HISTORIE INFORMATIKY Výukový materiál Gymnázium Matyáše Lercha, Brno Zdeněk Pucholt
Předchůdci počítačů Před 25 tisíci lety jednoduché početní záznamy pomocí vlčí kosti 3000 l. př. n. l. čínský císař Fou-Hi vyjádření údajů ve dvojkové soustavě 2500 l. př. n. l. na Blízkém východě vynalezen abakus (využití kamínků calculli) Destičky z dřeva (hlíny), do nich vkládány kamínky Přesouvání calculli určitého řádu z jedné strany abaku na druhou Rozvoj v Číně (13. stol.), Rusku (Sčot, 16. stol.) a Japonsku (Soroban, 17. stol.) 2
Předchůdci počítačů 3
Předchůdci počítačů John Napier (1550 1617) skotský matematik, fyzik a astronom poč. 17. století logaritmy pro zjednodušení výpočtů Napierovy kostky (1617) Deset hůlek s multiplikační tabulkou Umožňují sčítání, odčítání, násobení a výpočet druhé odmocniny Dodnes využíváno v Číně https://en.wikipedia.org/wiki/john_napier https://en.wikipedia.org/wiki/napier's_bones 4
Předchůdci počítačů 5
Předchůdci počítačů Logaritmické pravítko mechanická pomůcka pro násobení a dělení čísel (70. léta minulého století) v technických oborech 1614 John Napier nová metoda převádění násobení a dělení na sčítání a odčítání (Napierovy logaritmy) William Oughtred a Edmund Gunter sestrojení posuvného pravítka předchůdce moderního logaritmického pravítka 1850 Amédée Mannheim vylepšení metody posuvného pravítka přidáním posuvného ukazatele (dnešní podoba logaritmického pravítka) 6
Předchůdci počítačů Wilhelm Schickard (1592 1635) Autor prvního mechanického kalkulátoru (1623) Schopný násobit a dělit Kolečka s deseti zuby pro čísla v dekadické soustavě Blaise Pascal (1623 1662) Mechanická kalkulačka Pascaline (1642) Schopna sčítat a odčítat Šest až osm míst před desetinnou čárkou a dvě místa desetinná 7
Předchůdci počítačů 8
Předchůdci počítačů Joseph Jacquard (1752 1834) Tkalcovský stav řízený pomocí děrných štítků (vetkávání předprogramovaných vzorů) 1835 děrný štítek jako základní element u nejstaršího programovatelného počítače Charles Babbage (1791 1871) Anglický matematik, filozof, vynálezce a strojní inženýr Prolomení Vigenérovy šifry Snaha o sestrojení programovatelného počítače (diferenčního stroje) a tiskárny Otec počítače 9
Předchůdci počítačů George S. Boole (1815 1864) Britský matematik a filosof Nový model matematické logiky, základní tři operátory (and, or, not) Booleova algebra Zakladatel informatiky 1919 W. H. Eccles a F. W. Jordan návrh klopného obvodu (dvě elektronky zapojené v rovnovážném stavu) 10
Opakování (I) Vysvětlete pojmy ababus a calculli. Jak se označovalo počítadlo (abakus) v Rusku a Japonsku? Popište algoritmus výpočtu multiplikace dvou čísel pomocí Napierových kostek. Pomocí Napierových kostek Vynásobte a popište algoritmus: 425 x 6 =? Vynásobte a popište algoritmus: 825 x 913 =? Jaký byl význam Johna Napiera? Čím se proslavil? Pomocí internetu zjistěte další informace o J. Napierovi. 11
Opakování (I) Popište vývoj logaritmického pravítka. Popište Schickardův kalkulátor a Pascaline. Jaký byl význam Josepha Jacquarda? Kdo prolomil Vigenérovu šifru? Najděte bližší informace o tomto způsobu šifrování. Kdo je považován za Otce počítače? Čím se proslavil George S. Boole? 12
0. generace (30. 40. léta 20. století) Prováděno cca 500 operací/sekundu Základní stavební prvek mechanické relé Vstup: děrné štítky Výstup: dálnopis, magnetické bubny 13
0. generace (30. 40. léta 20. století) 1934 Konrad Zuse práce na prvním fungujícím počítacím stroji (počítače Z1, Z2, Z3) 1937 Alan M. Turing článek o počitatelných číslech teoretický model počítače Turingův stroj (činnost dnešních počítačů) 1937 Claude E. Shannon paralela mezi dvouprvkovou Booleovou algebrou a tzv. klopnými obvody (základní kamen číslicových počítačů) 14
