docHistorie vývoje počítačů
download 
Stížnost Transkript
Historie vývoje počítačů
MATURITNÍ ZKOUŠKA PRAKTICKÁ ZKOUŠKA Z ODBORNÝCH PŘEDMĚTŮ Historie vývoje počítačů Studijní obor: 78-41-M/001 Technické lyceum Třída: 4. TL/B Školní rok: 2005/2006 Vypracoval: Matěj Ševčík „Prohlašuji, že jsem tuto práci vypracoval samostatně a použil literárních pramenů a informací, které cituji a uvádím v seznamu použité literatury a zdrojů informací.“ Ve Strážnici dne ................................. ...................................... podpis Zadání práce Vedoucí odborné práce Anotace Práce se zabývá otázkou vzniku počítačů v nejširším smyslu tohoto slova. Je rozčleněna do šesti kapitol, ve kterých jsou jednotlivé údaje řazeny chronologicky. V každé kapitole jsou popisovány nejvýznamnější mezníky v dějinách výpočetní techniky. Nejedná se o kompletní, vyčerpávající přehled historických událostí vedoucích ke vzniku moderní podoby počítače. Úkolem práce není ani podrobně popisovat složitá mechanická, elektrická a jiná zařízení. Má pouze poskytnout ucelenou představu o vývoji počítačů a nenáročnou formou seznámit se základními principy jejich činnosti. Součástí práce je také prezentace, rozčleněná do dvou částí. První část tvoří časová osa, na které jsou zobrazeny okamžiky důležité pro vývoj počítačů. Ve druhé části prezentace seznamuje s některými osobnostmi, bez kterých by dnes pravděpodobně počítače neexistovaly. Obsah Zadání práce ............................................................................................................ 3 Anotace.................................................................................................................... 4 Obsah....................................................................................................................... 5 Úvod........................................................................................................................ 8 1. Od kuličkových počítadel k parním strojům ................................................... 9 1.1 První automaty........................................................................................... 9 1.2 Astronomický počítač............................................................................... 10 1.3 Číslicové počítače .................................................................................... 11 1.3.1 Abakus ............................................................................................. 11 1.3.2 1617 – Napierovy „kosti“ ................................................................. 13 1.3.3 1623 – První mechanický kalkulátor (Schickard) .............................. 13 1.3.4 1673 – První mechanická násobička (Morland)................................. 15 1.3.5 1673 – První univerzální počítací stroj (Leibniz)............................... 15 1.3.6 1820 – První sériově vyráběný počítací stroj (Colmar)...................... 16 1.3.7 1833 – Analytical Engine (Babbage)................................................. 16 2. Počítací stroje před 2. světovou válkou......................................................... 19 2.1 1854 – Booleova algebra (George S. Boole) ............................................. 19 2.2 1919 – Dvoustavový klopný obvod (Eccles a Jordan) ............................... 20 2.3 1936 – Abstraktní model počítače (Alan Turing) ...................................... 21 2.4 1937 – Navrhování číslicových obvodů (Claudie Shannon) ...................... 22 3. Význam počítačů ve 2. světové válce ........................................................... 23 3.1 Počítače zkonstruované za války .............................................................. 23 3.1.1 1938 – Z1 (Konrád Zuse, Německo) ................................................. 23 3.1.2 1940 – Z2 (Konrád Zuse, Německo) ................................................. 23 3.1.3 1941 – Z3 (Konrád Zuse, Německo) ................................................. 23 3.1.4 1943 – ABC (Antasoff a Berry, USA) .............................................. 23 3.1.5 1943 – ASCC Mark I (Aiken, USA) ................................................. 24 3.1.6 1943 – Colossus (Turing, Velká Britnie)........................................... 24 3.1.7 1945 – ENIAC (Eckert a Machly, USA) ........................................... 24 3.2 1945 – Moderní architektura počítače (John von Neumann) ..................... 25 3.3 Stručně k šifrovacím strojům.................................................................... 26 3.3.1 Enigma ............................................................................................. 26 3.3.2 Prolomení kódu ................................................................................ 30 4. Poválečný vývoj, vznik internetu.................................................................. 32 4.1 4.1.1 1948 – SSEC (Eckert, USA) ............................................................. 32 4.1.2 1948 – Manchester MARK I (Newman a Williams, Velká Británie) . 32 4.1.3 1949 – Whirlwind (Foerster, USA) ................................................... 33 4.1.4 1949 – EDSAC (Wilkes, Velká Británie) .......................................... 33 4.1.5 1949 – BINAC (Eckert a Mauchly, USA) ......................................... 33 4.1.6 1951 – UNIVAC (Eckert a Mauchly, USA) ...................................... 33 4.1.7 1952 – EDVAC (von Neumann, USA) ............................................. 34 4.2 1951 – Mikroprogramování ...................................................................... 34 4.3 1956 – Asynchronní vstupně/výstupní operace ......................................... 35 4.4 1956 – Kanály a přímý přístup do paměti ................................................. 35 4.5 1957 – Programovací jazyk vyšší úrovně.................................................. 36 4.6 1958 – Virtuální paměť ............................................................................ 37 4.7 Vznik internetu......................................................................................... 38 5. Počítače do každé domácnosti ...................................................................... 40 5.1 1967 – Osobní počítače ............................................................................ 40 5.2 1971 – Mikroprocesory ............................................................................ 40 5.2.1 Intel 4004 ......................................................................................... 41 5.2.2 Intel 8008 ......................................................................................... 42 5.2.3 Intel 8080 ......................................................................................... 42 5.3 Kapesní formát......................................................................................... 42 5.4 Kancelářské vybavení............................................................................... 43 5.5 Disketa..................................................................................................... 43 5.6 Osmibity .................................................................................................. 43 5.6.1 Vic 20............................................................................................... 44 5.6.2 Commodore...................................................................................... 44 5.6.3 Atari ................................................................................................. 45 5.6.4 ZX Spektrum.................................................................................... 45 5.6.5 Didaktik ........................................................................................... 46 5.7 6. Počítače po 2. světové válce ..................................................................... 32 Takřka dnešní........................................................................................... 47 Pohled do budoucnosti, závěr ....................................................................... 48 6.1 Optické počítače....................................................................................... 48 6.2 Kvantové počítače.................................................................................... 48 6.3 Mooreův zákon ........................................................................................ 49 6.4 Závěr........................................................................................................ 50 Seznam použité literatury a zdrojů informací.......................................................... 52 Seznam požitého softwaru...................................................................................... 53 Poděkování ............................................................................................................ 54 Úvod Slovem „počítač“ dnes míníme přístroj, se kterým denně přicházíme do styku a běžně ho používáme ke své práci, ke komunikaci s ostatními lidmi prostřednictvím internetu a k mnoha jiným činnostem. V jedenadvacátém století už téměř každý ví, jak počítač vypadá, a většina lidí má jistě i základní představu o tom, jak funguje. Nynější podobě PC ale předcházel dlouhý a velmi složitý vývoj. Na myšlenku vytvoření práce „Historie vývoje počítačů“ mě přivedl fakt, že i přes existenci nemalého množství různých materiálů zabývajících se touto problematikou, jsem neobjevil prakticky žádný, který by dané téma zpracovával v uspokojivém rozsahu. Většina obdobných současných děl je úzce spjata s určitým časovým intervalem, či vázána pouze na vývoj v konkrétních oblastech výpočetní techniky (např. paměťová zařízení, sítě,…). K celé historii vývoje počítačů lze zaujmout i alternativní postoj – také počítače totiž měly jistý vliv na vývoj dějin. Proto je část této práce věnována šifrovacímu přístroji Enigma, který pravděpodobně velmi ovlivnil průběh celé druhé světové války. Protože čas jde stále neúprosným tempem dopředu, jsou v závěrečném bodu práce nastíněny některé možnosti budoucího vývoje počítačů. -8- 1. Od kuličkových počítadel k parním strojům Obr. 1 – Početní hůlka, nález z Dolních Věstonic. Už před 25 000 roky člověk používal k usnadnění výpočtů početní hůlku, což byla vlčí kost s jednoduchým početním záznamem. Po 30 jednoduchých linkách následují 2 prodloužené dělící linie a po nich 25 dalších jednoduchých linek. 1.1 První automaty Kdy poprvé napadlo člověka sestrojit počítač nebo jakýkoliv jiný automat? Z dochovaných zpráv víme, že automaty jako hračky měly už ve starověkém Egyptě a Číně. Ale jména konkrétních tvůrců zaznamenal až řecký občan a z tohoto důvodu je pro nás nejstarším známým konstruktérem automatu Archýtas z Tarentu (okolo 400 př.n.l.). Archýtasův stroj byla pouhá hračka, holubice, která sama létala. Musela to být dokonalá napodobenina a něco nebývalého, když na obyvatele Tarentu zapůsobila tak, že zprávu o ní neopomněli zaznamenat do životopisů Archýtase, který byl jedním z předních občanů Tarlentu, stál dokonce dlouho v jeho čele. Na další samopohyblivou hračku si Řekové museli počkat sto let. To se v mozku Demétria z Faléry zrodil plazící se hlemýžď. V polovině 3. stol. př.n.l. další z matematiků Ktésibios sestrojil různé pohyblivé figurky. A potom dochované písemné nálezy o automatech mlčí až asi do 1. století n.l.. V této době se konstruováním automatů zabýval Héron z Alexandrie. Dokonce napsal i řadu děl jak zhotovovat automaty, např. O stavbě malých automatických divadel, O mechanických hříčkách založených na využití atmosférického tlaku, O optických strojích s dodatkem o automatickém měřiči cesty. Řečtí matematici a mechanici tedy konstruovali už automaty. I když jejich účel byl jen pobavit a nebyly to pracovní stroje i tak to byly automaty. Obliba takovýchto samočinných hraček se táhne všemi stoletími. V 6. století Arabové doplnili vodní hodiny o speciální přípravek, kterým se uváděly do chodu různé loutky. Ve středověku takovéto mechanické -9- figurky (androidy) konstruovali jak vědci, tak i umělci (Galileo Galilei, Leonardo da Vinci, Albrecht Dürer). Za pohon jim sloužil hodinový strojek. 