3. Historie počítačů Rok Vynález Abakus - se v mnohém podobal dnešnímu počítadlu do dřevěné nebo hliněné destičky se vkládaly kamínky calculli (odtud dnešní slovo kalkulačka). Určitě by jej však nikdo dnes neoznačil za počítač. O datu prvního výskytu se spekuluje, nejčastěji je však zmiňováno asi 5000 př.n.l. Další neshody se nacházejí v otázce, odkud vůbec abakus pochází. Je 3000 1000 př.n.l. pravděpodobné, že název dostal abakus od antických kultur, ale možná tam nevznikl. Mluví se také o Číně, či o Malé Asii. Tomu by nasvědčovalo to, že v Asii se dodnes používá k výuce ve školách. Jiný zdroj však zase uvádí, že abakus se dostal do Číny až ve 13. století. Za zmínku také stojí, že abakus ve svých prvních fázích nepoužíval nulu, která se poprvé vyskytuje teprve u Mayů. první počítadlo s trigonometrickými funkcemi - sestrojili kolem roku 200 n.l. Arabové. první hvězdářské počítadlo - také v Řecku bylo sestrojeno první hvězdářské počítadlo cca 200 n.l. a v Indii vyšla první publikace o používání nuly. první publikace o používání nuly první kapesní hodinky - Zdánlivě to s počítači vůbec nesouvisí, ale je nutno si uvědomit, že 1502 šlo tehdy o velmi pokročilý mechanický přístroj a že počítače a kalkulátory byly ve svých začátcích pouze mechanické. 1608 Dalekohled - sestrojil jej v Nizozemí Hans Lippershey Napierova kost tento systém vynalezl ve Skotsku matematik a filosof John Naper. Umožňoval i násobit a dělit, byť přitom systém používal sčítání a odčítání, což jej 1617 samozřejmě zpomalovalo. Na základě Napierovy kosti bylo později vynalezeno logaritmické pravítko. 2 prototypy kalkulátorů byly sestrojeny poprvé Wilhelmem Schickardem. Do dneška se však nedochovaly, zachovaly se pouze dokumentace a náčrtky. Patrně první plány k sestavení kalkulátoru pocházely od Leonarda da Vinciho. 1623 Nejkuriosnější asi je, že se podle nich později skutečně podařilo kalkulátor sestavit. Zde by bylo na místě upozornit, že tu pod pojmem kalkulátor není myšlena elektrická kalkulačka, jak ji známe dnes (ta byla vynalezena až v 60. letech 20.století). první logaritmické tabulky - vytvořil v Anglii Henry Briggs. Nebyly ovšem zcela 1624 bezchybné bylo v nich dodatečně nalezeno 1161 chyb. Jejich opravu provedl roku 1628 Nizozemec Adrian Vlacq. mechanická sčítačka na základě ozubených koleček sestrojil ji 19-tiletý Blaise Pascal. 1642 Údajně proto, že jeho otec byl výběrčí daní a všechno do té doby sčítal ručně. první větší výroba kalkulátorů (50 kusů) nastala, když bylo Pascalovi uděleno královské privilegium. V současné době se kusy nacházejí v museích po celém světě. Někdy mezi 1649 lety 1671 a 1694 zdokonalil Gottfried Willhelm von Leibnitz Pascalův kalkulátor. Bylo přidáno násobení, dělení a druhá odmocnina, bylo zaměněno ozubené kolo za ozubený
válec. Tento vynález byl nazván krokový kalkulátor a byl překonán až v 19. století. 1671-1694 krokový kalkulátor objev děrných štítků francouzského vynalezce, tkadlece hedvábí Josepha-Maria 1805 Jacquarda. Znamenaly ohromné zrychlení sčítání. O jejich úspěchu a významu svědčí také to, že například v České republice se používaly až do 80. let 20. století. poprvé tvrzení, že počítač (nebo kalkulátor) koná matematické operace lépe než člověk - 1812 dnes zdánlivě banální fakt vyřkl matematik Charles Babbage. první hromadná výroba kalkulátorů - Když významně vylepšil Charles Xavier Thomas de Colmar Leibnitzův krokový kalkulátor. Vzniklý stroj se jmenoval aritmometr. Ten se poté 1820 stal prvním hromadně vyráběným kalkulátorem a v mnoha obměnách se vyskytoval až do 1. světové