0. generace (30. 40. léta 20. století) Harvard Mark I plně automatický počítač Konstruktér Howard H. Aiken, spolupráce s IBM a Harvardovou univerzitou Inspirace z prací Charlese Babbageho Rozměry počítače: délka 16 m, výška 2,4 m a hloubka 0,6 m Operace synchronizovány mechanicky pomocí průchozího hřídele délky 15,5 m otáčeného elektromotorem o výkonu 4 kw Výpočetní výkon zhruba 3 operace za sekundu (násobení zabralo cca 6 sekund) 15
0. generace (30. 40. léta 20. století) 16
1. generace (polovina 40. let konec 50. let 20. století) Prováděno cca jednotek tis. operací/sekundu Základní stavební prvek vakuová elektronka Vstup: děrné štítky, děrné pásky Výstup: řádkové tiskárny Válečné období zvláštní skupina výpočetních systémů (šifrovací a dešifrovací stroje) Balistické výpočty raket (počítač Z3) 1943 Alan Turing první verze vysoce utajovaného počítače Colossus určeného k luštění německých šifer (Enigma) 17
1. generace (polovina 40. let konec 50. let 20. století) 1945 John von Neumann moderní architektura počítače program i data jsou totéž (posloupnost bitů) Operační paměť s přímým přístupem, ve které se uchovávají data i programy Počítač by se neměl přizpůsobovat potřebám konkrétní aplikace svou vnitřní strukturou, ale pouze programem 1947 první oficiální záznam o chybě (bug) Můra vletí přímo do počítače Harward Mark II Opravující technik zaznamenává do pracovní knihy First actual case of bug being found a poznámku doplňuje zbytky můry v pytlíku 18
1. generace (polovina 40. let konec 50. let 20. století) ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer) Historicky první, elektronkový počítač Vstup i výstup děrné štítky Určen pro výpočty palebných tabulek pro dělostřelectvo americké armády za druhé světové války Vývoj zahájen v roce 1943 v Penn State University Složení: 21 501 elektronek, 7200 krystalových diod, 1500 relé, 70 000 rezistorů, 10 000 kondenzátorů, okolo 5 miliónů ručně pájených spojů Hmotnost 30 tun, rozloha 63 m 3, příkon 150 kw 19
1. generace (polovina 40. let konec 50. let 20. století) ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer) Chlazení vzduchem vrtulemi dvou leteckých motorů Poměrně poruchový (téměř každý den vyhoření několika vakuových elektronek) 20
2. generace (druhá pol. 50. let pol. 60. let 20. století) Prováděno cca do 10 tis. operací/sekundu Základní stavební prvek polovodičový tranzistor (objevitel John Barden) Dávkový režim práce snaha nahradit pomalého operátora tím, že jednotlivé programy a data, která se budou zpracovávat, jsou umístěna do tzv. dávky a celá tato dávka je dána počítači na zpracování Vstup: terminály Výstup: rychlotiskárny, magnetické disky Vývojová tendence miniaturizace, zvyšování spolehlivosti, snižování spotřeby energie 21
2. generace (druhá pol. 50. let pol. 60. let 20. století) 1951 Grace Murray Hopper kompilátor, který přeloží instrukce z vyššího jazyka do strojového kódu (programování se stává mnohem jednodušší) 1959 Robert Noyce z Farchild Semiconductor konstruuje integrovaný obvod z křemíku s hliníkovými spoji Vznik prvních operačních systémů Programovací jazyky (Cobol, Fortran) 22
2. generace (druhá pol. 50. let pol. 60. let 20. století) 23
3. generace (pol. 60. let konec 70. let 20. století) Prováděno cca nad 10 tis. operací/sekundu Základní stavební prvek integrovaný obvod Vstup: klávesnice, monitor Výstup: klávesnice, monitor, diskety 24
3. generace (pol. 60. let konec 70. let 20. století) 1963 Douglas Engelbart patent počítačové myši 1965 Gordon Moore (budoucí zakladatel firmy Intel), vyslovuje Mooreův zákon: Originální verze: Počet tranzistorů, které mohou být umístěny na integrovaný obvod, se při zachování stejné ceny zhruba každých 18 měsíců zdvojnásobí. Nejvíce známá formulace: Počet tranzistorů a integrovaných obvodů se zdvojnásobí každé dva roky. 1967 L. G. Robertson síť ARPANET (návrh decentralizované komunikační sítě) 25