1.2 Astronomický počítač V Athénském národním archeologickém muzeu se ukrývá nenápadná hrudka kovu, která je větším unikátem, než všechny ostatní exponáty dohromady. Jde patrně o astronomický počítač starý více než dva tisíce let. Kapesní strojek, který na několika stupnicích ukazuje polohy planet, miniaturní mechanický počítač vybavený přesným diferenciálním ozubením – něco takového bychom v antické době nejspíš nehledali. Výzkumy prováděné především Američanem Derekem do Solla Pricem a Řekem Georgosem Stamirem o záhadném předmětu prozradily víc. Původně to byla malá dřevěná krabička, která obsahovala několik desítek jemných ozubených kol s přesnými diferenciálními převody, díky nimž se v otvorech na čelní stěně samočinně objevovaly výsledky složitých astronomických výpočtů. Největší číselník měl pevnou část se znameními zvěrokruhu, pod níž se pohyboval velký kruh, který znázorňoval zdánlivý roční pohyb Slunce na pozadí zodiakálních souhvězdí. Značení stupnice dovolovalo určovat východy a západy Slunce a významných hvězd. Pomocí přístroje bylo možné určovat zeměpisné souřadnice, místní čas a okamžiky průchodu významných hvězd nadhlavníkem. Byly zde patrně ještě nejméně dva další „displeje“ ukazující pohyby Měsíce a pěti tehdy známých planet Merkuru, Venuše, Marsu, Jupitera a Saturna. U těchto menších číselníků a jejich soukolí se však velké části nedochovaly a co všechno uměly, se můžeme jen dohadovat. Price také zjistil, že neznámý konstruktér vycházel z původního egyptského kalendáře. Tento kalendář měl 365 dní a rozdíl mezi trváním umělého a skutečného solárního roku se na přístroji opravoval každoročním vzájemným posunutím stupnic o určitou hodnotu. Úhel posuvu se každoročně mění, poslední nastavená oprava měla hodnotu 13,5 stupně, což odpovídá roku 80 před n.l. Tehdy provedla neznámá ruka poslední korekci. Z antické doby je známo několik popisů podobných přístrojů (jeden údajně sestavil i slavný Archimedes), žádný z nich však nebyl tak přesný a komplikovaný. Složitá a přesná soukolí, jaká jsou v popisovaném strojku, dokázali evropští hodináři vyrábět až v době renesance, tedy o půldruhého tisíce let později. - 10 - 1.3 Číslicové počítače Numerické výpočty byly až do nedávné doby činností duševně namáhavou. Proto, když se začaly častěji užívat, byly hledány metody, které by je usnadnily, zjednodušily a zrychlily. Výpočtová technika byla velmi zjednodušena zavedením • vhodných znaků pro čísla. Známé římské číslice neumožňovaly násobit a dělit čísla žádnou přijatelnou technikou psanou v této číselné symbolice. Teprve číslice vymyšlené v Indii a nám zprostředkované Araby, známé pod názvem arabské číslice, podstatně usnadnily aritmetické úkony. • číselných soustav. Nejrozšířenější (odvozená od počtu našich prstů jako první početní pomůcky) je soustava desítková (dekadická), která užívá deset znaků. Z ostatních číselných soustav se dosud běžně užívá zejména při měření úhlů a času soustava šedesátinná, v Číně a v Japonsku soustava pětková. S rozvojem výpočtové techniky nabyla mimořádného významu soustava dvojková. Číslicové počítače jsou počítací pomůcky a stroje, na nichž počítáme s čísly. Nastavení čísla do počítače i výsledek každé početní operace se vyjadřuje číslem se zcela určitým počtem číslic. 1.3.1 Abakus Za nejstaršího pradědečka prvních počítačů je považován abakus, počítací pomůcka založená na systému korálků, které na tyčkách či žlábcích kloužou nahoru a dolů. Evropan si při pohledu na abakus nejspíš vzpomene na svá dětská léta a první počítadlo. Vznik abakusu je skryt kdesi v šerém dávnověku – snad se objevil někdy před pěti tisíci lety v Malé Asii, odkud se postupem doby rozšířil na východ. Později se abakus objevil v Řecku a Římě. Slovo abakus označovalo desku, která byla rozdělena na několik sloupců, ve kterých byly různé předměty (oblázky, mince, kuličky apod.). Jejich přeskupování z jednoho sloupce do druhého představovalo matematické operace. Abakus byl zdokonalen abacisty (učenci západoevropské školy matematiky v letech 1000-1200 n. l.). V Číně je abakus znám od 13. století pod jménem „suan-pâna“ a je tvořen třinácti sloupci se dvěma korálky nahoře (ty znamenají nebe) a pěti korálky dole (reprezentujícími zemi). Existují ještě další dvě jeho modifikace – japonská a ruská. - 11 - Obr. 2 – Čínská verze abakus Japonci abakus převzali asi v 17. století, pojmenovali ho „soro ban“ a mírně si ho přizpůsobili – má jednadvacet sloupců s jedním korálkem nahoře a čtyřmi dole. Ruská verze abakus se jmenuje „sčot“ a pracuje se systémem deseti korálků v deseti rovnoběžných řadách. Abakus je na Dálném Východě stále populární – učí se s ním počítat děti ve školách v rámci povinné školní výuky a na mnoha místech se ještě zcela běžně používá v praxi. V roce 1946 se utkal Japonec Kiyoshu Matzukai, používající abakus, s elektronickým počítačem a po dvou dnech přesvědčivě vyhrál. Až do konce 16. století nevyžadoval tehdejší způsob života podstatného zlepšení dosavadní výpočtové techniky. Teprve začátkem 17. století vyvstávaly různé národohospodářské úkoly, které vyžadovaly náročné výpočty i rozsáhlou evidenci. Rozvinulo se vyměřování území nových států a zaváděla se podrobnější daňová statistika. Rozmáhalo se vojenské inženýrství (stavba pevností a městských opevnění), důlní inženýrství. Mořeplavba s objevováním nových zemí požadovala přesnější astronomické vědomosti, rozvíjel se intenzivně obchod s koloniálním zbožím a surovinami. Průmyslová výroba těžila z nových přírodovědeckých poznatků a nutila inženýry k rychlému využití objevů. V tomto období se neodbytně vynořovaly nároky na zlepšení výpočtové techniky a požadavky na zrychlení a zmechanizování výpočtů. Jošt Buergi (1552-1632) původem ze Švýcarska, byl císařským hodinářem od r. 1604. K vrcholům jeho tvorby patří nádherný triangulační přístroj založený na podobnosti trojúhelníků. Přístroj je chloubou muzea v Kasselu. V roce 1610 sestavil Buergi logaritmické tabulky, které používal i J. Kepler. Předstihl tak Johna Napiera, který však své dílo dříve publikoval. - 12 - 1.3.2 1617 – Napierovy „kosti“ Skotský matematik John Napier (1550-1617) vstoupil do historie tím, že vymyslel logaritmy – a umožnil tak převést násobení a dělení na sčítání a odčítání. Na sklonku svého života zkonstruoval zvláštní výpočetní pomůcku, představující předchůdce pozdějších logaritmických pravítek. Šlo o soustavu tyčinek z kostí či slonoviny (odsud: Napierovy kosti), představující jakési pohyblivé násobící tabulky. S jejich pomocí bylo možné snáze násobit a dělit. Obr. 3 – Napierovy „kosti“ Stále není jasné, kdy a kým byl navržen první mechanický počítací stroj. V roce 1959 byla uveřejněna v časopise Scientific American zpráva o „Starořeckém počítači“. V roce 1901 skupina lovců u ostrova Kréta v hloubce 60 metrů našla vrak lodi asi 2000 let starý, na kterém byl nalezen počítací stroj se zachovalými 20 ozubenými kolečky z velice důmyslného soukolí. Tento zvláštní počítací stroj byl určen pro výpočet pohybu Slunce a planet. Je to důkaz, že už v době před n.l. počítací stroje existovaly. 1.3.3 1623 – První mechanický kalkulátor (Schickard) Obr. 4 – Počítací stroj W. Schickarda Profesor Wilhelm Schickard (1592-1635) z německého Tübingenu sestrojil v roce 1623 své „počítací hodiny“. - 13 - Byl to mechanický stroj, schopný násobit a dělit, přičemž tyto dvě operace převáděl pomocí logaritmů na sčítání a odčítání (k reprezentaci desítkových čísel přitom používal kolečka s deseti zuby). Sám Schickard prý sestrojil několik exemplářů takovýchto strojů. Jeden z nich chtěl vytvořit i pro svého přítele, astronoma Johana Keplera, ale zpola hotový stroj byl zničen při požáru. Ve vřavě třicetileté války, ve které Schickard zahynul, se ztratily jak již existující stroje, tak i jejich plány. Plány však byly v roce 1935 objeveny, ztratily se i během druhé světové války, ale naštěstí se znovu našly. V roce 1960 byl Schickardův počítací stroj podle původních nákresů postaven znovu a fungoval. Obr. 5 - Pascalina Traduje se, že první krok k mechanické kalkulačce udělal už Leonardo da Vinci, ale první doložená kalkulačka je až z roku 1645 – První automatický mechanický kalkulátor (Pascalina). Mladý Blaise Pascal (1623-1662) se prý nemohl dívat na to, jak se jeho otec, daňový kontrolor, trápil nad sloupci čísel. A tak začal vymýšlet různé varianty počítacích strojů (vymyslel údajně asi 50 různých variant). Definitivní model své kalkulačky (nazvané příznačně „Pascaline“) sestrojil v roce 1645. Uměla jen sčítat a odčítat, a jako první byla založena na velmi přesných mechanických převodech – což je princip, který v mechanických počítacích strojích dominoval po několik století, až do nástupu novodobých technologií, které umožnily budovat počítače na bázi elektronických prvků. Určitou nevýhodou Pascalova počítacího stroje bylo, že výsledky výpočtu nemohly být přímo odečítány, ale musely být nejprve poměrně složitým způsobem interpretovány. Přesto měl Pascalův stroj i jistý komerční úspěch – těchto strojů bylo údajně prodáno cca 15. Některé jsou dnes exponáty v muzeích, např. jeden exemplář je v Drážďanech ve Zwingeru. - 14 - 1.3.4 1673 – První mechanická násobička (Morland) Sir Samuel Morland (1625-1695), bývalý sekretář Olivera Cromwella a pozdější vrchní mechanik na dvoře anglického krále Karla II., sestrojil první počítací stroj, který dokázal přímo násobit a dělit (a nerealizoval tudíž tyto operace převodem na sčítání a odčítání). Mechanická konstrukce však byla mnohem méně spolehlivá, než u Pascalova počítacího stroje. 1.3.5 1673 – První univerzální počítací stroj (Leibniz) Německý filozof a matematik Gottfried Wilhelm von Leibniz (1646-1716) chtěl nejprve dovybavit Pascalův počítací stroj schopností násobení a dělení. To se mu nedařilo, a tak se rozhodl raději pro zcela nový návrh počítacího stroje. V roce 1673 sestrojil svůj vlastní stroj, ve kterém použil válec se stupňovitým ozubením, známý také jako tzv. Leibnizovo kolo. Výsledkem byl počítací stroj, který dokázal pracovat s 5 až 12-místnými čísly, a splňoval tehdejší požadavky matematiků. Jeho principy se používaly ještě dalších cca 300 let.) Obr. 6 – Leibnizovo kolo V 18. století už pomalu vedle automatů pro zábavu vznikají automaty jako výrobní prostředky. Tento trend snad nejlépe ilustruje konstruktér Jacques de Vaucanson (1709 – 1782). Tento vynálezce sestrojoval různé, dá se říci, že vtipné modely hraček. Zřejmě nejslavnější jsou: měděná kachna, která zobe zrní, pije, štěbetá a dokonce i napodobuje trávení a pastýř hrající na flétnu (android) – obě z roku 1738. Vedle konstruování těchto legrácek, pracoval i seriózně a může si připsat ke svému jménu konstrukce automatických tkalcovských stavů a spřádacích strojů na výrobu hedvábí. V roce 1741 zdokonalil nápad řídit tkalcovský stav děrovaným pásem. B. Bouchon a M. Flacon, to jsou další jména vynálezců. Tito dva pánové přišli na myšlenku poloautomatického tkalcovského stavu s děrnou páskou uzavřenou do smyčky (Francouz Bouchon v roce 1725 a Angličan Flacon v roce 1728). - 15 - Na tuto myšlenku navázal Joseph Marie Jacquard (1752- 1834), roku 1805 sestrojuje automatický stroj na výrobu vzorovaných tkanin. Ovládán byl pomocí děrných štítků, které byly spolu spojeny provázky. Jedná se zřejmě o první použití programování pomocí děrných štítků Geniální švýcarský hodinář Henri – Luise Jacquet – Drozd, konstruoval kolem roku 1773 automaty pro zábavu, které budily v nevzdělancích úžas a hrůzu. Zkonstruoval třeba automatického písaře – umělou „bytost“ – muže vzhledem i oblečením podléhajícího vkusu své doby. Ovšem jeho vnitřnosti byly oslavou technického myšlení a dokonalé hodinářské zručnosti. Písař – android skutečně psal a kreslil, protože jeho tvůrce elementární pohyby ruky převedl do „programované paměti“, která byla tvořena velice složitou soustavou vaček. Ještě v osmnáctém století (přesněji v roce 1778) Hahn zkonstruoval mechanickou „kalkulačku“, která vykonávala čtyři základní matematické operace. 1.3.6 1820 – První sériově vyráběný počítací stroj (Colmar) Francouz Charles Xavier Thomas de Colmar (1785-1870) sestrojil počítací stroj, který používal zjednodušenou a zdokonalenou verzi Leibnizova kola. Válečky s devíti zuby různé délky v tomto stroji poháněly malá posuvná kolečka, jejichž pohyb se přenášel na čítače. Colmarův stroj, nazvaný „Arithmometer“, získal v roce 1862 na mezinárodní výstavě v Londýně zlatou medaili. Již dříve jej ale jeho autor úspěšně prodával pařížským pojišťovnám a dalším finančním institucím. Celkem bylo vyrobeno a prodáno asi 1500 arithmometrů. 