FAKULTA INFORMATIKY
Masarykova univerzita
PV109: Historie a vývojové trendy ve VT
Generace počítačů
Luděk Matýska a Eva Hladká
podzim 2023
Luděk Matýska a Eva Hladká • PV109: Historie a vývojové trendy ve VT • podzim 2023
1/34
FAKULTA INFORMATIKY
Masarykova univerzita
Generace počítaču dle použitých stavebních prvků
0. generace (40. Léta 20. sto Letí)
■ elektromechanické spínací prvky
■ Zl - Z4, Mark L, 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 • PV109: Historie a vývojové trendy ve VT • podzim 2023
2/34
FAKULTA INFORMATIKY
I   Masarykova univerzita
Další pohledy na dělení počítačů
■ DLe historických etap
1. Každý exemplář je unikát
2. Každý typ počítače je unikát
3. 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 (vlna 90. Let) prvky umělé inteligence, ovládání
v přirozeném jazyce
Luděk Matýska a Eva Hladká • PV109: Historie a vývojové trendy ve VT • podzim 2023
3/34
FAKULTA INFORMATIKY
Masarykova univerzita
1. generace - charakteristické rysy
Základní stavební prvky: elektronky, relé, klopné bistabilní obvody.
Programování ve strojovém kódu, děrné štítky.
Ukládání dat pomocí elektronek, rtufového 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 kapacita pamětí).
Elektronky z počítačů IBM Zdroj: http: //computermuseum. I i
Zpožďovací linka zdroj: http: //root. cz
Luděk Matýska a Eva Hladká • PV109: Historie a vývojové trendy ve VT • podzim 2023
4/34
FAKULTA INFORMATIKY
Masarykova univerzita
John von Neumann (1903 - 1957)
Maďarský matematik židovského původu (původním jménem Jánoš Lajos Neumann)
VedLe informatiky přispěl významně i v oblasti fyziky, matematiky či ekonomie.
SpoLu s A. Einsteinem založili Institutfor Advanced Study v 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 • PV109: Historie a vývojové trendy ve VT • podzim 2023
5/34
FAKULTA INFORMATIKY
Masarykova univerzita
Von Neumannova architektura počítačů
5 funkčních jednotek:
■ řídicí jednotka,
■ ALU,
■ pamět
■ vstupní zařízení,
■ výstupní zařízení.
Programy, data i mezivýsledky se ukládají do stejné paměti (vs. Harvardská architektura).
Využívá dvojkovou soustavu.
Vstupní zařízení
Operační paměť
ALU
Radič
i Výstupní zařízení
ž=>  Tok dat
-» Řídící signály řadiče -»   Stavová hlášení řadiči
Zdroj: http: //markonet. cz
Luděk Matýska a Eva Hladká • PV109: Historie a vývojové trendy ve VT • podzim 2023
6/34
FAKULTA INFORMATIKY
I   Masarykova univerzita
Colossus (1943)
■ První programovatelný elektronkový číslicový počítač.
■ Nejednalo se o univerzálni počítač, byl využíván v Bletchley Park pro Lámání šifry Enigma.
■ Nahradil „brute-force" mechanický přístroj Bombe, který byl pomalý.
■ Integroval 2 400 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 • PV109: Historie a vývojové trendy ve VT • podzim 2023
7/34
FAKULTA INFORMATIKY
Masarykova univerzita
Colossus, Bletch ley Park
Zdroj: http: //www. alanturing .net
Luděk Matýska a Eva Hladká • PV109: Historie a vývojové trendy ve VT • podzim 2023 8/34
FAKULTA INFORMATIKY
I   Masarykova univerzita
ENIAC (1946)
■ Electronic NumericaL Integrátor And Computer
■ První Turing-kompLetní elektronkový počítač
■ Obsahoval 17468 elektronek, 5 milionů ručné 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 • PV109: Historie a vývojové trendy ve VT • podzim 2023
9/34
FAKULTA INFORMATIKY
Masarykova univerzita
ENIAC, Aberdeen, Maryland
Zdroj: http: //en. wikipedia. org
Luděk Matýska a Eva Hladká • PV109: Historie a vývojové trendy ve VT • podzim 2023 10 / 34
FAKULTA INFORMATIKY
I   Masarykova univerzita
E D VAC (1949)
■ Electronic Discrete Variable Automatic Computer.
■ První počítač von Neumannovy architektury.
■ Využíval dvojkovou soustavu, umožňoval uložit program do paměti.
■ Obsahoval na 6 000 elektronek, 12 000 diod, spotřeba 56 kW.
■ Zabíral plochu 45,5 m2 a vážil necelých 8 tun.
