Historie výpočetní techniky

Další část, tentokráte Historie výpočetní techniky. Pokud by se Vám zdálo, že něco chybí, je to dost možné, psal jsem to všechno z hlavy, ale kupodivu ke středoškolské maturitě to bohatě stačí, ba naopak, člověk je s těmito znalostmi za hvězdu jak se mi doneslo 🙂

40. léta 20. století – relé a elektronky, užití pro vojenské účely
50, léta 20. století – tranzistory, užití pro vojenské účely a hromadné zpracování dat
60. léta 20. století – integrované obvody, první PC, užité pro hromadné zpracování dat a vědecké výpočty
70. léta 20. století – první mikropočítače využívající vylepšené I/O mikroprocesory, široké využití v ekonomice a vědě.
80. léta 20. století – podoba dnešním PC, mikroprocesory, pronikání do všech oblastí zpracování a přenosu informací
90. léta 20. století – výkonnější mikroprocesory, stupňující miniaturizace, počítač se hromadně objevuje ve školství a domácnostech

(40. léta 20. století)
Operační instrukce byly vždy vyráběny přesně na míru potřebám, pro jeho specifický úkol, na který měl být využíván. Neexistoval žádný software, každý jednotlivý počítač měl svůj vlastní kódovaný program, který se ukládal převážně na přenosných médiích.
Hlavní paměť měla 1000 bajtů a 40 až 50 kilobajtů na pevných otáčivých válcích. Pro vstupy a výstupy se používali děrné štítky, pro uchovávání dat magnetické bubny. Hlavní součástkou počítačů byly elektronky. Ty měli za následek ohromné rozměry počítačů a byli relativně nespolehlivé. Pro údržbu byl potřeba tým lidí, kteří neustále je neustále měnily a čistily.

John von Neumannova koncepce počítačů
Položil základy konstrukce počítačů, podle ní se počítač skládá z těchto základních částí a to paměti, procesoru, vstupních a výstupních zařízení, pro reprezentaci údajů se používá binární soustava.

Z1-Z4
Nultá generace postavená na relé, v roce 1938 vyrobili v Německu Konrad Zuse a Helmut Schreyer prototyp binárního kalkulátoru Z1, který pracuje s čísly s plovoucí desetinnou čárkou.
V roce 1939 již vyvíjejí Z2, který spojuje osvědčenou reléovou paměť a aritmetickou jednotku.
V roce 1941 byl dokončen digitální programový automat Z3, první na světě, který pracoval bezchybně.
Na přelomu let 1944 a 1945dokončili práci na Z4, zároveň definoval nový programovací jazyk Plankalkul

Harvard Mark 1
V roce 1942 Howard H. Aiken na Harvardské univerzitě za podpory IBM uvedli do provozu první známý programovatelný elektromechanický kalkulátor ASSC Mark I. (Automatic Sequence-Controled Calculator Mark I.), také zvaný Harvard Mark 1. Byl to reléový počítač, který za pomoci elektrických impulsů hýbal s mechanickými částmi. Pracuje s pevnou desetinnou čárkou.

ENIAC (Electronic Numerator, Integrátor, Analyzer and Calculator)
Čistě válečný projekt byl do jisté máry uspěchaný a nepropracovaný, již v roce 1944 existovalo mnoho způsobů jak ho vylepšit a zjednodušit, zvláště v programování a zapojení drátových spojů.. Většina těchto nápadů byla využita až při stavbě EDVACu. Mezi tvůrce patří například John W. Mauchly, John Presper Eckert a John von Neumann.
V roce 1948 byl Richardem F. Cliperou zdokonalen – místo přepojování se používá konvertovaní jednotka, která vyvolává spoje podpůrným programem. Toto přineslo mnohonásobné urychlení vložení nového programu.

EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer)
V červnu 1945 John von Neumann navrhl koncepci prvního počítače s uloženým programem. Toto je základ dnes běžně používaného pojmu „počítač“. U tohoto přístroje je postup programu stejný jako data, která jsou uložena do paměti počítače. Program sestávající se ze sledu jednotlivých příkazů, obsahuje podmíněné příkazy, které umožňují zpětná a dopředná rozvětvení. Každý příkaz může být strojem změněn jako jakýkoliv jiný operand. Díky tomu předstihuje všechny dosavadní počítače.