války. model diferenčního stroje - Babbage se zabýval konstrukcí parních počítacích strojů a o rok později se mu dostává podpory britské vlády a Babbage začíná dělat plán. V roce 1833 tento plán předkládá. Měl vzniknout stroj na řešení diferenciálních rovnic. Z realizace však nakonec sešlo. Kdyby totiž bylo zařízení postaveno, mělo by velikost lokomotivy. To by 1822 bylo na dva techniky-programátory evidentně příliš. Babbageova spolupracovnice se jmenovala Augusta Ada. Byla dcerou anglického básníka Byrona. Zajímavostí je, že byla asi první programátorka v dějinách. Mimo programování též zařizovala tu část práce, již bychom dnes nazvali marketing. změna z diferenčního stroje na analytický stroj - Babbage se stále nevzdával a pracoval dál. U tohoto stroje by se daly vypozorovat i základní rysy moderních počítačů a byly u něj 1848 použity také děrné štítky. Tento odvážný plán však naneštěstí nebyl dokončen. Nepovedl se to dokonce ani Babbageovu synovi mezi lety 1880 a 1910. Kdyby se to však povedlo, tak by celý stroj obsahoval 50000 součástek. sčítání lidu v USA s uchováváním informací na děrných štítcích - V roce 1890 se v USA konalo sčítání lidu. Vzhledem ke stále vzrůstajícímu počtu tamějších obyvatel by však i obyčejné sčítání a uchování dat bylo velmi náročné. A tak přišly ke slovu stroje. Důlní inženýr Herman Hollerith a jeho spolupracovník James Powers si toho byli dobře vědomi. 1890 A tak tedy vynalezli elektromagnetický třídící a vyhodnocovací stroj na děrné štítky. Hlasovací lístky byly přepočítávány rovnou pomocí strojů, čímž se celé sčítání významně zkrátilo. Stroje byly následně použity i při sčítání lidu v Německu v roce 1910. To samozřejmě brzy vedlo k založení mnoha společností uchovávajících data na děrných štítcích, jako třeba IBM v roce 1924. 1924 založena společnost IBM Neumannovo schéma - Vymyslel jej John von Neumann a znamenalo průlom v dějinách počítačů. Zhruba od té doby se začíná mluvit o moderních počítačích. Schéma rozdělilo počítač na několik částí, každá měla svou specifickou funkci. Také se tím prosadila 40. léta 20. století dvojková soustava. Od té doby do dnešního dne se počítače rozdělují do 5 generací. Každá generace má své specifické rysy. První generace začala tím, že Lee de Forest vynalezl elektronku. To vedlo k vyřazení
nespolehlivých relé. Ani elektronky však ještě nebyly příliš spolehlivé. Počítače pracovaly dle Neumannova schémata. Tato generace počítačů se vyznačuje diskrétním režimem práce. To znamenalo, že do počítače byl nejprve zaveden program. Poté byl spuštěn výpočet a s počítačem v tu dobu nebylo možno komunikovat. Když počítač práci dodělal, mohl mu být zadán další úkol. Bylo to nevýhodné, protože během zadávání úkolu ležel počítač ladem. Tyto počítače měly také velmi malou paměť. V první generaci neexistovaly žádné vyšší programovací jazyky ani jakékoli operační systémy. Její problém však také spočíval v pomalosti a nízké paměti. Když John Barden vynalezl transistor, nastala druhá generace počítačů. Funguje u nich dávkový režim práce počítač dostal určitou dávku úkolů a po dokončení jednoho si z dávky okamžitě vzal další. V této době začaly vznikat první operační systémy a programovací jazyky (COBOL, FORTRAN ). Transistory se však příliš přehřívaly. Třetí a další generace již používaly integrované obvody na jednom čipu bylo integrováno velké množství transistorů. Rozdíl v těchto generacích je víceméně o tom, jaká hustota transistorů se vejde na jeden integrovaný obvod. Od této doby také funguje paralelní režim práce pracuje více programů současně a každý používá jinou část počítače. Čtvrtá generace je v podstatě dodnes a za pátou se často považuje stroj s umělou inteligencí (ovšem opravdu myslící stoje jsou stále hudbou budoucnosti). rok generace počet skříní počet operací/s. součástky 1940 0. velký nízký relé 1950 1. desítky 100 1000 elektronky 1958 2. - desetitisíce tranzistory 1964 3. - pěti-desetitisíce integrované obvody 1972 3,5 1 statisíce integrované obvody 1981 4. 