Výpočetní technika Školní rok

Základní škola a Mateřská škola Sepekov Absolventská práce Výpočetní technika Školní rok 2016-2017 Vypracoval: Jiří Matěja Vedoucí práce: Mgr. Irena Kotalíková Sepekov 2017

Prohlášení: Prohlašuji, že tuto předloženou práci jsem vypracoval zcela samostatně a uvádím veškeré prameny, které jsem použil. V Sepekově dne: 28. 4. 2017.. podpis

Poděkování: Touto cestou bych chtěl poděkovat paní učitelce Mgr. Ireně Kotalíkové za skvělou pomoc jak s prací, tak s vyhledáváním informací a následnou opravou textu. Děkuji za trpělivost a skvělou podporu. Taktéž bych chtěl poděkovat panu učiteli Mgr. Miloši Kluiberovi za pomoc s technickou stránkou práce.

Obsah Úvod: Výpočetní technika a její definice... 1 Jak to vše začalo... 2 Revoluční společnosti... 5 Apple... 5 Microsoft... 6 Současnost... 8 Programování výpočetní techniky... 11 Elektronické programovaní skrze programovací jazyky... 11 Historie výpočetní techniky na naší škole... 12 Závěr... 14 Použitá Literatura... 15

Úvod: Výpočetní technika a její definice Pod pojmem výpočetní technika si většinou představíme jen počítače. Ale není to tak docela pravda, jsou totiž jen jednou z částí výpočetní techniky. Výpočetní technika je souhrn metod práce s výpočetními prostředky (počítače, kalkulátory ). Počítač se rozšířil ve 20. století, avšak původní význam slova počítač byl úplně jiný. Slovo počítač označovalo člověka, který prováděl výpočty. Od rozšíření počítačů ho známe jako programovatelné médium, které dokáže počítat zadané početní a logické úlohy. Další z řady výpočetních nástrojů jsou například tabulky předvypočtených hodnot (např. goniometrických funkcí nebo mocnin) nebo jednoduché mechanické pomůcky jako je logaritmické pravítko. Pokud se vrátím k počítačům jako takovým, tak o chod výpočtů se stará procesor, který řídí proces počítání. V dnešní době se udává jednotka Hertz, ta však pro moderní výpočetní centra nestačila, proto se běžně používá Gigahertz. Zkráceně řečeno jedná se o pravidelný děj a jeho počet opakování za sekundu. 1

Historie Jak to vše začalo Už odjakživa si lidé chtěli usnadnit práci, a proto se snažili vymyslet jak. Zpočátku se jednalo pouze o mechanické pomůcky, avšak později, čím více se rozvíjela elektronika, se začali více rozvíjet i počítače. Uvádím předchůdce dnešních počítačů. První zařízení byla jednoduchá, zakládala se pouze na mechanických principech. Přibližně roku 3000 př.n.l. usnadňoval počítání s čísly Abakus, který měl mnoho podob. Jednou z nich byla dřevěná deska s kameny, tzv. calculli (odtud pochází název slova kalkulačka) Leonardo da Vinci-(1500) náčrty a poznámky o mechanické kalkulačce (vynález ponorky s ozubenými kolečky je považován za první mechanickou kalkulačku) Roku 1614 John Napier vyzkoumal novou matematickou metodu, díky níž šlo převést násobení a dělení na sčítání a odčítání. Tato metoda byla nazvána Napierovy logaritmy. Angličan William Oughtred roku 1621 této metody využil k sestrojení prvního logaritmického pravítka (v roce 1850 vylepšil metodu posuvného pravítka Francouz Amédée Mannheim přidáním posuvného ukazatele a tím vytvořil logaritmické pravítko, jak ho známe dnes) Wilhelm Schickard sestavil roku 1623 první mechanický počítací strojek pracující na principu počítadla ujetých km Blaise Pascal vyrobil v roce 1642 Pascaline, první mechanickou kalkulačku, která uměla pouze sčítat a odčítat. Roku 1820 vytvořil Charles Xavier Thomas první sériově vyráběný kalkulátor V roce 1833 Charles Babbage vytvořil první programovatelný mechanický diferenční stroj, k programování používal děrné štítky, v roce 1848 začal vznikat mechanický analytický stroj, který je považován za předchůdce moderních výpočetních systémů, avšak ten nebyl 2

