2. Předchůdci počítačů

Abakus

Abakus vzniknul přibližně před 5000 lety. Používal se ve starém Řecku a Římě. Byla to dřevěná, nebo hliněná destička, do nichž se vkládaly kamínky („calculli“) – odtud název kalkulačka.

Logaritmické tabulky

Počátkem 17. století byly v Anglii sestaveny první logaritmické tabulky, po nichž následovalo i první logaritmické pravítko.

Ozubená kola

Objevují se i první počítací stroje pracující na principu ozubených kol, které se v pozměněné podobě zachovaly dodnes – jako mechanické kalkulačky a staré pokladny.

První mechanické kalkulátory

Otcem éry počítacích strojů se stal Wilhelm Schickard, který postavil roku 1623 první mechanický počítací stroj. Ten používal ozubená kolečka určená původně pro hodiny – a proto také bývá nazýván „počítací hodiny“. Stroj sloužil ke sčítání a odčítání šesticiferných čísel a měl být prakticky použit Johannem Keplerem při astronomických výpočtech.

Následovaly stroje Blaise Pascala (Pascaline) z roku 1642 a Gottfrieda Leibnize z 1671. Kolem roku 1820 vytvořil Charles Xavier Thomas první úspěšný sériově vyráběný kalkulátor – Thomasův Arithmometr, schopný sčítat, odčítat, násobit a dělit. Ten byl převážně založen na Leibnizově přístroji. Technologie mechanických počítacích strojů se udržela až do 70. let 20. století.

Zatímco základem většiny dnešních počítačů je dvojková soustava (popsaná právě Leibnizem), až do čtyřicátých let 20. století byly mnohé počítací stroje (včetně těch Babbageových a také ENIACu) založeny na soustavě desítkové, která je na implementaci výrazně náročnější.

Technologie děrných štítků (od roku 1801)

Roku 1801 vymyslel francouzský vynálezce Joseph Marie Jacquard tkalcovský stav, kde bylo možné změnit výsledný vzorek látky výměnou děrného štítku. Pouhá změna štítků tak způsobila to, co by jinak bylo možné udělat jen přestavbou stroje. Tato technologie o něco později umožnila návrhy prvních programovatelných strojů. Například v roce 1833 po této technologii sáhl Charles Babbage, když se od vývoje svého „difference engine“ přesunul k lepšímu návrhu „analytical engine“. Ten měl již být programovatelný a jeho programování mělo být zajištěno pomocí děrných štítků.

Dodnes existují počítače, které technologii děrných štítků používají. Ještě v 80. letech 20. století bylo běžné, že studenti technicky zaměřených oborů vysokých škol posílali své programátorské pokusy do výpočetních středisek ve formě štosu děrných štítků, z nichž každý obsahoval řádku programu, a pak čekali, až bude program zkompilován a spuštěn, a oni získají buď požadované výsledky, nebo chybové hlášení. Pokud práce programu skončila chybou, nezbývalo jim nic jiného, než chyby opravit, připravit novou sadu štítků a tu opět odeslat do výpočetního střediska.

První programovatelné stroje 1835 – zhruba 1900

Klíčovou částí definice „univerzálního počítače“ je jeho programovatelnost, umožňující mu emulovat jiné počítací stroje pouhou změnou sekvence instrukcí. Charles Babbage popsal „analytical engine“ v roce 1835. Jeho cílem bylo postavit univerzální programovatelný počítač používající jako vstupní médium děrné štítky. Tento počítač měl být poháněn parním strojem. Významným pokrokem mělo být použití ozubených kol namísto abaku. I když jeho plány byly patrně správné (nebo alespoň doladitelné), celý projekt skončil neúspěšně, když byl nejprve zpomalen hádkami s řemeslníkem vyrábějícím ozubená kola a později zcela zastaven kvůli nedostatečnému financování. Hollerith [Holeris] Herman, 1860 – 1929 byl první, kdo použil děrný štítek ne pro program, nýbrž jako nosič dat. V roce 1890 vypsala americká vláda konkurz na zpracování výsledků sčítání lidu. To předchozí totiž trvalo plných 7 let. Soutěž vyhrál právě Herman Hollerith se svým děrnoštítkovým počítacím strojem, který mimořádně zrychlil a zpřesnil zpracování výsledků sčítání. Děrný štítek obsahoval znaky ve formě kombinace dírek, umožňoval data uchovat pro pozdější použití a určil charakter zpracování dat na téměř dalších 100 let. Hollerith byl zdatný nejen technicky, ale i obchodně. Založil firmu, která se později stala základem úspěšné počítačové firmy IBM.

Vývoj počítačů pak většinou dělíme na tzv. generace.