3. generace (pol. 60. let konec 70. let 20. století) 1969 Marcian (Ted) Hoff první programovatelný čip (IBM) později jako čtyřbitový procesor pro kalkulačky pod označením Intel 4004 1972 5,25" disketová mechanika 1974 Intel 8080 legendární osmibitový procesor 6000 tranzistorů, adresace až 64 kb paměti 0,64 MIPS (Milions Instructions Per Second) 1974 založení firmy Microsoft (Bill Gates) 26
4. generace (konec 70. let 20. století dosud) Prováděny cca miliony operací/sekundu Základní stavební prvek integrovaný obvod (velmi hustě pokryté integrované obvody ) Vstup: klávesnice, monitor Výstup: klávesnice, monitor, diskety 27
4. generace (konec 70. let 20. století dosud) 1981 výrazný pokles ceny počítačů, tzv. osmibity 1981 počítač Vic 20 1981 fa Microsoft Interface Manager (grafické rozhraní pro DOS) mezivrstva mezi hardware a aplikacemi (Windows) 1984 fa Apple Macintosh (během 6 měsíců prodej 100 tisíc kusů) 1989 Intel 80486 (1,2 milionů tranzistorů, 20 MIPS) 1992 dvourychlostní CD-ROM mechaniky, Windows 3.1 28
4. generace (konec 70. let 20. století dosud) 1993 procesor Pentium (32-bitový) 3,1 milionů tranzistorů (60 MHz verze překračuje 100 MIPS) 1996 počet internetových serverů 10 milionů (v USA se stává běžným rychlé připojení k internetu přes modem) 1997 superpočítač IBM Deep Blue poráží šachového velmistra Garryho Kasparova; procesor Intel Pentium II 1998 Americké ministerstvo spravedlnosti a generální prokurátoři z 20 federálních států a z District of Columbia podávají žalobu na Microsoft (obvinění z monopolních a omezujících praktik) 29
4. generace (konec 70. let 20. století dosud) 1999 první PC s procesorem Pentium III (500 MHz, 128 MB RAM, HDD 20 GB, mechanika Iomega ZIP, DVD mechaniku a 19" monitor = 3100 USD) 2000 problém roku 2000 se ukazuje jako planý poplach; Microsoft začíná prodávat Windows 2000 30
5. generace (budoucnost) 80. léta předpoklad, že se po roce 1990 objeví zcela nová architektura počítačů, odlišná od stávající von Neumannovy koncepce Generace se měla vyznačovat umělou inteligencí (nalézání algoritmů řešení) Rychlost těchto počítačů se neměla měřit v operacích za sekundu, nýbrž v logických úsudcích za jednotku času Generace však zatím existuje pouze v teoretických modelech nebo počátečních stádiích výzkumu 31
Opakování (II) Charakterizujte nultou generaci vývoje počítačů (druhy vstupů a výstupů, počet operací, základní staveb. prvek). Shrňte význam A. Turinga. Popište počítač MARK I. K jakým účelům sloužily počítače během II. sv. války? Charakterizujte první generaci vývoje počítačů (druhy vstupů a výstupů, počet operací, základní staveb. prvek). Sktručně charakterizujte John von Neumannovu architekturu počítače. Popište počítač ENIAC. Vyhledejte informace o počítači UNIVAC. 32
Opakování (II) Charakterizujte druhou generaci vývoje počítačů (druhy vstupů a výstupů, počet operací, základní staveb. prvek). Vysvětlete pojem dávkový režim práce. V jaké generaci vývoje informatiky se uplatňují programovací jazyky Fortran či Cobol? Vysvětlete pojem kompilátor. Jaké programovací jazyky znáte? Charakterizujte třetí generaci vývoje počítačů (druhy vstupů a výstupů, počet operací, základní staveb. prvek). Co je integrovaný obvod? 33
Opakování (II) Kdo si nechal patentovat princip počítačové myši? Vysvětlete podstatu Mooreova zákona. Co je ARPANET? Vyhledejte další informace Charakterizujte čtvrtou generaci vývoje počítačů (druhy vstupů a výstupů, počet operací, základní staveb. prvek). Popište vývoj procesorů INTEL. Co byly tzv. osmibity? Čím se proslavil počítač IBM Deep Blue? Charakterizujte pátou generaci vývoje počítačů. 34