Historický vývoj výpočetní techniky. Miroslav Flídr Počítačové systémy LS /14- Západočeská univerzita v Plzni

Transkript

1 Počítačové systémy Historický vývoj výpočetní techniky Miroslav Flídr Počítačové systémy LS /14- Západočeská univerzita v Plzni

2 Co je to počítač? Počítač: počítací stroj, převážně automatické elektronické zařízení určené k provádění matematických a logických operací; často s upřesňujícím prefixem jako analogový, digitální, elektronický počítač. Oxford English Dictionary Hnacím motorem rozvoje počítacích strojů byl rozvoj různých oborů lidské činnosti jako kupříkladu astronomie, námořní navigace, ekonomiky. Hlavním omezujícím faktorem byl aktuální technologický stav. Etapy vývoje dle technologie mechanické (3000 před.n.l. - počátek 20,století) elektromechanické/reléové (40. léta 20.století) elektronkové ( léta 20.století) tranzistorové ( léta 20.století) z integrovaných obvodů ( léta 20.století) mikroprocesorové (od 70. let 20.století) Miroslav Flídr Počítačové systémy LS /14- Západočeská univerzita v Plzni

3 Co je to počítač? Počítač: počítací stroj, převážně automatické elektronické zařízení určené k provádění matematických a logických operací; často s upřesňujícím prefixem jako analogový, digitální, elektronický počítač. Oxford English Dictionary Hnacím motorem rozvoje počítacích strojů byl rozvoj různých oborů lidské činnosti jako kupříkladu astronomie, námořní navigace, ekonomiky. Hlavním omezujícím faktorem byl aktuální technologický stav. Etapy vývoje dle technologie mechanické (3000 před.n.l. - počátek 20,století) elektromechanické/reléové (40. léta 20.století) elektronkové ( léta 20.století) tranzistorové ( léta 20.století) z integrovaných obvodů ( léta 20.století) mikroprocesorové (od 70. let 20.století) Miroslav Flídr Počítačové systémy LS /14- Západočeská univerzita v Plzni

4 Mechanické počítací stroje Většina raných počítacích strojů byla analogová zařízení sestrojená za jedním specifickým účelem. Jen málo z nich bylo zdařilých z důvodu na svou dobu přílišné technologické náročnosti přesných součástek (ozubená kola). Významné mechanické počítací stroje 3000 před.n.l Abacus první a prakticky nejpoužívanější počítací nástroj dal základy pro používání pozičního systému v různých variantách používán dodnes 1623 Schickardovy počítací hodiny první automatický kalkulátor již implementuje 4 základní funkce 6ti místná čísla, detekce přetečení Kepler je využíval ke svým výpočtům 300 let v zapomnění 1642 Blaise Pascal Pascaline umí pouze sčítat a odčítat schopný zpracovat jen max. 8-mi místná čísla o základu Gottfried Leibniz upravený Pascaline implementuje 4 základní funkce umožňoval až 16ti místné výsledky Miroslav Flídr Počítačové systémy LS /14- Západočeská univerzita v Plzni

5 Mechanické počítací stroje 1823 Difference engine - specializovaný počítač určen k výpočtu tabulek pro námořní navigaci počítal hodnoty polynomiálních funkcí pomocí Newtonovy metody následných diferencí (vyžaduje jen operaci sčítání) výstup na měděné rycí desky 1833 Analytical engine - počítač s obecným použitím čtyři součásti sklad (pamět ) - tisíc 50ti místných dekadických slov mlýn (výpočetní jednotka) - dva hlavní akumulátory a několik specializovaných pomocných několik čteček děrných štítků pro data a program výstupní jednotka s tiskem řízen programem v jednoduchém assembleru realizován až koncem minulého století pro muzeum Miroslav Flídr Počítačové systémy LS /14- Západočeská univerzita v Plzni

