Struktura

Prvopočátky vzniku mikropočítačů

Úvod do historie konstrukce mikropočítačů

První konstrukce počítače byly uskutečněny ještě před objevem bipolárního tranzistoru. Počítače před objevem tranzistoru byly konstruovány pouze s použitím diskrétních součástek, jako jsou elektromagnetické relé, elektronky a selenové usměrňovače. První  počítače byly vzhledem k současnosti velmi pomalé, z čehož vyplývá nízký výpočetní výkon, veliká spotřeba energie, velké rozměry. Takto konstruované počítače neměly velkou spolehlivost.

V roce 1944 byly učiněny první pokusy o stavbu počítače, který díky své konstrukci pojal název Harvardská architektura. Základním rysem této architektury je konstrukčně oddělená samostatná paměť pro program a samostatná paměť pro data.

Uvádí se, že prvním funkčním univerzálním systémem byl počítač sestavený v roce 1946, který nesl název ENIAC. Tento rok byly též položeny první základy pro definici architektury procesorů, které měly společnou paměť pro program a data a které byl přiznán název Von Neumanova architektura.

Obr. 1: Počítač ENIAC

 

Počítač ENIAC  lze charakterizovat následovně:

  • používal 17 468  elektronek;
  • používal 7200 krystalových diod;
  • používal 1500 relé;
  • obsahoval 70 000 rezistorů;
  • obsahoval 10 000 kondenzátorů;
  • okolo 5 miliónů ručně pájených spojů;
  • jeho hmotnost byla okolol 30 tun, zabíral 63 m (2,6 m × 0,9 m × 26 m);
  • spotřebovával 150 kW elektrické energie a jeho vývoj stál 500 000 dolarů;
  • vstup i výstup obstarávaly děrné štítky;
  • tisk se prováděl na specializovaném stroji (pravděpodobně to byl  IBM 405 nebo jiný  podobný).

Počítač ENIAC byl znám poměrně vysokou poruchovostí, téměř každý den se pokazilo několik vakuových elektronek. Poruchy elektronek nejčastěji způsobovalo  zapínání nebo vypínání počítače.  Tento problém byl jednoduše (i když nákladně) vyřešen nepřetržitým provozem. Poté se závada na elektronkách vyskytla jednou za dva dny, přičemž k jejímu nalezení stačilo 15 minut. Do jeho modifikace v roce 1948 zabíralo odstraňování jeho závad až polovinu užitného času.

Rokem 1947 se datuje vynález polovodičového tranzistoru. Tehdy si snad ani jeho tvůrci neuvědomovali, že odstartovali novou epochu rozvoje elektroniky. Vynález tranzistoru umožňoval konstruovat nové elektronické obvody, které byly oproti těm předcházejícím rychlejší, menší, spolehlivější, s nízkým příkonem energie. S objevem tranzistoru byly odstartován vývoj nových technologií, jejichž bouřlivý vývoj pokračuje do současnosti.

Dalším výrazným krokem technologického rozvoje byl vynález integrovaného obvodu, kdy se jeho tvůrcům v roce 1958 ve firmě Texas Instrument podařilo umístit do jedné elektronické součástky více tranzistorů včetně pasivních odporů. Byla takto odstartována epocha miniaturizace elektronických obvodů, kterou doprovází především zvyšování složitosti elektronických zařízení.

Jako první mikroprocesor je uváděn s typovým označením Intel 4004. Jeho charakteristickou vlastností je, že má čtyřbitovou datovou sběrnici, obsahuje 2500 tranzistorů umístěných na ploše o rozměrech 4 mm2. Tento procesor dokáže zpracovat až 60 000 operací za jednu sekundu a své uplatnění našel především v elektronických kalkulačkách. Firma Intel pokračovala ve vývoji a v roce 1972 představila první osmibitový procesor Intel 8008. O další vývoj mikroprocesorů se zasloužily především firmy Intel, Zilog, Motorola a Texas Instruments, když jejich vzájemná konkurence nastartovala vývojou explozi technologií pro celosvětový rozmach mikroelektroniky.

Pro rozvoj mikropočítačové techniky je velkým mezníkem uvedení 8–bitového mikroprocesoru řady 8051, který se v různých variantách používá do současnosti.

 

Obr. 2: Mikrořadič (mikroprocesor) Intel 8051

 

Přesto je tato koncepce mikroprocesoru v současnosti vytlačována mikrořadiči AVR s typem jádra RISC. (redukovaný instrukční soubor). Mikrořadiče AVR obsahují uvnitř integrovaného pouzdra na čipu většinu obvodů pro konstrukci mikropočítače, takže jejich použití je předurčeno pro široké spektrum elektronických zařízení. Mají vysoký početní výkon, většina početních operací je prováděna v jednom hodinovém cyklu. Na jejich redukovaný instrukční soubor navazují vyšší programovací jazyky, které programátorům umožňují vyšší produktivitu programování a lepší orientaci v těle programu.

Zdroje

  • Eniac. In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. San Francisco (CA): Wikimedia Foundation, 2015, 2015-28-01 [cit. 2015-01-30]. Dostupné z: http://cs.wikipedia.org/wiki/ENIAC.
  • STERN, Nancy B. From ENIAC to UNIVAC: an appraisal of the Eckert-Mauchly computers. Bedford, Mass.: Digital Press, c1981, ix, 286 p.
  • [online]. [cit. 2015-01-30]. Dostupné z: http://www.zive.cz/clanky/eniac-dedecek-pocitacu-oslavil-60-let/sc-3-a-129188/default.aspx

Obrázky

  • Obr. 1: [online]. [cit. 2015-01-30]. Dostupné z: http://en.wikipedia.org/wiki/ENIAC#mediaviewer/File:Eniac.jpg
  • Obr. 2: [online]. [cit. 2015-01-30]. Dostupné z: http://www.cpu-word.com
  • Obr. 3: [online]. [cit. 2015-01-30]. Dostupné z: http://www.zive.cz/Files/Obrazky/2006/02unor/eniac/04.jpg
  • Obr. 4: [online]. [cit. 2015-01-30]. Dostupné z: http://zive.v.mfstatic.cz/Files/Obrazky/2006/02unor/eniac/01.jpg

Komentář

Traduje se, že při zapínání a vypínání počítače ENIAC slabě  poblikávala pouliční světla Philadelphie.

Zamysli se

Je neuvěřitelné, kam se posunul vývoj počítačů  od roku 1944 do současnosti. Vývoj počítačů patří mezi nejrychleji se rozvíjející se technické disciplíny strojírenského oboru.

Obrázek

Content eniac

Obr. 3: Program počítače ENIAC představuje obrovské množství propojovacích vodičů variabilně zastrkávaných do panelů.

Obrázek

Content eniac2

Obr. 4: Počítač Eniac v celé své kráse

Logolink