1 desítky miliónů integrované obvody 1938 1939 1940 1941 Za druhé světové války dochází k mimořádnému boomu informačních technologií, a také šifrovacích a dešifrovacích strojů. Z1 - Roku 1938 sestrojili v Německu Konrad Zuse a Helmut Schreger prototyp mechanického binárního (dvojkového) kalkulátoru. Kalkulátory řady Z však byly na Z přejmenovány až po válce, předtím se jmenovaly V. Z2 - V roce 1939 byla zastavena práce na tomto kalkulátoru kvůli Zuseho odvodu do vojska. Complex Number Calculator - V roce 1940 sestrojili pracovníci Bellových laboratoří Samuel Williams a George Stibnitz tento známý komplex (kalkulátor pro komplexní čísla), přičemž díky použití dvojkové soustavy potřebovali k sestavení mnohem méně relé než potřebovaly starší modely. ABC - V roce 1941 sestrojili John V. Atanasoff a Clifford Berry kalkulátor na řešení lineárních rovnic - (Atanasoff-Berry Computer), který však měl značné množství chyb. Tento kalkulátor také disponoval taktovací frekvencí 60 Hz (dnes
1943 1944 1945 1947 1948 prodávané počítače mají v průměru kolem 1 GHz), takže například součet trval celou sekundu. Jako sekundární paměť používal děrné štítky. Z3 - V roce 1941 sestrojil Zuse kalkulátor určený k počítání rovnic, ten však byl zničen v roce 1943 při bombardování. Hned po jeho vynalezení se Zuse pustil do práce na Z4. Mark 1 - Byl sestrojen v roce 1943 byl v USA Howardem Aikenem a jeho spolupracovníky s podporou IBM (též Harvard Mark 1), na němž se pracovalo již od roku 1939. Tento počítač byl s největší pravděpodobností použit při vynalézání atomové bomby. Vážil 5 tun, měl tři čtvrtě milionu součástek a 800 km drátových spojů. Heath Robinson - V roce 1943 sestrojili v Anglii Marc Newman, Wynn Williams a spolupracovníci dešifrovací stroj. Kombinovala se v něm elektřina a relé. Jejich následující produkt Colossus byl již plně elektronický. reléový interpolátor - V roce 1943 sestrojili S. Williams a Stibnitz, vlastně programovatelný kalkulátor. Z4 - V roce 1944 stačil Zuse téměř dokončit malý, reléový a samočinný kalkulátor. V jednom sklepu přečkal druhou světovou válku. Po jejím skončení byl dokončen a používán až do roku 1950. V závěru války Zuse svou práci již často přerušoval, přesto ještě stačil dodělat v roce 1945 programovací jazyk Plankalkul. ENIAC - V roce 1944 byl v USA sestrojili John W. Mauchly, John Presper Eckert a von Neumann Electronic umerical Integrator and Computer. Byl uspěchán kvůli válce a měl být užirečný při sestavování dělostřeleckých tabulek. Ač to byl v té době převrat, dnes byste si jej domů asi nekoupili. Byl jak dost pomalý (na dnešní poměry), tak dost velký měřil 310 m2, vážil 40 tun a byl složen z 17.468 elektronek, 10.000 kondenzátorů, 2.000 odporů, 3.000 relé, 5 miliónů pájených spojů a k chlazení mu sloužily dva letecké motory. V roce 1948 jej zdokonalili Richard F. Cliper a Nicolas Metropolis. EDVAC - sestrojil jej von Neumann - Electronic Discrete Variable Automatic Computer, který je čato považován za základ moderních počítačů. MANIAC - sestrojil jej v USA von Neumann MANIAC - Mathematical Analyser Numerical Integrator