6 Mechanické počítací stroje 1823 Difference engine - specializovaný počítač určen k výpočtu tabulek pro námořní navigaci počítal hodnoty polynomiálních funkcí pomocí Newtonovy metody následných diferencí (vyžaduje jen operaci sčítání) výstup na měděné rycí desky 1833 Analytical engine - počítač s obecným použitím čtyři součásti sklad (pamět ) - tisíc 50ti místných dekadických slov mlýn (výpočetní jednotka) - dva hlavní akumulátory a několik specializovaných pomocných několik čteček děrných štítků pro data a program výstupní jednotka s tiskem řízen programem v jednoduchém assembleru realizován až koncem minulého století pro muzeum Miroslav Flídr Počítačové systémy LS /14- Západočeská univerzita v Plzni

7 Elektromechanické počítače Počítače konstruované Konradem Zusem Z1 (1938) & Z2 (1939) první binární počítač se všemy základními prvky dnešních počítačů (stále ještě mechanický) čísla v plovoucí řádové čárce (7-bitový exponent, 16-bitová mantissa a znaménkový bit) pamět sestavéná z kovových šoupátek uchovávala 16 těchto čísel aritmetická jednotka nespolehlivá Z2 zkombinoval pamět ový modul ze Z1 s novou reléovou aritmetickou jednotkou Z3 (1941) - první opravdu funkční programovatelný počítač čísla v plovoucí řádové čárce pamět o velikosti 64 slov o 22 bitech (1400 relé) 3-4 součtů za minutu; jedno násobení za 3-5 sekund vstup z klávesnice a výstup pomocí lamp Miroslav Flídr Počítačové systémy LS /14- Západočeská univerzita v Plzni

8 Elektromechanické počítače Počítače konstruované Konradem Zusem Z1 (1938) & Z2 (1939) první binární počítač se všemy základními prvky dnešních počítačů (stále ještě mechanický) čísla v plovoucí řádové čárce (7-bitový exponent, 16-bitová mantissa a znaménkový bit) pamět sestavéná z kovových šoupátek uchovávala 16 těchto čísel aritmetická jednotka nespolehlivá Z2 zkombinoval pamět ový modul ze Z1 s novou reléovou aritmetickou jednotkou Z3 (1941) - první opravdu funkční programovatelný počítač čísla v plovoucí řádové čárce pamět o velikosti 64 slov o 22 bitech (1400 relé) 3-4 součtů za minutu; jedno násobení za 3-5 sekund vstup z klávesnice a výstup pomocí lamp Miroslav Flídr Počítačové systémy LS /14- Západočeská univerzita v Plzni

9 Elektromechanické počítače Harvard Mark I/IBM ASCC (Automatic Sequence Controlled Calculator) (1944) první plně automatický a velmi spolehlivý počítač 72 pamět ových míst pro 23ti ciferná desítková čísla kromě základních operací i výpočet logaritmu a sinu 60 rotačních přepínačů používaných jako konstantní registy program načítán z děrné pásky; data na jiné pásce, děrných štítcích nebo v konstantních registrech program neumožňoval větvení oddělení dat a programu je dnes označováno jako Harvardská architektura IBM v této době nevidí v počítačích zajímavý obchodní artikl: I think there is a world market for maybe five computers. Thomas Watson, předseda představenstva IBM, 1943 Miroslav Flídr Počítačové systémy LS /14- Západočeská univerzita v Plzni

10 Elektronkové počítače Atanasoff, Berry Computer (1942) využívá binární čísla a Booleovu algebru regenerativní pamět tvořena dvěma rotujícími bubny po 1600 kodenzátorech organizovaných do 32 pásů po 50 rychlost 30 součtů za sekundu 50ti bitová čísla s pevnou řádovou čárkou nepoužíval uložený program neuchytil se, ale inspiroval např. tvůrce EINACu Miroslav Flídr Počítačové systémy LS /14- Západočeská univerzita v Plzni