UNIVAC
V roce 1951 Eckert a Mauchy dokončili výrobu prvního počítače, který si mohl kdokoli zakoupit. Ultrasonická paměť měla kapacitu tisíc dvanácticiferných slov a umožňovala 8333 součtů, či 555 součinů za sekundu.

(50. léta 20. století)
Před nástupem mikroprocesorů byli tři nejnaléhavější problémy
Zvýšení rychlosti provádění operací
Zvýšení kapacity paměti
Zvýšení rychlosti přenosu dat na vstupu a výstupu

Tyto problémy se vyřešili s nástupem polovodičů při výrobě procesorů, který měl zároveň za následek snížení spotřeby a zvýšení spolehlivosti a rychlosti. (polovodiče byli v podobě tranzistorů a diod) Elektrony se začali do počítačů nasazovat od roku 1956. Zároveň díky novým typům pamětí se velikost počítačů značně zmenšila.

Magnetické pásky
Typická páska byla asi 400 metrů dlouhá a obsahovala zhruba 5MB informací. Pásky byli sekvenční, takže dostat se k informaci uložené uprostřed pásky nějakou dobu trvalo. Další nevýhodou byl fakt, že při změně jedné informace se musela přepsat celá páska.

Magnetické disky
Další stupeň vývoje, skládají se z několika od sebe oddělených talířových disků. Výhodou oproti páskám je náhodný přístup k datům (random access) – kteroukoli informaci mylo možno najít během velice krátkého času (v řádu milisekund) nevýhodou byla kapacita – disk o velikosti dnešní dvoudveřové ledničky měl kapacitu cca 70MB.
Dalším vývojem vznikly výměnné disky, které zvětšili potenciální kapacitu na neomezenou díky možnosti skladování mimo počítač

Programovací jazyky
Éru opravdových programovacích jazyků zahájil Fortran v roce 1954 týmem z IBM. Jednalo se o velmi snadno naučitelný jazyk, vedoucí k maximální efektivnosti programu. Jazyk byl původně určen pro vědeckotechnické výpočty, proto neřešil všechno.
Angol 60 (1958) přinesl bloky (skupiny příkazů tvořící jeden celek) a úplný příkaz if (kontrukce if/then/else) a umožňoval vytváření rekurzivních programů. Jeden z nedostatků patří, že nedefinoval vstupní a výstupní operace, ignoroval překládání programů po částech a byl použitelný jen pro vědeckotechnické výpočty.
Cobol (1960) byl zaměřený na zpracování hromadných dat, odkud byl vytlačen až moderními databázemi.
Lisp (1962) jazyk pro práci s dynamickými daty typu seznam, jehož jednoduchá sémantika byla podložena matematickou teorií rekurzivních funkcí. Dodnes je využíván v oblasti umělé inteligence a ovlivnil vývoj dalších jazyků.

Tradic
Rok 1955 uveden Bell Laboratoriem v USA první samočinný počítač osazený tranzistory. Byl nazván počítačem druhé generace, konstruktérem byl J. H. Felker. Mezi výhody byly malé rozměry, nepatrné výpadky a velmi malá spotřeba proudu. To dopomohlo k zásadnímu průlomu pro využití ve vědeckém výzkumu, průmyslu, obchodě a administrativě.

(60. léta 20. století)
Vynález integrovaného obvodu (IO), opět zvýšení rychlosti a zmenšení rozměrů, hromadný přechod na paměťové disky, použití LED diod a obrazovek se zlepšuje výstup dat z počítače.

