FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita PV109: Historie a vývojové trendy ve VT Generace počítačů Luděk Matýska a Eva Hladká podzim 2018 Luděk Matýska a Eva Hladká • PV109: Historie a vývojové trendy ve VT • podzim 2018 1/34 FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita Generace počítaču dle použitých stavebních prvků 0. generace (40. Léta 20. sto Letí) ■ elektromechanické spínací prvky ■ Zl - Z4, Mark L, apod. 1. generace (od 2. poL. 40. Let) ELektronky ■ CoLossus,ENIAC,UNIVAC 2. generace (od poLoviny 50. Let) Tranzistory a diody ■ PDP-1 3. generace (od 2. poL. 60. Let) ■ Mainframy - IBM System/360 4. generace (od 70. Let) ■ LSI (Large ScaLe Integration) a VLSI (Very LSI) = mikroprocesory ■ AppLe I., IBM/PC, ZX Spectrum Luděk Matýska a Eva Hladká • PV109: Historie a vývojové trendy ve VT • podzim 2018 2/34 FAKULTA INFORMATIKY I Masarykova univerzita Další pohledy na dělení počítačů ■ DLe historických etap 1. Každý exemplář je unikát 2. Každý typ počítače je unikát 3. Rodiny počítačů s kompatibilním strojovým kódem a SW ■ DLe převládajícího software 1. generace programování ve strojovém kódu nebo v jednoduchých strojově závislých jazycích 2. generace vyšší programovací jazyky (Algol 60, Fortran, Cobol) 3. generace operační systémy a modernější programovací jazyky 4. generace OS a jazyky přizpůsobené uživatelům 5. generace (vlna 90. Let) prvky umělé inteligence, ovládání v přirozeném jazyce Luděk Matýska a Eva Hladká • PV109: Historie a vývojové trendy ve VT • podzim 2018 3/34 FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita 1. generace - charakteristické rysy Základní stavební prvky: elektronky, relé, klopné bistabilní obvody. Programování ve strojovém kódu, děrné štítky. Ukládání dat pomocí elektronek, rtufového zpožďovacího vedení, katodových trubic, magnetických bubnů, • • • Vysoký příkon, velké rozměry a hmotnost. Nízká spolehlivost vs. vysoké provozní náklady. Průběžné vylepšování po dobu několika let (vstupní/výstupní zařízení, typy a kapacita pamětí). Elektronky z počítačů IBM Zdroj: http: //computermuseum. I i Zpožďovací linka zdroj: http: //root. cz Luděk Matýska a Eva Hladká • PV109: Historie a vývojové trendy ve VT • podzim 2018 4/34 FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita John von Neumann (1903 - 1957) Maďarský matematik židovského původu (původním jménem Jánoš Lajos Neumann) VedLe informatiky přispěl významně i v oblasti fyziky, matematiky či ekonomie. SpoLu s A. Einsteinem založili Institutfor Advanced Study v Princetonu. Patří mezi zakladatele teorie her. V informatice patří ke klíčovým myšlenkám Von Neumannova architektura počítačů (1946). Zdroj: http://en.wikipedia.org Luděk Matýska a Eva Hladká • PV109: Historie a vývojové trendy ve VT • podzim 2018 5/34 FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita Von Neumannova architektura počítačů 5 funkčních jednotek: ■ řídicí jednotka, ■ ALU, ■ pamět ■ vstupní zařízení, ■ výstupní zařízení. Programy, data i mezivýsledky se ukládají do stejné paměti (vs. Harvardská architektura). Využívá dvojkovou soustavu. Vstupní zařízení Operační paměť ALU Radič i Výstupní zařízení ž=> Tok dat -» Řídící signály řadiče -» Stavová