Informatika 2
Technické prostředky počítačové techniky Přednáší:
doc. Ing. Jan Skrbek, Dr. - KIN
Přednášky: středa
1420 – 1555 1610 – 1745
Spojení:
e-mail:
[email protected] tel.: 48 535 2442
Obsah:
• Historie počítačů • Počítačové generace • Klasifikace počítačů a technologické trendy • Modifikace von Neumanova schématu pro PC IN2-1
1
Informatika 2
Technické prostředky počítačové techniky Historie Charles Babbage - 1833 - návrh diferenčního stroje, který měl umožnit řešení kvadratických rovnic - aritmetická jednotka, paměť dat, řídící jednotka pro řízení průběhu celého programu a zařízení pro vstup a výstup dat • B. Pascal - 1642 - návrh mechanické kalkulačky • 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 IN2-1
2
Informatika 2
Technické prostředky počítačové techniky Konrád 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 "V„, • 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
Informatika 2
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 •
IN2-1
ENIAC 1 (fy UNIVEC) – 1946 - 17 468 elektronek, spotřeba cca 150 kW programování propojováním funkčních bloků propojovacími kabely a kombinací funkčních přepínačů
Electronic Numerical Integrator And Computer
4
Informatika 2
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 4000 elektronek, 10000 krystalových diod
John von Neumann
paměť - 1024 slov o šířce 44 bitů, realizovaná pomocí zpožďovacích linek taktovací frekvence 1 MHz
IN2-1
5
Informatika 2
Technické prostředky počítačové techniky
řadič vstup
paměť
výstup
aritmetickologická jednotka
řídící signály toky dat
Obr.: Blokové schéma počítače von Neumannova typu
IN2-1
6
Informatika 2
Technické prostředky počítačové techniky
Generace počítačů 0. generace - reléové počítače desítky operací/s
1. generace - elektronkové - rychlost kolem 100 operací za sekundu, používání strojového kódu nebo assembleru, velmi omezené periferie
7
Informatika 2
Technické prostředky počítačové techniky
Generace počítačů 2. generace - tranzistorové - 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
Informatika 2
Technické prostředky počítačové techniky Generace počítačů 3. generace - integrované obvody - 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
9
Informatika 2
Technické prostředky počítačové techniky Klasifikace počítačů Kritéria:
vnitřní architektura
rychlost procesoru
rozsah vnitřní paměti
kapacita vnějších pamětí
rychlost výstupních zařízení
počet uživatelů
cena 10
Informatika 2
Technické prostředky počítačové techniky
Klasifikace počítačů • superpočítače – řešení složitých problémů (simulace, meteorologie, genetika)
Cray 1
• mimořádně vysoký výkon (desítky gigaoperací/s) • složitá architektura (paralelní procesory) • složitá technologie (př. chlazení) • vysoká cena (desítky mil. dolarů)
Cray 11
Informatika 2
IBM - superpočítač 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. Přesnou sumu, kolik superpočítač stál, zůstává dosud nezveřejněn.
IN2-1
12
Informatika 2
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. 30. října 2012 - http://www.novinky.cz/internet-a-pc/hardware/283190-nejvykonnejsi-pocitac-na-svete-postavili-americane-nalidsky-mozek-je-stale-kratky.html 13
Informatika 2
14
Informatika 2
15
Informatika 2
16
Technické prostředky počítačové techniky
Informatika 2
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
17
Informatika 2
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
• osobní počítače (cena) • stolní • přenosné – – – –
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)
notebook Tablety smartphony iPad, iPod, iPhone
• síťové (Cloud computing) – Google
18
Informatika 2
Trendy miniaturizace – komunikátory:
„Nokia MORPH“ – koncept na bázi nanotechnologií – spojení vědy s designovým uměním – telefon může být ve tvaru náramku nebo kreditní karty •
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. 19
Informatika 2
Trendy miniaturizace – komunikátory:
http://www.youtube.com/watch?v=IX-gTobCJHs&feature=player_embedded 20
Informatika 2
Technické prostředky počítačové techniky John von Neumann koncepce počítače Vstupy
Paměť
Výstupy
Procesor ALU ŘADIČ
Přenosové kanály
21
Informatika 2
Technické prostředky počítačové techniky John von Neumann koncepce mikropočítače Vstupy
Paměť
Procesor řídící sběrnice
ALU ŘADIČ
Výstupy
datová sběrnice adresní sběrnice 22