Integrované obvody (IO)
1958, Jack St. Clair Kilby z Texas Instruments si patentoval integrovaný polovodičový obvod. Tento patent byl však zpochybněn, protože ve stejné době Robert Noyce vynalezl postup, jak prvky čipu spojovat jednodušším způsobem – planární difuzí. Zároveň vyvinul veškerou potřebnou technologii pro hromadnou výrobu počítačů.
1964, Gordon Moore prohlásil, že každých 12 až 18 měsíců se kapacita IO zdvojnásobí. Později jeho prohlášení vešlo ve známost jako Mooreův zákon a dodnes platí.
1968, Robert Noyce a Gordon Moore se spojili a založili Intel Corporation.

Díky vynálezu IO začal celosvětový závod o nejmenší počítač, především díky křemíkovým čipům a laserové technologii zpracování. Díky tomu přišla i miniaturizace obvodů a místo pěti integrovaných součástek jich nyní mohly být miliony. (ULSI – Ultra Large Scale Integration). To mělo za příčinu snižování ceny počítačů, zvýšení výkonu, kvality, efektivnosti a spolehlivosti.

Programovací jazyky
V době tzv. softwarové krize 60. let se začal mohutně rozrůstat počet programovacích jazyků. Na každý (nejen) vědní obor byl jeden jazyk. Objevení strukturovaného programování, jeho základem bylo dodržování určitých pravidel umět přečíst a upravit kód všemi a ne jen programátorem – první universální jazyky a jejich normy.
Angol 68 a Basic nejznámější své doby.

Sálové počítače (mainframe computers)
Nejvýkonnější dostupná výpočetní technika. Byly velmi drahé, zajišťovaly práci stovky i tisíců uživatelů prostřednictvím terminálů nebo propojením v síti. Jejich hlavním uplatněním byly hlavní počítače centrálních databází. Největším výrobcem je IBM, mezi dalšími pak jsou Fujitsu, DEC, CRAY a další.
Jejich systém byl modulární (na principu stavebnice) dále se podle potřeby rozšiřoval.
Tyto počítače vyžadují specifické podmínky – konstantní teplotu a vlhkost, zdvojené podlahy, speciální chlazení – proto sálové – byli umisťovány v samostatných sálech a budovách.

Osobní počítače
1967 Norman Kitz realizoval Anitou Mark 8, první osobní počítač díky firmě IBM, která v roce 1965 postavila první elektronický počítač Systém 360 na bázi monolitní techniky s integrovanými obvody. Díky LED diodám byl dostupný i displej pro zobrazování výstupu.

Od 70. let 20. století
Od roku 1968 tzv. 4. generace počítačů. Monolitní IO, bez vsazovaných prvků, které se dají vyrábět jen v hromadných sériích měla za následek další miniaturizaci. Čipy přinesli převrat v přenositelnosti počítačů.

Mikroprocesory
1971 Texas Instruments zavedla výrobu mikroprocesorů, které obsahovali 5000 až 100 000 tranzistorů, plní funkci centrální jednotky (CPU – Central Processing Unit) nazývaná procesor, skládá se z akumulačních datových, instrukčních, pobadačových a pomocných registrů.

Intel 4004
První programovatelný čip sestavený v roce 1969 u IBM, později byl vyráběn jako 4 bitový čip pro kalkulačky, obsahoval „pouhých“ 2300 tranzistorů, taktován byl na 740 kHz.

Intel 8080
Obsahoval 5000 tranzistorů, byl použit v prvním známém osobním počítači Altair 8800

Programovací jazyky
1971 Wirthem uvedl jazyk Pascal. Byl velmi obecný, jednoduchý a vhodný pro výuku programování
Jazyk C (1974) byl navržen původně pro uniové systémy.
Prolog (1975) neprocedulární jazyk podporující modulární programování, používán v oblasti umělé inteligence
Ada (1979) obecný, řízení procesů v reálném čase
Smaltalk (1980) obecný, plně injektovaný, podporuje grafické uživatelské rozhraní
C++ (1986) plná podpora objektového programování.
Java (1996) objektový jazyk pro vytváření bezpečných a přenositelných programů

Zvýšení kapacity čipů
Moderní čipy (1982) byly schopny zaznamenat až 64 000 bitů do paměti., uplatnění zejména u ROM, PROM, EPROM, EAPROM a RAM

Kancelářské vybavení
Kolem roku 1983 nacházejí počítače uplatnění v kancelářích. Jednou z příčin byla snižující se cena a speciálně orientované programy.