Nultá generace

Za počítače nulté generace jsou považovány elektromechanické počítače využívající většinou relé. Pracovaly většinou na kmitočtu okolo 100 Hz.

Z1

První, komu se podařilo sestrojit fungující počítací stroj, byl Němec Konrád Zuse. V roce 1934 začal pracovat na konstrukci mechanické výpočetní pomůcky a po řadě různých zdokonalení dokončil v roce 1936 základní návrh stroje pracujícího v dvojkové soustavě s aritmetikou v plovoucí čárce a programem na děrné pásce (jako nosič byl použit kinofilm). Neznalost prací Babbageho a jeho následovníků však měla za následek, že Zuse do svého projektu nezahrnul podmíněné skoky. Přes tento nedostatek však můžeme tvrdit, že roku 1938 spatřil světlo světa první počítač nazvaný Z1. Byl ještě elektromechanický s kolíčkovou pamětí na 16 čísel a byl velmi poruchový, pro praktické použití nevhodný.

Z2, Z3

Zuse proto přistoupil ke stavbě počítače Z2, který již obsahoval asi 200 relé. Paměť však byla stále ještě mechanická, převzatá ze Z1. Potom se Konrád Zuse spojil s Helmutem Schreyrem a společně se pustili do vývoje ještě výkonnějšího počítače Z3. Tento první prakticky použitelný počítač na světě obsahoval 2600 elektromagnetických relé. Pracoval s dvojkovou aritmetikou v pohyblivé čárce a prováděl až 50 aritmetických operací za minutu (ani ne jedna za sekundu). Paměť byla na tehdejší dobu velká, 64 čísel po 22 bitech. Údaje se ručně zadávaly pomocí klávesnice. Počítač byl v roce 1944 zničen při leteckém náletu.

Mark I

Přibližně ve stejné době pracoval ve Spojených státech na podobném projektu Howard Hathaway Aiken. Oficiálně se projekt jmenoval Automatic Sequence Contolled Calculator (ASCC), neformálně se nazýval Howard Mark I. Celý projekt financovala firma IBM (International Business Machines), jejíž jméno se stalo v současné době na Západě synonymem slova počítač. Tato firma vznikla sloučením bývalé Holleritovy společnosti Tabulating Machine Company s několika dalšími a zabývala se do té doby zejména výrobou děrnoštítkových strojů. Aikenův projekt počítacího stroje chápala jako demonstraci svých technických možností. Byl to její první vstup do světa výpočetní techniky, ve které dnes ovládá více než polovinu světového trhu. Vraťme se však k Aikenovu projektu. Počítač dostal pracovní název ASCC z anglického Automatic Sequence Controlled Calculator neboli automatický sekvenčně řízený počítač. Později byl ve světě znám spíše pod názvem Mark I. Počítač byl dokončen v roce 1943 ve výpočetní laboratoři Hardvardské univerzity v Cambridge. Patnáct metrů dlouhé monstrum bylo postaveno dost marnotratně. Základní hnací jednotkou byl elektromotor o výkonu 3,7 kW napojený na dlouhou hřídel, která zprostředkovala pohon jednotlivých částí počítače. Program nesla děrná páska, jejíchž 24 stop bylo rozděleno do tří skupin po osmi (2 adresy + kód operace). Počítač pracoval v desítkové soustavě s pevnou čárkou. Paměť měla dvě části - statickou, do které bylo možno před zahájením výpočtu vložit prostřednictvím desetipolohových přepínačů až 60 dvacetitřímístných čísel, a dynamickou (operační) paměť tvořenou elektromechanicky ovládanými kolečky. Do této paměti si mohl počítač zaznamenat a zpětně přečíst dalších 72 čísel. Zároveň zde probíhaly aritmetické operace sčítání a odčítání. Mark I dovedl sečíst dvě čísla za 0,3 s, vynásobit je za 6 s a vypočítat např. hodnotu sinus daného úhlu během jedné minuty.

Mark II

Po úspěchu počítače Mark I začal Aiken pracovat na počítači Mark II. Toto zařízení bylo již čistě reléové. Aritmetika pracovala v plovoucí čárce s desítkovými číslicemi, které byly dvojkově kódovány pomocí čtyř relé. Operační paměť počítače mohla pojmout až 100 čísel s deseti platnými číslicemi. Sčítání již trvalo pouze 0,125 s a násobení průměrně 0,25 s. Celý počítač obsahoval přibližně 13 000 relé.

Colossus

Roku 1943 byl Angličany sestaven počítač určený k lámání německých šifer, které sestavoval počítač Enigma. Jméno tohoto počítače bylo Colossus.