hlášení řadiči Zdroj: http: //markonet. cz Luděk Matýska a Eva Hladká • PV109: Historie a vývojové trendy ve VT • podzim 2018 6/34 FAKULTA INFORMATIKY I Masarykova univerzita Colossus (1943) ■ První programovatelný elektronkový číslicový počítač. ■ Nejednalo se o univerzálni počítač, byl využíván v Bletchley Park pro Lámání šifry Enigma. ■ Nahradil „brute-force" mechanický přístroj Bombe, který byl pomalý. ■ Integroval 2 400 elektronek. ■ Do konce války bylo vyrobeno 10 kusů, na rozkaz W. Churchila byly všechny (včetně plánů) zničeny v roce 1946. Luděk Matýska a Eva Hladká • PV109: Historie a vývojové trendy ve VT • podzim 2018 7/34 FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita Colossus, Bletchley Park Zdroj: http: //www. alanturing .net Luděk Matýska a Eva Hladká • PV109: Historie a vývojové trendy ve VT • podzim 2018 8/34 FAKULTA INFORMATIKY I Masarykova univerzita ENIAC (1946) ■ Electronic NumericaL Integrátor And Computer ■ První Turing-kompLetní elektronkový počítač ■ Obsahoval 17468 elektronek, 5 milionů ručné pájených spojů. ■ Vážil 27 tun, zabíral plochu 68 m2 a měl příkon 150 kW. ■ Používal desítkovou soustavu. ■ Původně určen pro výpočty palebných tabulek delostrelectva U.S. Army, byl využit i pro výpočty spojené s vývojem atomové bomby v Los ALamos. ■ MANIAC (Mathematical Analyzer, NIAC) - následník ENIACu, von Neumannova architektura, využíván v Los ALamos. Luděk Matýska a Eva Hladká • PV109: Historie a vývojové trendy ve VT • podzim 2018 9/34 FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita ENIAC, Aberdeen, Maryland Zdroj: http: //en. wikipedia. org Luděk Matýska a Eva Hladká • PV109: Historie a vývojové trendy ve VT • podzim 2018 10 / 34 FAKULTA INFORMATIKY I Masarykova univerzita E D VAC (1949) ■ Electronic Discrete Variable Automatic Computer. ■ První počítač von Neumannovy architektury. ■ Využíval dvojkovou soustavu, umožňoval uložit program do paměti. ■ Obsahoval na 6 000 elektronek, 12 000 diod, spotřeba 56 kW. ■ Zabíral plochu 45,5 m2 a vážil necelých 8 tun. ■ K jeho obsluze bylo potřeba 30 lidí. ■ Operace: sčítání - 864 /zs, násobení -2,9 ms. Zdroj: http: / / Luděk Matýska a Eva Hladká • PV109: Historie a vývojové trendy ve VT • podzim 2018 FAKULTA INFORMATIKY I Masarykova univerzita Whirlwind (1951) ■ Vyvinutý na MIT na zakázku U.S. Air Force ■ Drží několik prvenství: ■ ovládání v reálném čase namísto dávkového zpracování, ■ používal obrazovky pro výstup dat, ■ nešlo o pouhou náhradu za starší (a pomalejší) mechanické stroje. ■ Využíván byl až do roku 1960 v systému SÁGE (Semi-Automatic Ground Environment) ■ Namísto zpožďovacích rtuťových trubic využíval Williamsovu trubici. Luděk Matýska a Eva Hladká • PV109: Historie a vývojové trendy ve VT • podzim 2018 12/34 FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita Whirlwind, Museum of Science, Boston, MA Luděk Matýska a Eva Hladká • PV109: Historie a vývojové trendy ve VT • podzim 2018 13/34 FAKULTA INFORMATIKY I Masarykova univerzita Další počítače 1. generace Manchester Mark 1 (1949) ■ VeLká Británie ■ Na vývoji se podílel i A. Turing ■ ByL využit k propagaci informatiky - v tisku označován jako ..electronic brain" v 50. Letech