1.3.7 1833 – Analytical Engine (Babbage) Angličan Charles Babbage (1792-1871) chtěl nejprve minimalizovat chyby, ke kterým docházelo při „ručních“ výpočtech matematických tabulek. Proto nejprve oživil myšlenky diferenčního stroje a v roce 1822 začal s jeho konstrukcí (na rozdíl od J. H. Müllera si pro svůj projekt zajistil financování ze státních zdrojů). V roce 1832 Babbage dokončil fungující prototyp svého diferenčního stroje , ale místo dalšího pokračování na něm se raději rozhodl pro „analytický stroj“, který by byl schopen provádět jakékoli numerické výpočty. - 16 - Obr. 7 – Dochovaná část diferenčního počítacího stroje z roku 1830 V roce 1833 začal pracovat na dokonalejším počítači – nazval ho Analytical Engine a práce na něm byla přerušena jeho smrtí, takže zůstal nedokončený. Tento stroj byl neuvěřitelně dokonalý (na svoji dobu). K řízení operací Babbage opět použil děrné štítky, jako zdroj energie měl sloužit parní stroj. Architekturu stroje vytvořil z několika částí: • Paměť byla složena z mechanických registrů, kde se uchovávala čísla používaná strojem. • Centrální operační jednotka („mlýnek“), ve které se měly vykonávat základní matematické operace – čili sčítání, odčítání, násobení a dělení. Operační rychlost měla být pro jedno sčítání sekunda a jedno násobení mělo být vykonáno za minutu (cifry mohly být až padesátimístné). • Mechanismus na řízení jednotlivých operací. • Vstupní a výstupní jednotka. Ta byla spojena s tiskárnou. Obr. 8 – Analytical Engine - 17 - Další pokrokovou myšlenkou použitou v koncepci tohoto „počítače“ byl jeho program, který ho měl řídit. Díky Babbageově spolupracovnici Adě Augustě z Lovelace obsahoval řídicí program možnost podmíněných a nepodmíněných skoků a také princip podprogramů. Tento stroj narážel na velikou překážku – vstupní údaje se v tomto Analytical Engine měly přepínat na výstupní mechanicky. Jenže v tomto případě mechanice došel dech a elektronika byla ještě velkou neznámou. I když Analytical Engine nikdy nebyl dokončen, byla to geniální myšlenka, která inspirovala další vědce. Navíc zde byl poprvé použit „počítačový program.“ Poslední verze projektu předpokládala, že Analytical Engine bude mít paměť pro 50 čtyřicetimístných slov (čísel) , dva střadače (akumulátory) a celkem tři snímače děrných štítků pro program a data. Sčítání dvou čísel měl stroj zvládnout za 3 sekundy a násobení či dělení mu mělo trvat 2 – 4 minuty. Přestože Babbage svůj Analytical Engine nikdy nedokončil, spolu se svými spolupracovníky zformuloval základní principy programového řízení počítačů, které jsou dodnes platné. Při troše dobré vůle je možné považovat jeho (byť nedokončený) Analytical Engine za první samočinný počítač v historii. - 18 - 2. Počítací stroje před 2. světovou válkou Obrovský rozvoj počítačů ve druhé polovině 20. století byl podmíněn nejen rozvojem nejrůznějších výrobních technologií, ale také pokrokem v teoretických disciplínách, které poskytly potřebný aparát pro navrhování, vývoj, ladění a další související činnosti. 2.1 1854 – Booleova algebra (George S. Boole) Jednou z disciplín, které se v tomto směru uplatnily nejvíce, je i matematická logika. V roce 1854 přišel Angličan George S. Boole (1815-1864) s takovým modelem matematické logiky, ve kterém vystačil jen se třemi základními operátory (and, or a not), a s jejich pomocí dokázal z jednotlivých výroků sestavovat složitější formule stejným způsobem, jakým se v matematice (konkrétně v algebře) sestavují matematické vzorečky. Svou logiku mohl formálně vybudovat jako algebru, které se dodnes říká Booleova algebra. George Boole jistě netušil, že se jeho algebra stane základem pro modelování kombinačních obvodů číslicových počítačů. Netušil také, že technikům se budou nejlépe dařit takové konstrukční prvky, které budou mít jen dva možné stavy a kterým bude odpovídat Booleova algebra, která má právě jen dva prvky (zatímco George Boole ji navrhl pro obecný počet prvků, nejméně však jako dvouprvkovou). Význam Booleovy algebry jako jeden z prvních ocenil William S. Jevons (1835-1882), který sestrojil mechanický stroj, provádějící logické operace právě na bázi Booleovy algebry. Ani on však netušil, že jednou zvítězí na celé čáře algebra dvouprvková – sám používal čtyřprvkovou Booleovu algebru. Tím, kdo poprvé ukázal na souvislost dvouprvkové Booleovy algebry s číslicovými obvody, byl Claude Shannon . To ovšem bylo až v roce 1937. Mezitím se musela zrodit ještě jedna velmi důležitá myšlenka, která si vynutila používání právě dvouprvkové Booleovy algebry. Později byly vynalezeny další systémy počítacích strojů. Z velmi úspěšných je to systém Odhnerův, petrohradského hlavního mechanika – inženýra, který prodal svůj patent v roce 1878 do Německa. Na Odhnerově systému byly vyráběny počítací stroje značky Brunsviga, Marchant. Z velmi rozšířených principů kalkulačních strojů lze uvést princip Mercedes-Euklid (z roku 1905 navržený konstruktérem Hammanem), používající ozubených tyčí a úměrové - 19 - páky a princip Hamman (z roku 1925 navržený týmž konstruktérem Hammanem) s vahadlovou západkou a ozubeným mezikružím. Obr. 9 – Přístroj Mercedes-Euklid 2.2 1919 – Dvoustavový klopný obvod (Eccles a Jordan) Na samém počátku 20. století došlo k základnímu zlomu v technologiích: v roce 1904 sestrojil Angličan J.A.Fleming první diodu, a v roce 1906 Američan Lee de Forest první triodu. Všechny elektronky (pozn.: zařízení, které usměrňuje a zesiluje elektrické signály) jsou ale v zásadě analogovými součástkami, které pracují s analogovými veličinami (elektrickým proudem a napětím). Například trioda je nejjednodušší zesilovací prvek a jako taková se začala používat především v nejrůznějších zesilovačích. Teprve v roce 1919 však přichází dva Američané (W.H.Eccles a F.W.Jordan) na myšlenku zapojit dvě elektronky „proti sobě“ takovým způsobem, aby se navzájem udržovaly v rovnovážném stavu. Ukázalo se dokonce, že toto jejich zapojení má rovnovážné stavy dva, a že je možné mezi nimi přecházet. Tím se zrodil první tzv. klopný obvod se dvěma rovnovážnými stavy, který již ve svém názvu nese možnost překlápění obvodu z jednoho stavu do druhého. Díky tomu, že každý z obou možných stavů klopného obvodu je rovnovážný, obvod v něm dokáže vydržet libovolně dlouho, dokud není vnějším popudem přinucen překlopit se do druhého stavu (a samozřejmě pokud je neustále napájen). - 20 - Dva možné stavy, ve kterých se klopný obvod může nacházet, pak mohou reprezentovat dvě různé diskrétní hodnoty – například dvě logické hodnoty (ano-ne), dvě číslice (např. 0 a 1) apod. 2.3 1936 – Abstraktní model počítače (Alan Turing) V roce 1936 vydává anglický matematik Alan Mathison Turing (1912-1954) zásadní článek „On computable Numbers“ (O počitatelných číslech), ve kterém definuje abstraktní model číslicového počítače – tzv. Turingův stroj. Je to Turingův pokus o matematické zachycení intuitivního pojmu vypočitatelnosti, či ještě obecněji, vyřešitelnosti. Turing si uvědomil, že každý výpočet (řešení) začíná nějakými vstupními daty, které si můžeme představit znak po znaku zapsané na papírové pásce, a končí nějakým výsledkem, který si opět můžeme představit v této podobě. Výpočet je tedy z tohoto pohledu přechod od jedné sekvence znaků na pásce k jiné; a Turing usoudil, že ať už ten přechod provádíme jakkoli, na té nejelementárnější úrovni se nemůže než skládat z několika operací toho typu, jako je přečtení nějakého existujícího symbolu, posun pásky o jednu pozici tam či zpátky a zapsání nového symbolu či přepsání starého. Turing pak na základě těchto úvah definoval obecný abstraktní „stroj“ a předložil hypotézu, že jakýkoli výpočet, který je proveditelný, je v principu proveditelný pomocí stroje tohoto typu. Takovou hypotézu ovšem nelze definitivně prokázat; lze ji nanejvýš vyvrátit tak, že se najde výpočet, který na Turingově stroji reprodukovat nebude možné. Žádný takový výpočet ale dosud nikdo nenašel, a Turingova definice se navíc ukázala ekvivalentní několika jiným způsobům formálního zachycení pojmu vypočitatelnosti, navrženým nezávisle jinými matematiky. Nedlouho poté vzniká nová vědecká disciplína, tzv. teoretická informatika, která se spíše než praktickými otázkami a aktuálními schopnostmi zabývá potenciálními možnostmi počítačů – tím, co počítače mohou někdy dokázat, co z principu nedokáží, v jakém čase co dokáží apod. Alan M. Turing později formuluje další zásadní myšlenku, zaměřenou na řešení otázky, která již tehdy lidstvo trápila: jak poznat, zda nějaký stroj (počítač) je inteligentní? Turing navrhl podrobit jej testu – nechat jednoho člověka v roli tazatele klást otázky dvěma respondentům, které nemá možnost vidět. Jedním z nich bude člověk, a druhým počítač. Pokud člověk-tazatel nedokáže podle jejich odpovědí rozlišit, který z respondentů je člověk a který je stroj, pak je možné tento stroj považovat za inteligentní. Do dnešní doby však ještě žádný počítač neprošel tímto tzv. Turingovým testem. - 21 - 2.4 1937 – Navrhování číslicových obvodů (Claudie Shannon) V roce 1937 obhajuje 21-letý Claude E. Shannon diplomovou práci, ve které poprvé ukazuje na paralelu mezi dvouprvkovou Booleovou algebrou a tzv. kombinačními obvody (viz 2.2 – dvoustavový klopný obvod), které jsou základním kamenem číslicových počítačů. Shannon ukázal, že funkci libovolného kombinačního obvodu lze popsat formulí Booleovy algebry, a že naopak libovolnou formuli Booleovy algebry lze implementovat ve formě kombinačního obvodu. Tento zásadní objev pak umožnil použít pro navrhování kombinačních obvodů již tehdy poměrně propracovanou Booleovu algebru, a vybudovat systematické metody návrhu kombinačních obvodů. Jedním ze zajímavých důsledků paralely mezi kombinačními obvody a Booleovou algebrou bylo například zjištění, že pro sestavení libovolného kombinačního obvodu stačí mít k dispozici v dostatečném množství jen jediný druh součástky (tzv. logické členy NAND, nebo logické členy NOR). Claude Shannon se ovšem nezasloužil jen o aplikaci Booleovy algebry při navrhování kombinačních obvodů. Častěji je vnímán spíše coby zakladatel teorie informace jako disciplíny, která se zabývá přesnou kvantifikací objemu informací, přenášených sdělovacími kanály, efektivností využití těchto informací atd.. Jedním z bezprostředních a velmi praktických důsledků Shannonovy práce na tomto poli bylo i stanovení závislosti mezi šířkou přenosového pásma a maximálním objemem užitečné informace, který je možné po tomto kanálu přenést při dodržení určité minimální kvality přenášeného signálu (odstupu signálu od šumu). Např. po telefonním okruhu s přenosovým pásmem 300 až 3400 Hz nelze v principu dosáhnout vyšší přenosové rychlosti, než cca 30 000 bitů za sekundu (bez případné komprese). - 22 - 3. Význam počítačů ve 2. světové válce První počítače v dnešním slova smyslu se objevují až v průběhu druhé světové války a těsně po ní. V té době pak také zcela zákonitě začínají krystalizovat představy o tom, jak by počítače měly být konstruovány a jak by měly fungovat. 3.1 Počítače zkonstruované za války 3.1.1 1938 – Z1 (Konrád Zuse, Německo) V roce 1938 dokončil Konrád Zuse (nar. 1910) prototyp mechanického programovatelného počítače, později nazvaného Z1. Jeho paměť využívala posuvných mechanických prvků, a umožňovala uchovávat cca 1000 bitů. Aritmetická jednotka tohoto počítače však byla poněkud nespolehlivá. 3.1.2 1940 – Z2 (Konrád Zuse, Německo) Konrád Zuse dokončil další počítač, Z2, který stále ještě používal mechanickou paměť, ale pro vlastní výpočty již používal obvody na bázi elektromagnetických relé. 3.1.3 1941 – Z3 (Konrád Zuse, Německo) Počítač Z3, který Konrád Zuse uvedl do provozu v prosinci 1941, byl velmi utajovaný, a používal se pro balistické výpočty drah raket „V“. Počítač Z3 měl šířku slova 22 bitů, paměť pro 64 slov dat, a byl řízen programem, který se načítal z děrné pásky. Uměl sčítat, odčítat, násobit a dělit, počítat odmocninu apod., ale neměl podmíněný skok. Obsahoval celkem 2600 relé, a jedno násobení mu zabralo 3 až 5 sekund. 3.1.4 1943 – ABC (Antasoff a Berry, USA) John V. Atanasoff a Clifford Berry z Iowa State College, kteří v roce 1939 sestrojili první 19-bitovou binární sčítačku (z elektronek), dokončili v říjnu 1943 počítač ABC („Atanasoff-Berry Computer“), specializovaný na řešení soustav lineárních rovnic. Byl vybaven pamětí pro data o 60 slovech, každé o šířce 50 bitů. Tato paměť přitom byla realizována pomocí kondenzátorů (s osvěžovacími obvody – byl to tedy jakýsi předchůdce dnešních dynamických pamětí), které byly umístěny na obvodu dvou otáčejících se kruhů. - 23 - Taktovací frekvence, se kterou tento počítač pracoval, byla 60 Hz, a sčítání trvalo cca. 1 sekundu. Jako vnější paměti sloužily tomuto počítači děrné štítky, do kterých ale nebyly jednotlivé otvory děrovány, nýbrž vypalovány. Do snímačů je uživatel musel zakládat ručně, jeden po druhém. 