and Computer, jež byl použit k výrobě vodíkové bomby. Harward Mark II - sestrojil jej Aiken s podporou IBM a vlády USA. Tento počítač obsahoval 13000 relé. Claude Shannon zavedl bit jako základní jednotku paměti. IBM 604 - sestrojila jej IBM jako programovatelný elektronkový kalkulátor. Program byl uložen na výměnné desce. Transistor - vynalezli jej John Barden, Walter Brattain a William Schockley, který si později nechali patentovat. V roce 1956 dostali za tento vynález Nobelovu cenu. Whirlwind - Mezi lety 1948 1951 jej sestrojil na Massachusetts Technical Institute Jay W. Forrester. Tento počítač měřil v původní podobě 775 m2, ale na druhou stranu zvládl za sekundu v průměru 0,5 milionu součtů a 50000 součinů. Forrester také v roce 1949 vynalezl paměť na základě magnetických jader s drátovou
mřížkou, která v té době nahradila všechny ostatní druhy paměti. EDSAC - sestrojil jej ve Velké Británii Maurise V. Wilkes jako první programovatelný elektronkový počítač - Electronic Delay Storage Automatic Computer. Obsahoval 4500 elektronek, 21400 relé a disponoval taktovací frekvencí 500 khz.také používal novou hlavní paměť ultrasonickou se zpožděným spojením. Tu vynalezl William Shockley a později vylepšil Eckert. 1949 Harward Mark III - sestrojil jej Aiken. Ten kromě primární paměti disponoval také pamětí sekundární. Později byl vynalezen ještě plně elektronkový Harvard Mark IV. BINAC - sestrojili jej Eckert a Mauchly pro americké námořnictvo - Binary Automatic Computer. U toho byly poprvé použity zdvojené procesory. Ty jsou výhodné kvůli většímu zabezpečení dat při práci (když se něco stane jednomu, druhý může pracovat dál). Pilot ACE - byl sestrojen ve Velké Británii a skládal se z 200 oddělených ultrasonických částí. SWAC - Standards Western Automatic Computer, byl tehdy nejrychlejším počítačem na světě (součet mu trval 64 mikrosekund). 1950 SEAC - Standards Eastern Automatic Computer. Místo části elektronek u něj byly použity germaniové diody. V roce 1951 Lyon Company vynalezla na basi EDSACu (který sama spoluvynalézala) LEO 1 (Lyons Electronic Office 1), který dokázal být skoro nezávislý na okolní teplotě. UNIVAC začala jej vyrábět společnost Remington - elektronkový, vynalezený 1951 Eckertem a Mauchlym, který se stal prvním sériově vyráběným počítačem. IBM Defence Calculator - byl sestrojen v USA, později přejmenován na IBM 701, 1952 kterého se podařilo prodat celých 17 kusů (na tu dobu úžasný úspěch). 1954 hromadná výroba transistorů v Texas Instruments, komerční, křemíkových. 1955 TRADIC - sestrojil jej J. H. Felker jako první transistorový počítač 1956 pevný disk byl vynalezen v IBM RAMAC 305 integrovaný obvod - vynalezl jej Jack St. Clair Kilby ze společnosti Texas Instruments. Nechal si jej patentovat. Patent však zpochybnil Robert Noyce z Fairchild Semiconductors, který měl obdobný vynález, byť jednodušší. To vše 1958 bylo ještě více komplikováno faktem, že už v roce 1957 vznikl po spolupráci společností Royal Radar Establishment a Plessey podobný produkt, ačkoli ten měl horší technické výsledky než oba výrobky konkurence Modem byl vynalezen v AT&T Dataphone zařízení pro přenos dat v síti. V roce 1960 začala společnost Digital Equipment prodávat první počítač vybavený 1960 klávesnicí a monitorem. automatická továrna na transistory - provoz zahájila IBM UNIMATE sestrojili jej Joe Engelberger a George Devol první průmyslový 1961 robot. Společnost Fairchild Semiconductor popvé prodává integrovaný obvod. 1962 Myš vynalezl ji Douglas Engelbert a o rok později si ji nechává patentovat.
