Nedostatok realizačných možností v minulosti brzdil  rýchlejší rozvoj počítačovej techniky. Z historického pohľadu sú dôležité nasledujúce medzníky a udalosti:

µ  Mechanizácia výpočtov - snaha uľahčiť duševnú činnosť, zabrániť častému zlyhaniu a počtárskym chybám viedli ku konštrukcii rôznych pomôcok (čínsky abakus, ktorý prevzali Egypťania a Rimania a namiesto goraliek použili kamene - [calulus = kameň]). Rôzne kombinácie počítania na prstoch. Strojky " na základné počtárske úkony.

• Začiatkom 17 storočia vznikli v Anglicku logaritmické tabuľky, ktoré utvrdili v ľuďoch presvedčenie, že mechanizácia výpočtov je v princípe možná: Blaise Pascal (1623-1662) , matematik a filozof v Paríži zostrojil mechanický stroj na sčítanie a odčítanie (na princípe počítacích ozubených kolečiek s automatikou prenosu do vyššich rádov => jeden exemplár je dodnes v Drážďanskom Zwingri => princip mechanických kalkulačiek v 19 storočí; Pascalov stroj je v Clermont-Ferrande vo Francii.)

µ Použitie ďalšich mechanických zlepšení

Joseph Marie Jasquard v r. 1805 návrh použiť papierové šablony z tkacích strojov - princíp diernych štítkov.

Anglický matematik Charles Babage (1791-1871) navrhol Analytical Engine - programovo riadený mechanický stroj (poháňaný parným strojom a jeho činnosť riadená programom na diernych štítkoch - pamäť na 1000 50-ciferných čísiel z výstupom na primitívnu tlačiareň, decision unit - schopná riadiť priebeh ďalšieho výpočtu v závislosti od výsledku operácie). 

Po softwarovej stránke asistovala jeho intelektuálna priateľka dcéra lorda Byron Ada Lovelance.

Herman Hollerith tvorca moderných diernoštítkových strojov na spracovanie a triedenie údajov - pri sčítaní ľudu v USA r.1890, založil firmu na diernoštítkové stroje a iné kancelárske techniky, z ktorej sa stala neskôr IBM.

µ Programovo riadený automat na reléovom základe

• Hardvardský profesor Howard Aiken 1937-1943 zhotovil elektromechanický počítač MARK1 riadený diernou páskou - 3 výpočty/s. (Koncepcia s oddelenou pamäťou pre dáta a program.) Za 103 hodín výpočtového času vypočítal Mark1 všetky rovnice štiepenia pre atómovú bombu v nukleárnom stredisku v Almagore. 

• Conrad Zuse v roku 1941 v Nemecku zostrojil počítače Z2, Z3 = > fungujúce počítače na reléovom základe - 2 operácie/s. Návrh s 1500 elektrónkami sa zdal Hitlerovi priliš drahý a neužitočný. 

• V Anglicku konštrukcia vojenských projektov matematických strojov na lúštenie nemeckých šifrovacích kódov (matematik Alan Turing) znamenala zlom v ponorkovej vojne a tiež prispela k rozvoju spracovania informácie. 

• Norbert Wiener v r. 1942 publikoval  prvé práce o podobnosti nervovej sústavy živého organizmu a matematického stroja

µ Použitie elektróniek a diernej pásky

• Pensylvanska univerzita vo Filadelfii (Philadelphia) - team pod vedením J. Mauchlyho a J.P. Eckerta => presné balistické výpočty pre delostrelcov, ENIAC (The Electronic Numerical Integrator and Computer) - pradedko počítačov (elektronické monštrum chladené 2 leteckými motormi s 19000 elektrónkami a 1500 relé. Jeho hmotnosť prevyšovala 30t. Zaberal plochu 150 m² a zvládol 5000 výpočtov/s. Pracoval v desiatkovej sústave (číslice v kóde 1 z 10 => každá číslica musela byť realizovaná pomocou 10 preklápacích obvodov po 2 elektrónkach + pre znamienko 2 elektrónky => 10*2*10 +2 = 202 elektronike + 100 tlejiviek !!). Mal tlačiareň, čítačku diernych štítkov na zadávanie konštánt. Každý jeho blok mal na prednom paneli sadu tzv. programovacích prepínačov, takže sa programoval nezávisle na druhých blokoch. Eniac nemal program uložený v pamäti ani na dierných štítkoch ale sa tvoril vhodným prepojením funkčných blokov prostredníctvom 130 programovacích vodičov. Eniac pracoval paralelne až 150000 operácii/s, dlho sa však zostavoval jeho program) 

• John (Janos) von (titul zakupil otec Max) Neumann (1903-1957) od r. 1930 v Institute for Advanced Studies v Princetone v rámci prednášok matematickej logiky a teorie hier sformuloval tzv. von Neumannovu koncepciu počítača - zoznam teoretických požiadaviek, ktorými sa musí riadiť konštrukcia funkčného počítača (Štruktúra počítača je nezávislá od úlohy, počítač sa programuje obsahom pamäte, medzi dátami a programom nie je principiálny rozdiel - záleží na kontexte => možnosť modifikovať program iným programom.)