3.1.5 1943 – ASCC Mark I (Aiken, USA) V roce 1943 dokončuje Howard H. Aiken (1900-1973) se svými spolupracovníky na Harvard University ve městě Cambridge ve státě Massachussets počítač, označovaný jako ASCC Mark I („Automatic Sequence-Controlled Calculator Mark I“), někdy též jako Harward Mark I. Koncepce tohoto počítače byla inspirována pracemi Ch. Babbage. Program byl průběžně čten z děrné pásky, a neobsahoval podmíněný příkaz. Násobení trvalo 6 sekund. Celý elektromechanický počítač Mark I byl přibližně 60 stop dlouhý a vážil 5 tun. Měl 72 střadačů (akumulátorů). 3.1.6 1943 – Colossus (Turing, Velká Britnie) Matematik Alan Turing a jeho tým zkonstruovali v prosinci roku 1943 v Bletchey Park (poblíž anglického Cambridge) první verzi vysoce utajovaného počítače Colossus („Colossus Mark I“). Byl určen hlavně k luštění německých šifer. V roce 1944 byla zkonstruována vylepšená verze, Colossus II. Informace o těchto dvou počítačích byly odtajněny až v roce 1970. 3.1.7 1945 – ENIAC (Eckert a Machly, USA) Teprve v listopadu roku 1945, tedy až po skončení druhé světové války (a za dvojnásobných nákladů, než jaké byly plánovány) dokončili John W. Mauchly (19071980) a J. Presper Eckert počítač ENIAC („Electronic Numerator, Integrator, Analyzer and Computer“), který vyvíjeli na zakázku pro laboratoř balistických výzkumů (Ballistics research Lab.) US Army. Tento počítač (do února 1946 přísně utajovaný) měl paměť, tvořenou 20 slovy o šířce 10 desítkových číslic. Byl to elektronkový počítač, používal jich celkem 17648, byl chlazený vzduchem hnaným vrtulemi dvou leteckých motorů, vážil 30 tun, byl 30 metrů vysoký a stejně tak široký. Jeho příkon dosahoval 140 kW (tolik tehdy na své osvětlení potřebovala značná část Filadelfie). Byl ale poměrně rychlý – zvládal 5000 součtů za sekundu, násobení trvalo 14-krát, a dělení 143-krát déle, než sčítání. Pracoval s taktovací - 24 - frekvencí 100 kHz. Svá data četl z děrných štítků, ale program se mu zadával nastavením spínačů na speciálním propojovacím poli, které se „programovalo“ samostatně, a teprve pak se připojilo k počítači (jako jakási zásuvná deska, neboli tzv. plugboard). V průběhu práce na ENIAC-u se k týmu jeho autorů přidává (zhruba v roce 1944) John von Neumann (1903-1957). Pod jeho vedením se poněkud mění názory týmu na to, na jakých principech by počítače měly být založeny. Na základě těchto představ pak vzniká koncepce nového počítače EDVAC („Electronic Discrete Variable Automatic Computer“), na kterém skupina posléze začíná pracovat (dokončen byl v roce 1952). 3.2 1945 – Moderní architektura počítače (John von Neumann) První představa byla taková, že počítač má svůj program zaznamenán na nějakém vnějším záznamovém médiu (děrné pásce či děrných štítcích), postupně jej načítá a ihned provádí. To ale s sebou přináší některé nepříjemné komplikace – například provedení skoku znamená přemotání děrné pásky na požadované místo (analogicky pro štítky), což trvá nezanedbatelnou dobu. Zdlouhavé a problematické je pak i volání podprogramů. Hlavní vinu na tom má především sekvenční charakter paměti, používané pro uchovávání programu, a s tím souvisejí postupné načítání té části programu, která je zapotřebí. Proto John von Neumann navrhl uchovávání programu takovým způsobem, aby byl celý trvale k dispozici (tj. aby se nemusel postupně načítat), a aby bylo možné v něm libovolně (a hlavně „okamžitě“) skákat – navrhl tedy uchovávání celého programu v paměti počítače, a navíc v takové paměti, která nemá sekvenční charakter, ale chová se jako paměť s tzv. přímým přístupem. Snad nejvýznamnější myšlenkou celé von Neumannovy architektury je zásada, že program i data jsou ve své podstatě jedno a totéž (a to posloupnost bitů), a o jejich povaze rozhoduje pouze způsob, jakým je interpretuje ten, kdo s nimi pracuje. Tato zásada pak von Neumannovi umožnila navrhnout, aby počítač měl jedinou paměť (tzv. operační paměť), ve které by se společně uchovávaly jak data, tak i celé programy. Velmi důležitou myšlenkou, která se prosadila v rámci von Neumannovy architektury, je následující pravidlo: počítač by se neměl přizpůsobovat potřebám konkrétní aplikace svou vnitřní strukturou, ale pouze programem. Jinými slovy, vnitřní struktura počítače by se neměla měnit, a měla by být maximálně univerzální. Tak, aby vycházela vstříc potřebám co možná nejširšího okruhu aplikací. „Šité na míru“ by naopak měly být programy. S časovým odstupem téměř padesáti let od vzniku von Neumannovy architektury lze konstatovat, že se udržela až dodnes, a že drtivá většina dnes existujících a vyráběných - 25 - počítačů vychází právě z této koncepce. Objevily se samozřejmě i jiné koncepce, zásadně odlišné od von Neumannovy, ale žádná z nich se neprosadila takovým způsobem, aby přetrvávající hegemonii von Neumannovy architektury dokázala vůbec ohrozit. 3.3 Stručně k šifrovacím strojům Nejstarším šifrovacím strojem je šifrovací disk, vynalezený v 15. století italským architektem Leonem Albertim, jedním z otců polyalfabetické šifry. Alberti vzal dva měděné kotouče, jeden o něco větší než druhý, a po jejich obvodu napsal písmena abecedy. Pak umístil menší kotouč na větší, uchytil je na společnou osu. Kotouči šlo otáčet nezávisle na sobě, takže abecedy mohly zaujímat různé vzájemné pozice a pomůcka mohla sloužit pro šifrování jednoduchou Caesarovou šifrou. Například pro šifru s posunutím o jeden znak stačilo natočit vnější A proti vnitřnímu B – vnější disk zobrazuje otevřenou abecedu, vnitřní abecedu šifrovou. Každé písmeno otevřeného textu lze nalézt na vnějším disku, odpovídající písmeno šifrového textu se nachází naproti němu na vnitřním disku. Zprávu s Caesarovým posunutím o pět písmen vytvoříme tak, že natočíme vnější A proti vnitřnímu F. Jde o velmi jednoduché zařízení, usnadňuje však šifrování, a proto přetrvalo po pět století. Šifrovací disk je jedním z mnoha možných šifrovacích zařízení, tzv. scramblerů, jež zpracovávají otevřený text znak po znaku a převádějí jej na něco jiného. Dosud popsaný způsob jejich činnosti je jednoduchý a výsledná šifra poměrně snadná k rozluštění, avšak disk lze použít i komplikovanějším způsobem. Jeho vynálezce Alberti doporučoval změnit nastavení disku v rámci téže zprávy, což v důsledku znamená, že namísto monoalfabetické šifry vzniká polyalfabetická. Tato dodatečná komplikace ztěžuje prolomení šifry, neznemožňuje jej však. 3.3.1 Enigma Pět set let po Albertim se však myšlenka šifrovacího disku dočkala návratu v podstatně zdokonalené podobě a vedla ke vzniku nových šifer, o řád náročnějších na rozluštění než jakýkoli starší systém. Německý vynálezce Arthur Scherbius spolu se svým přítelem Richardem Ritterem založil roku 1918 firmu Scherbius & Ritter, jež se zabývala technickými inovacemi na širokém poli od turbín po vyhřívané polštáře. Scherbius odpovídal za výzkum a vývoj a stále hledal nové možnosti uplatnění. Jedním z jeho oblíbených projektů byla náhrada zastaralých šifrovacích systémů z první světové války, založených na tužce a papíru, něčím dokonalejším, co by využívalo moderní technologie. - 26 - Díky znalostem, jež získal studiem elektrotechnického inženýrství v Hannoveru a Mnichově, vyvinul šifrovací zařízení, které bylo v podstatě elektrifikovanou variantou Albertiho šifrovacího disku. Pod názvem Enigma vstoupil Scherbiův systém do historie kryptografie jako její nejtěžší noční můra. Obr. 10 - Enigma Scherbiova Enigma je tvořena mnoha důmyslnými součástmi, jež dohromady tvoří působivý a složitý stroj. Pokud jej však rozložíme na části, je princip fungování celku zcela zřejmý. Základní podoba Scherbiova vynálezu se skládá ze tří vzájemně propojených částí. První z nich je klávesnice pro zadávání otevřeného textu, druhou částí je šifrovací jednotka pro převod každého písmene otevřeného textu na odpovídající písmeno šifrového textu a třetí částí je signální deska tvořená lampičkami, které umožňují zobrazit znak šifrového textu. Má-li se zašifrovat písmeno otevřeného textu, stiskne operátor příslušnou klávesu, tím se odešle elektrický signál přes šifrovací jednotku a na druhé straně se na signální desce indikuje příslušný znak šifrového textu. Klíčovou částí stroje je scrambler, tlustý gumový kotouč protkaný dráty. Vedení přicházející z klávesnice vstupuje do scrambleru na šestadvaceti místech, uvnitř se různě otáčí a přehýbá a na šestadvaceti místech zas vystupuje ven. Vnitřní zapojení scrambleru určuje, jak budou zašifrovány znaky otevřené abecedy. V tomto základním uspořádání scrambler prostě definuje šifrovou abecedu a stroj funguje jako monoalfabetická substituční šifra. Podstata toho, co Scherbius vymyslel, však spočívá v tom, že disk se po zašifrování každého písmene automaticky pootočí o jednu šestadvacetinu otáčky. Např. stiskneme-li klávesu B šestkrát po sobě, dostaneme šifrový text ACEBDC. Jinými slovy, šifrová abeceda se po zašifrování každého písmene mění. - 27 - Standardní Scherbiův šifrovací stroj byl pro zvýšení složitosti vybaven třemi scramblery. Scherbius přidal ještě reflektor. Tato součást je podobná scrambleru – aspoň do té míry, že jde rovněž o gumový kotouč s vnitřním zapojením vodičů. Na rozdíl od scrambleru se však neotáčí, vodiče do něj vstupují touž stranou, jakou zas vystupují. Je-li zařazen reflektor, funguje Enigma následujícím způsobem: operátor napíše písmeno, čímž se vyšle elektrický signál přes tři scramblery. Reflektor obdrží signál a pošle jej přes tyto tři scramblery zpět, avšak zcela odlišnou cestou. Šifrovací stroj měl podobu kompaktní skříňky o rozměrech pouhých 34,5 x 28,5 x 15 cm, vážil však solidních 12 kg. Scherbius zkusil nabízet svůj šifrovací stroj jak obchodní komunitě, tak vojenským kruhům, přičemž pro každou z těchto skupin vytvořil speciální variantu přístroje. Nabízel například základní verzi pro obchodní použití, zatímco pro ministerstvo zahraničí vytvořil luxusní diplomatickou verzi s tiskárnou namísto signální desky. Cena jednoho přístroje činila asi 20 000 liber v dnešních cenách. Vysoká cena přístroje však potenciální kupce odrazovala. Scherbius nebyl se svou narůstající frustrací sám. Další tři vynálezci ve třech různých zemích nezávisle na sobě a téměř současně přišli na myšlenku postavit šifrovací stroj s otočnými scramblery. V Nizozemsku získal roku 1919 Alexander Koch patent č. 10 700, ale svůj nápad na šifrovací stroj s rotory se mu nepodařilo proměnit v obchodní úspěch a roku 1927 patentová práva prodal. Arvid Damm ve Švédsku získal podobný patent, ale do své smrti v roce 1927 také nedokázal nalézt odbyt. Americký vynálezce Edward Hebern hluboce věřil ve svůj vynález, tzv. Bezdrátovou sfingu, jeho prohra však byla ze všech největší. V polovině 20. let 20. století začal Hebern stavět továrnu nákladem 380 000 dolarů. K jeho smůle se však právě v tomto období začala nálada americké společnosti měnit od paranoidního podezírání směrem k otevřenosti. V předchozím desetiletí, jako dozvuk první světové války, ustavila vláda americkou černou komnatu, vysoce efektivní šifrové oddělení s týmem dvaceti kryptoanalytiků, v jejichž čele stál bohémský a skvělý Herbert Yardley. Ten později napsal, že „černá komnata, zamčená, ukrytá a střežená, vidí a slyší všechno. Utajení může být sebelepší, okna sebedokonaleji zastřená, přesto její pronikavý zrak dohlédne do tajných konferenčních sálů ve Washingtonu, v Tokiu, Londýně, Paříži, Ženevě či v Římě. Její jemný sluch zachytí i sebetišší zašeptání v hlavních městech celého světa“. Americká černá komnata rozluštila během desetiletí své existence 45 000 kryptogramů, avšak v době, kdy Hebern stavěl továrnu, se stal prezidentem Herbert Hoover, který se pokusil zahájit novou éru mezinárodních vztahů. Černou komnatu rozpustil a jeho ministr zahraničí Henry Stimson prohlásil, že „gentleman - 28 - nečte cizí dopisy“. Stát, který věří, že není správné číst cizí dopisy, časem začne věřit i tomu, že jeho korespondenci také nikdo nečte, takže nevidí důvod pro pořízení kvalitních šifrovacích strojů. Hebern prodal jen dvanáct přístrojů, celkem asi za 1 200 dolarů, a roku 1926 byl nespokojenými akcionáři pohnán k soudu a podle kalifornského obchodního práva shledán vinným. Naproti tomu německé vojenské kruhy zažily šok, v jehož důsledku docenily hodnotu Enigmy, a to díky dvěma britským dokumentům. Prvním z nich byla Světová krize Winstona Churchilla, publikovaná roku 1923, v níž se dramaticky popisuje, jak Britové získali cenný německý kryptografický materiál: „Počátkem září 1914 ztroskotal v Baltském moři německý lehký křižník Magdeburg. O několik hodin později vylovili Rusové tělo utonulého německého poddůstojníka, který ke svým prsům, rukama ztuhlýma smrtelnou křečí, stále ještě tiskl šifrovací a signální knihy německého námořnictva spolu s mapami Severního moře a Helgolandského zálivu s detailně vyznačenými čtvercovými souřadnicemi. 