komerčně prodáván pod označením Ferranti Mark I UNIVACI (UNIVersaL Automatic Computer 1,1951), ■ první komerčně nabízený počítač s univerzálním použitím (armáda, státní úřady, univerzity). ■ Do širšího povědomí se dostal v roce 1952, když „předpověděl" zvolení D. D. Eisenhowera. ■ Pouze 700 elektronek - předpokládalo se využití jako palubní počítač letadel. BINAC, EDSAC,... Luděk Matýska a Eva Hladká • PV109: Historie a vývojové trendy ve VT • podzim 2018 14/34 FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita 2. generace - charakteristické rysy Základním stavebním prvkem je tranzistor ■ Vynalezen již v roce 1947 (na bázi germania) ■ 1954 - na bázi křemíku ■ 1960 - planární technologie výroby (zmenšení) Programování v assembleru. Feritové paměti, magnetické pásky. Modem pro komunikaci mezi vzdálenými systémy. Zdroj: http://en.wikipedia.org Luděk Matýska a Eva Hladká • PV109: Historie a vývojové trendy ve VT • podzim 2018 15 / 34 První tranzistor Zdroj: http: / /www. nap. edu FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita TX-0 (1955/6) ■ První tranzistorový počítač, vyvinutý na MIT. ■ Vstup a výstup přes děrnou pásku a psací stroj, k výstupu sLoužiL osciloskop. ■ A/D převodník - první pokusy s analýzou a syntézou řeči Zdroj: http: //www. dipity. com Luděk Matýska a Eva Hladká • PV109: Historie a vývojové trendy ve VT • podzim 2018 16/34 FAKULTA INFORMATIKY I Masarykova univerzita Řada IBM 7000 ■ Střediskové počítače (mainframes). ■ Nástupce řady 700 založené na elektronkách (mnohé byly zpětně kompatibilní). ■ Různá architektura podLe využití (vzájemně nekompatibilní): ■ pro vědu - 7090/7094, 36bitů, ukládání na pásky a disky ■ pro komerční využití - 7080 ■ dekadické systémy - 7070/7072/7074 ■ Přídavná zařízení: děrovačky a čtečky děrných štítků, řádkové tiskárny,... Luděk Matýska a Eva Hladká • PV109: Historie a vývojové trendy ve VT • podzim 2018 17/34 FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita IBM 7090 využívaný NASA v projektu Mercury Zdroj: http: //en. wikipedia. org Luděk Matýska a Eva Hladká • PV109: Historie a vývojové trendy ve VT • podzim 2018 18/34 FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita PDP-1 (1960) Programmed Data Processor-1, vyráběný firmou DEC. Tyto počítače hráLy klíčovou roLi při vzniku hackerské subkultury. Byla na něm spuštěna první počítačová hra Spacewar!. Kapacita paměti - 4096 18bitových slov CRT vektorový displej s rozlišením 1024x1024 bodů a úhlopříčkou 9,25". PROGRAMMED DATA PROCESSOR Obrazovka hry Spacewar! Zdroj: http: / /www. root. cz Luděk Matýska a Eva Hladká • PV109: Historie a vývojové trendy ve VT • podzim 2018 19/34 FAKULTA INFORMATIKY I Masarykova univerzita PDP-8 (1965) ■ První komerčně úspěšný minipočítač, vyráběný až do roku 1979. ■ 12bitový systém. ■ Na svoji dobu poměrně Levný, cca 16 000 USD Luděk Matýska a Eva Hladká • PV109: Historie a vývojové trendy ve VT • podzim 2018 20/34 FAKULTA INFORMATIKY I Masarykova univerzita EPOS 1 (1963) ■ Elektronický POčítač Střední ■ Dekadický počítač, na jehož vývoji se podílel A. Svoboda. ■ MuLtiprogramování řešeno hardwarově, systém trojí kontroly proti chybám. ■ DéLka slova byLa 12 dekadických míst, pevná