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

Transkript

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

2 Dnešní info: Informatika 2 01 Program, jehož používání se provalilo po hackerském útoku na samotnou italskou vývojářskou společnost loni v létě, dokáže z napadených počítačů nebo mobilů kromě klasických soudem povolených odposlechů vydolovat také například přístupové údaje k bankovním účtům, sociálním sítím, kontakty a údaje z kalendáře nebo stáhnout uložené fotografie. Hacking Team prodal svůj špionážní software americkému Federálnímu úřadu pro vyšetřování (FBI) i ruské tajné službě. Firma spolupracuje podle AP jak s autoritářskými vládami na Blízkém východě, tak s policejními odděleními amerických předměstí. Dokonce se snažila prodat i Vatikánu sledovací aplikaci použitelnou proti věřícím. 2

3 Dnešní info: Informatika

4 Dnešní info: Informatika

5 Technické prostředky počítačové techniky 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

6 Technické prostředky počítačové techniky 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 6

7 Technické prostředky počítačové techniky Howard Eiken ( ) MARK 1 - oddělená paměť dat a programu ENIAC 1946 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 7

8 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 John von Neumann taktovací frekvence 1 MHz URAL 2 Historie počítačů v ČR 8

9 Technické prostředky počítačové techniky řadič vstup paměť výstup aritmetickologická jednotka řídící signály toky dat Obr.: Blokové schéma počítače von Neumannova typu

10 Technické prostředky počítačové techniky 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 10

11 Technické prostředky počítačové techniky 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 11

12 Technické prostředky počítačové techniky 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 12

13 Technické prostředky počítačové techniky Generace počítačů Apple - Stephen Wozniak, Steven Jobs 1976 Apple 1 13

14 Technické prostředky počítačové techniky Generace počítačů Apple - Stephen Wozniak, Steven Jobs 1977 Apple 2 VisiCalc maloobchodní cena za počítač s 4 KB RAM byla 1289 USD, rozšířený model s 48 KB RAM stál 2638 USD 14

15 Technické prostředky počítačové techniky Klasifikace počítačů Kritéria: vnitřní architektura rychlost procesoru rozsah vnitřní paměti kapacita vnějších pamětí rychlost výstupních zařízení počet uživatelů cena 15

16 superpočítače Technické prostředky počítačové techniky 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 Cray

17 IBM - superpočítač Blue Gene 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

18 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. 18

19 19

20 20

21 2016 Intel a Cray staví superpočítač Aurora s výkonem 180 PFLOPS, teoreticky ale bude možné dosáhnout až na 450 PFLOPS. Superpočítač by měl být postavený a funkční v roce 2018 Rychlá vnitřní paměť bude mít celkovou kapacitu TB s propustností přes 30 PB/s. Pro ukládání dat bude k dispozici úložiště s kapacitou více než 150 PB s propustností přes 1 TB/s. O formu rychlé mezipaměti pro ukládání dat se postarají SSD od Intelu. Aurora zabere plochu o velikosti 280 m2 a bude mít spotřebu 13 MW. Využití oblast biologie - pro výzkum organismů a nemocí. - část výpočetního času bude určen pro zkoumání efektivity dopravy, designu dopravních prostředků, pro lepší aerodynamiku a efektivnější tišší motory. - výzkum obnovitelných zdrojů energie, vyšší efektivita větrných turbín apod. Zdroj: 21

22 22

23 Technické prostředky počítačové techniky 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 23

24 Technické prostředky počítačové techniky Klasifikace počítačů 24 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 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)

25 Technické prostředky počítačové techniky Klasifikace počítačů osobní počítače (cena) stolní ( desktop ) přenosné notebook tablet ipad, ipod, iphone smartphon síťové (Cloud computing) Google 25

26 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. 26

27 Trendy miniaturizace Raspberry Pi - Model B+ : 27 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 Cena s DPH: 899,- Kč (Alza.cz)

28 Technické prostředky počítačové techniky Vstupy John von Neumann koncepce počítače Paměť Výstupy Procesor ALU ŘADIČ Přenosové kanály 28

29 Technické prostředky počítačové techniky Vstupy John von Neumann koncepce mikropočítače Paměť Výstupy řídící sběrnice Procesor ALU ŘADIČ adresní sběrnice datová sběrnice 29