6. září mne navštívil ruský námořní atašé. Obdržel depeši z Petrohradu, v níž se tato událost popisovala a kde se také uvádělo, že díky získaným dokumentům dokázala ruská admiralita dešifrovat přinejmenším části německé námořní komunikace. Rusové byli toho názoru, že Británie jako přední námořní velmoc by měla těmito mapami a dokumenty disponovat. Pokud vyšleme loď, ruští důstojníci nám je předají.“ Téhož roku (1923) publikovalo britské královské námořnictvo oficiální historii první světové války, kde se znovu připomínalo, že odposlech a dešifrování německé komunikace byly pro Dohodu velkou výhodou. Tyto úspěchy britské rozvědky představovaly zároveň ostré odsouzení činnosti těch, kteří odpovídali v Německu za utajení. Oni sami museli připustit a napsat do vlastní zprávy, že „německé námořní velení, jehož rádiovou komunikaci Angličané odposlouchávali a dešifrovali, hrálo proti britskému velení takříkajíc s odkrytými kartami“. Němci prozkoumali možnosti, jak se napříště vyhnout takovému kryptografickému fiasku, a došli k závěru, že nejlepším řešením je Enigma. Scherbius zahájil velkovýrobu roku 1925, již o rok později se Enigma začala používat v armádě a nakonec i ve státní správě a ve státem řízených organizacích, jako například na železnici. Tyto Enigmy se lišily od několika málo přístrojů, jež Scherbius dříve prodal komerčnímu sektoru, protože vnitřní zapojení scramblerů bylo jiné. Uživatelé komerčních přístrojů tudíž neměli přístup k vládní a vojenské komunikaci. Během dalších dvaceti let koupila německá armáda přes 30 000 přístrojů Enigma. Scherbiův vynález jí poskytl nejdokonalejší šifrovací systém na světě, takže na začátku druhé světové války disponovali Němci naprosto bezprecedentní úrovní bezpečnosti komunikací. Po nějakou dobu se zdálo, - 29 - že Enigma sehraje důležitou roli ve vítězství nacistů, nakonec se však významně podílela na Hitlerově pádu. 3.3.2 Prolomení kódu Autoři šifrovacích strojů, stejně jako autoři jiných šifrovacích klíčů, dokazovali jejich dokonalost a nerozluštitelnost. Tak se například při předvádění Enigmy v roce 1923 v Berlíně můžeme v prospektu dočíst, že: „...Přístroj je schopen vyprodukovat dvaadvacet miliard různých kódových kombinací. Kdyby se o takový výkon pokusil kterýkoli schopný matematik, musel by počítat bez přestání ve dne v noci po dobu dvaačtyřiceti tisíc let!“ Nebo: „...Počet všech možných počátečních nastavení stroje pro zašifrování zprávy je tak velký (asi 10,5 kvadrilionu možností), že kdyby každý z 1000 kryptologů se svojí Enigmou otestoval 4 nastavení za 1 minutu a pracoval by 24 hodin denně, trvalo by jim nalezení správného řešení v průměru 900 milionů let“. Tyto „ohromující údaje“ o bezpečnosti šifrování nebraly v úvahu podstatný fakt, že kryptoanalytici mají daleko účinnější metody luštění, které vůbec nespočívají v otrockém zkoušení jednoho nastavení po druhém. Přibližně za dvacet let luštitelé dokázali nesmyslnost takových úvah. Polským agentům se ještě před válkou, krátce po výrobě jeho první série, podařilo získat jeden exemplář tohoto šifrovacího stroje. Polští kryptologové vedení Marianem Rejewským podrobili šifrovací zařízení pečlivé kryptoanalýze již ve třicátých letech. Výsledkem tohoto úsilí byl elektromagnetický model Enigmy, zvaný „bomba“, který za určitých podmínek dovoloval luštit zprávy. Současně rozpracovávali metody luštění Enigmy s vydatnou pomocí Poláků také Angličané pomocí přístroje, který je považován za předchůdce samočinných počítačů. Byl později pojmenován AGNES a jeho tvůrci, Alan Mathison Turing a jeho kolega kryptolog Alfred Dilwyn Knox, vycházeli při jeho sestrojení také z polské „bomby“. První německé depeše se Angličanům podařilo rozluštit v polovině roku 1940. Díky perfektnímu utajení se Němcům nikdy nepodařilo tuto skutečnost odhalit. Tajemství systému ULTRA prozradili Angličané až 30 let po válce právě kvůli Němcům. Němci totiž po skončení války prodali Enigmu na Střední východ a luštili pak cizí zprávy zašifrované tímto strojem až do roku 1976. Japonci zakoupili v roce 1934 Enigmu i některé další šifrovací stroje a na jejich principu vyrobili vlastní šifrovací stroj. Nazývali ho 97-šiki-O-bun In-ji-ki neboli písmenkový stroj 97 (číslo znamená poslední dvě cifry letopočtu 2597 podle japonského kalendáře). Američané, aniž by tento stroj viděli, sestrojili jeho model nazvaný MAGIC, který jim umožňoval luštění japonských zpráv. Nazývali tuto šifru Purple, „purpurový kód“. Prvních úspěchů dosáhli - 30 - američtí luštitelé, zvláště Leon Rosen, pod Friedmanovým vedením, v září 1940, několik dní před utvořením spojenecké osy Berlín – Řím – Tokio. Scherbius nežil dost dlouho, aby na vlastní oči viděl úspěch a porážku svého šifrovacího systému. Roku 1929 se mu vymklo z rukou jeho koňské spřežení, narazil s vozem do zdi a 13. května zemřel na vnitřní zranění. - 31 - 4. Poválečný vývoj, vznik internetu 4.1 Počítače po 2. světové válce 4.1.1 1948 – SSEC (Eckert, USA) V lednu roku 1948 dokončuje Wallace Eckert (1902-1971) s týmem spolupracovníků u firmy IBM počítač SSEC („Selective Sequence Electronic Calculator“). Tento počítač byl z technologické stránky zajímavým hybridem, měl 8 registrů, které byly realizovány pomocí elektronek, dále 150 registrů, vytvořených pomocí elektromagnetických relé, a svůj program měl zčásti uložen v paměti a zčásti byl ovládán pomocí propojovací desky (tzv. plugboardu). Firma IBM považuje SSEC za svůj první počítač. Podle dostupných pramenů existoval jen v jediném exempláři. 4.1.2 1948 – Manchester MARK I (Newman a Williams, Velká Británie) V květnu 1948 dokončil tým odborníků na Manchester University ve Velké Británii prototyp počítače, nazvaného netradičně MARK I (pro odlišení od amerického Manchester Mark I). Byl prvním fungujícím počítačem, vytvořeným podle von Neumannovy koncepce, s programem uloženým v paměti (zatímco EDVAC, na kterém pracoval sám von Neumann, byl dokončen až v roce 1952). Manchester MARK I byl zajímavý také tím, že v něm byly poprvé použity pro realizaci operační paměti tzv. paměťové obrazovky (šlo ostatně o vynález jednoho z autorů tohoto počítače, F.C.Williamse). Podstata paměťové obrazovky spočívá v tom, že na stínítku se po osvícení určitého bodu po jistou dobu udrží zbytkový náboj. Ten je možné následně zase přečíst (tak, že se tímto bodem nechá projít další elektronový paprsek, a jeho intenzita se vyhodnotí speciální elektrodou za stínítkem). Je to sice poněkud nespolehlivé, zato ale rychlé, relativně laciné, a velmi kompaktní (na jedné obrazovce je takto možné uchovávat až 2048 bitů). Na dnešní dobu je to sice žalostně málo, ale tehdy to bylo mnohem více, než kterákoli jiná paměť. Počítač MARK I používal šest takovýchto paměťových obrazovek. Program byl tomuto počítači nejprve zadáván v binárním tvaru přímo z klávesnice, odkud se ukládal do paměti. Výstupy byly odečítány opět v binárním tvaru) z některé z obrazovek. Později se k autorskému týmu připojil i Alan Turing, a vymyslel jednoduchou formu jazyka symbolických adres (asembleru). - 32 - 4.1.3 1949 – Whirlwind (Foerster, USA) V roce 1949 uvedl Jay W. Forester s týmem spolupracovníků na MIT do chodu počítač Whirlwind, vyvinutý na zakázku pro americké námořnictvo. Byl to první počítač, určený pro práci v reálném čase. Dosahoval úctyhodného počtu 500000 sčítání a 50000 násobení za sekundu. Zpočátku používal paměťové obrazovky, později pak přešel na použití feritových pamětí (jejichž autorství je připisováno právě Jay Forresterovi). 4.1.4 1949 – EDSAC (Wilkes, Velká Británie) Maurice V. Wilkes na Cambridge University dokončil v červnu 1949 počítač EDSAC („Electronic Delay Storage Automatic Computer“), který vycházel ze zásad, formulovaných von Neumannem v jeho článku o koncepci počítače EDVAC („First draft report on the EDVAC“). Vstupní data si tento počítač četl z děrné pásky, a poprvé u něj bylo použito počáteční zavádění systémových programů („biotiny“) z read-only (určené jen ke čtení) paměti, řešené ještě mechanicky, pomocí telefonních číselníků. Pro operační paměť tohoto počítače byl poprvé použit další zajímavý princip, tzv. zpožďovací linky. Data byla v těchto zpožďovacích linkách cyklicky převáděna z formy elektronických impulzů na zvukové (resp. ultrazvukové) impulsy, které byly vysílány do trubky, naplněné rtutí, na druhém konci byly zase snímány, převedeny do formy elektronických impulsů atd. V počítači EDSAC se používalo 32 takovýchto trubek plněných rtutí, v délce 5 stop (1,52 m). Celkem vytvářely paměť o kapacitě 256 slov šířky 35 bitů. 4.1.5 1949 – BINAC (Eckert a Mauchly, USA) Eckert a Mauchly, tvůrci ENIACu, si založili vlastní firmu, a v rámci ní zkonstruovali pro US Air Force počítač BINAC („Binary Automatic Computer“). Byl to rozměrově velmi malý počítač (zabíral plochu jen asi 4 čtverečních stop), měl jen 700 elektronek a 512 slov paměti o šířce 31 bitů. Údajně to byl tento počítač míněn jako první krok na cestě k palubním počítačům v letadlech. Byl zajímavý také tím, že byl vybaven dvěma procesory (zapojenými do tandemu, za účelem zvýšení spolehlivosti). 4.1.6 1951 – UNIVAC (Eckert a Mauchly, USA) Poté, co Eckert a Mauchly prodali svou firmu společnosti Remington Rand, dokončili svůj první počítač UNIVAC („Universal Automatic Computer“), který je prvním komerčně vyráběným počítačem v USA. Má operační paměť o kapacitě 1000 slov, realizovanou - 33 - pomocí zpožďovacích linek, obsahuje 5000 elektronek, a zabírá plochu 200 čtverečních stop. 4.1.7 1952 – EDVAC (von Neumann, USA) V tomto roce je konečně dokončen počítač EDVAC, jehož koncepce se stala vzorem všech novodobých počítačů. EDVAC má 4000 elektronek, 10000 krystalových diod, 1024 slov šířky 44 bitů, realizovaných pomocí zpožďovacích linek. Pracuje s taktovací frekvencí 1 MHz. 4.2 1951 – Mikroprogramování Provedení každé strojové instrukce se vždy skládá z určitého počtu dílčích akcí, které mohou provádět různé části počítače samy, či ve vzájemné spolupráci, vždy ale za potřebné vzájemné součinnosti. Tím, kdo tuto koordinaci zajišťuje, kdo jednotlivým částem počítače vysílá nezbytné pokyny a kdo dohlíží na jejich správnou činnost, je ,podle von Neumannovy koncepce, řadič. On sám přitom vychází z právě prováděné strojové instrukce, od které pak odvozuje svůj postup. Po konstrukční stránce byly řadiče nejprve řešeny jako jednoúčelové sekvenční obvody, „šité na míru“ konkrétnímu repertoáru strojových instrukcí, kterými byl počítač vybaven. Již v roce 1951 si ale prof. Maurice V. Wilkes povšiml značné podobnosti mezi činností počítače jako takového, který vykonává určitý program, a činností řadiče, který vykonává konkrétní strojovou instrukci. Podobnost spatřoval především v tom, že oba postupují podle předem stanoveného plánu (programu), a podle něj vykonávají určité akce (či zadávají jejich provedení). Při podrobnějším zkoumání nalezl profesor Wilkes další podobnosti – například v potřebě větvení podle výsledku dosavadních činností, opakování stejných činností (podprogramů) apod. Jeho celkový dojem byl takový, jako kdyby řadič byl „počítačem v počítači“, nebo jako kdyby šlo o počítač, který je v hierarchii stupňů abstrakce „o jedno patro níže“. Na základě toho pak profesor Wilkes přišel s myšlenkou realizovat řadič skutečně jako „počítač v malém“ – jednotlivé dílčí akce (mikrooperace, resp. mikroinstrukce), ze kterých se skládá provedení konkrétní strojové instrukce, navrhl sestavovat do větších celků, tzv. mikroprogramů, které by byly umístěny v tzv. řídící paměti, odkud by byly jednotlivé mikroinstrukce průběžně načítány a prováděny. Podobně jako von Neumann, vycházel i Wilkes z myšlenky, že je výhodnější neměnit vnitřní strukturu řadiče (resp. počítače), ale přizpůsobovat - 34 - jeho činnost konkrétním požadavkům programovými prostředky – v případě mikroprogramového řadiče tzv. mikroprogramováním. 