Ra~unalnik in njegov razvoj - arnes.sisspimule/jest/Sola/Zgodovina_racunalnistva.pdf · gih...

$: Ra~unalnik in njegov razvoj - arnes.sisspimule/jest/Sola/Zgodovina_racunalnistva.pdf · gih glasbil, je pritekel iz hi{e ter s kolom prepodil glasbenike. Ker so se glasbeniki kmalu$
Ra~unalnikin

njegov razvoj

Pripravil: Iztok Mulej, univ. dipl. in .

U~no gradivo za pouk Informatike v prvem letniku srednje {ole

Predmehanska doba (3000 p.n. {t. - 1614) ....................2

Mehanska doba (1614 - 1840) ......................................3

Elektro-mehanska doba (1890 - 1936) ..........................6

Elektronska doba (1936 - danes) ..................................8

Doba 1. generacije ra~unalnikov (1936 - 1951) ..................8

Doba 2. generacije ra~unalnikov (1951 - 1965) ................11

Doba 3. generacije ra~unalnikov (1965 - 1971) ................12

Doba 4. generacije ra~unalnikov (1971 - danes) ..............13

Generacije ra~unalnikov ..............................................14

1. generacija ra~unalnikov (1936 - 1951) ..........................14



4. generacija ra~unalnikov (1971 - danes) ........................17

5. in 6. generacija ra~unalnikov ........................................18

Dodatni viri ..................................................................19

Ra~unalnik in njegov razvoj 1

Kazalo


Slika 1: Abakus

Kje so korenine ra~unalni{tva, te`ko re~emo, zagotovo pa jih lahko odkrivamo v davnipreteklosti. Med za~etke sodi obdobje, ko je ~lovek za~el {teti, ko si je sku{al predstavl-jati {tevilo s predmeti (prsti na rokah, kamen~ki, {koljkami). Prav sposobnost predstavl-janja {tevil pomeni osnovo sodobnemu ra~unalni{tvu.

Vzporedno je rasla `elja po izdelavi naprave za la`je in hitrej{e ra~unanje. Eden prvihdigitalnih mehanizmov na ra~unanje je kitajsko ra~unalo na kroglice, imenovanoabakus ali abak, ki je nastalo pribli`no 3000 let pred na{im {tetjem. Ra~unalo je {edanes v uporabi na Kitajskem, najdete pa ga tudi ~e potujete po Rusiji in zaidete vkak{no trgovino namenjeno doma~inom, vam bo blagajni~arka se{tela kupljene stvari shitrim premetavanjem velikih krogel. Ra~un se vam lahko zdi prevelik, nakar blaga-jni~arka poka`e na kroglice, ~e{, prepri~ajte se sami. Seveda pla~ate, saj se ne kroglicene spoznate.

Predmehanska doba (3000 p.n. {t. - 1614)


Slika 2: Logaritemsko ra~unalo

Slika 3: Posnetek Schicardovega stroja iz leta 1623

Mehanska doba (1614 - 1840)

Pomembnej{a letnica za razvoj ra~unalni{tva je 1614, ko je John Napier (in kot taknajbolj poklican za iznajdbo, ki je bistveno pove~ala ~love{ko zmogljivost ra~unanja)izna{el logaritme, to je matemati~ne postopke, ki zahtevajo operacije pretvorijo v enos-tavnej{e (mno`enje in deljenje v se{tevanje in od{tevanje).

Izum prvega mehanskega ra~unskega stroja, ki ga pripisujejo Wilheimu Shichardu, leta1623, je pomemben mejnik. Preprost mehanizem stroja za se{tevanje in od{tevanje jedelal na principu prenosa prek zobatih koles. S tem se je za~elo obdobje strojev, ki souporabljali za delovanje zobata kolesca. Stroj je brez sledu izginil v tridesetletni vojni.


Znani francoski matematik Blaise Pascal, ki je leta 1642 izdelal ra~unski stroj, ki ga jeljubkovalno poimenoval Pascaline. Stroj je deloval z zobatimi kolesci, podobno kot{tevec pri avtomobilu. Naprava je znala se{tevati in od{tevati, z malo ve~ truda pa tudimno`iti in deliti.

Slika 4: Pascaline

Pomembnej{i napredek pomeni leto 1672, ko je v Nem~iji Wilhelm Gottfried Leibnitzuporabil zobata kolesa v stroji, ki ni znal samo od{tevati in se{tevati, ampak tudimno`iti, deliti in celo izra~unati kvadratni koren.