■ K jeho obsluze bylo potřeba 30 lidí.
■ Operace: sčítání - 864 /zs, násobení -2,9 ms.
Zdroj: http: / /
Luděk Matýska a Eva Hladká • PV109: Historie a vývojové trendy ve VT • podzim 2023
FAKULTA INFORMATIKY
I   Masarykova univerzita
Whirlwind (1951)
■ Vyvinutý na MIT na zakázku U.S. Air Force
■ Drží několik prvenství:
■ ovládání 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 • PV109: Historie a vývojové trendy ve VT • podzim 2023
12/34
FAKULTA INFORMATIKY
Masarykova univerzita
Whirlwind, Museum of Science, Boston, MA
Luděk Matýska a Eva Hladká • PV109: Historie a vývojové trendy ve VT • podzim 2023
13/34
FAKULTA INFORMATIKY
I   Masarykova univerzita
Další počítače 1. 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
UNIVACI (UNIVersaL Automatic Computer 1,1951),
■ první komerčně nabízený počítač s univerzálním použitím (armáda, státní úřady, univerzity).
Do širšího povědomí se dostal v roce 1952, když „předpověděl" zvolení D. D. Eisenhowera.
■ Pouze 700 elektronek - předpokládalo se využití jako palubní počítač letadel.
BINAC, EDSAC,...
Luděk Matýska a Eva Hladká • PV109: Historie a vývojové trendy ve VT • podzim 2023
14/34
FAKULTA INFORMATIKY
Masarykova univerzita
2. generace - charakteristické rysy
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.
Zdroj:
http://en.wikipedia.org
Luděk Matýska a Eva Hladká • PV109: Historie a vývojové trendy ve VT • podzim 2023 15 / 34
První tranzistor Zdroj: http: / /www. nap. edu
FAKULTA INFORMATIKY
I   Masarykova univerzita
TX-0 (1955/6)
■ 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 • PV109: Historie a vývojové trendy ve VT • podzim 2023 16 / 34
FAKULTA INFORMATIKY
I   Masarykova univerzita
Řada IBM 7000
■ 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 • PV109: Historie a vývojové trendy ve VT • podzim 2023
17/34
FAKULTA INFORMATIKY
Masarykova univerzita
IBM 7090 využívaný NASA v projektu Mercury Zdroj: http: //en. wikipedia. org
Luděk Matýska a Eva Hladká • PV109: Historie a vývojové trendy ve VT • podzim 2023
18/34
FAKULTA INFORMATIKY
Masarykova univerzita
PDP-1 (1960)
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".
PROGRAMMED DATA PROCESSOR
Obrazovka hry Spacewar! Zdroj: http: / /www. root. cz
Luděk Matýska a Eva Hladká • PV109: Historie a vývojové trendy ve VT • podzim 2023
19/34
FAKULTA INFORMATIKY
I   Masarykova univerzita
PDP-8 (1965)
■ První komerčně úspěšný minipočítač, vyráběný až do roku 1979.
■ 12bitový systém.
■ Na svoji dobu poměrně Levný, cca 16 000 USD
Luděk Matýska a Eva Hladká • PV109: Historie a vývojové trendy ve VT • podzim 2023
20/34
FAKULTA INFORMATIKY
I   Masarykova univerzita
EPOS 1 (1963)
■ Elektronický POčítač Střední
■ Dekadický počítač, na jehož vývoji se podílel A. Svoboda.
■ MuLtiprogramování řešeno hardwarově, systém trojí kontroly proti chybám.
■ DéLka sLova byLa 12 dekadických míst, pevná řádová čárka, rychlost 20000 op./s.
■ 8 000 elektronek, 200 kW.
■ Střední doba mezi poruchami cca 80 minut.
Luděk Matýska a Eva Hladká • PV109: Historie a vývojové trendy ve VT • podzim 2023
21/34
FAKULTA INFORMATIKY
Masarykova univerzita
Luděk Matýska a Eva Hladká • PV109: Historie a vývojové trendy ve VT • podzim 2023
22/34
FAKULTA INFORMATIKY
Masarykova univerzita
3. 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 • PV109: Historie a vývojové trendy ve VT • podzim 2023
23/34
FAKULTA INFORMATIKY
I   Masarykova univerzita
IBM System/360 (1965)
■ 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 napřJSEP
■ Programovací jazyk PL/1
■ Spojuje jazyky Cobol a Fortran
■ úzká integrace s architekturou systému IBM/360 a IBM/370
Luděk Matýska a Eva Hladká • PV109: Historie a vývojové trendy ve VT • podzim 2023
24/34
FAKULTA INFORMATIKY
I   Masarykova univerzita
IBM S/360 40
Zdroj:http://www.computerhistory.org
Luděk Matýska a Eva Hladká • PV109: Historie a vývojové trendy ve VT • podzim 2023
25/34
FAKULTA INFORMATIKY
Masarykova univerzita
Počátky 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.
