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 Hardvard 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 klasického PC (firma IBM) a trvá dodnes. 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

Rozdělení počítačů

• Osobní počítače
  • Stolní - Desktop
  • Přenosné - Notebook, Lifebook
  • Kapesní - dnes známe především v podobě mobilního telefonu
• Řídící počítače - server
  • poskytování služeb v počítačové síti
  • souborový, aplikační, webový, poštovní
  • většinou jsou umístěny ve speciálních skříních - tzv. RACK
• Průmyslové počítače
  • speciální počítače pro řízení strojů a procesů
  • vysoká odolnost, speciálmí skříně
• Sálové počítače tzv. Mainframe
  • výkonné počítače pro bankovnictví, výzkum, armádu
  • pro velké firmy a instituce, skříňové provedení
• Superpočítače
  • stovky procesorů, špičkové technologie, několik desítek na světě
  • náročné výpočty pro výzkum vesmíru, meteorologii, statistiku, genetiku ...

Schéma osobního počítače:

Uvnitř počítačové skříně se nachází tyto části:

• základní deska
• mimo základní desku se pak nachází např.:
  • zdroj
  • pevný disk (HDD)
  • chladiče a ventilátory
  • kabely
  • optická jednotka (DVD nebo CD, dnes již nemusí být standardně dodávána)
  • a další

Na základní desce (Motherboard) se nachází:

• procesor - mozek celého počítače v patici, které říkáme Socket (procesor má svoje chlazení s ventilátorem)
• paměť ROM
• paměť RAM
• paměť CMOS
• čipová sada (Chipset)
• baterie pro napájení BIOSu
• porty pro připojení dalších zařízení
• sběrnice pro zařízení jako je grafická karta, zvuková karta, síťová karta apod.

To, co se nachází mimo počítačovou skříň se nazývá periferní zařízení.
Jedná se např. o tyto:

• myš
• klávesnice
• monitor
• reproduktory
• tiskárna
• flash disk
• sluchátka
• grafický tablet
• a mnoho dalších připojitelných zařízení

Hardware, neboli technické vybavení počítače

Skříň PC

Skříň PC

V současnosti známe např. tyto typy:

Big Tower

• Pro stavbu nejvýkonnějších spolehlivých počítačů
• Dostatek prostoru pro rozšíření, konfiguraci a snadnou správu
• Dobré možnosti pro chlazení
• Účinné chlazení má za následek menší poruchovost součástek
• Podpora základních desek formátu až eATX

---

Midi Tower

• Skříň pro výkonné počítače
• Vhodné do firemní i domácí kanceláře
• Dobré možnosti chlazení
• Hodí se tam, kam se nevejde Big Tower
• Staví se zpravidla pod pracovní stůl

---

Mini Tower

• Vhodné pro jednodušší sestavy a kancelářské počítače
• Dostatek místa pro montáž potřebných komponentů
• Pohodlně se vejde pod stůl
• Podpora základních desek formátu Micro ATX

---

Desktopové skříně

• Umisťují se zpravidla pod monitor
• Dobrý přístup k ovládacím prvkům
• Snadno dostupné konektory na zadní straně
• Mají tvar krabice

---

Serverové skříně

• Pro spolehlivé a výkonné servery
• Flexibilní možnosti uzpůsobení
• Mnoho pozic pro disky a mechaniky
• Lze je dobře chladit
• Podporují základní desky ATX

---

Mini ITX

• Ke stavbě malých, méně výkonných počítačových sestav
• Vhodné do malých kanceláří
• Poslouží také jako multimediální centrum
• Pro základní desky formátu Mini ITX
• Příznivá cena

---

Existují i další provedení počítačových skříní, ale ty nejsou tak časté a obvyklé. Např.:

• Micro-ATX
• Mini-ATX
• Mini-DTX
• UCFF

Zdroj

Základní deska

Grafická karta

Pevný disk

Optická jednotka

Periferní zařízení

Základní definice

Operační systém (OS) je v informatice označení pro základní programové vybavení počítače (tj. software), které je zavedeno do paměti počítače při jeho startu a zůstává v činnosti až do jeho vypnutí. Skládá se z těchto částí:

1. jádro (kernel)
2. a pomocných systémových nástrojů.

Hlavním úkolem operačního systému je zajistit uživateli možnost ovládat počítač a přidělování systémových zdrojů (procesor, paměť, přístup k souborům atd). Operační systém umí provádět různé úkoly najednou (multitasking). Operační systém je dnes přítomen v různých přístrojích jako je mobilní telefon, herní konzole, pokladna, soustruh, řídící servery a mnoho dalších. Mezi nejznámější zástupce OS patří Microsoft Windows, Linux a macOS, ale existuje je jich mnoho dalších.

Historie

První počítače operační systém neměly. První OS byly dodávány k sálovým počítačům (mainframe). V roce 1967 byl firmou IBM vydán operační systém MFT, který poprvé podporoval v omezené míře multitasking.