Slika 5: Leibnitzov ra~unski stroj


V za~etku 19. stoletja je bil an-gle{ki matematik Charles Babbagev londonu zelo znana osebnost, sajmed potujo~imi muzikanti. Kadar-koli je zasli{al zvoke lajne ali dru-gih glasbil, je pritekel iz hi{e ter skolom prepodil glasbenike. Ker sose glasbeniki kmalu za~eli izogibatinjegovi hi{i, je lahko sestavil modeldiferen~nega stroja, ki ga je leta1822 predstavil Kraljevskemu as-tronomskemu dru{tvu, ki je finan-ciralo njegove nove eksperimente.

Leta 1834 je zasnoval analitskistroj, vendar nikoli dokon~al,vseeno pa mu je kasneje prineselpriznanje, da je o~e modernegara~unalni{tva. Njegove zamisli sodale~ prehitele razvoj tehnologijetistega ~asa. S strojem je postavilosnove principe poznej{ega sodob-nega ra~unalnika, principe, ki soza`iveli {ele po II. sv. vojni.

Analitski stroj je imel vhodne in izhodne naprave, ki so uporabljale luknjane kartice.Poleg tega je bil stroj sestavljen iz dveh poglavitih delov: iz shrambe (pomnilnika), vkaterem je bilo pros-tora za 1000 {tevil spo ve~ 10 ciframi in izmlin~ka (procesneenote), ki je izvajalra~unske operacije.Obe enoti naj bi pravtako nadzorovali skarticami. V stroj jebila vgrajena tudisposobnost odlo~anja,ki naj bi bila odvisnaod vmesnih izra~unov.

Leta 1992 so ob 100letnici smrti v Anglijiizdelali analitski strojpo na~rtih C.Babbagea. Napravadeluje.

Slika 6: Diferen~ni stroj

Slika 7: Analitski stroj


Druga razvojna pot je vodila preko razvo-ja perifernih enot (vhodne, izhodneenote): iznajdba pisalnega stroje in kom-binacije s papirnim trakom, kar je dalrazvoj telegrafije, uvajanje luknjanih kar-tic na podro~ju, kjer se je pojavilo velikopodatkov in ob tem specialne enote zaluknjanje kartic.

1890 je ameri{ka vlada razpisala projektza obdelavo rezultatov popisa prebivalst-va, ker {e ni obdelala rezultatovprej{njega iz 1880. Herman Hollerith jeizdelal napravo, ki je delovala na principuluknjanih kartic. Popisni listi~i so bili ses-

tavljeni tako, da je vsako vpra{anje imelo dva odgovora. Za en odgovor se je naustrezno mesto na kartici napravila luknja, za drugi ne. Listi~e so nato obdelali nanapravi, ki je imela kovinske konice za tipanje. ^e je konica "padla" skozi luknjo v kadz `ivim srebrom, se je sklenil elektri~ni tok. Ta naprava se je pokazala kot zelou~inkovita, saj so obdelava popisa izvedli v {estih tednih.

Herman Hollerith je kasneje ustanovil podjetje InternationalBusiness Machines, ki je s~asoma preraslo v dana{nji IBM, ki jenajve~je podjetje na podro~ju ra~unalni{tva na svetu.

Med izumitelji velja omeniti tudi Jamesa Powersa, ki je medpopisom prebivalstva v ZDA 1910 izvedel pomembno izbolj{avonaprav z luknjanimi karticami in Friderika Bulla, ki si je od leta1915 prizadeval izpopolniti stroje z luknjanimi karticami.

Elektro-mehanska doba (1890 - 1936)

Slika 8: Tabulator

Slika 9: Luknja~ in prve luknjane kartice


Na koncu starej{e generacije jeomembe vreden {e Nemec KonradaZuse, ki je svoje `ivljenje posvetilkonstrukciji ra~unskih strojev.Njegova dva osnova principa staostala vezana na tehniko modernihra~unalnikov: upravljanje s pro-gramov in dvoji{ki sistem. Njegovstroj Z1 je deloval popolnomamehani~no s programiranim upravl-janjem. Zaradi mehani~nega prenosaje deloval zelo po~asi. Z2 je imel `euporabljene releje kot stikalne ele-mente. Leta 1941 je naredil Z3 s3600 releji in razvitimialgoritmi~nim jezikom. Na sre~o nidobil zahteve denarne pomo~i odnacisti~ne vlade.