4.3 1956 – Asynchronní vstupně/výstupní operace Jednou z nejvíce kritizovaných vlastností von Neumannovy architektury je její čistě sekvenční charakter, který nepočítá s tím, že by se provádělo více činností souběžně. To ostatně souvisí i s představou, že procesor (resp. řadič jako část procesoru) bude bezprostředně řídit skutečně všechny prováděné činnosti, včetně vstupně výstupních operací. Zajímavé je, že toto omezení začalo již velmi brzy vadit. Důvod byl ten, že rychlost procesoru i většiny ostatních částí počítače prakticky od začátku řádově převyšovala rychlost všech vstupně/výstupních zařízení mechanického charakteru (zejména snímačů děrných pásek a štítků, jejich děrovačů, tiskáren). Pokud by ale procesor (resp. řadič) skutečně přímo řídil takováto vstupně/výstupní zařízení, musel by se nutně přizpůsobovat jejich rychlosti. Efekt by pak byl takový, že drtivou většinu času by procesor musel trávit čekáním na připravenost těchto zařízení. Přitom bezprostřední řízení jednotlivých periferií je vesměs natolik jednoduché, že je lze svěřit nepříliš složitému jednoúčelovému obvodu. A tak se stalo, že k jednotlivým periferním zařízením se začaly přidávat samostatné řadiče (nejčastěji označované jako tzv. řídící jednotky), které převzaly na svá bedra úlohu bezprostředního řízení vlastních zařízení. Procesor těmto řídícím jednotkám vždy zašle explicitní pokyn k zahájení určité vstupně/výstupní operace či její dílčí části, a řídící jednotka pak určitou dobu pracuje samostatně, dokud zadaný pokyn nedokončí. Jelikož přitom řídící jednotka pracuje „svým tempem“ (tj. nezávisle na rychlosti procesoru), hovoří se v této souvislosti také o asynchronním průběhu vstupně/výstupních operací 4.4 1956 – Kanály a přímý přístup do paměti Asynchronní vstupně/výstupní operace značně odlehčily procesoru, a umožnily mu věnovat se jiným, užitečným věcem (prováděním jiných programů). Stále však procesoru zbývalo mnoho povinností, spojených s průběhem vstupně/výstupních operací. Například veškerý přesun dat mezi pamětí a vstupně/výstupním zařízením musel zajišťovat právě procesor, který měl jako jediný přístup k operační paměti. Pokud byly obsluhované periferie relativně pomalé a přenášených dat poměrně málo – jako například při tisku na tiskárně – procesor to nijak zvlášť nezatěžovalo. Ovšem v - 35 - případě rychlých periferií, které vyžadují přenosy velkých objemů dat (jako například disky) došlo k zajímavé situaci: procesor byl velmi často přerušován (za účelem přenosu dat z/do periferie), a míra jeho schopnosti vykonávat vedle toho ještě i jiný program byla tudíž značně omezená. Dokonce se mohlo stát i to, že procesor jednoduše „nestíhal“ přenášet data z/do periferie potřebnou rychlostí. Ve snaze ještě více odlehčit procesoru se přišlo na zajímavé řešení: zabudovat do počítače specializovaný subsystém, tzv. kanál, určený výhradně k zajišťování přenosů dat mezi operační pamětí a periferními zařízeními. Periferie se pak se svými žádostmi o jednotlivé přenosy dat nemusí obracet přímo na procesor, ale místo toho se obrací na kanál. S příchodem kanálu tedy procesor ztratil svou výlučnost přístupu k operační paměti, protože i kanál ke své funkci vyžaduje schopnost toho, čemu se dnes říká přímý přístup do paměti (Direct Memory Access). 4.5 1957 – Programovací jazyk vyšší úrovně Každý počítač má vždy definován určitý repertoár strojových instrukcí, které je schopen provádět (neboli tzv. instrukční sadu). Programy, které je takovýto počítač schopen přímo vykonávat, pak musí být sestaveny právě a pouze z těchto strojových instrukcí. Přitom každý počítač má obecně jinou instrukční sadu, jiný repertoár registrů, se kterými tyto instrukce pracují, jiné způsoby adresování atd. Programátor, který svůj program, sestavuje přímo z jednotlivých strojových instrukcí (zapisovaných symbolicky v tzv. jazyku symbolických adres neboli asembleru nebo přímo v číselném tvaru), samozřejmě musí tyto strojové instrukce znát, a s nimi musí dosti podrobně znát i další detaily, jako skladbu registrů, způsoby adresování, významy příznaků apod. Programátor, který programuje na úrovni strojového kódu, si tedy musí být vědom, že pracuje na určitém konkrétním počítači, a musí respektovat jeho specifika. Úkol vytvořit strojově nezávislý jazyk si poprvé předsevzala v roce 1954 skupina vědců od firmy IBM, vedená Johnem Backusem. Jejich cílem bylo vytvořit strojově nezávislý programovací jazyk vysoké úrovně, určený především pro vědeckotechnické výpočty a řešení nejrůznější matematických a inženýrských problémů. Výsledek své práce mohla skupina představit světu v roce 1957. Byl jím programovací jazyk, který nazvali FORTRAN (od: FORmula TRANslation). V poměrně rychlém sledu za ním pak následovaly další strojově-nezávislé programovací jazyky: v roce 1958 jazyk LIPS (LISt Processor) pro umělou inteligenci, v roce 1960 jazyk COBOL (COmmon Business Oriented Language), a v témže roce univerzální programovací jazyk ALGOL - 36 - (Algorithmic Language, jehož první verze pochází z roku 1958, ale praktického využití se dočkala až verze, pocházející z roku 1960). Z roku 1961 pochází první programovací jazyk, určený pro počítačové simulace (jazyk GPSS, neboli General Purpose Systems Simulator). BASIC (Beginner's All-purpose Symbolic Instruction Code) pochází z roku 1964 a jazyk Pascal byl vytvořen roku 1971. V roce 1974 pak vylepšením nepříliš známého programovacího jazyka B vzniká mnohem známější jazyk C, a v roce 1979 se objevuje programovací jazyk Ada. Tím ovšem není vývoj programovacích jazyků zdaleka vyčerpán. 4.6 1958 – Virtuální paměť Rychlé pokroky, ke kterým docházelo v nejrůznějších technologiích, umožňovaly konstruovat stále dokonalejší a rychlejší počítače, s větším objemem paměti, a se stále většími schopnostmi. Ovšem požadavky uživatelů rostly ještě rychleji, než technologické možnosti výrobců. Nejmarkantnější byl rozpor mezi požadavky uživatelů a aktuálními možnostmi výrobních technologií v oblasti pamětí. Uživatelé, zlákáni možnostmi počítačů, požadovali stále větší a větší objemy operačních pamětí. To bylo v principu možné řešit přidáváním dalších a dalších paměťových modulů, dokud se nenarazilo na případná konstrukční omezení, daná volným místem pro jejich umístění, kapacitou napájení, možnostmi chlazení atd. Se zajímavým nápadem přišla kolem roku 1958 skupina vědců z univerzity v anglickém Manchesteru (při práci na počítači Atlas). Přišli na způsob, jak uživatelům pouze předstírat, že mají k dispozici větší objem operační paměti, zatímco skutečný objem této paměti větší není. Podstata řešení spočívá v oddělení toho, co uživatelé a jejich programy vnímají (tj. toho, co si uvědomují, resp. s čím si myslí, že pracují), od toho, s čím pracují doopravdy. Vedle skutečné a reálně existující paměti se tedy zavedla ještě další paměť, která je pouze iluzí předkládanou uživatelům a jejich programům (a která reálně neexistuje, je pouze předstírána – proto se jí také říká virtuální). Pokud se vše šikovně zařídí, může být virtuální paměť výrazně větší, než reálná paměť. Uživatel, jehož programy „vnímají“ pouze tuto virtuální paměť, si pak může myslet, že pracuje s velmi velkou pamětí, zatímco ve skutečnosti pracuje s pamětí mnohem menší. Statistickým sledováním mnoha programů se zjistilo, že tyto nesahají do operační paměti zcela na přeskáčku. Naopak, rozumně napsaný program vždy po jistou dobu vystačí - 37 - s poměrně malou částí operační paměti (nebo s několika málo takovýmito částmi, ze kterých čte a do kterých zapisuje). Do skutečně existující paměti se průběžně přesouvají právě jen tyto menší části, se kterými program v danou chvíli pracuje, zatímco zbývající části mohou být uloženy například na disku. Rozsah virtuální paměti (se kterou si uživatel myslí, že pracuje), je pak dán kapacitními možnostmi disku, a nikoli skutečným objemem reálně existující paměti. Existuje dokonce více různých technik pro realizaci virtuální paměti. Nejpoužívanější z nich je tzv. stránkování (paging), které mezi operační pamětí a diskem přesouvá celé tzv. stránky (vždy stejně velké, např. 1 kB, 2 kB, 4 kB apod.). Další používanou technikou pro realizaci virtuální paměti je tzv. segmentace (segmentation). 4.7 Vznik internetu Jen těžko lze najít časový okamžik, který by určoval začátek historie Internetu. Snad by jím mohl být rok 1957, kdy SSSR vypustil Sputnik, první umělou družici Země. Spojené státy s tímto krokem příliš nepočítaly a proto musely rychle reagovat. Jejich odezvou bylo založení Agentury pro pokročilé výzkumné projekty (ARPA – Advanced Research Project Agency) v rámci Ministerstva obrany, jejíž úkolem bylo převzetí vedoucí pozice v oblasti vědy a technologie použitelné ve vojenství. Firma RAND Corporation dostává úkol týkající se návrhu systému komunikace jednotlivých administrativních orgánů, který by obstál i v případě rozpoutání jaderné války. Smyslem tohoto systému mělo být zabezpečení komunikace mezi jednotlivými členy unie, městy, vojenskými základnami aj. Jako nejvhodnější bylo nakonec vybráno řešení v podobě komunikační sítě, jejíž jednotlivé uzly budou rovnocenné, tedy nebude existovat žádná centrála. Kvůli spolehlivosti se přenášená data rozdělí na přiměřeně velké části – tzv. pakety, které se již budou přenášet samostatně. Všechny pakety ponesou informaci o svém příjemci a cesta každého paketu bude určena samostatně, tedy nezávisle na ostatních paketech. V případě, že bude zničena jedna z cest, paket může dojít ke adresátovi cestou jinou. V roce 1967 byl poprvé L. G. Robertsem prezentován návrh designu sítě ARPANET, síť samotná byla založena v roce 1969, jejím domovem se staly čtyři vědecké instituce – Stanfordský výzkumný institut, univerzita v Los Angeles, Santa Barbaře a Utahská univerzita. Cílem ARPAnetu bylo umožnit dálkový přístup k nejvýkonnějším počítačům ve výše zmíněných institucích. - 38 - Roku 1972 se objevil zavináč. Larry Roberts naprogramoval první program pro příjem a odesílaní e-mailů. O rok později Vint Cerf a Bob Kahn publikovali práci „A Protocol for Packet Network Interconnection“, která specifikovala návrh protokolu TCP. Vznikla organizace InterNetworking Group, která po desetiletém vývoji světu přinesla protokol TCP/IP (1982). V roce 1973 měl ARPANET již 31 uživatelů. A začal se šířit za hranice Spojených států, konkrétně byla spojena University College of London. Programy pro elektronickou komunikaci se neustále zlepšovaly. V roce 1983 čítal ARPANET již 562 uživatelů, proto vznikla ryze armádní síť Milnet. Samotný ARPANET fungoval dál. V Evropě vznikly například sítě MINET, EUnet (výměna vědeckých informací) mezi Nizozením, Švédskem, Dánskem a Velkou Británií, a EARN pro vědecké účely, kterou finančně podporovala evropská pobočka IBM. Již počátkem roku 1989 se na půdě ústavu částicové fyziky CERN objevil dokument HyperText and CERN, jenž popisoval možnosti vytvoření interního distribuovaného systému jako jednotné nadstavby nad mnoha různorodými informačními zdroji. Autorem tohoto dokumentu byl Tim Berners-Lee, který později v listopadu roku 1990 předvedl první prototyp WWW serveru (jako operační systém byl zvolen NeXT). Prudký nárůst obliby WWW se datuje k září 1993, kdy byla dostupná první funkční verze velmi populárního prohlížeče NCSA Mosaic. Tehdy se na Internetu začaly ve velkém objevovat komerční organizace, nejprve počítačové, později i firmy z dalších oborů lidské společnosti. V mnoha státech se Internet stává běžnou součástí každodenního života. - 39 - 5. Počítače do každé domácnosti 5.1 1967 – Osobní počítače Roku 1967 Angličan Norman Kitz realizoval svou Anitou Mark 8 první elektronický osobní počítač (PC – personal computer). Umožnila to novinka z USA z roku 1965. Firma IBM tam postavila první elektronický počítač (System 360) na bázi monolitní techniky s využitím integrovaných obvodů. Tím byla otevřena cesta ke stavbě malých výkonných počítačů. S vynálezem systému LED, tj. zobrazování čísel prostřednictvím segmentů světelných diod tu byl k dispozici i pro malé počítačky využitelný způsob „displeje“, který se brzy stal běžným i u kapesních kalkulátorů. Elektronické osobní počítače svými speciálními přednostmi výrazně překonaly do té doby obvyklé kancelářské výpočetní pomůcky: logaritmická pravítka a elektromechanické kalkulačky. První počítače tohoto druhu, jako právě Anita Mark 8, ovládaly sotva víc než čtyři základní početní operace. Záhy však přišly na trh stroje se zaprogramovanými vyššími matematickými funkcemi – odmocninami, logaritmy, goniometrickými funkcemi atd. Jejich extrémně rychlé rozšíření po celém světě umožnilo už od samého počátku jejich hromadnou výrobu, což vedlo ke snižování ceny a tím ještě mnohem víc zvyšovalo odbyt. Logaritmická pravítka a tabulky tím byly vytlačeny z mnoha oblastí. 