nikdy dokončen, neboť Babbage zemřel. Hermann Hollerith v roce 1886 sestavil děrnoštítkový stroj, který nejenom četl, ale i zapisoval data. Umožňoval tak hromadné zpracování dat. Byl využit při sčítání lidu v USA r.1890. Tento americký vynálezce je jedním ze zakladatelů IBM (International Business Machines) To jsou jména všech lidí, kteří nemalou měrou přispěli k mechanickému vývoji v tehdejších dobách. 1621 logaritmické pravítko Obr. 1. Logaritmické pravítko 1623 první mechanický počítací strojek Obr. 2. Počítací strojek 3

1642 Pascaline první mechanická kalkulačka Obr. 2. Pascaline Vývoj počítačů 0. generace - elektromechanické počítače využívající relé. K pokroku došlo za druhé světové války. K vývoji přispěl německý inženýr Konrad Zuse a americký inženýr Howard Hathaway Aiken, který působil jako hlavní inženýr při stavbě prvního počítače firmy IBM. Prvním počítačem vyrobeným v tehdejším Československu byl SAPO, který byl dán do provozu roku 1957. 1. generace použití elektronek, první elektronkový počítač ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer) byl zprovozněn v roce 1944 v USA 2. generace - použití tranzistorů, které zlepšily parametry počítačů (např. zmenšení rozměrů, zvýšení výkonu), objevily se výměnné disky, došlo k rozvoji prvních místních počítačových sítí, nastala éra prvních vyšších programovacích jazyků (Fortran, Algol, Cobol a Basic) 4

3. generace použití integrovaných obvodů (první vyrobil Jack St. Clair Kilby), objevují se první osobní mini a mikropočítače, z nichž nejznámější je IBM 360 (mise Apollo 11), ale také sálové počítače 4. generace použití mikroprocesorů, na jejichž vývoji se podílel M. E. Hoffa, éra systému DOS 1981 IBM PC (textové rozhraní, klávesnice) 1984 Apple Macintosh (grafické rozhraní, myš) 5. generace (multiprocesorové systémy) v Cray 1, Cray 2, Cray 3 6. generace (umělá inteligence) Revoluční společnosti Jedny z nejznámějších firem jsou bez pochyby Apple a Microsoft. Jako výrobci počítačů a hlavně systémů do nich se stali velkými rivaly. Firma Apple distribuuje počítače se systémem IOS. Firma Microsoft distribuuje počítače se známějším Windows. Apple 5

Firmu v roce 1976 založili kamarádi Steve Jobs, Steve Wozniak a Ronald Wayne v garáži. Firma Apple je jediným distributorem velké škály zařízení se systémem MacOS a IOS. Taktéž je to revoluční firma, která začala vyrábět a prodávat osobní počítače, což byla neskutečná revoluce při jejich začínajícím počínaní ve světě osobních počítačů. Z počátku firma začínala jako Apple Computers Inc., avšak v pozdější fázi působení změnila firma název na Apple Inc., protože už neprodávala pouze počítače, ale i širokou škálu zařízeni s MacOS a IOS. Macintosh je revoluční osobní počítač, který rozvíjí a posouvá dál grafické uživatelské rozhraní. V pozdější době Apple přešel na využívání microprocesorů značky Intel a nyní už se s nimi setkáme ve všech zařízení, ať se jedná o macbook nebo mobilní přistroj Iphone. Tyto procesory umožnují použití malé konstrukce a tudíž Apple mohl započít výrobu zmenšených počítačů, kompaktnějších, nežli byli úplně původní počítače jako Apple 2. V dnešní době patří Apple ke špičkové firmě. Microsoft Microsoft je firma zabývající se software a to hlavně systémy a programy pro kancelářské využití. Microsoft byl založen 4. dubna 1975. Z počátku se věnoval jen vývoji BASIC (jednoduchý programovatelný operační systém) pro ATARI (vývojové studio pro software a hry). V pozdější době přešel Microsoft na vývoj vlastního operačního systému a to MS- DOS, s čímž přišel průlom na trhu s akciemi, kde cena Microsoftu vzrostla a stal se tím známější firmou a mohl tak začít s dalšími vývoji. Microsoft přistoupil k vývoji kancelářských programů, které se těší velké oblibě, např. Microsoft Word a Microsoft PowerPoint. S vývojem MS-DOS přišla taktéž populární série Windows, která vládne počítačům v našich domácnostech až do teď, avšak v aktualizované a vylepšené formě. 6

