IN2
Informatika 2 Technické prostředky počítačové techniky Přednáší:
doc. Ing. Jan Skrbek, Dr. - KIN Spojení:
e-mail:
[email protected] tel.: 48 535 2442
Obsah:
•
• •
•
1
Historie počítačů Počítačové generace Klasifikace počítačů a technologické trendy Modifikace von Neumanova schématu pro PC
IN2
Informatika 2 – 01 Dnešní info: Program, jehož používání se provalilo po hackerském útoku na samotnou italskou vývojářskou společnost loni v létě, dokáže z napadených počítačů nebo mobilů kromě klasických soudem povolených odposlechů „vydolovat“ také například přístupové údaje k bankovním účtům, sociálním sítím, kontakty a údaje z kalendáře nebo stáhnout uložené fotografie. Hacking Team prodal svůj špionážní software americkému Federálnímu úřadu pro vyšetřování (FBI) i ruské tajné službě. Firma spolupracuje podle AP jak s autoritářskými vládami na Blízkém východě, tak s policejními odděleními amerických předměstí. Dokonce se snažila prodat i Vatikánu sledovací aplikaci použitelnou proti věřícím.
2
IN2
Informatika 2 – 01 Dnešní info:
3
IN2
Informatika 2 – 01 Dnešní info:
4
IN2
Technické prostředky počítačové techniky 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
Technické prostředky počítačové techniky 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 6
IN2 Technické prostředky počítačové techniky •
Howard Eiken (1900-1973) - 1943 - MARK 1 - oddělená paměť dat a programu
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 ENIAC – 1946
•
17 468 elektronek, spotřeba cca 150 kW
•
až 5000 součtů za vteřinu
programování propojováním funkčních bloků propojovacími kabely a kombinací funkčních přepínačů
Electronic Numerical Integrator And Computer
7
IN2 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
John von Neumann
paměť - 1024 slov o šířce 44 bitů, realizovaná pomocí zpožďovacích linek taktovací frekvence 1 MHz
URAL 2
Historie počítačů v ČR 8
IN2
Technické prostředky počítačové techniky
řadič vstup
paměť
výstup
aritmetickologická jednotka Obr.: Blokové schéma počítače von Neumannova typu
řídící signály toky dat
IN2 Technické prostředky počítačové techniky
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
10
IN2 Technické prostředky počítačové techniky
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 11
IN2
Technické prostředky počítačové techniky Generace počítačů 3. generace - integrované obvody (vývoj cca 1965 – 1980) - Robert Noyce (Farchild) - 105 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
12
IN2
Technické prostředky počítačové techniky Generace počítačů Apple - Stephen Wozniak, Steven Jobs 1976 – Apple 1
13
IN2
Technické prostředky počítačové techniky Generace počítačů Apple - Stephen Wozniak, Steven Jobs 1977 – Apple 2
VisiCalc
maloobchodní cena za počítač s 4 KB RAM byla 1289 USD, rozšířený model s 48 KB RAM stál 2638 USD
14
IN2
Technické prostředky počítačové techniky Klasifikace počítačů Kritéria:
15
vnitřní architektura
rychlost procesoru
rozsah vnitřní paměti
kapacita vnějších pamětí
rychlost výstupních zařízení
počet uživatelů
cena
IN2 Technické prostředky počítačové techniky
Klasifikace počítačů • superpočítače – řešení složitých problémů (simulace, meteorologie, genetika)
Cray 1 1975
• mimořádně vysoký výkon (desítky gigaoperací/s) • složitá architektura (paralelní procesory) • složitá technologie (př. chlazení) • vysoká cena (desítky mil. dolarů)
Cray 2012 16
IN2
„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
17
IN2
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.
18
IN2
19
IN2
20
IN2
2016 Intel a Cray staví superpočítač Aurora s výkonem 180 PFLOPS, teoreticky ale bude možné dosáhnout až na 450 PFLOPS. Superpočítač by měl být postavený a funkční v roce 2018 Rychlá vnitřní paměť bude mít celkovou kapacitu 7 000 TB s propustností přes 30 PB/s. Pro ukládání dat bude k dispozici úložiště s kapacitou více než 150 PB s propustností přes 1 TB/s. O formu rychlé mezipaměti pro ukládání dat se postarají SSD od Intelu. Aurora zabere plochu o velikosti 280 m2 a bude mít spotřebu 13 MW. Využití – oblast biologie - pro výzkum organismů a nemocí. - část výpočetního času bude určen pro zkoumání efektivity dopravy, designu dopravních prostředků, pro lepší aerodynamiku a efektivnější tišší motory. - výzkum obnovitelných zdrojů energie, vyšší efektivita větrných turbín apod. Zdroj: http://www.zive.cz/clanky/intel-a-cray-stavi-superpocitac-s-vykonem-180-pflops/sc-3-a-177882/default.aspx 21
IN2
22
Technické prostředky počítačové techniky
IN2
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
23
IN2
Technické prostředky počítačové techniky Klasifikace počítačů • 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
24
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)
IN2
Technické prostředky počítačové techniky Klasifikace počítačů • osobní počítače (cena) • stolní („desktop“) • přenosné – – – –
notebook tablet iPad, iPod, iPhone smartphon
• síťové (Cloud computing) – Google
25
IN2 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
26
•
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.
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 27
• Cena s DPH: 899,- Kč (Alza.cz)
IN2
IN2
Technické prostředky počítačové techniky John von Neumann koncepce počítače Vstupy
Paměť
Výstupy
Procesor ALU ŘADIČ
28
Přenosové kanály
IN2
Technické prostředky počítačové techniky John von Neumann koncepce mikropočítače Vstupy
Paměť
Procesor řídící sběrnice
29
ALU ŘADIČ
Výstupy
datová sběrnice adresní sběrnice