11 Elektronkové počítače ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) ( ) používán na výpočty balistických drah a testování teorií při návrhu vodíkové bomby 20 registrů schopných uchovat desetimístné desítkové číslo programování probíhalo pomocí 6000 přepínačů a propojováním dráty v principu pomocí elektronek emuloval činnost mechanických počítačů 5000 jednoduchých operací za sekundu a 385 násobení/s Miroslav Flídr Počítačové systémy LS /14- Západočeská univerzita v Plzni

12 Elektronkové počítače EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer) ( ) zkonstruován podle návrhu Johna von Neumanna binární počítač; využíval k ukládání dat magnetické pásky data i program uloženy ve společné paměti a běh je řízen z centrálního řadiče UNIVAC (1951) První komerčně úspěšný počítač a první, který byl schopen zpracovat jak číselné, tak i textové informace. Whirlwind (1951) První počítač, který pracoval v reálném čase a používal monitory pro výstup. jako pamět použity feritová jádra používal 16 paralelně pracujících 1-bitových matematických jednotek Miroslav Flídr Počítačové systémy LS /14- Západočeská univerzita v Plzni

13 Elektronkové počítače EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer) ( ) zkonstruován podle návrhu Johna von Neumanna binární počítač; využíval k ukládání dat magnetické pásky data i program uloženy ve společné paměti a běh je řízen z centrálního řadiče UNIVAC (1951) První komerčně úspěšný počítač a první, který byl schopen zpracovat jak číselné, tak i textové informace. Whirlwind (1951) První počítač, který pracoval v reálném čase a používal monitory pro výstup. jako pamět použity feritová jádra používal 16 paralelně pracujících 1-bitových matematických jednotek Miroslav Flídr Počítačové systémy LS /14- Západočeská univerzita v Plzni

14 Elektronkové počítače EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer) ( ) zkonstruován podle návrhu Johna von Neumanna binární počítač; využíval k ukládání dat magnetické pásky data i program uloženy ve společné paměti a běh je řízen z centrálního řadiče UNIVAC (1951) První komerčně úspěšný počítač a první, který byl schopen zpracovat jak číselné, tak i textové informace. Whirlwind (1951) První počítač, který pracoval v reálném čase a používal monitory pro výstup. jako pamět použity feritová jádra používal 16 paralelně pracujících 1-bitových matematických jednotek Miroslav Flídr Počítačové systémy LS /14- Západočeská univerzita v Plzni

15 Tranzistorové počítače TX-0 (Transistorized Experimental computer) (1956) TX-0 byl v podstatě jen tranzistorová verze Whirlwindu používal 12 osciloskop jako display o rozlišení bodů pamět o 64K slov (tj. vyžadoval 16-ti bitové adresování) instrukce 18-ti bitové pouze 4 možné instrukce (add, store, branch a operate) IBM 7090 (1961) vědecký počítač čísla 36-ti bitová (jak v plovoucí tak i pevné řádové čárce) pamět velikosti 32K slov 6ti bitové alfanumerické znaky ukládány po šesti 4 typy registrů (akumulátor, násobek/kvocient, index a sense indicator) instrukce: 3 bity prefix, 15 bitů dekrement, 3 bity tag, 15 bitů adresa Miroslav Flídr Počítačové systémy LS /14- Západočeská univerzita v Plzni

16 Tranzistorové počítače TX-0 (Transistorized Experimental computer) (1956) TX-0 byl v podstatě jen tranzistorová verze Whirlwindu používal 12 osciloskop jako display o rozlišení bodů pamět o 64K slov (tj. vyžadoval 16-ti bitové adresování) instrukce 18-ti bitové pouze 4 možné instrukce (add, store, branch a operate) IBM 7090 (1961) vědecký počítač čísla 36-ti bitová (jak v plovoucí tak i pevné řádové čárce) pamět velikosti 32K slov 6ti bitové alfanumerické znaky ukládány po šesti 4 typy registrů (akumulátor, násobek/kvocient, index a sense indicator) instrukce: 3 bity prefix, 15 bitů dekrement, 3 bity tag, 15 bitů adresa Miroslav Flídr Počítačové systémy LS /14- Západočeská univerzita v Plzni