µ Použitie tranzistorov namiesto elektróniek

• 1 generácia počítačov do roku 1956 -žiadna klávesnica, žiadna obrazovka, so strojom sa komunikovalo pomocou číselných kódov zapisovaných do diernej pásky. (V roku 1947 vo firme Bell Telephone Laboratories bol vykonaný úspešný pokus, ktorý ukázal, že plátok germánia dokáže zosilniť elektrický signál prakticky rovnako ako dovtedy používaná elektrónka. Fyzici  William Shocley, John Bardeen a Walter Brattain obdržali spoločne za objav tranzistorového javu v roku 1956 Nobelovu cenu za fyziku.)

• 2 generácia počítačov (1956-1964) s tranzistormi. (Prvé kremíkové tranzistory v podobe 15mm valčekov o priemere 5mm s drôtovými nožičkami vykazovali životnosť 100 tisíc hodín, teda 50 krát vyššiu ako elektrónky. V roku 1958 Jack Kilby a Robert Noyce nezávisle na sebe spojili viacej tranzistorov v integrovaný obvod. Veľkosť tranzistorov na prvých čípoch už nebola väčšia ako špendlíková hlavička . Číp je miniatúrny elektrický integrovaný obvod s najrôznejšími funkciami, vytvorený na kremíkovom plátku veľkosti niekoľko mm².)

µ Použitie integrovaných obvodov

• Od roku 1963 integrované obvody umožňujú zostrojiť prvé minipočítače. (V roku 1971 sa firme Intel podarilo na silikónovú doštičku o rozmeroch 30*15 mm umiestniť 2300 tranzistorov; vznikol prvý mikročíp.). Táto 3 generácia počítačov, predstaviteľom ktorej bol IBM System/360 - miniaturizácia, zvýšenie výkonu, hospodárnejšia výroba a tým lacnejšie počítače. Počítač mal samostatnú budovu - sál, špeciálne nároky na čistotu, klimatizáciu. O jeho chod sa staral team odborníkov IBM, CDC a ďalších firiem. Uživatelia komunikovali len s obsluhou stroja, samotný počítač nemuseli nikdy vidieť. U nás v 60 a 70 rokoch v rámci RVHP produkcia JSEP a SMEP - výroba rozdelená medzi krajiny, vyrábali sa repliky IBM 360 a HP 1000 => vychádzali väčšinou už zo zastaralých vzorov, mali vysokú poruchovosť s rastúcou technologickou náročnosťou.

µ Použitie integrovaných obvodov LSI , polovodičových pamätí a mikroprocesorov

• 3,5 generácia počítačov, 4 a 5 generácia počítačov. S nástupom PC sa vývoj tak zrýchlil, že táto klasifikácia počítačov stratila zmysel. 

• Minipočítače vznikali koncom 60 rokov u firiem Digital a Hewett-Packard. K ich obsluhe stačil 1 človek. Nachádzali sa v plechových krabiciach a zaviedli všeobecné používanie obrazovkového terminálu. 

• Mikroprocesory: V roku 1971 Intel vyronil 4-bitový mikroprocesor 4004, v roku 1974 jeho zlepšenú 8-bitovú modifikáciu - mikroprocesor 8080 - základ prvých osobných PC. 

• Firma Altair v New Mexicu od r. 1974 dodával počítačové stavebnice Atari, s pamäťou 256 bajt, číselnou klávesnicou, používajúce ako monitor obyčajný televízor. 

• Paul Allen a Bill Gates od r. 1975 v Albuquerque vyrábali počítače, ktoré neskôr založili slávu firmy Microsoft . 

• V Cupretino v Kalifornii pobliž Silicon Valley založil 26 ročný Steve Wozniak a o 5 rokov mladší Steve Jobs v roku 1976 firmu Apple I. (Najprv od roku 1970 montovali počítače v spálni Jobsovej sestry a potom v garáži.) V roku 1977 vznikol model počítača Apple II s jednoduchou disketovou mechanikou, ktorý dokázal používať grafiku. 