ASCII - zaveden standard - American Standard Code for Information Interchange. 1963 Umožňoval výměnu dat mezi počítači od různých výrobců. Mooreův zákon - vyřkl jej Gordon Moore, že každých 12 18 měsíců se bude kapacita integrovaných obvodů zdvojnásobovat. Jak řekl, tak se dodnes děje, a tento 1964 fakt je dnes znám jako Mooreův zákon. V roce 1965 byl v Berlíně poprvé v celé Evropě použit počítač k řízení dopravy. Disketa vyrobena v IBM Vynalezena magnetická bublinková paměť. 1967 V roce 1967 vytváří společnost Medtronics s pomocí integrovaných obvodů první pacemaker přístroj na taktování srdce. Intel Corporation - Založená Noycem a Moorem, když Noyce předtím získal patent 1968 na integrované obvody. první počítač určený domácnostem UNIX - naprogramován ve společnosti AT&T Bell Laboratories operační systém. 1969 programovatelný čip - vynalezen první čip a z něj byl vyroben procesor 4004 pro kalkulátory. Ten měl pouze 2300 transistorů a taktovací frekvenci 740 khz. výroba mikroprocesorů - společnost Texas Instruments je začala vyrábět jako první, 1971 tím pádem byla ten rok presentována také první reklama na mikroprocesor. Anitou Mark - vyroben ve Velké Británii Normanem Kitzem, o kterém se někdy mluví jako o prvním osobním počítači, což je však sporné už kvůli malé universalnosti tohoto počítače. 1972 Sestrojeny mikroprocesory 8008 a 8080. počítačová hra - vyrobil ji Nolan Bushnell. Také založil společnost Atari, která dlouho vyráběla speciální herní počítače. Microsoft - založena Billem Gatesem a Paulem Allenem. 1975 Mikroprocesor 8080 byl vylepšen na 8085. Apple - Steve Wozniak a Steve Jobs vyrobili první tento počítač. 1976 Sestrojen mikroprocesor 8088, později použit u IBM PC. CD - vyrobila jej společnost Philips 1980 laserová paměť kapesní počítače - vynalezly je společnosti Sharp, Casio, Sanyo, Panasonic a Tandy IBM PC - v té době naprosto převratný počítač, finančně dostupný i domácnostem. 1981 MS-DOS stává operačním systémem nově vyráběného IBM PC. Sestrojeno PC/XT jako pokračování IBM PC. Microsoft Word - Microsoft udělal nástupce aplikace Multi-Tool Word. V tu dobu 1983 však Microsoft ani zdaleka neměl takový podíl na trhu kancelářských aplikací jako dnes, ještě dlouho jej překonávaly jiné aplikace, např. WordPerfect nebo AmiPro. 1984 Apple Macintosh - První myší ovládaný počítač s grafickým rozhraním. 1985 Intel 386 DX
1987 sestrojen optický počítač a v roce 1990 optický procesor, tyto technologie jsou však dosud extrémně drahé 1988 film s počítačovými animacemi poprvé Oskara. vyroben procesor Intel 80486. 1989 Ač se to může zdát divné, ještě tomtéž roce se spekulovalo o nemožnosti zaplnit 80 MB paměti. 1991 CERN spouští WWW V roce 1991 vynalezla společnost Texas Instruments možnost 3D zobrazení. 