17 Tranzistorové počítače PDP-1 (Programmed Data Processor-1) (1960) pamět 4K 18-ti bitových slov pamět ový cyklus feritových pamětí 5µs komerčně velmi úspěšný (cena $ ) pro PDP-1 napsána první počítačová hra Autonetics D-17 naváděcí počítač První vestavný systém pro řízení balistických střel Minuteman jako hlavní pamět používal 4K rotační magnetický disk Miroslav Flídr Počítačové systémy LS /14- Západočeská univerzita v Plzni

18 Tranzistorové počítače PDP-1 (Programmed Data Processor-1) (1960) pamět 4K 18-ti bitových slov pamět ový cyklus feritových pamětí 5µs komerčně velmi úspěšný (cena $ ) pro PDP-1 napsána první počítačová hra Autonetics D-17 naváděcí počítač První vestavný systém pro řízení balistických střel Minuteman jako hlavní pamět používal 4K rotační magnetický disk Miroslav Flídr Počítačové systémy LS /14- Západočeská univerzita v Plzni

19 Počítače z integrovaných obvodů IBM System 360 (1964) první rodina počítačů určena k nahrazení řad 7094 a 1401 určen jak pro vědecké výpočty, tak i pro potřeby velkých firem výhodou byla přenositelnost softwaru umožňoval multiprogramming (více programů v paměti) využíval mikroprogramování snadná emulace starších modelů možnost adresace až 2 24 bytové paměti bitových registrů pro binární aritmetiku zachoval si sérové instrukce pro práci se záznamy s proměnnou délkou Miroslav Flídr Počítačové systémy LS /14- Západočeská univerzita v Plzni

20 Počítače z integrovaných obvodů PDP-11 (1970) 16-ti bitový minipočítač používal ortogonální instrukční sadu poskytoval 8 registrů (7 obecných + čítač instrukcí) umožňoval několik adresních módů (přímý, absolutní a relativní) nepoužíval specializovanou sběrnici, všechny V/V operace se mapovaly do adresního prostoru vestavná varianta LSI-11 - CPU na 4 integrovaných obvodech (mikrokód obsahoval i debugger přístupný přes RS-232) Naváděcí počítač Apolla 16ti bitový; 4K slov RAM, 32K ROM 4 centrální registry a 11 vnitřních registrů umožňoval úsporný režim Miroslav Flídr Počítačové systémy LS /14- Západočeská univerzita v Plzni

21 Počítače z integrovaných obvodů PDP-11 (1970) 16-ti bitový minipočítač používal ortogonální instrukční sadu poskytoval 8 registrů (7 obecných + čítač instrukcí) umožňoval několik adresních módů (přímý, absolutní a relativní) nepoužíval specializovanou sběrnici, všechny V/V operace se mapovaly do adresního prostoru vestavná varianta LSI-11 - CPU na 4 integrovaných obvodech (mikrokód obsahoval i debugger přístupný přes RS-232) Naváděcí počítač Apolla 16ti bitový; 4K slov RAM, 32K ROM 4 centrální registry a 11 vnitřních registrů umožňoval úsporný režim Miroslav Flídr Počítačové systémy LS /14- Západočeská univerzita v Plzni

22 Mikroprocesorové počítače Významné milníky Intel uvádí první dynamickou RAM pamět vyvinut první mikroprocesor Intel bitové mikroprocesory Intel 8080 a Motorola bitový Intel Motorola vnitřně již 32 bitový jednočipový mikropočítač Intel 8051 Miroslav Flídr Počítačové systémy LS /14- Západočeská univerzita v Plzni