Elektronické počítače

...AP - Prednáška 1 predošlý diel.

Generácia 0 (... – 1945)

Niekedy sa počítače z obdobia druhej svetovej vojny považujú za počítače nultej generácie.

Alan M. Turing (1937)

http://www.turing.org.uk/turing/

Počítač Colossuss

Britský matematik Alan Turing vypracoval v roku 1937 teóriu známu pod menom Turingov stroj, v ktorej uviedol teoretický základ moderných počítačov. Tento stroj vznikol ako reakcia na riešenie matematickej úlohy tej doby: rozhodnuteľnosti - vyčísliteľnosti:

Problém je nerozhodnuteľný (pravdivý, nepravdivý), ak neexistuje algoritmus na jeho riešenie

Ako prvý sa tejto problematike venoval rakúsky matematik Kurt Gödel. Pod Turingovým vedením bol v Anglicku v roku 1943 skonštruovaný COLOSSUS. Pomocou tohto stroja dekódovali správy zakódované nemeckým kódovacím prístrojom Enigma. Najnovšie „výskumy“ považujú tento stroj za prvý elektronický počítač. Pôvodne bol považovaný za prvý počítač ENIAC. Inde je toto ako obrazok COLOSSUS:

Počítač Colossuss

John W. Mauchly a John P. Ecker (1945)

Skonštruovali na „University of Pennsylvania“ počítač s názvom – ENIAC (Electronic Numerical Inegrator and Calculator).Vyvinutý pre armádu. Bol vyvinutý pre výpočet delostreleckých tabuliek. ENIAC zaberal plochu 9x 15 m2 (30 x 50 feet) a vážil 30ton. Bol zostrojený z 18000 elektróniek, 70000 odporov, 10000 kondenzátorov a 6000 prepínačov. Pracovná frekvencia bola 100kHz. Príkon zariadenia bol 140 kW (príkon sa opäť mení podľa zdroja). Na chladenie sa používali dva letecké motory. Čísla boli reprezentované v dekadickej sústave. Ako príklad: násobenie trvalo cca 3 ms. ENIAC sa programoval ručne nastavením prepínačov a poprepájaním jednotlivých blokov navzájom pomocou káblov. Pridal som tento obrázok ENIAC

Počítač ENIAC

Konrad Zuse (1938 - 41)

Nemec Konrad Zuse konštruuje v Berlíne mechanické stroje V1 a V2 a neskôr elektromechanický V3. Tieto počítače sú po vojne premenované na Z1, Z2 a Z3. Počítače pracovali v dvojkovej sústave s pohyblivou rádovou čiarkou. Zuse nepoznal Babbageho práce, čo malo za následok, že do svojho projektu nezahrnul podmienené skoky. Pôvodne bol Zuseho počítače vyvíjané pre armádu, ale pre malý výkon sa nevyužívali. Program sa ukladal na diernu pásku (fotografický film). Dĺžka slova bola 22 bitov.

Taktovacia frekvencia: (5 až 10Hz). Pamäť mala kapacitu 64 slov. Dáta sa zadávali ručne z klávesnice. Výstup bol na žiarovkový zobrazovač. Počítač bo v roku 1944 zničený pri leteckom nálete.

Porovnanie s inými prácami:

Z3 (1941) bol prvým fungujúcim programovo riadeným počítačom, ktorý obsahoval až 2600 relé. Prvý neprogramovateľný počítač bol postavený v roku 1623 Wilhelm-om Schickard-om. Zopakujme si slovné spojenie: Dvojková sústava, a mená s týmto pojmom spojené: „Pre nás“ dvojkovú sústavu „vymyslel“ Gottfried Leibniz, Boole k tomu vymyslel boolovú algebru, Shannon obhájil na túto tému dizertačnú prácu, výsledkom ktorej boli číslicové obvody postavené na relátkach. Zuse to celé dal dokopy a vytvoril prvý programom riadený počítač. Program bol vydierovaný na páse filmu. Ak by niekto povedal, že prvým programovatelným počítačom bol Babbage-ho počítač, tak treba povedať ale „dekadický“ a nedokončený, .... . ENIAC bol síce elektrónkový a dokončený neskôr, ale preprogramovať ho, znamenalo „predrátkovať“. Dá sa povedať, že Zuse trocha predbehol dobu ale mal smolu, že ...