5.2 1971 – Mikroprocesory V roce 1971 na základě vývojových prací M. Hoffa z roku 1969 zavedla americká firma Texas Instruments poprvé výrobu mikroprocesorů. Mikroprocesor je integrovaný obvod. V počítači plní funkci centrální jednotky (CPU – Central Processing Unit). Jednotka CPU centrálně řídí výstup a koordinuje celý počítačový systém, a k tomu navíc provádí (většinou) v pořadí jednotlivé příkazy vloženého programu. Tato funkční jednotka soustředěná do mikroprocesoru je pouze jednou částí celého mikropočítače. Pracuje ve spojení s dalšími integrovanými obvody, např. paměťmi, vstupními a výstupními jednotkami a generátory pulsů. Na rozdíl od centrálních jednotek velkých počítačů zpracovávali mikroprocesory z počátku jen kratší binární „slova“ o délce dvou, čtyř nebo osmi bitů oproti dnešním 16 a 64 bitům. Zato byla doba výpočtu zásluhou nepatrných délek dráhy elektronů v důsledku - 40 - mikrominiaturizace extrémně krátká. Pro sečtení dvou čísel nebo pro cyklus napsání a přečtení potřebují mikroprocesory „cyklový“ čas kolem jedné až dvou mikrosekund. 5.2.1 Intel 4004 První programovatelný čip, který v roce 1969 u IBM vypracoval Marcian (Ted) Hoff. Tento čip byl vyráběn později (1971), jako 4bitový procesor pro kalkulačky. Původní typ 4004 (46 instrukcí) byl po několika vylepšeních (například 60 instrukcí, 8 kB programové paměti) nabízen pod označením Intel 4040. Podle dnešních měřítek byl Intel 4004 velice primitivní – obsahoval pouhých 2 300 tranzistorů (pozn.: polovodičová součástka tvořená dvojicí PN přechodů, základní součástka všech dnešních procesorů), jeho taktovací kmitočet byl 740 kHz a prováděl asi 60 tisíc výpočtů za sekundu. Hlavní význam Intelu 4004 spočívá v tom, že byl schopen přijímat instrukce a provádět na základě dat jednoduché operace. Zatímco předtím musel být každý čip ke svému specifickému poslání již vyroben, teď mohl být vyroben a později k příslušnému účelu naprogramován pouze jediný typ mikroprocesoru. To také samozřejmě znamenalo bouřlivou invazi mikroprocesorů do všedního života ohromného množství lidí. Náhle se svými mikroprocesory chlubily mikrovlnné trouby, televize i automobily s elektronickým vstřikováním paliva. Obr. 11 – Vnitřní struktura Intel 4004 - 41 - Ve stejném roce (tj. 1969) Intel oznámil, že vyvinul 1 kB čip RAM (Random Access Memory – paměť s náhodným přístupem), který měl podstatně větší kapacitu něž kterákoli předtím vyrobená paměť. 5.2.2 Intel 8008 V dubnu 1972 potom Intel představil první 8bitový mikroprocesor – čip 8008 s 16 kB paměti a taktovacím kmitočtem 200 kHz. Tento čip založený na desetimikronové technologii obsahuje 3 500 tranzistorů a pracuje rychlostí 60 tisíc operací za sekundu. Původně byl vyvinut jako řídící jednotka terminálu pro Computer Terminal Corporation (tato společnost se později přejmenovala na Datapoint). 5.2.3 Intel 8080 Nástupcem typu 8008 se v roce 1974 stal čip 8080 s 16 bitovou adresovou sběrnicí a 8bitovou datovou sběrnicí. Tento procesor je označován jako 8bitový procesor druhé generace. Je schopen přímo adresovat 65 kB paměti a doba, po kterou trvá provedení některé základní instrukce, nepřekračuje 2 mikrosekundy. Tento mikroprocesor byl integrovaný obvod obsahující cca 5000 trazistorů a umístěný v pouzdře o rozměrech 49x13mm se 40 vývody. Mikroprocesor byl použit v prvním obecně známém osobním počítači Altair 8800. Za Intel, vedoucího průkopníka mikroprocesorových technologií, se brzy zavěsil peloton dalších společností vyrábějících mikroprocesory – National Semiconductor, Motorola, Texas Instruments, Toshiba ad. V ČSSR se Intel 8080 vyráběl pod označením MHB8080A. 5.3 Kapesní formát Roku 1980 uvedly na trh japonské firmy Sharp, Casio, Sanyo a Panasonic i americký podnik Tandy první kapesní počítače. Tyto příruční přístroje disponovaly všemi podstatnými vlastnostmi větších počítačů, jenom jejich kapacita paměti byla skromnější a kapesní počítače pracovaly také pomaleji něž počítače velké. Tento typ počítačů měl pevně naprogramované výpočetní funkce od základních matematických operací až k matematickým komplexním funkcím. Mimo to byly však volně programovatelné ve vyšším programovacím jazyce. Počítače spolupracovaly přes spojovací rozhraní s vnějšími paměťmi, databázemi a s tiskárnami. Často měly malé LCD displeje nebo používají televizní monitory. - 42 - 5.4 Kancelářské vybavení Vzhledem ke svému stále dokonalejšímu technickému a programovému vybavení (hardwaru a softwaru) nacházely stolní počítače kolem 1983 stále větší uplatnění v kancelářích. Pro jejich vývoj je typické, že cena počítačů stále drasticky klesá a že je k dispozici stále více speciálně uživatelsky orientovaných programů, které usnadňují laikům využití moderních počítačů. Tak existují četné programy pro účetnictví, pro vedení skladu, pro řízení osobní agendy, pro zpracování textu, pro řešení statistických úloh a mnoho dalších směrů lidské činnosti. Zařízení, známá jako osobní nebo kancelářské počítače (PC), jsou vybavena centrální výpočetní jednotkou, klávesnicí a monitorem (displejem) s možností připojit další periferní zařízení jako tiskárnu, telefonní modem a řadu dalších. 5.5 Disketa Kolem roku 1983 se jako standardní periferní paměť pro osobní počítače začaly stále více používat diskety s magnetickou vrstvou (floppy disk – pružný disk). Každá disketa se skládá z vlastního magnetického disku (nosiče magnetické vrstvy) a pružné nebo pevné obálky.. Magnetické diskety mají průměr 3,5“ (asi 90 mm), 5,25“ (asi 130 mm) nebo 8“ (asi 200 mm). Disketa má uprostřed otvor, kterým se osazuje do počítače (podobně jako gramofonová deska). V podélném radiálním řezu obálky se k magnetické vrstvě přitlačí čtecí a záznamová hlava mechanické pohonné jednotky. Může pak v koncentrických drahách zaznamenávat a číst data, zapsaná na disketě. Doba přístupu k zápisu (tj. zpoždění) je asi 100 milisekund. Objem zaznamenaných dat je rozdílný. Diskety 5,25“ mají kapacitu od 0,08 až 1,3 MB (což odpovídá asi 0,64 až 10,5 miliónům bitů), záleží na tom, s jakou hustotou budou data zaznamenána a zda se využije jen jedna nebo obě strany diskety a na jaký typ disket se budou data nahrávat. Disketa tak úspěšně nahradila dříve užívanou magnetickou pásku. 5.6 Osmibity Osmibity ovládly osmdesátá léta. Díky využití „laciného“ procesoru v počítačích náhle poklesla jejich dosud téměř neskutečná cena na snesitelnou úroveň a netrvalo dlouho a osmibitové počítače se začaly lavinovitě šířit. Byly určeny převážně pro použití v domácnosti, ale občas byly používány i pro některé průmyslové aplikace (většinou řízení různých strojů, menší databáze a podobně). Ale opravdovým těžištěm jejich využití byly hry. Najednou se každý, pokud toho byl alespoň minimálně schopen, snažil napsat svůj - 43 - vlastní program – od sečtení dvou čísel přes výpočet kvadratické rovnice až třeba po perfektní střílečku. Jako vstupní medium se u těchto počítačů většinou používal kazetový magnetofon, později se objevila i nekonečná páska (microdrive) a ještě později také disketová jednotka o kapacitě až 360 kB. Kazetový magnetofon byl zároveň výhodou i nevýhodou – nevýhodné bylo relativně dlouhé čekání, než se nahraje hra, nebo složité seřizování magnetofonové hlavy šroubovákem, ale výhodou oproti tomu bylo poměrně snadné kopírování. Softwarové, možná spíše herní, pirátství jen kvetlo. V převážné většině případů byly osmibity vybaveny některou z variant jazyka BASIC. Používali ho především začátečníci. Existovalo mnoho variant tohoto jazyka – jmenujme například BASIC-G, ten byl určen pro vytváření her a grafických aplikací, či Turbo BASIC. Z neznámějších zahraničních osmibitů můžeme jmenovat Sinclair ZX Spectrum, který se stal opravdovou legendou, Atari, Commodore, Sord... U nás patřily mezi nejrozšířenější IQ 151, PMD 85 či Didaktik Gama. 5.6.1 Vic 20 Jedním z prvních osmibitů byl Vic 20, který byl představen v lednu roku 1981. Měl osmibitový procesor s označením 6502A, operační paměť o velikosti 5kB rozšiřitelnou až na 32 kB, přičemž k dispozici byla všelijaká vylepšení – klávesnice s 61 alfanumerickými a 4 funkčními klávesami, 22 x 23 řádkový textový displej, barevná grafika a skvělé zvukové možnosti. Nevýhodou bylo, že Vic 20 potřeboval speciální jednotku na datové kazety nebo speciální diskovou mechaniku. Jeho pořizovací cena byla 299 USD. Na vrcholu své éry dosahovala jeho produkce 9000 kusů denně. Vzhledem k tomu, že měla firma Commodore, která Vic 20 vyráběla, tolik prozíravosti, že ho vybavila dokonce i joystickovým portem, byl to počítač jako dělaný pro hry. Stal se dokonce úplně prvním počítačem, jehož hry byly úspěšné na obou stranách Atlantiku. 5.6.2 Commodore Dalším známým počítačem této kategorie je Commodore 64 (64kB operační paměti, speciální zvukový čip SID) a později i jeho rozšířená verze Commodore SX64. Ta měla i vestavěný barevný monitor a diskovou mechaniku. Výhodou Commodoru byl dunivý zvuk, jemné barvy a snadné ovládání. - 44 - Obr. 12 – Commodore 64 5.6.3 Atari Atari vyvinulo celou řadu osmibitových počítačů, počínaje herními konzolemi Atari 400/800. Atari 1200 XL bylo první vylepšenou verzí uvedených Atari 400/800. Mělo mnohem elegantnější krabici než předchozí modely a ke standardní Atari klávesnici byly přidány čtyři programovatelné klávesy funkcí a klávesa help. K dispozici bylo 64 kB operační paměti, jeden port na cartridge a dva porty na joysticky. Disponovalo také čtyřkanálovým zvukem a vestavěnou diagnostikou. Jeho nový operační systém (XL OS) se však naneštěstí ukázal být nekompatibilní s některými cartridgemi a programy, a to včetně těch přímo od Atari. Dalšími veleúspěšnými modely byly Atari 800 XL/XE, Atari 130 XE. Obr. 13 – Atari 800 XE 5.6.4 ZX Spektrum Počítač Sinclair ZX Spectrum nebyl prvním počinem majitele firmy Sinclair Research sira Clivea Sinclaira na tomto poli. Spectru předcházely již dva relativně úspěšné modely, a to Sinclair ZX-80 a Sinclair ZX-81. Spectrum bylo uvolněno v roce 1982 a jeho popularita se i díky šikovně a důrazně vedené reklamní kampani neustále zvyšovala, až se ve Velké Británii stalo asi nejprodávanějším počítačem zaměřeným především na hry a vzdělání. Nezanedbatelným faktorem zajisté bylo i to, že jeho cena byla oproti srovnatelným konkurenčním výrobkům téměř poloviční. Podnikavci v mnoha zemích (včetně USA a tehdejšího SSSR) se snažili Spectrum napodobit jak protiprávně, tak i na základě licencí, ale žádný z jeho „klonů“ nebyl tak úspěšný jako anglický originál. Vinu na - 45 - tom měla především nekompatibilita britských a „nebritských“ počítačů a také nedostupnost příslušného softwaru v těchto zemích. Tento počítač disponoval procesorem Z80A taktovaným na 3,5 MHz, ROM (Read Only Memory – paměť jen pro čtení) o kapacitě 16 kB a RAM o kapacitě 48 kB. Jeho krabice nebyla příliš nápadná – výlisek z černé umělé hmoty se šedivými gumovými klávesami, podobnými tlačítkům na kalkulačce. I uspořádání klávesnice bylo nestandardní – mezerník nebyl na klasickém místě ve spodní řadě kláves, ale byl umístěn na pravé straně klávesnice. Všechny speciální klávesy chyběly, tedy s výjimkou klávesy Enter a dvou kláves Shift. Tyto dvě klávesy byly známy jako CAPS-SHIFT a SYMBOL-SHIFT a v podstatě nahrazovaly všechny další speciální klávesy (šipky, Break a podobně). Nevýhodou jsou i poměrně dost omezené možnosti vstupů a výstupů (propojení na televizi, vstup a výstup na pásku a slot na rozšíření sběrnice), které ovšem byly kompenzovány množstvím přídavného hardwaru, většinou od jiných výrobců, než byl přímo Sinclair Research. Mezi nejznámější periferní zařízení patřila tiskárna Sinclair Thermal Printer, která byla „připíchnutá“ na slot sběrnice a ke svému provozu potřebovala speciální tepelný papír. Obr. 14 – Sinclair ZX Spektrum 5.6.5 Didaktik Slovenský výrobce