řádová čárka, rychlost 20000 op./s. ■ 8 000 elektronek, 200 kW. ■ Střední doba mezi poruchami cca 80 minut. Luděk Matýska a Eva Hladká • PV109: Historie a vývojové trendy ve VT • podzim 2018 21/34 FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita Luděk Matýska a Eva Hladká • PV109: Historie a vývojové trendy ve VT • podzim 2018 22/34 FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita 3. generace - charakteristické rysy Hlavní stavební prvek - integrované obvody ■ 1958 - nezávisle na sobě ohlášen objev integrovaných obvodů (J. Kilby, R. Noyce) ■ Různé typy tranzistorů (MOS, FET, MOSFET, CMOS) převedeny postupně do podoby integrovaných obvodů. ■ 1964 - Gordon Moore formuloval „Mooreův zákon" Vyšší programovací jazyky, softwarová krize Období industrializace výpočetní techniky Dělení: Minipočítače - mainframe -superpočítače Počítačové sítě, nástup polovodičových pamětí, vznikly pružné disky 1. integrovaný obvod Zdroj: http://null-entropy.com NE555 - nejznámější integrovaný obvod Zdroj: http://en.wikipedia.org Luděk Matýska a Eva Hladká • PV109: Historie a vývojové trendy ve VT • podzim 2018 23/34 FAKULTA INFORMATIKY I Masarykova univerzita IBM System/360 (1965) ■ V době uvedení 6 počítačů a 44 přídavných zařízení. ■ Počítače byLy vzájemně pLně kompatibilní. ■ Jednotka zpracování byLo 8 bitů = 1 byte. ■ Vzniklo mnoho klonů (Licencovaných i nelicencovaných) - u nás napřJSEP ■ Programovací jazyk PL/1 ■ Spojuje jazyky Cobol a Fortran ■ úzká integrace s architekturou systému IBM/360 a IBM/370 Luděk Matýska a Eva Hladká • PV109: Historie a vývojové trendy ve VT • podzim 2018 24/34 FAKULTA INFORMATIKY I Masarykova univerzita IBM S/360 40 Zdroj:http://www.computerhistory.org Luděk Matýska a Eva Hladká • PV109: Historie a vývojové trendy ve VT • podzim 2018 25 / 34 FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita Počátky superpočítačů ■ Od 60. Let se od střediskových počítačů oddělila větev superpočítačů. CDC řady 6000 ■ Patřily k nejvýkonějším počítačům tehdejší doby. ■ 1964: CDC 6600 - funkční paralelismus, výkon 1 MFLOPS, na vývoji se podílel Seymour Cray. ■ 1969: CDC 7600 - 10 MFLOPS (tehdy nejvýkonější IBM S/360 91 poze 2 Mflops). ILLIAC ■ Původně vyvíjené na University of Illinois, Urbana-Champaign. ■ ILLIAC IV - Jeden z prvních masivně paralelních vektorových počítačů (256 jader), 200 MFLOPS, 64 bitů. STAR-100 ■ 1971: STrings and ARrays, 100 = 100 MFLOPS ■ Vektorový počítač produkovaný CDC Luděk Matýska a Eva Hladká • PV109: Historie a vývojové trendy ve VT • podzim 2018 26/34 FAKULTA INFORMATIKY I Masarykova univerzita CDC 6600 a ILLIAC IV CDC 6600 Zdroj: http: //computermuseum. I i ILLIAC IV Zdroj: http: //en. wikipedia. org Luděk Matýska a Eva Hladká • PV109: Historie a vývojové trendy ve VT • podzim 2018 27/34 FAKULTA INFORMATIKY I Masarykova univerzita Seymour Roger Cray (1925-1996) ■ Elektroinženýr, architekt superpočítačů, označovaný jako „otec superpočítání" ■ Původně pracoval pro CDC (Control Data Corporation) ■ Zakladatel Cray Research ■ Počítače: ■ Cray 1:1976 ■ CrayY-MP: 1988: 2,3 GFLOPS ■ Cray C90:1990:16x1 GFLOPS ■ Cray XE6: 2010: několik PFLOPS ■ Cray XC50: 2017: 32 PFLOPS Luděk Matýska a Eva Hladká • PV109: Historie a vývojové trendy ve VT • podzim 2018 28/34 FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita 4. generace - charakteristické rysy Zdroj: http://en.wikipedia.org ■ Vyšší stupně integrace ■ LSI (Large Scale Integration) - x 1000 prvků na čipu ■ VLSI (Very Large Scale Integration) -x 100000 prvků na čipu ■ 1971: první komerčně úspěšný mikročip -Intel 4004 ■ Rozvoj osobních počítačů ■ Operační systémy a jazyky přizpůsobené uživatelům. ■ DIY subkultura - např. Homebrew club. ■ Vznik Internetu. Zdroj: http: //www. intel. com Luděk Matýska a Eva Hladká • PV109: Historie a vývojové trendy ve VT • podzim 2018 29 / 34 :.irs!=:.i FAKULTA INFORMATIKY I Masarykova univerzita Altair 8080 (1974) ■ Vyráběný firmou MITS (Micro Instrumentation and Telemetry Systems). ■ Považován za první osobní počítač. ■ ZaLožen na procesoru Intel. 8080 (8bitový). ■ Určen zejména počítačovým nadšencům, z výroby neuměl prakticky nie. ■ Programovací jazyk ALtair BASIC (B.Gates + P.AUen). Zdroj: http: //en . wikipedia. org Luděk Matýska a Eva Hladká • PV109: Historie a vývojové trendy ve VT • podzim 2018 30/34 FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita Xerox Alto (1973) Vyvinutý v Xerox PARC, označen za první osobní počítač. První počítač s myší-ovLadateLným GUI (metafora pracovní plochy). Nejednalo se o komerční produkt, přesto byLo prodáno pár tisíc kusů. Nápad GUI později zakoupila firma AppLe, vylepšená implementace v AppLe Macintosh. CPU Texas Instruments 74181, paměf 128-512 kB Zdroj: http://en.wikipedia.org Luděk Matýska a Eva Hladká • PV109: Historie a vývojové trendy ve VT • podzim 2018 31/34 FAKULTA INFORMATIKY I Masarykova univerzita IBM PC (1981) ■ Intel 8088 @ 4,77 MHz, 16 nebo 64 kB RAM, grafická karta MDA/CGA, disketová mechanika. ■ Operační systém DOS (Disk Operating System) od Microsoftu (textové rozhraní). ■ Reverzním inženýrstvím byla odhalena struktura BIOSu —► začly masivně vznikat klony IBM PC kompatibilní Zdroj: http: //techrepubl ic. com Luděk Matýska a Eva Hladká • PV109: Historie a vývojové trendy ve VT • podzim 2018 32/34 FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita Generace IBM PC ■ 1981: IBM PC ■ 1983: IBM PC/XT ■ Intel 8088 (architektura x86) ■ 1984: IBM PC/AT ■ Intel 80286 @ 6/8 MHz, 256-16 MB paměti ■ 1987: IBM PS/2 ■ Mnoho nových prvků: VGA, 3,5" disketová mechanika, PS/2 konektor, 72pinové SIMM moduly. ■ Související operační systém OS/2 Nakonec se neprosadila. ■ Intel 8086/80x86/Pentium ... Luděk Matýska a Eva Hladká • PV109: Historie a vývojové trendy ve VT • podzim 2018 33/34 FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita 8bitové počítače (80. Léta) Za masivním rozšířením osobních počítačů mezi běžné uživatele se postaraly spíše 8bitové počítače. Výhodou byLa jejich velmi nízká cena a tím i dostupnost. Klávesnice integrována vtěLe počítače, připojoval se k televizoru a programy se nahrávaly z běžných audio kazet. Programovací jazyk BASIC Zástupci: Sinclair ZX Spectrum, Commodore 64, PMD 85,10 151, Didaktik Gama ZX Spectrum Zdroj: http://cs.wikipedia.org 10 151 Zdroj: http: //pctuning . cz Luděk Matýska a Eva Hladká • PV109: Historie a vývojové trendy ve VT • podzim 2018 34/34