Disketa
1983 – floppy disk (pružný disk), obsahuje magnetickou vrstvu, mají průměr 3,5“, 5.25“ a 8“. Objem 5.25“ diskety měl kapacitu od 0.08 až 1.3MB, záleželo na hustotě zápisu. Úspěšné nahrazení magnetické pásky.

Osmibity
V sedmdesátých letech byly počítače stále pro většinu lidí finančně nedostupné a tak byl vymyšlen osmibit, který vše obrátil. Díky tomuto levnému procesoru náhle klesla cena na snesitelnou úroveň. Jako vstupní medium se používal kazetový magnetofon, microdrive (nekonečná páska) a později disketová mechanika.
Počítače byly vybaveny některou z variant jazyka BASIC.

Jedním z prvních osmibitů byl VIC 20 první počítač s joystickem, byl stavěný na hry.
Commodore 64 další generace, měl 64kB paměti, speciální zvukový čip SID. Pozdější verze měla i barevnou obrazovku a diskovou mechaniku.
ZX Spektrum 1982 – zaměřený na hry a vzdělávání, téměř poloviční cena oproti jiným modelům. Disponoval procesorem s taktem 3,5MHz, ROM 16kB a RAM 48kB.

5. generace
Tyto počítače již připomínají dnešní stolní PC, počátek 80. let. Obsahují základní desku s čipsetem, k desce se připojovala veškerá zařízení. Sběrnice pro připojování zařízení, grafická nebo zvuková karta. Plně modulární zařízení. Procesory zprvu vyráběny výhradně firmou INTEL. Čipy se vyráběli netodou VLSI (Very Large Scale Integration) – integrace často až milionů součástek a výkob se pohyboval v desítkách miliónů operací. Běžnými médii se stali pevné disky a diskety.

Procesory Intel
1982 – 80286, tak 6MHz, pozdější verze měli takt až 12MHz
1985 – 80386 taktovaný na 16MHz
1989 – 80486, používá 1,2 milionu tranzistorů, taktovaný na 25MHz
1993 – První procesor s názvem Pentium, 3,1 milionu tranzistorů s taktem 66MHz
1995 – Intel Pentium Pro, 5.5 milionu tranzistorů, frekvence procesoru 200MHz, současně nová patice Societ 8
1998 Pentium II taktovaný na 333MHz, single edge contact (kontakty jsou na jedné straně desky)
1998 Intel Celeron – bez sekundární čachr pro low-end trh
1999 – Pentium III, obsahuje novou sadu instrukcí SIMD, podporu pro dva procesory na jedné desce
2000 – Zahájení výroby 1GHz procesorů
2001 – Pentium IV, frekvence až 2GHz, 42 milionů tranzistorů, zároveň uveden procesor Uranium, plně 64-bitový serverový procesor
2002 – Jádro Northwood, frekvence až 2,6GHz, 55 milionů tranzistorů
2003 – vylepšení Pentia IV, nové jádro Prescott, frekvence až 3,5GHz, Pentium EE (extréme edition) se prvně používá 0.13 mikronová technologie výroby

Procesory AMD (advanced micro device)
1991 – am386, klon i386
1994 – K5, ve výpočtech s pevnou desetinnou čárkou lepší než pentia
1997 – K6, instrukce 3D now!, 8,8 milionu tranzistorů, podpora AGP
1999 – K7 Athlon 0,18 mikronová technologie, frekvence až 1GHz
2000 – AthlonXP s jádrem Palomino, takt až 1,7GHz
2002 – AthlonXP s jádrem Throughbred, vyrýběn 0,13mikronovou technologií
2003 – Jádro Barton, uveden Opteron, 64 bitový procesor s multiprocesoringem až 8 procesorů, societ 940, 106 milionů tranzistorů, až 2GHz, v září 2003 uveden Athlon64, takt až 3,4GHz, societ 754, plná podpora SSE2, Hyper transport.