Firma se nespecializuje jen a pouze na počítačový operační systém, ale i na herní průmysl, kde prorazil se zařízením Xbox, které se těšilo velké oblíbenosti hlavně u mladších generací. Zde je graf používanosti systémů obecně k roku 2015. Windows 8.1 10% Windows 8 4% Mac OS X 5% Windows 10 3% Linux 2% Ostatní 2% Windows XP 19% Windows Vista 2% POUŽÍVANOST Windows 7 53% Obr. 3. Graf Macintosh- Obr. 4. Macintosh 7

Microsoft Xbox - Obr. 5. Xbox Současnost V současnosti dosahuje rozvoj výpočetní technologie tak vysoko, že si člověk neuvědomuje, kde všude v každodenním životě se s umělou inteligencí setkáme. Dnes už se jedná o mikročipy, které dokáží řídit kuchyňské spotřebiče apod. Posun je to veliký, když si člověk představí, že dříve počítač zabíral místnost ne-li více a nyní se vejde do batohu a má daleko větší výkon. Nyní se u standartních počítačů pohybujeme na taktu v GHZ (gigahertz), dříve tomu bylo tak, že jsme se pohybovali pouze na hertz. Jak jde doba dál, lidé se zdokonalují a počítače dvojnásob. Zásadním problémem, který přitom bude nutné vyřešit, je chlazení. Společnosti Intel a AMD objevili způsob, jak by se dal uchladit procesor s tranzistory o velikosti 15nm. Dodejme, že hranice 20nm se považovala za nepřekonatelnou. Celý vtip spočívá v tom, že tranzistor jako takový již není chlazen pouze ze shora, ale je celý povytažen nad okolní úroveň čipu, což dovoluje chladit jej ze všech pěti stran. Umělá inteligence dosahuje takových rozměrů, že dokáže pracovat nezávisle na člověku, pouze s předem naprogramovaným úkonem a mnohdy dosahuje rychlejší a 8

přesnější výroby. Např. v současnosti se rozšířilo tzv. APU, což je procesorové jádro (CPU) současně s grafickým jádrem (GPU) v jednom čipu. Jedná se o převratný čip, který je poměrně výkonný a přišla s ním poprvé firma INTEL s procesorem Intel-Athon, poté i firma AMD vyvinula svůj čip APU. Nyní je APU jak současnost, tak i budoucnost, protože je stále co vylepšovat. K současnosti patří taktéž velký rozvoj Blu-ray disků, jež dokáží přenést maximální kvalitu filmu jak po obrazové, tak i po zvukové stránce. Blu-ray disky disponují rozlišením 3840x2160 a místem až 100 GB, při využití oboustranného a dvouvrstvého Blu-ray discu, oproti DVD, které má maximální rozlišení 720x480 a kapacitu 17,1 GB. Jako další si představíme tablet, vymoženost 20. a 21. století, která pohltila hlavně mladší generaci. Jedná se o dotykovou desku především využívající systém Android, avšak i je k dispozici i s IOS a i s Windows. Moderní počítače: budoucnost nebo šílenství? Moderní doba si žádá kvalitní výpočetní stroje, které jsou nejen výkonné ale i malé. Nyní počítače fungují na bázi křemíkových tranzistorů, kterých jsou miliardy, avšak zde už není skoro posunu. Pro představu, vývoj křemíkových čipů dosáhne svého limitu už v roce 2020 a to při velikostech menších než 10 nanometrů se těšily velké nespolehlivosti. Proto vědci začali hledat nový způsob z čeho zkonstruovat nové čipy, až se zastavili u takzvaného grafenu. Grafen je super tenká forma uhlíku strukturou podobná grafitu. Nyní vědci testují prototyp tohoto materiálu ve formě trubiček, do kterých vměstnali 178 transistorů a výkon se pro zatím vyrovná počítačům ze 70-80 let, ale dodávají Toto je jen začátek. CNT, jak se tato nová technologie nazývá, bude určitě do budoucna jedna z nejprůlomovějších věcí za poslední dekádu. Můžeme jen předvídat co nám buducnost přinese, ale co se týče informatiky, máme se na co těšit. Grafen, který byl používán na experimenty, je ohebný, v tahu asi 200krát pevnější než ocel a lepší vodič tepla i elektřiny než kovy. Ale vědci nevylučují ani možnost využití cínu po pokusech, při kterých zjistili, že pokud se udělá jednoatomová vrstva cínu též nazvaná jako stanen, mohou 9

