a Mnoho nových prvků: VGA, 3,5" disketová mechanika, PS/2 konektor, 72pinové SIMM moduly. • Související operační systém OS/2 • Nakonec se neprosadila. • Intel 8086/80x86/Pentium ... Luděk Matýska a Eva Hladká (Fl MU) PV109: Historie a vývojové trendy ve VT podzim 2015 33 / 34 • Za masivním rozšířením osobních počítačů mezi běžné uživatele se postaraly spíše 8bitové počítače. • Výhodou byla jejich velmi nízká cena a tím i dostupnost. • Klávesnice integrována v těle počítače, připojoval se k televizoru a programy se nahrávaly z běžných audio kazet. • Programovací jazyk BASIC • Zástupci: Sinclair ZX Spectrum, Commodore 64, PMD 85, IQ 151, Didaktik Gama ZX Spectrum Zdroj: http://cs.wikipedia.org IQ 151 7 a Luděk Matýska a Eva Hladká (Fl MU) PV109: Historie a vývojové trendy ve VT podzim 2015 34 / 34