Klasifikace počítačů a technologické trendy Modifikace von Neumanova schématu pro PC

Transkript

1 Přednáší: doc. Ing. Jan Skrbek, Dr. - KIN Přednášky: středa Obsah: Historie počítačů Počítačové generace Spojení: jan.skrbek@tul.cz tel.: Klasifikace počítačů a technologické trendy Modifikace von Neumanova schématu pro PC IN2-1 1

2 Historie Charles Babbage návrh diferenčního stroje, který měl umožnit řešení kvadratických rovnic - aritmetická jednotka, paměť dat, řídící jednotka pro řízení průběhu celého programu a zařízení pro vstup a výstup dat B. Pascal návrh mechanické kalkulačky George Boole Zákony myšlení (The Laws of Thought) - systematická metoda pro zobrazení a analýzu logických operací IN2-1 Strojek z Antikythéry" - 82 před n.l. - bronzové torzo velice komplikovaného přístroje, vylovené roku 1900 ze starého vraku 2

3 Konrád Zuse ( ), Německo Z1 prototyp mechanického programovatelného počítače, univerzita v Manheimu jeho paměť využívala posuvných mechanických prvků, a umožňovala uchovávat cca 1000 bitů Z2 další počítač, který stále ještě používal mechanickou paměť pro vlastní výpočty již používal obvody na bázi elektromagnetických relé Z3 uveden do provozu v prosinci velmi utajovaný, používal se pro balistické výpočty drah raket "V, šířka slova 22 bitů, paměť pro 64 slov dat, řízení programem, který se načítal z děrné pásky, uměl sčítat, odčítat, násobit a dělit, počítat odmocninu apod., neměl podmíněný skok, obsahoval celkem 2600 relé, jedno násobení mu zabralo 3 až 5 sekund IN2-1 3

4 Technické prostředky počítačové techniky Howard Eiken ( ) MARK 1 - oddělená paměť dat a programu inspirován pracemi Ch. Babbage program byl průběžně čten z děrné pásky rychlost přibližně 10 operací/s (násobení trvalo 6 sekund) programování pouze ve strojovém kódu cca 20 m dlouhý, váha 5 tun, 3304 relé, 750 tis. součástek střední meziporuchová doba v řádu minut ENIAC 1 (fy UNIVEC) elektronek, spotřeba cca 150 kw programování propojováním funkčních bloků propojovacími kabely a kombinací funkčních přepínačů Electronic Numerical Integrator And Computer IN2-1 4

5 Technické prostředky počítačové techniky EDVAC von Neumannova koncepce - stal se vzorem všech novodobých počítačů mohl již provádět programové skoky, program mohl modifikovat sám sebe 4000 elektronek, krystalových diod paměť slov o šířce 44 bitů, realizovaná pomocí zpožďovacích linek John von Neumann taktovací frekvence 1 MHz IN2-1 5

6 řadič vstup paměť výstup aritmetickologická jednotka řídící signály toky dat Obr.: Blokové schéma počítače von Neumannova typu IN2-1 6

7 Generace počítačů 0. generace - reléové počítače desítky operací/s 1. generace - elektronkové - rychlost kolem 100 operací za sekundu, používání strojového kódu nebo assembleru, velmi omezené periferie 7

8 Generace počítačů 2. generace - tranzistorové operací/s, použití operačního systému, možnost programování ve vyšších programovacích jazycích, zpracování programu v dávkách, software, hardware Tranzistor William Shockley, John Bardeen, Walter Brattain PDP 1 8

9 Generace počítačů 3. generace - integrované obvody - Robert Noyce (Farchild) operací/s, diagnostika 4. generace - mikroprocesory R. Noyce, Ted Hoff, Intel - I čtyřbitová CPU, osmibitový I Intel 8080 Apple - Stephen Wozniak, Steven Jobs 9

10 Klasifikace počítačů Kritéria: vnitřní architektura rychlost procesoru rozsah vnitřní paměti kapacita vnějších pamětí rychlost výstupních zařízení počet uživatelů cena 10

11 superpočítače Klasifikace počítačů řešení složitých problémů (simulace, meteorologie, genetika) mimořádně vysoký výkon (desítky gigaoperací/s) složitá architektura (paralelní procesory) složitá technologie (př. chlazení) vysoká cena (desítky mil. dolarů) Cray 1 Cray 11

12 IBM - superpočítač se vyšvihl na páté místo mezi 500 nejvýkonnějších na světě a patří mu rovněž pátá příčka mezi nejúspornějšími. Z 90 procent ho chladí voda s teplotou mezi 18 a 25 stupni Celsia. Přesnou sumu, kolik superpočítač stál, zůstává dosud nezveřejněn. IN2-1 12

13 Superpočítač Titan postavila společnost Cray. Základem je více jak šestnáctijádrových procesorů AMD Opletron, grafických čipů Nvidia Tesla K20 a 700 terabajtů operační paměti. Vše běží pod operačním systémem Linux. Titan - národní laboratoře v Oak Ridge v Tennessee Výkon Titanu bude využit k výzkumům v oblasti energetiky, změny klimatu a dalších vědeckých disciplín, uvedl šéf ORNL Jeff Nichols. Podle něj přesáhne celkový výkon hranici 20 petaflops. 30. října

14 14

15 15

16 16

17 Klasifikace počítačů main frame (střediskové počítače) řízení rozsáhlých IS, velké objemy dat transakcí, klimatizace, IBM výkonná CPU paralelní zpracování velkého počtu úloh velký počet periferií a terminálů vysoká kapacita sdílených periferií cena řádově do miliónu dolarů 17

18 počítače střední třídy (pracovní stanice - workstation) - špičkový desktop nebo stolní počítač navržený pro technické použití systémy středně velkých firem náročné aplikace (CAD/CAM, GIS, komunikace, WWW servery) výkonné mikroprocesory multiuser velké kapacity periferií cena do statisíců dolarů Hewlett-Packard, Sun, IBM Klasifikace počítačů osobní počítače (cena) stolní přenosné notebook Tablety smartphony ipad, ipod, iphone síťové (Cloud computing) Google Příklady dnešních pracovních stanic: blade systémy (IBM HC10, Hewlett-Packard xw460c, podobné řešení nabízí i Sun Visualization System) extrémně výkonné pracovní stanice (SGI Virtu VS3xx) 18

19 Trendy miniaturizace komunikátory: Nokia MORPH koncept na bázi nanotechnologií spojení vědy s designovým uměním telefon může být ve tvaru náramku nebo kreditní karty nové ohebné materiály korespondující s moderním životním stylem vysoká ochrana před poškozením, možnost samočištění otisků a nečistot průhledné elektronické součástky (nová dimenze v průmyslovém designu) vysokocitlivá solární baterie, umožňující téměř nepřetržité dobíjení vestavěná čidla a senzory, reagující na čistotu ovzduší, různé druhy záření apod. 19

20 Trendy miniaturizace komunikátory: 20

21 John von Neumann koncepce počítače Vstupy Paměť Výstupy Procesor ALU ŘADIČ Přenosové kanály 21

22 John von Neumann koncepce mikropočítače Vstupy Paměť Výstupy řídící sběrnice Procesor ALU ŘADIČ adresní sběrnice datová sběrnice 22