1992 Microsoft Windows 3.1 1993 Intel Pentium 1995 MS Windows 95 3.1. Mikroprocesory Intel Intel 4004 1971 první Intel mikroprocesor 4b, 108kHz, 2300 tranzistorů Intel 8080-1972 Intel 8086 1978 29000 tranzistorů, 10MHz Intel 8088 1979 Měl taktovací frekvenci 5 a 8 Mhz a byl schopný operovat s až 1 MB RAM. NEC V 20 a V 30 1981 Tyto stroje nedělal Intel, nýbrž byly zkopírovány od 8086 a 8088 a byly údajně až o 30% rychlejší než ty originální. 80286 1982 Byl schopný operovat až s 16 MB RAM a disponoval frekvencí 6 20 MHz. Intel 386 1988 Frekvenci měla rozmezí 12,5 33 MHz, 32b, 275 000 tranzistorů, pro domácí požití existovala verse 386 SX. Intel 486 1991 Byl velmi vylepšen oproti 386. Další verze byly SX, DX 2 a DX 4. Nejlepší měly až 120 MHz. Pentium (586) 1993 Měly 60 233 MHz, ale hodně se přehřívaly. Vyráběly se až do roku 1997. Později obsahovaly multimediální rozšíření MMX, 4,5 mil. tranzistorů Pentium Pro 1995 Byly určené pro servery a dalo se jich spojit víc najednou. Zvládaly 166 200 MHz. Intel Celeron 1998 S frekvencemi mezi 266 500 MHz byl vytvořen tak, že od dražších procesorů byl odebíráno různé doplňkové vybavení. Byl vytvořen proto, aby se Intel prosadil na poli levnějších procesorů, tehdy ovládaného AMD a Cyrixem. Pentium 2 1997 Měl frekvenci 233 450 MHz. P III 1998
P II a P III Xeon 1998 P IV 2000 až 4GHz Intel Core, Core2 2006 nová architektura, 64b, 300 mil tranzistorů, až 4GHz více výpočetních jader v jednom procesoru umožňuje zlepšení paralelismu a vyšší výkon při nižší frekvenci. Advanced Micro Devices (AMD) 80. léta Vyrábělo počítače pro Intel. K5 1996 Byl to první nezávislý počin, ale veřejností byl přijat špatně. K6 1997 Byl velmi vylepšen oproti K5 a získal také velký ohlas. K6-2, K6-3 1998 Athlon 1999 Tehdy to byl nejlepší procesor. Athlon 64 X2 dvě jádra, 64b. Cyrix Stejně jako AMD dlouho vyráběl počítače pro Intel, poté vytvořil Cyrix 5x86. 6x86 1995 Tehdy to byl nejrychlejší procesor, ale měl potíže s kompatibilitou. Později byl vyroben Cyrix MII a MIII. Mikroprocesory se však neustále stále vyvíjí a to stále ještě v rychlosti, jíž jim předurčoval dříve citovaný Mooreův zákon. Důležitými parametry pro výkon procesoru jsou nejen jeho frekvence, ale i architektura, počet jader, atd. Dalším důležitým parametrem je technologie výroby, kolik tranzistorů obsahuje, velikost CACHE paměti i jeho spotřeba. Dnes se vyrábí odlišné procesory pro stolní PC, notebooky či servery. Jak se vyvíjel procesor (ukázka) Procesor Rok uvedení Počet tranzistorů 4004 1971 2.300 8008 1972 2.500 8080 1974 4.500 80806 1978 29.000
Intel286 1982 134.000 Procesor Intel386 1985 275.000 Procesor Intel486 1989 1.200.000 Procesor Intel Premium 1993 3.100.000 Procesor Intel Premium II 1997 7.500.000 Procesor Intel Premium III 1999 9.500.000 Procesor Intel Premium 4 2000 42.000.000 Procesor Intel Itanium 2001 25.000.000 Procesor Intel Itanium 2 2002 220.000.000 Procesor Intel Itanium 2 9MB cache 2004 592.000.000 3.2. Otázky a úkoly Vyjmenuj klíčová data z historie výpočetní techniky. Jaký je rozdíl mezi procesory a mikroprocesory? Vyjmenuj nejznámější procesory užívané u PC? Co je u procesorů nejdůležitější? Vysvětli Mooreův zákon a čeho se týká?