Ker originalne naprave niso ohran-jene, so rekonstruirali Z1 in Z3 pooriginalnih Zusejevih na~rtih.

Slika 10: Z1 v Zusejevem stanovanju

Slika 11. Konrad Zuse z rekonstuiranim Z1

Slika 12: Rekonstrukcija Z3


Velike ideje se ponavadi ne rojevajona istem kralju, zato ni ni~ ~udnega,~e je leta 1936 Louis Couffignol vFranciji razvil stroj z dvoji{kim{tevilskim sistemom in programiraniupravljanjem. Istega leta je GeorgeStibitz v znanih laboratorijih BellTelephone za~el razvijati relejera~unalnike. Rezultat tega razvoja jeleta 1942 izdelan prvi ra~unalnik (nele ra~unski stroj) s programiranjem zvgrajenimi 500 releji. Leto kasnejeje Bellov Ballistic computer vsebo-val è 1300 relejev.

Pribli`no v istem ~asu kot Stibitz jeprofesor Aiken s harvardske univerze predlagal podjetju IBM, da izdela ra~unalniksposoben programiranja. To sodelovanje je leta 1944 obrodilo sad: znani ra~unalnikMARK 1, ki je bil ve~ji in zmogljivej{i od Z3 in Bella. Dolg je bil 17 m in visok 2,5m. Leta 1948 mu je sledil MARK 2 s 13000 releji.

Iz tega ~asa izvira tudi izraz za napako pri delovanju ra~unalnika hro{~ek - bug (bag).Prvotno je bilo mi{ljeno dobesedno: ra~unalniki so bili zelo po`re{ni z elektri~noenergijo in velik del te energije se je pretvoril v toploto, zato so operaterji imeli odprtaokna. V sobo so priletele ùèlke, seveda tudi hro{~ki in se ni~ hudega slute~ zapletlev neza{~itene kontakte in se scvrle, s tem pa povzro~ile okvaro ra~unalnika. Vzrokinapak so se danes spremenili, "krivec" pa je ostal.

Elektronska doba (1936 - danes)

Doba 1. generacije ra~unalnikov (1936 - 1951)

Slika 13: George Stibitz in njegov Model K

Slika 14: MARK 1


Odli~en korak v teh-niki je bil prehod odelektromehani~nih kelektronskim elemen-tom (namesto relejevso kot stikalo za~eliuporabljati elektron-ko). Elektronka, ki sojo izumili leta 1906za kontrolo tokov, jeza~ela prodirati vra~unalni{tvo v {tiri-desetih letih.

Prednost elektronskihstikal pred elektrome-hanskimi je predvsemv njihovi ve~ji zane-sljivosti (releji so za-

radi mehanskih stikal zelo ob~utljivi za okvare: lepljenje kontaktov, med kontakte lahkopridejo tujki, iskrenje kontaktov) in ve~ji hitrosti (precej hitreje se sklene tok elemen-tov med dvema elektrodama, kot pa preklopi stikalo iz enega poloàja na drugi).

Leta 1946 je bil izdelan prvi predvsem elektronski ra~unalnik ENIAC (stal je 10 mili-jonov $; vseboval je 18.000 elektronk in tehtal pribli`no 80 ton). Zaradi elektronske ses-tave je bil ve~ kot tiso~krat hitrej{i od tedaj najbolj{ih relejskih ra~unalnikov. Kmalu povklju~itvi je v dveh urah opravil izra~une s podro~ja jedrske fizike, za katere bi kakih100 inènirjev potrebovalo kar celo leto. Precej teàv je bilo pri vnosu podatkov innavodil (programa) v ra~unalnik, saj je bilo vse treba vnesti ro~no preko stikal. Takoprogramiranje je bilo seveda nezanesljivo in zamudno.

