Historie počítačů Počítačové generace Klasifikace počítačů a technologické trendy Modifikace von Neumanova schématu pro PC

Transkript

1 Informační systémy 2 Technické prostředky počítačové techniky Přednáší: doc. Ing. Jan Skrbek, Dr. - KIN Přednášky: středa Spojení: jan.skrbek@tul.cz tel.: Obsah: Historie počítačů Počítačové generace Klasifikace počítačů a technologické trendy Modifikace von Neumanova schématu pro PC MultiEdu: IS2KIN15 1

2 Historie Charles Babbage návrh diferenciálního stroje, který umožňoval řešení kvadratických rovnic - aritmetická jednotka, paměť dat, řídící jednotka pro řízení průběhu celého programu a zařízení pro vstup a výstup dat, poté navrhl analytický stroj, který byl řízený programem B. Pascal návrh mechanické kalkulačky - Pascaline George Boole Zákony myšlení (The Laws of Thought) - systematická metoda pro zobrazení a analýzu logických operací Strojek z Antikythéry" - 82 před n.l. - bronzové torzo velice komplikovaného přístroje, vylovené roku 1900 ze starého vraku, 37 ozubených koleček, úroveň 18. století 2

3 Konrad 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 V1 a V2, 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 3

4 Howard Eiken ( ) MARK 1 - oddělená paměť dat a programu ENIAC 1946 Technické prostředky počítačové techniky 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 elektronek, spotřeba cca 150 kw až 5000 součtů za vteřinu programování propojováním funkčních bloků propojovacími kabely a kombinací funkčních přepínačů Electronic Numerical Integrator And Computer 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 elektronek, krystalových diod paměť slov o šířce 44 bitů, realizovaná pomocí zpožďovacích linek taktovací frekvence 1 MHz John von Neumann - navrhl zásadu, že by se vnitřní struktura počítače neměla nijak měnit v závislosti na zpracovávané úloze. Že by měla být univerzální, aby byla schopna si poradit s úlohami nejrůznějšího typu, přičemž konkrétní úkol má být řešen výhradně programem. - navrhl, že programy i data se mají uchovávat v téže operační paměti. Do té doby totiž platilo, že programy a data jsou dvě různé věci, které není možno směšovat Historie počítačů v ČR 5

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

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

8 Generace počítačů 2. generace tranzistorové (vývoj cca ) 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 (vývoj cca ) - 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

12 2012 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

13 14

14 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 20

15 Technické prostředky počítačové techniky 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 ( desktop ) přenosné notebook tablet smartphon 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) 21

16 Trendy miniaturizace komunikátory: Nokia MORPH koncept na bázi nanotechnologií spojení vědy s designovým uměním smartphone může být ve tvaru náramku nebo kreditní karty - Společný projekt Nokia Research Center and Cambridge Nanoscience Center 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. 22

17 Trendy miniaturizace komunikátory: 23

18 Trendy miniaturizace Raspberry Pi - Model B+ : velikost kreditní karty výkonný grafický čip s kompozitním výstupem i s HDMI přenášejícím zvuk datový tok až 40 Mbps (což odpovídá kvalitě Blu-ray) 4 konektory USB pro připojení myši a klávesnice, popřípadě flashdisků a externích disků operační systém na mikro SD kartě 24

19 John von Neumann koncepce počítače Vstupy Paměť Výstupy Procesor ALU ŘADIČ Přenosové kanály 25

20 John von Neumann koncepce mikropočítače Vstupy Paměť Výstupy řídící sběrnice Procesor ALU ŘADIČ adresní sběrnice datová sběrnice 26