Howard Aiken a Grace Hopper (1943)

Počítač MARK I

Aiken na rozdiel od Zuseho poznal prácu Babbaga. Na vývoji počítača MARK I (Harvard University) začali pracovať v 1939 a funkčný počítač bol hotový 1944. Podobne ako Babbage používal dekadické zobrazovanie čísel. Kapacita pamäte bola 72 23-miestných dekadických čísel. Inštrukcie sa ukladali na dierovaný papierový pásik. Aiken na rozdiel od Babbage-ho mal „operácie“ aj „ premenné“ na jednom médiu. Každá inštrukcia mala formát: A1 A2 OP. Kde OP boli operácie typu: +, -, *, /, a A1 a A2 boli registre, v ktorých boli uložené operandy. Tento počítač bol pomalý: násobenie mu trvalo niekoľko sekúnd

Tento počítač predbehol dobu a mal zabudované také prvky architektúru počítačov ako sú: akumulátor, indexové registre, ... Aritmetické operácie súčet, rozdiel, násobenie, ako aj logické operácie boli realizované hardverovo. Bežné inštrukcie sa vykonali za cca 1.8 ms. Jednoduché spočítanie mu trvalo 0.3 sekundy a násobenie 6 sekúnd. Zaujímavou bola „stredná doba bezporuchovej prevádzky“: TÝŽDEŇ. RPP16, prvý ČSSR riadiaci počítač, vraj mal 16 hodín. Použil sa pri vývoji atómovej bomby.

Von Neumann (1946) von N

on Neumann Američan maďarského pôvodu a Goldstine prevzali základné princípy ENIAC-u a navrhli ukladať program do pamäte. Dá sa to povedať aj takto: uvedomili si nedostatky ENIACU: Počítač nie je jednoúčelový stroj, a dá sa programovať aj ináč ako prestavením prepínačov,... V článku o počítači EDVAC (Electronic Discrete Variable automatic Computer) zadefinoval vlastnosti súčasných počítačov.

Táto architektúra sa preslávila pod názvom “von Neumann” architektúra a stala sa prakticky základom všetkých neskôr vyvinutých počítačov. Táto architektúra bola dôsledne použitá až pri vývoji počítača EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Calculator) na univerzite v Pensylvánii v roku 1949.

Treba spomenúť aj meno Claude E. Shannon: v roku 1948 publikoval „A Mathematical Theory of Communication“. O rok neskôr publikoval prácu „Communication Theory of Secrecy Systems“. S menom Shannon sa spája aj tzv. Vzorkovací teorém (Whittaker-Nyquist-Kotelnikov-Shannon sampling theorem), ktorý nám hovorí ako sa dá rekonštruovať spojitý signál s navzorkovaného.

Pri zrode moderného počítača boli tri krajiny: - Nemecko. Mnoho Zuse-ho prác bolo zničených pri náletoch na Berlín. Koniec v roku 1945. - USA. Dve vetvy vývoja: - Základom Aiken-ových počítačov MARK I a II boli relé. Keďže sa táto technológia ukázala ako zastaralá, vývoj sa ukončil v roku 1947. Von Nemann spolupracoval na výrobe prvej atómovej bomby. - Základom druhej vetvy bola práca Atanasoff–a a Berry-ho, ktorí ako prví použili elektrónky. Elektrónky boli použité aj v počítači ENIAC. Teoreticky túto vetvu zavŕšil Von Neumann a v spojení s prácami britských vedcov vzniká moderný počítač. - Anglicko. Angličania prispeli Turing-ovými prácami a počítačom COLOSSUS.