se pokusil na slávu ZX Spectra navázat v roce 1987 počítačem Didaktik Gama, který měl 32 kB RAM navíc. Objevilo se několik programů, které byly schopny rozšířenou paměť využívat, ale tyto hardwarové úpravy zapříčinili zmenšení kompatibility a proto nebyly do dalšího modelu, zvaného Didaktik M, vůbec implementovány. Později začal výrobce přecházet na výrobu jiného sortimentu a vývoji počítačů se v podstatě přestal věnovat. Obr. 15 – Didaktik Gama - 46 - 5.7 Takřka dnešní Počítače, které architekturou, vzhledem a velikostí zhruba odpovídají počítačům, které máme dnes na stole, se objevily na scéně počátkem 80.let. Jsou založeny na základní desce, která obsahuje čipovou sadu (chipset). K základní desce jsou připojena veškerá ostatní zařízení, typické jsou více či méně univerzální sběrnice pro připojování zařízení, jako je grafická nebo zvuková karta. Jednotlivé součástky jsou na sobě do jisté míry nezávislé, při poruše jedné není nutné měnit žádnou jinou součástku, počítač se tak stává plně modulárním zařízením. Procesory jsou zpočátku vyrobeny výhradně firmou Intel, na jejímž výzkumu je tato generace počítačů postavena. I dnes se však za jedno z kritérií kvality procesoru jiných firem považuje Intel-kompatibilita, čili slučitelnost s procesory Intel. Vlastní počítač těchto strojů je umístěn odděleně od klávesnice, na rozdíl od starších, u kterých byly tyto součásti jednom pouzdře. Kromě vzhledu došlo ke značnému pokroku ve výkonech počítačů, pohybuje se v desítkách milionů operací. Počítače se staly natolik výkonné, že mohly převzít další, náročnější úkoly, jako např. zpracování grafiky či zvukových záznamů. Běžnými se stala trvalá záznamová média – diskety a pevné disky. Operačním systémem počítačů pro domácnost se stal MS-DOS firmy Microsoft a byl nahrazen teprve devadesátých letech systémem Windows. Samozřejmě vývoj nebyl tak přímočarý a objevily se i jiné platformy např. Apple Macintosh. - 47 - 6. Pohled do budoucnosti, závěr 6.1 Optické počítače Již roku 1987 v rámci základního výzkumného programu Německé společnosti pro výzkum, řešili vědečtí pracovníci vývoj optického počítače. Tento nový druh počítačů by mohl v blízké budoucnosti nahradit dosavadní výpočetní techniku. Základním materiálem elektroniky dnešních počítačů je křemík. Jeho elektrické vlastnosti umožňují výrobu součástek, v nichž dochází k jejich přepínání z vodivého stavu do stavu nevodivého. Z ohromného počtu takových přepínačů se pak vytvářejí logické obvody. V roce 1990 americká firma AT&T Bell Laboratories vyrobila první číslicový optický procesor na světě. To, co jsou schopny udělat elektrony, mohou vykonat i světelné paprsky. Z této myšlenky vycházeli optoelektronici, když vyvíjeli procesor, který využívá svazků světelných paprsků. V každém ze čtyř bloků údajů jsou umístěny dvě laserové diody, které imitují neviditelné infračervené záření. Tyto paprsky potom přecházejí přes 32 optických relé, která v důsledku elektronického řízení buď propouštějí, nebo nepropouštějí světlo (právě tak jako tranzistor). Čtyři bloky údajů jsou navzájem spojeny optickými čočkami a maskovacími clonami (podobně jako elektrická vedení). Podle názoru vědců může optický procesor pracovat až tisíckrát rychleji než elektronický. Každý svazek světla probíhá procesorem 250 000krát za sekundu, přičemž vždy vykoná jednu operaci. Tento řídící prvek potřebuje jen velmi málo energie a má i tu výhodu, že může spolupracovat s běžnými elektronickými procesory. Lze předpokládat, že během 10-15 let se začnou všeobecně používat počítače sestrojené z optických dílů. 6.2 Kvantové počítače Miniaturizace elektroniky nabírá obrovského tempa a zdá se, že ji nic nezastaví. Zdání ale klame. Svět malých rozměrů má své zákony odlišné od světa, na který jsme si zvykli my lidé. Jde o kvantový svět, ve kterém AB není BA, ve kterém samo měření ovlivňuje stav systému, a ve kterém neplatí booleovská logika. Svět počítačů, ve kterém je zápis založen na posloupnosti nul a jedniček, nelze miniaturizovat donekonečna. Již brzy narazíme na principiální bariéru a při další miniaturizaci přestanou platit zákony, na jejichž principu fungují dnešní počítače. - 48 - Někdy v 70. a 80. letech se však začaly objevovat první nápady, týkající se využití kvantové mechaniky v informatice. Dobrou zprávou bylo, že by se dala kvantová mechanika použít i se všemi svými pozitivními dopady. To znamená všemi zvláštními jevy, které jsou jí vlastní. Horší ale bylo, že úvahy o realizaci se v té době zdály vzdálené a těžko uskutečnitelné. Na základech kvantové informatiky se tehdy podíleli především Charles Bennett, Paul Benioff, David Deutsch a Richard Feynman. Ti postupně definovali abstraktní rámec kvantové informatiky v podobě kvantového Turingova stroje, teorie o kvantové složitosti problémů a konkrétních návrhů funkčního modelu kvantového počítače. Už tehdy bylo zřejmé, že pokud by se jednou podařilo takový počítač postavit, znamenalo by to jistě zásadní průlom ve způsobu, jakým dnes počítače pracují. Od roku 1999 probíhají intenzívní pokusy na mnoha předních vědeckých pracovištích. Především jde o QUIC (Quantum Information Center) bohatě podporovaný armádní organizací DARPA, dále LANL (Los Alamos National Laboratory), MIT (Massachussettss Institute of Techology) a CALTECH (California Technology). Zatím publikované výsledky jsou velice nadějné. Již se podařilo uskutečnit přenosy qubitů (kvantový bit – základní jednotka informace podléhající kvantové logice. Základní informace 0 nebo 1 je nesena částicí v obou stavech až do provedení měření). Lidstvo bude určitě muset překonat počáteční problémy s hardwarovou architekturou kvantového počítače, s interakcí qubitů s okolím, která vede k dekoherenci (časově omezuje použitelnost kvantového počítače při výpočtu) a vzniku chyb, i se spoustou dalších potíží, které při konstrukci kvantového počítače vyvstanou. V současnosti jsme svědky zrodu kvantového hardwaru. Zatím velice primitivního, ale přece jen je jasné, že zrod použitelných kvantových počítačů je otázkou velmi krátkého času. 6.3 Mooreův zákon V roce 1965 vyslovil pan Gordon Moore, budoucí zakladatel firmy Intel a tehdy ředitel vývojového oddělení ve firmě Fairchild Semiconductors, slavný Moorův zákon, o kterém pravděpodobně slyšel každý, kdo se alespoň trochu o počítače zajímá. Ten původně zněl přibližně následovně: „S klesajícími cenami jedné součástky tím, jak roste počet součástek na čipu, bude v roce 1975 ekonomicky nejvýhodnější směstnat na jeden čip 65000 součástek.“ Původně Moore předpokládal, že počet součástek na čipu se každý rok přibližně zdvojnásobí. To je zcela jistě odvážné tvrzení, ale musí se uvést na pravou míru, že Moore ve své původní formulaci uvedl pouze předpoklad pro následujících 10 let a ne zákon, který je platný stále. Až později firma Intel tuto tezi zformulovala k marketingovým - 49 - účelům jako zákon. Pokud by platil dnes, museli bychom mít na čipu 40,5 biliónu tranzistorů, my ale máme „pouze“ stovky milionů. Protože má firma Intel velmi silný marketing a nechtěla se tohoto zákona jen tak vzdát, došlo po nějakém čase k jeho úpravě. V současné době tedy zní: „Počet tranzistorů na čipu se každý rok a půl zdvojnásobí.“ 6.4 Závěr V počítačovém světě je poměrně těžké něco předpovídat, protože rychlost vývoje se neustále mění a ne každá nově objevená cesta vede tím správným směrem. Je třeba vzít v úvahu, že materiály používané při výrobě mají jisté limitní vlastnosti, ale také to, že vždy existují alternativní způsoby výroby, které ale lidstvo ještě nemusí ovládat. Za éru existence počítačových technologií se jejich budoucí vývoj pokusila předpovědět řada odborníků, nicméně jejich vize byly obvykle překonány během několika následujících let. „Myslím si, že na světovém trhu bude poptávka nejvýše po pěti počítačích.“ Thomas Watson, předseda IBM, 1943 „Počítače by v budoucnu mohly vážit necelých 1,5 tuny.“ časopis Popular Mechanics, 1949 „Nikdo nebude mít důvod mít počítač doma.“ Ken Olson, prezident Digital Equipment Corp., 1977 „640kB by mělo stačit každému.“ Bill Gates, 1981 V roce 1954 vyšel v časopise Popular Mechanics článek o tom, jak bude pravděpodobně vypadat počítač pro domácnost v novém miléniu. „Vědci ze společnosti RAND vytvořili model domácího počítače, jak by mohl vypadat v roce 2004. Potřebné technologie však nebudou pro průměrnou domácnost ekonomicky dosažitelné. Vědci též přiznávají, že tento počítač bude ke své skutečné činnosti potřebovat dosud nevynalezené technologie, ale dá se očekávat, že technický pokrok tyto problémy za 50 let vyřeší. S teletextovým rozhraním a jazykem Fortran bude tento počítač pro každého snadno použitelný.“ - 50 - Obr. 16 – „PC Nového milénia“ - 51 - Seznam použité literatury a zdrojů informací Seznam použitých literárních publikací [1] Novák, J.: Počítač z antického vraku, příloha večerníku Praha, 11.6.2004 [2] Struik, Dirk J.: Dějiny matematiky, Praha, Orbis, 1963 [3] Svršek, J.: Matematikové v historii: Gottfried Wilhelm von Leibniz, Neviditelný pes, životopisy [4] Gregor, V.: Jednotný systém elektronických počítačů (JSEP 1 a JSEP 2), Praha, SNTL, 1985 [5] Hlavička, J.: Architektura počítačů, Praha, ČVUT, 1998 [6] Simon Singh: Kniha kódů a šifer, Praha, Dokořán, 2003 [7] Peterka P.: Od tkalcovského stavu k von Neumannově koncepci, Computerworld 6/94 [8] Petr Kulhánek: Kvantové počítače, ALDEBARAN BULETTIN, číslo 21, AGA, 2003 Jiné zdroje informací [1] Případ ukradené Enigmy: http://www.21stoleti.cz/view.php?cisloclanku=2003071831 [2] Historie počítačů tak, jak je známe dnes: http://cs.wikipedia.org/wiki/Historie_po%C4%8D%C3%ADta%C4%8D%C5%AF [3] Historie Internetu: http://www.zakon.org/robert/internet/timeline/, http://pcsvet.cz/art/article.php?id=4725# [4] Osmibity: http://www.mujweb.cz/www/osmibity/ [5] Optické počítače: http://historie.ondrejfilipek.com/index.jsp?id=optika [6] Mooreův zákon: ftp://download.intel.com/museum/Moores_Law/ArticlesPress_Releases/Gordon_Moore_1965_Article.pdf - 52 - Seznam požitého softwaru [1] Microsoft Office Word 2003 [2] Microsoft Office PowerPoint 2003 - 53 - Poděkování V úplném závěru své práce chci poděkovat Mgr. Aleši Mičkovi za to, že mi ponechal volnou ruku při zpracování látky a za jeho pomoc při vzniku konečné podoby tohoto dokumentu. Děkuji - 54 -
Podobné dokumenty
Prvohory - infomise
Asii, odkud se postupem doby rozšířil na východ. Později se abakus objevuje v Řecku a Římě. Slovo
abakus označovalo desku, která byla rozdělena na několik sloupců, ve kterých byly různé předměty
(o...
Obsah 1 Úvod - Dočasná stránka pro skripta
3.1.1 Abakus .............................................................................................................................. 6
3.1.2 Logaritmické tabulky ...............................
2. Historie výpočetní techniky. Počátky, vznik počítačů, vývoj
Historie výpočetní techniky
Za nejstaršího prapradědečka prvních počítačů je považován abakus, počítací pomůcka založená na
systému korálků , které na tyčkách či žlábcích kloužou nahoru a dolů.
Obsah 1 Úvod .........................................................
3.1.1 Abakus .............................................................................................................................. 6
3.1.2 Logaritmické tabulky ...............................
Matematické vztahy ve vědě, v reflexi o hudbě a v hudbě I. Úvod:
Etika vyložená způsobem užívaným v geometrii). 4 S tím souvisí snaha o přehledné uspořádání,
harmonickou stavbu, vyváženost všech částí celku - snaha vyškolená matematikou a
objevující se nejen ve ...
TECH
– elektronky => velký rozměr počítačů,
– I/O – mechanická záznamová média –
páska, děrovací štítky,
– náročné na údržbu,
– většina dat uložena na přenos. Médiích
– hlavní paměť – pevné nevyměniteln...
Základní pojmy ICT, hardware - Elearning VOŠ, SOŠ a SOU
tabulka, kterou používali Babyloňané okolo roku 300 př. n. l.
Ve starověkém Římě a dalších státech se používalo počítadlo – abakus. Tento druh výpočetní
pomůcky se používá v různých variantách dodn...
není práce jako práce
Mechanické počítací stroje
• Krokový kalkulátor (1673) Gottfried Wilhelm von Leibniz, uměl navíc také násobit,
dělit a provádět druhou odmocninu, nahradil původní jednoduché ploché
ozubené kolo oz...
Informatika – Historie počítačů
zstává se vedoucí firmou
v počítačové technice,
zvyvíjí dalších zařízení
(vakuový magnetopáskový stojan)