dosáhnout 100% účinnosti. Další výhodou je, že pokud tento prvek, nazveme-li ho tak, spojíme s fluorem, tak dostaneme konstantní výsledky jednoatomové vrstvy až do 100 stupňů Celsia, což je pro počítačový průmysl jedna z průlomových informacích a můžeme se jen těšit, co nám přinesou další výzkumy a zdali se dočkáme Statenu nebo Grafenu v moderních počítačích. V obouch případech to bude průlom v rychlosti a úspoře energie. Obr. 6. Grafen trazistor 10

Programování výpočetní techniky Elektronické programovaní skrze programovací jazyky Základem je si vybrat vyhovující programovací jazyk. Nyní už je spousta možností, například C++ nebo HTML (Hyper Text Markup Language), CSS, Java Script, SQL. Každý z nich je preferovaný po jinou část výpočetní techniky. Například C++ je nepoužívanější pro začátečníky a je používán pro vývoj výkonných aplikací. HTML je používán pro tvorbu webových stránek. V dnešní době není programování žádnou vědou, v poslední době se rozšířilo mezi širokou veřejnost. Nyní se vyrábějí hračky pro děti, které si samy naprogramují pomocí jednoduché aplikace. Elektronické programovaní skrze programovací jazyky: HTML Programovací jazyk HTML, kterým si lze vytvořit vlastní webovou stránku z pohodlí domova a pouze ve svém textovém editoru, např. v poznámkovém bloku. To zvládne každý, kdo ovládá pouze neprimitivnější základy textového editoru. I toto poukazuje na to, že na tom není nic těžkého. Výhodou je, že HTML je čitelný pro nejpoužívanější prohlížeče a tudíž není problém tento kód rozšifrovat i na druhém konci světa. Na obrázku je zobrazeno stručné poskládaní HTML kódu. Obr. 7. Struktůra HTML 11