• V r. 1978 vyrobila firma Intel 16 bitový mikroprocesor 8086 a v r. 1981 ho IBM použila do PC. V r. 1980 uzavrela IBM s Microsoftom zmluvu a zakúpila od neho licenciu na operačný system. Vo formulácii podmienok zmluvy si IBM nevyhradila výhradné práva. Microsoft začal dodávať operačný systém všetkým výrobcom kompatibilných klonov. Zataľ čo výrobcovia klonov vedú konkurenčný boj medzi sebou Microsoft im dodáva operačné systémy. 

• V r 1992 vzniká grafická nadstavba MSDOS Windows, ktorá dostala PC na úroveň počítačov Macintosh

Od týchto čias pokračuje konkurenčný boj výrobcov mikroprocesorov a ďalších počítačových komponentov. V súčasnosti praktický každým rokom sa zlepšuje architektúra mikroprocesorov, zvyšuje ich rýchlostí, rozširuje sa ich súbor inštrukcii alebo vyskytujú sa ďalšie technologické novinky. Predpokladá sa, že v krátkej budúcnosti bude k takýmto inováciám dochádzať každé 3 mesiace. Ak pripustíme, že šírenie informácie o nových zlepšeniach prostredníctvom firemných materiálov a časopisov potrebuje tiež určitú dobu prakticky nie je možné si zakúpiť počítač, ktorý by bol dlhšie moderný a tiež je ťažké napísať učebnicu, ktorá by bola moderná a súčasne objasňovala základné princípy a funkcie počítačov. Tieto poznámky k prednáške "Základy technického a programového vybavenia" sú skutočne len úvodom do problematiky technického vybavenia počítača (hardware) a programového vybavenia (software), zameraného na zabezpečenie fungovania počítača. Mohli by sme povedať, že aj v informačných technológiách sa blížime k stavu obmedzeného používania pojmov známeho z klasickej fyziky, ktorý je známy ako Heisenbergova relácia neurčitosti pri skúmaní pohybu častíc - čím presnejšie sme chopní určiť polohu častice, tým menej presnejšie poznáme jej hybnosť.
 
 

Obr. 1. Typická štruktúra mikroprocesorového systému podľa von Neumanovej architektúry so systémom zberníc: adresovej, dátovej a riadiacej. (V modernejších systémoch tvorí numerický kooprocesor už súčasť mikroprocesora.)

Číslicové a logické obvody

Integrovaný obvod - elektronická súčiastka realizujúca určité množstvo obvodových prvkov neoddeliteľne spojených na povrchu alebo vo vnútri určitého spojitého telesa, aby sa dosiahlo ucelenej funkcie elektronického obvodu.

V princípe sa polovodičové integrované obvody delia podľa spôsobu prenosu elektrického náboja prechodom tranzistorov na dve základné skupiny:

• Bipolárne, v ktorých sa prenosu náboja zúčastňujú elektróny a diery.
• Unipolárne, v ktorých sa prenosu náboja zúčastňujú len jeden druh z oboch typov nosičov náboja (elektróny alebo diery).

Bipolárne technológie

TTL (Transistor Transistor Logic) je najstaršia a doposiaľ najrozšírenejšia technológie pri výrobe obvodov. S postupom vývoja integrovaných obvodov sa neustále zvyšuje stupeň integrácie (počet integrovaných členov na čípe integrovaného obvodu). Podľa počtu takto integrovaných súčiastok štandardne rozlišujeme stupne integrácie:
 

Označenie	Anglický názov	Slovenský názov	Počet členov
SSI	Small Scale Integration	Malá integrácia	10
MSI	Middlel Scale Integration	Stredná integrácia	10 - 100
LSI	Large Scale Integration	Vysoká integrácia	1000 - 10 000
VLSI	Very Large Scale Integration	Veľmi vysoká integrácia	10 000 a viac

Klasická technológia TTL a jej varianty L-TTL (pomalšia so zníženým výkonom) a H-TTL (rýchla s väčším príkonom) sú vytlačované technológiami S - TTL (variant TTL kombinovaný so Schottkyho diódami umožňujúci dosiahnuť priaznivejší pomer medzi rýchlosťou a príkonom) a LS - TTL (energeticky úspornejší variant S - TTL).
 
 

Technológia ECL

Technológia ECL (Emitor coupled logic) využíva tzv. prúdové tranzistorové spínače. Obvody ECL majú malý rozkmit signálu a tým aj malú šumovú imunitu a nie sú priamo zlúčiteľné s obvodmi TTL. Technológia ECL sa používa pri výrobe mimoriadne rýchlych pamätí a pri stavbe veľmi rýchlych počítačov.
 