SAPO

Prvním počítačem vyrobeným v Československu byl SAPO (SAmočinný POčítač), který byl uveden do provozu v roce 1957. Obsahoval 7000 relé a 400 elektronek. Měl magnetickou bubnovou paměť o kapacitě 1024 dvaatřicetibitových slov. Pracoval ve dvojkové soustavě s pohyblivou řádovou čárkou. Tento počítač měl dvě zvláštnosti. Za prvé byl pětiadresový, neboli součástí každé instrukce bylo 5 adres (2 operandy, výsledek a adresy skoků v případě kladného a záporného výsledku). Druhou zvláštností bylo to, že se vlastně jednalo o tři shodné počítače, které pracovaly paralelně. Výsledek každé operace z jednotlivých počítačů se mezi sebou porovnal a o výsledku se rozhodovalo hlasováním. Pokud byl shodný alespoň ve dvou případech, byl považován za správný. Pokud se ve všech třech případech lišil, operace se opakovala.

Počítač SAPO byl zkonstruován prof. Svobodou, Dr. Oblonským a jejich spolupracovníky ve Výzkumném ústavu matematických strojů a byl instalován v budově ústavu na Loretánském náměstí.

Tři roky po jeho zhotovení, v roce 1960, počítač SAPO shořel. Z jiskřících reléových kontaktů se vzňala loužička oleje, kterým se relé promazávala.

První generace

V roce 1944 byl na univerzitě v Pensylvánii uveden do provozu první elektronkový počítač ENIAC. Z dnešního hlediska to bylo příšerné monstrum s nulovým výpočetním výkonem - 18 000 elektronek, 10 000 kondenzátorů, 7000 odporů (rezistorů), 1300 relé, byl chlazen dvěma leteckými motory, zabíral plochu asi 150 m² a vážil asi 40 tun. Měl tak vysokou spotřebu energie, že ve vedlejší budově se nacházela elektrárna určená pouze pro něj. Byl opravdu velmi pomalý. Vědci předpovídali, že vydrží sotva pár minut, neboť při tak obrovském počtu součástek hrozilo, že se každou chvíli něco přepálí. Ve skutečnosti vydržel v provozu až několik hodin, pak se musel opravit a mohlo se opět „počítat“. Dalším přírůstkem do rodiny počítačů byl MANIAC (Mathematical Analyser Numerical Integrator And Computer). Byl sestaven roku 1945 a uveden do provozu Johnem von Neumanem. Tento počítač byl také (mimo jiné) využit k vývoji vodíkové bomby.

Druhá generace

Druhá generace počítačů nastupuje s vynálezem tranzistoru (John Bardeen, W. Brattain, W. Shockley), který dovolil díky svým vlastnostem zmenšení rozměrů celého počítače, zvýšení jeho rychlosti a spolehlivosti a snížení energetických nároků počítače. V roce 1956 dostali J. Bardeen, W. Brattain a W. Shockley Nobelovu cenu za fyziku.

UNIVAC byl roku 1951 prvním sériově vyráběným počítačem. Výrobcem byla firma Remington.

V této generaci počítačů také začínají vznikat operační systémy a první programovací jazyky, jako jsou COBOL a FORTRAN.

Třetí generace

V roce 1958 napadlo Jacka Kilbyho sdružit v jednom čipu více tranzistorů, vznikl tak první integrovaný obvod, obsahující čtyři tranzistory. Počítače třetí a vyšších generací jsou tedy vybudovány integrovaných obvodech, které na svých čipech integrují velké množství tranzistorů.

S postupným vývojem integrovaných obvodů se neustále zvyšuje stupeň integrace (počet integrovaných členů na čipu integrovaného obvodu). Podle počtu takto integrovaných součástek je možné rozlišit následující stupně integrace:

  • SSI - Small Scale Integration
  • MSI - Middle Scale Integration
  • LSI - Large Scale Integration
  • VLSI - Very Large Scale Integration (někdy také XLSI - Xtra Large Scale Integration)

Čtvrtá generace

Čtvrtá generace začala v roce 1981 - vznik PC (firma IBM) a trvá dodnes (2008). Obsahují integrované obvody střední a velké integrace, malé rozměry, velká rychlost a velká kapacita paměti. Odtud název mikroprocesor.

Pátá generace

Počítače páté generace jsou zatím hudbou budoucnosti. Někdy jsou popisovány jako stroje s umělou inteligencí.

Generace počítačů souhrnně

Generace

Rok (asi)

Konfigurace

Rychlost (operací/s)

Součástky

0.

1930-40

velký počet skříní

jednotky

relé

1.

1944

desítky skříní

100 - 1000

elektronky

2.

1950

do 10 skříní

tisíce

tranzistory

3.

1958

do 5 skříní

desetitisíce

integrované obvody

4.

1981

1 skříň

desítky milionů

integrované obvody (VLSI)

5.

budoucnost

 


Vytisknout