■ 1969: CDC 7600 - 10 MFLOPS (tehdy 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     ■ 1971: STrings and ARrays, 100 = 100 MFLOPS
■ Vektorový počítač produkovaný CDC
Luděk Matýska a Eva Hladká • PV109: Historie a vývojové trendy ve VT • podzim 2023
26/34
FAKULTA INFORMATIKY
I   Masarykova univerzita
CDC 6600 a ILLIAC IV
CDC 6600
Zdroj: http: //computermuseum. I i
ILLIAC IV
Zdroj: http: //en. wikipedia. org
Luděk Matýska a Eva Hladká • PV109: Historie a vývojové trendy ve VT • podzim 2023
27/34
FAKULTA INFORMATIKY
I   Masarykova univerzita
Seymour Roger Cray (1925-1996)
■ Elektroinženýr, architekt superpočítačů, označovaný jako „otec superpočítání"
■ Původně pracoval pro CDC (Control Data Corporation)
■ Zakladatel Cray Research
■ Počítače:
■ Cray 1:1976
■ CrayY-MP: 1988: 2,3 GFLOPS
■ Cray C90:1990:16x1 GFLOPS
■ Cray XE6: 2010: několik PFLOPS
■ Cray XC50: 2017: 32 PFLOPS
Luděk Matýska a Eva Hladká • PV109: Historie a vývojové trendy ve VT • podzim 2023
28/34
FAKULTA INFORMATIKY
Masarykova univerzita
4. generace - charakteristické rysy
Zdroj:
http://en.wikipedia.org
■ Vyšší stupně integrace
■ LSI (Large Scale Integration) - x 1000 prvků na čipu
■ VLSI (Very Large Scale Integration) -x 100000 prvků na čipu
■ 1971: první komerčně úspěšný mikročip -Intel 4004
■ Rozvoj osobních počítačů
■ Operační systémy a jazyky přizpůsobené uživatelům.
■ DIY subkultura - např. Homebrew club.
■ Vznik Internetu.
Zdroj: http: //www. intel. com Luděk Matýska a Eva Hladká • PV109: Historie a vývojové trendy ve VT • podzim 2023 29 / 34
:.irs!=:.i
FAKULTA INFORMATIKY
I   Masarykova univerzita
Altair 8080 (1974)
■ Vyráběný firmou MITS (Micro Instrumentation and Telemetry Systems).
■ Považován za první osobní počítač.
■ Založen na procesoru Intel. 8080 (8bitový).
■ Určen zejména počítačovým nadšencům, z výroby neuměl prakticky nie.
■ Programovací jazyk ALtair BASIC (B.Gates + P.AUen).
Zdroj: http: //en . wikipedia. org
Luděk Matýska a Eva Hladká • PV109: Historie a vývojové trendy ve VT • podzim 2023
30/34
FAKULTA INFORMATIKY
Masarykova univerzita
Xerox Alto (1973)
Vyvinutý v Xerox PARC, označen za první osobní počítač.
První počítač s myší-ovLadateLným GUI (metafora pracovní plochy).
Nejednalo se o komerční produkt, přesto byLo prodáno pár tisíc kusů.
Nápad GUI později zakoupila firma AppLe, vylepšená implementace v AppLe Macintosh.
CPU Texas Instruments 74181, paměf 128-512 kB
Zdroj:
http://en.wikipedia.org
Luděk Matýska a Eva Hladká • PV109: Historie a vývojové trendy ve VT • podzim 2023
31/34
FAKULTA INFORMATIKY
I   Masarykova univerzita
IBM PC (1981)
■ 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: //techrepubl ic. com
Luděk Matýska a Eva Hladká • PV109: Historie a vývojové trendy ve VT • podzim 2023
32/34
FAKULTA INFORMATIKY
Masarykova univerzita
Generace IBM PC
■ 1981: IBM PC
■ 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
■ 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 • PV109: Historie a vývojové trendy ve VT • podzim 2023
33/34
FAKULTA INFORMATIKY
Masarykova univerzita
8bitové počítače (80. Léta)
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 85,10 151, Didaktik Gama
ZX Spectrum Zdroj:
http://cs.wikipedia.org
10 151
Zdroj: http: //pctuning . cz
Luděk Matýska a Eva Hladká • PV109: Historie a vývojové trendy ve VT • podzim 2023
34/34