Slika 15: ENIAC (programer pri delu)

Slika 16: ENIAC od zadaj - pogled na elektonke


Prelomno leto v ra~unalni{tvu je 1945, ko je matematik John von Neumann dognalpojem shranjevanja programa in uporabo dvoji{kega sistema. Njegova najpomembnej{amisel je: ~e ho~emo pove~ati hitrost ra~unalnika, moramo hitro preskrbeti ne lepodatke, ampak tudi navodila, kaj stemi podatki po~eti. Ukazi ra~unalni-ka naj bodo tudi podatki, ki jih jetreba shraniti v pomnilnik. Ra~unal-nik bo tako ukaze dosegel ravno takohitro kot podatke, poleg tega pa~loveku ne bo treba posegati medpotekom ra~unanja. Prav ta pomemb-ni korak postavljamo danes kotlo~nico med ra~unskim strojem inra~unalnikom; v ra~unalnik lahkovstavimo program, v ra~unski strojne moremo. Na osnovi vonNeumannovih razmi{ljanj so leta1949 izdelali ra~unalnik EDVAC, kije prvi lahko vplival na shranjenanavodila s pomo~jo aritmeti~nih izra-zov, izra~unanih med izvajanjem.Tako se je Babbageov sen uresni~il100 let kasneje.

Slika 17: EDVAC

Slika 18: EDVAC - pogled v drobovje



Senzacionalni izum tranzistorja leta 1947 v Bellovih laboratorijih je pomenildramati~no spremembo in skokovit napredek pri razvoju ra~unalnikov. Tranzistor - pol-

prevodni{ki element (tudi elektronskopolprevodni{ko stikalo) je zaradi svojemajhnosti, zanesljivosti, male porabeelektri~ne energije pomenil revolu-cionaren korak v dobo mikroelektron-ike.

Ra~unalniki so se z uvedbo tranzistorjazelo zmanj{ali, hitrost se je precejpove~ala, prav tako zanesljivost; zelo seje zmanj{ala tudi poraba elektri~neenergije: Sprememba tehnologije jeprinesla tudi zni`anje cen in uvajanjera~unalnikov tudi v podro~ja izvendr`avnih institucij (vojska) in razvojnihlaboratorijev.

Slika 19: Shockley, Bardeen and Brattain s svojim izumom

Slika 20: Prvi tranzistor


Razvoj je {el naprej: Leta 1959 sta TexasInstruments in Fairchild razvila paket z dvemaali ve~ tranzistorji na isti silicijevi plo{~ici..Leta 1965 je bil narejen {e en pomembenkorak. Naredili so prvo integrirano vezje ali~ip (chip), to so elementi, ki na eni zelo majh-ni plo{~ici silicija zdruùjejo veliko {teviloelektronskih elementov (tranzistorjev, diod,uporov). Integrirana vezja so spravljena vohi{ja, ki precej presegajo velikost njih samih.

Nova tehnologija se je takoj uveljavilatudi v ra~unalnikih. Izdelali so spe-cialna integrirana vezja - elektronskavrata (ALI, IN in NE), v katerih jezdruèno ve~je {tevilo elektronskihelementov. îpi so povzro~ilizmanj{anje velikosti ra~unalnikov inporabe elektri~ne energije, pove~anjehitrosti in zanesljivosti. Prav tako se jezmanj{ala tudi cena ra~unalnikov.


Slika 21: Jack Kilby je izdelal prvo integriranovezje leta 1959 v firmi Texas Instruments

Slika 22: Prvo Fairchildovointegrirano vezje iz leta 1961

Slika 23: Mo~no pove~ano moder-no integrirano vezje

Slika 24: Rezina (slice) s kopico modernihintegriranih vezij

Najnovej{e obdobje v ra~unalni{tvu se je za~elo z letom 1971, ko je ameri{ka firmaINTEL razvila integrirano vezje z 2300 zdru`enimi tranzistorji - prvi mikroprocesor, kije bil 4 biten in je delal s hitrostjo 108 kHz. Sam izraz mikroprocesor je bil prvi~uporabljen leto kasneje. Gre v bistvu za centralno-procesno enoto ra~unalnika, ki jetako majhna, da jo lahko spravimo na povr{ino 5 × 5 mm. Leta 1974 je INTEL izdelalprvi ra~unalnik na eni plo{~i, ki je bil narejen z 8-bitnimi mikroprocesorjem 8080.

INTELU so sledilamnoga podjetja z iz-delavo svojih mikro-procesorjev (MOTO-ROLA 68020, 68030,68040; INTEL 80386,80486, Celeron, Penti-um, PIII, P4…). Danesgre razvoj po eni straniv 64-bitne mikroproce-sorje, po drugi strani pav izbolj{anje lastnostiobstoje~ih 8, 16 in 32bitnih mikroprocesor-jev.


Doba 4. generacije ra~unalnikov (1971 - danes)

Slika 25: Prvi mikroprocesor INTEL 4004. Dol`ina vezja pribli`no 5 mm.