Typy operačních systémů

Neexistuje univerzální operační systém, který by mohl splnit všechny požadavky, protože mnoho z požadavků je protichůdných. U některých zařízení je dokonce operační systém nežádoucí (např. řízení kávovaru, některé vestavěné systémy).

Desktop

Desktop je počítač sloužící uživateli na stole. Patří mezi ně osobní počítače (PC, Mac Pro, notebooky). Cílem systému je nabídnout jednoduchost, univerzálnost, práci s mnoha aplikacemi. Mezi nejznámější operační systémy pro desktopové počítače patří Microsoft Windows, MacOS a Linux. Existuje jich ale celá řada.

Mobilní zařízení

Mobilní zařízení jsou konstruována jako přenosné počítače. Cílem systému pro mobilní zařízení je snadnost obsluhy v terénu (z ruky), úspora energie akumulátoru, univerzálnost - telefonování, e-mail, Internet, sociální sítě, specializované aplikace (bankovní, navigační), bezpečnost (v případě krádeže, útoku) atd. Mobilních zařízení je na světě už více než klasických desktopových počítačů a dále se jejich počet zvyšuje. Tím vzrůstá důležitost systémů pro takové počítače, mezi které patří Android a iOS.

Servery

Servery jsou vysoce výkonné obsluhují uživatele Internetu a provádějí složité výpočty. Cílem systému je nabídnout vysoký výpočetní výkon, snadnou údržbu, odolnost proti počítačovým útokům, možnost úpravy systému, škálování. Mezi nejpoužívanější systémy patří Linux a servery z řady Windows NT.

Další pojmy

Řízení v reálném čase

Pro řízení chodu některých strojů (např. motor automobilu) jsou používány počítače, jejichž cílem je co nejrychlejší reakce na probíhající události. Jsou pro ně vyvíjeny speciální operační systémy reálného času. Do této kategorie by mohly patřit i systémy řídící virtuální realitu.

Multitasking

Multitasking je současná práce několika nezávislých počítačových programů ve stejném počítači ve stejném čase.

Ovladače

Většina operačních systémů potřebuje pro správnou funkci některých komponent počítače (hardwaru) doplňkový (podpůrný) software - tzv. ovladač pro správnou funkci tohoto hardware.

Bezpečnost

Většina dnešních operačních systémů má spuštěn nějaký bezpečnostní systém. Rozlišujeme dva typy:

• vestavěný - integrovaný přímo v operačním systému
• instalovaný dodatečně

Uživatelské rozhraní operačních systémů

Rozlišujeme dva základní typy uživatelského rozhraní (ovládací prostředí):

• grafické uživatelské rozhraní (GUI - Graphical user interface)
• ovládání přes tzv shell - příkazový řádek

Funkce operačního systému

Operační systém plní tři základní funkce:

1. ovládání počítače
2. abstrakce hardware
3. a správa prostředků

Ovládání počítače

Při definici operačního systému se obvykle omezuje ovládání počítače na schopnost spustit program, předat mu vstupní data a umožnit výstup výsledků na výstupní zařízení. Někdy je však pojem operační systém rozšířen i na grafické uživatelské rozhraní, což může být z důvodů marketingových, ale i problému nejasné hranice mezi operačním systémem a aplikacemi. U systémů, které disponují jediným grafickým rozhraním (Microsoft Windows, Symbian OS, …) je často grafické rozhraní zahrnováno do operačního systému. U systémů, kde je uživatelské rozhraní možné vytvořit několika nezávislými způsoby nebo různými aplikacemi, je běžné nepovažovat ho za součást systému (unixové systémy).

Abstrakce hardware

Operační systém skrývá detaily ovládání jednotlivých zařízení v počítači (tzv. hardware) a definuje standardní rozhraní pro volání systémových služeb[1] tak, že vytváří abstraktní vrstvu s jednoduchými funkcemi (tzv. API), které využívají programátoři aplikací. Tím nejen zjednodušuje programátorům vytváření programů, ale umožňuje programům pracovat i se zařízeními, které v době vzniku programu neexistovaly (například z hlediska programátora není rozdíl mezi otevřením souboru na pevném disku, CD, DVD, flash, síťovém disku nebo Blu-ray). Někdy je uvnitř operačního systému vytvářena podobná abstraktní mezivrstva, která usnadňuje programování ovladačů jednotlivých zařízení (tzv. HAL, anglicky Hardware Abstraction Layer).

Správa prostředků

Operační systém přiděluje spuštěným procesům systémové prostředky (operační paměť, procesor, pevný disk, vstupně-výstupní zařízení). V případě potřeby může operační systém procesům přidělené prostředky násilně odebrat (preempce). Operační systém využívá schopnosti procesoru k ochraně sebe samého, ale i k oddělení pracovního prostoru jednotlivých procesů.

Příklady operačních systémů

• Windows
• Unix a systémy založené na Unix
• MacOS
• iOS
• Linux (známe mnoho OS založených na tomto systému jako je Debian, Fedora, Ubuntu, Raspbian a mnoho dalších
• DOS
• jiné - Android, BlackBerry, Chrome OS a mnoho dalších