Unipolárne  technológie

Vďaka unipolárnej technológii možno dosiahnuť vysokú integráciu. U obvodov MOS-P je základným prvkom tranzistor MOS s kanálom P (dierová vodivosť). Asi 3 x rýchlejšia je technológia MOS-N s unipolárnymi tranzistormi s kanálom typu N (elektrónová vodivosť). Nevýhodou oboch technológii je špatná zlučiteľnosť s obvodmi TTL. CMOS (Complementary MOS) vychádza z použitia tranzistor MOS-N ako základného spínacieho prvoku s aktívnou záťažou , ktorú tvorí tranzistor MOS-P. Takáto štruktúra dovoľuje dosiahnuť širokého rozmedzia napájacieho napätia (3 - 18 V), dobrej šumovej imunity a zlučiteľnosti s logickými obvodmi TTL.
 

Ďalšie základné pojmy

Nasledujúci text predstavuje súhrn pojmov, potrebný k správnemu pochopeniu textu v nasledujúcich poznámkach k prednáške o technických prostriedkoch (hardware) počítačov a ich príslušenstve. Je to teda akýsi zoznam otázok, na ktoré by ste mali vedieť odpoveď, resp. pojmov, o ktorých by ste mali mať konkrétnu predstavu.
 

1. Číselné sústavy (dvojková desiatková, BCD, hexadecimálna), reprezentácia dvojkových čísel (priamy, inverzný a doplnkový kód).
2. Základné logické funkcie (negácia, logický súčet, logický súčin, logická ekvivalencia).
3. Schematické značky členov AND, NAND, OR, NOR, invertor, XOR, XAND, výstupné vetvenie členov.
4. Úroveň logickej jedničky a logickej nuly, resp. fyzikálne stavy „L“ a „H“, šumová imunita.
5. Pravdivostná tabulka a zmysel logickej konvencie interpretácie logických úrovní.
6. Integrované členy TTL, ECL, CMOS.
7. Základné dynamické parametre členov logiky TTL (rýchlosť , prenosové oneskorenie, spotreba).
8. Obvody s otvoreným kolektorom a obvody s trojstavovým výstupom, prispôsobovanie rôznych členov.
9. Kombinačné a sekvenčné obvody.
10. Príncip schematického označovania používaný v značkách kombinačných obvodov.
11. Príklady použitia logických kombinačných obvodov (kodér- dekóder, multiplexor-demultiplexor).
12. Príklady použitia aritmetických kombinačných obvodov (sčítačka, komparátor, ALU).
13. Preklápacie obvody typu RS, RST, D, JK, T. Ovládanie preklápacích obvodov statické a dynamické.
14. Počítadlá (synchrónne a asynchrónne, binárne a so skráteným cyklom, inkrementujúce, dekrementujúce a reverzibilné).
15. Registre paralelné (jednostupňové, t.j. záchytné - latch a dvojstupňové), posuvné (s posuvom vpravo, vľavo a obojstranným smerom posuvu, cyklický posuvný register vo funkcii 1 bitovej pamäti s postupným výberom).
16. Pamäte typu ROM, RAM (statické a dynamické), základné parametre (kapacita, rýchlosť).
17. Spôsob adresovania pamätí (slovný - lineárny a bitový - koincidenčný) a I/O obvodov, mapovanie pamäte.

• Dušan Kollár, Elektronika a automatizácia, Základy jadrovej elektroniky 2, Skriptá MFF UK 1990, strana 1- 99.

• PdfAoa.zip - Randall Hyde: The Art of Assembly Language Programming - pomocou Acrobat Readra čitate ľná knižka, v ktorej je množstvo podrobnej informácie o technických prostriedkoch PC.

• Databázové zoznamy  informácii (so zabudovaným prehliadačom) o prerušeniach BIOS, DOS, assemblerovských inštrukciach mikroprocesora 80x86 a pod.
• HelpPC.zip- obsahuje okrem iného:
• Informácie o DOS
• Po stlačení F6 má množstvo informácii o parametroch BIOS .
• INTall.zip- obsahuje okrem iného:
• Prehľad inštrukcii assemblera mikroprocesora 80x86
• Základné údaje o samotnom procesore.
• Prehľad prerušení INT.
• Základné údaje o hardware.
• Základné údaje o BIOS a DOS parametroch.
• Inštrukčný súbor mikroprocesora Intel 8086 ( v html tvare)
• UNIX ( v zip tvare)
• Knižka: Brandejs: Architektúta počitačov  ( v zip tvare)
  

	Win 1250	Návrat na stránku	HTML 4.0
Back				Next