Informatika 1 Přednáší: doc. Ing. Jan Skrbek, Dr. - KIN Spojení: e-mail: jan.skrbek@tul.cz tel.: 48 535 2442 Obsah: Historie počítačů Počítačové generace Klasifikace počítačů a technologické trendy Modifikace von Neumanova schématu pro PC 1
Historie Charles Babbage - 1833 - 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 - 1642 - návrh mechanické kalkulačky - Pascaline George Boole - 1854 - 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 IN2-1 2
Konrad Zuse (1910-1995), Německo 1938 - Z1 prototyp mechanického programovatelného počítače, univerzita v Manheimu jeho paměť využívala posuvných mechanických prvků, a umožňovala uchovávat cca 1000 bitů 1940 - Z2 další počítač, který stále ještě používal mechanickou paměť pro vlastní výpočty již používal obvody na bázi elektromagnetických relé 1941 - Z3 uveden do provozu v prosinci 1941 - 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 IN2-1 3
Howard Eiken (1900-1973) - 1943 - 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 17 468 elektronek, spotřeba cca 150 kw až 5000 součtů za vteřinu IN2-1 programování propojováním funkčních bloků propojovacími kabely a kombinací funkčních přepínačů Electronic Numerical Integrator And Computer 4
Technické prostředky počítačové techniky EDVAC - 1952 - von Neumannova koncepce - stal se vzorem všech novodobých počítačů mohl již provádět programové skoky, program mohl modifikovat sám sebe 4 000 elektronek, 10 000 krystalových diod paměť - 1024 slov o šířce 44 bitů, realizovaná pomocí zpožďovacích linek John von Neumann taktovací frekvence 1 MHz IN2-1 URAL 2 Historie počítačů v ČR 5
řadič vstup paměť výstup aritmetickologická jednotka řídící signály toky dat Obr.: Blokové schéma počítače von Neumannova typu IN2-1 6
Generace počítačů 0. generace - reléové počítače, unikátní stroje desítky operací/s 1. generace - elektronkové ( vývoj cca 1945 1951) - rychlost kolem 100 operací za sekundu, používání strojového kódu nebo assembleru, velmi omezené periferie 7
Generace počítačů 2. generace tranzistorové (vývoj cca 1951 1965) - 1000 operací/s, použití operačního systému, možnost programování ve vyšších programovacích jazycích, zpracování programu v dávkách, software, hardware Tranzistor - 1947 - William Shockley, John Bardeen, Walter Brattain PDP 1 8
Generace počítačů 3. generace - integrované obvody (vývoj cca 1965 1980) - Robert Noyce (Farchild) - 10 5 operací/s, diagnostika 4. generace - mikroprocesory 1969 - R. Noyce, Ted Hoff, Intel - I-4004 - čtyřbitová CPU, 1971 - osmibitový I8008 1972 - Intel 8080 Apple - Stephen Wozniak, Steven Jobs 9
Klasifikace počítačů Kritéria: vnitřní architektura rychlost procesoru rozsah vnitřní paměti kapacita vnějších pamětí rychlost výstupních zařízení počet uživatelů cena 10
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 2012 11
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. IN2-1 12
2012 Superpočítač Titan postavila společnost Cray. Základem je více jak 18 000 šestnáctijádrových procesorů AMD Opletron, 18 000 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. 13
14
15
16
17
Kybernetický útok dle serveru Intercept provedla společná jednotka operativců americké NSA a britské tajné služby GCHQ. Útok prý oběma agenturám umožnil tajně sledovat velkou část hlasové a datové mobilní komunikace po celém světě bez souhlasu zahraničních vlád a telekomunikačních firem. Mezi zákazníky Gemalto patří například velcí mobilní operátoři Verizon, T-Mobile, AT&T a zhruba 450 poskytovatelů bezdrátových sítí po celém světě. Z toho, co jsme zatím zjistili, cílem nebyl Gemalto, byl to pokus rozhodit co nejširší možnou síť s cílem dostat se k co nejvíce mobilním telefonům, sdělila Reuters mluvčí Gemalto. 18
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 19
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) 20
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. 21
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 22
John von Neumann koncepce počítače Vstupy Paměť Výstupy Procesor ALU ŘADIČ Přenosové kanály 23
John von Neumann koncepce mikropočítače Vstupy Paměť Výstupy řídící sběrnice Procesor ALU ŘADIČ adresní sběrnice datová sběrnice 24