Historie výpočetní techniky na naší škole I na naší škole se objevily zajímavé kousky z předešlých dob. Na dobu, kdy byli používané, to byly moderní stroje, které svým výkonem ohromovali širokou veřejnost. Ve škole jsme nalezli skvosty jako například Didaktik Gama s 80KB RAM pamětí, která v tehdejší době byla naceněna na 6200 Kčs, později slezla přes 4990 Kčs, 3990Kčs až na 2300 Kčs. Tento počítač sloužil k programování například v jazyku BASIC a přispěl k propagování her. K tomuto produktu lze připojit i dobový joystick, což zvyšovalo atraktivitu tohoto produktu. Dalším úlovkem byl Macintosh LC II. Tento nádherný produkt od firmy Apple byl zkonstruován v letech 1991-1992 a disponoval značným výkonem, procesor měl 16MHZ a disponoval z počátku pouze 80MB pevným harddiskem, avšak později byl nahrazen 160MB harddiskem. Nezaostával ani co se týče RAM paměti, maximální osazená RAM byla 36MB, což už bylo podstatně více než u prvního modelu LC, který disponoval max. 10MB. Ke všem modelům byl dodáván i monitor a klávesnice, a samozřejmostí byla i myš. Tento počítač stál přibližně 34 787 Kč, což není zrovna malá částka. Je pěkné se ohlídnout za starými časy a vidět jak něco tak primitivního, avšak důmyslného, dokázalo přispět k vývoji až k dnešním hranicím takřka nemožného, kdy každý nosí po kapsách mobilní telefon, který má takřka 10 krát větší výkon než měly dřívější počítače. Každý z těchto starých počítačů je neodmyslitelnou částí historie výpočetní techniky. V těchto starých počítačích nenajdeme žádný velký výkon, ale najdeme zde velkou preciznost píle a hlavně trpělivosti, protože většina součástek byla ručně dělaná a pájena a ne jako dnešní součástky, které jsou strojově vyráběny. Zde můžete vidět výkonové srovnání počítačů, které jsou svým datem výroby vzdálené přibližně 24 let. Tabulka se zaměřuje na tři hlavní parametry počítačů tehdejší doby + cena. Počítač Procesor RAM Kapacita disku cena Macintosh LC II 16MHZ 36 MB 80mb 34 787 Kč Apple imac 3300MHZ 8000 MB 2000000 MB 69 990 Kč Obr. 8. Tabulka 1 12

Didaktik Gama 80KB Obr. 9. Didaktik Gama 80KB Macintosh LC II Obr. 10. Macintosh LC II 13

Závěr Absolventská práce je zaměřena na výpočetní techniku. Část práce se zaměřuje na historii a přesouvá se až do blízké budoucnosti. O tomto tématu lze napsat hodně, a tak sem se snažil vybrat tu nejzajímavější a známější část tohoto tématu. Tato práce mě obohatila, získal jsme spoustu nových informací. Důvodem, proč jsem si zvolil toto téma, je, že se už dlouho dobu zajímám o počítače. 14

Použitá literatura Obr. 1. logaritmické pravítkohttp://www.wikiwand.com/cs/logaritmick%c3%a9_prav%c3%adtko#/overview Obr. 2. shickard - http://www.historie.sokolici.eu/images/schickard.jpg Obr. 3. pascaline - http://www.historie.sokolici.eu/images/pascaline.jpg Obr. 8. tabulka http://www.1kspa.cz/kladno/dokumenty/stud_materialy/vyt/vypocetni_techni ka_zaklady.pdf Obr. LOGO APPLE- https://commons.wikimedia.org/wiki/file:apple_logo_black.svg Obr. Microsoft logohttps://www.google.cz/search?q=logo+microsoft&espv=2&biw=1745&bih=819&tbm=isc h&tbo=u&source=univ&sa=x&ved=0ahukewj3q7deokjsahxme5okhftaafmqsaqigw#im grc=nkrkbuhjm7glmm: Obr. 5. Xbox- https://pixabay.com/cs/xbox-videohra-x-box-hern%c3%ad-konzole1200296/ Grafen: (WIK) Zdroj: http://technet.idnes.cz/evropske-vedecke-flagship-projekty-zamiliardu-f5p-/veda.aspx?c=a130116_165009_veda_mla Obr.6. tranzistor: http://diit.cz/clanek/samsung-o-krucek-blize-grafenovym-tranzistorum HTML : https://www.google.cz/search?q=html+programov%c3%a1n%c3%ad&source=lnms&tb m=isch&sa=x&ved=0ahukewiy5mne_sltahvljswkhqlvbskq_auicigb&biw=1745&bih=8 64#imgrc=L74GyKbBAmqM3M: Obr.4. macintosh : http://www.ceskymac.cz/1990-macintosh-classic/ KOLÁŘ, Petr. Operační systémy [online], Liberec: 2005-02-01 ZELENÝ, J.; MANNOVÁ, B.. Dějiny počítačů, Praha : Scientia, 2006 http://diit.cz/clanek/v-berkeley-vyrobili-prvni-1nm-tranzistor http://www.historiepocitacu.cz/dobovy-popis-vypocetni-techniky.html http://www.ceskymac.cz/1990-macintosh-classic/ 15

16