Slika 26: INTEL 4004 v ohi{ju

Ker je ~lovek navajen, da vsako stvar klasificira, je tudi ra~unalnike razdelil v skupine,tako imenovane generacije:

1. generacija traja nekako od leta 1936 do 1951. Sem spadajo prvi razviti ra~unalniki,ki so bili veliki (zasedli so cele sobe), bili so nezanesljivi (veliko so se kvarili), porabiliso veliko elektri~ne energije, programiranje je bilo zamudno in zahtevno, hitrostra~unanja je bila majhna. Stikalni elementi v ra~unalniku so bili najprej releji, kasnejeelektronke.


Generacije ra~unalnikov

Slika 27: Rele iz Z3

Slika 29: Elektronka Slika 30: Logi~no vezje iz elektronk

Slika 28: Relejsko logi~no vezje izAikenovega ra~unalnika

1. generacija ra~unalnikov (1936 - 1951)

2. generacija se je za~ela kmalu po izumu tranzistorja leta 1951 in trajala do leta 1965.Ra~unalniki so se z uvedbo tranzistorja za stikalni element zelo zmanj{ali, postalihitrej{i, bolj zanesljivi.


Slika 31: Moderni tranzistorji

Slika 32: Tranzistorsko stikalno vezje v ra~unalnikih druge generacije


3. generacija traja od leta 1965 do 1971. Tranzistorje so v veliki meri zamenjala inte-grirana vezja in ~ipi. Ra~unalniki so se spet zmanj{ali, pocenili, postali hitrej{i in boljzanesljivi.



Slika 33: ^ipi iz ra~unalnikov 3. generacije

Slika 34: Novodobni ~ipi

4. generacija traja od leta 1971 do danes.Centralna procesna enota (CPE) je narejenaiz enega ali ve~ mikroprocesorjev. Ra~unal-niki postanejo dostopni {ir{im mno`icam.Zmogljivosti so izredne. Zmanj{ajo se do temere, da jih lahko prena{amo v poslovnemkov~ku. Poraba energije je tako majhna, dalahko ra~unalnik nekaj ur dela na baterije.


4. generacija ra~unalnikov (1971 - danes)

Slika 36: RISC Procesor Alpha 21164Slika 35: Procesor INTEL 486

Slika 37: Superra~unalnik Cray 2

Slika 39: Prenosni ra~unalnik

Slika 38: Ra~unalnik VAX 7000/600 sprocesorjem Alpha

5. generacija naj bi imela vse zna~ilnosti 4. generacije. Zaenkrat obstaja {e kot projekt,ki so ga pribli`no 1980 za~eli Japonci. Ra~unalniki 5. generacije naj bi imeli sposob-nost prepoznavanja govora in slik, mo`nost logi~nega sklepanja (podobno kot ~lovek -umetna inteligenca) in samoprogramiranja. Sistemom s takimi lastnostmi pravimoekspertni sistemi.

6. generacija prav tako obstaja {ele v glavah raziskovalcev. Centralna procesna enotanaj bi bila narejena iz t.i. bio~ipov (~ip, ki je zgrajen na principu mre`e nevronov -"`iv~nih celic"). Za razliko s 5. generacijo, kjer je mo`nost odlo~anja realizirana pro-gramsko, je v 6. generaciji izvedena hardversko.


5. in 6. generacija ra~unalnikov

Slika 40: Bio~ip

SET[ RADOVLJICA

Interno gradivo za pouk INFORMATIKE v 1. letniku

Zbral in uredil: Iztok Mulej, univ. dipl. in`.


http://irb.cs.tu-berlin.de/~zuse/Konrad_Zuse/

http://www.tcf.ua.edu/AZ/ITHistoryOutline.htm

http://www.thocp.net/reference/info/about_timeline.htm

http://www.eingang.org/Lecture/edvac.html

http://www.softlord.com/comp/

http://photonics.usask.ca/photonics/photo1.html

http://www.ausbcomp.com/~bbott/ wik/mmtimeln.htm

http://www.cedmagic.com/history/integrated-circuit-1958.html

Dodatni viri

Ra~unalnik in njegov razvoj - arnes.sisspimule/jest/Sola/Zgodovina_racunalnistva.pdf · gih...

Documents

Transcript of Ra~unalnik in njegov razvoj - arnes.sisspimule/jest/Sola/Zgodovina_racunalnistva.pdf · gih...