Procesorski sistemi v telekomunikacijah Zgodovina računalnikov

  • Published on
    11-Jan-2016

  • View
    39

  • Download
    1

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Procesorski sistemi v telekomunikacijah Zgodovina raunalnikov. (c) rpd B rmen , 2010-2013. Kaj je raunalnik?. Naprava, ki manipulira podatke v skladu z danimi navodili (programom). Mehanski raunalniki Elektromehanski raunalniki (releji) Elektronke Tranzistorji Integrirana vezja - PowerPoint PPT Presentation

Transcript

  • Procesorski sistemi v telekomunikacijahZgodovina raunalnikov(c) rpd Brmen, 2010-2015

  • Kaj je raunalnik?Naprava, ki manipulira podatke v skladu z danimi navodili (programom).

    Mehanski raunalnikiElektromehanski raunalniki (releji)ElektronkeTranzistorjiIntegrirana vezja

    Teorija Alan Turing, John von Neumann*

  • Mehanski raunalnikiAbakBolj pripomoki za raunanje kot pravi raunalnikiMezopotamija (-2700 .. -2300); Egipt, Perzija (-600); Grija, Indija (-500), Rim (-100)Kitajska - sunpn (-200)Japonska soroban (1600)Maji (Mehika)Inki (Peru)*

  • Mehanski raunalniki Mehanizem iz AntikythereZgrajen okrog -150 .. -100Zobata kolescaPo preciznosti izdelave primerljiv z urami iz 17. stoletjaRaunal poloaj sonca, lune in planetov*

  • Mehanski raunalnikiPascalinaSetevanje, odtevanjeBlaise Pascal (1623-1662)... izumil leta 1642*

  • Mehanski raunalnikiArithmometerWilgodt Odhner (1845-1903)Izboljal, proizvodnja 1885Setevanje in odtevanjeMnoenje in deljenjeGottfried Wilhelm Leibniz(1646-1716)Leibnizov cilinder (1673)Charles Xavier Thomas de Colmar (1785-1870)Masovna proizvodnja 1851*

  • Mehanski raunalnikiDiferenni strojTabeliranje polinomovRoni pogonJohann Helfrich von Mller (1746-1830)Ideja 1786Charles Babbage (1791-1871)Poskus izvedbe (1822) - predragPer Georg Scheutz (1785-1873)Izvedba (1855)*

  • Mehanski raunalnikiAnalitini strojCharles Babbage (1791-1871)Snoval ga je do smrti 1871. Univerzalen programabilen mehanski raunalnikEnakovreden Turingovemu stroju, 40 let pred Turingovim rojstvom.Nikoli zgrajenAs soon as an Analytical Engine exists, it will necessarily guide the future course of the science.Passages from the Life of a Philosopher,Charles Babbage*

  • Elektrino krmiljeno mehansko stikaloReleas preklopa ... 1ms*

  • Elektromehanski raunalnikiZ3Konrad Zuse (1910-1995)Z3 (1941) replika (1960)Deutches Museum, MnchenPrvi delujo programibilen raunalnikElektromehanski (2000 relejev), Tea in poraba: 1tona, 4kWDvojiki zapis - 22 bitov, zapis s plavajoo vejicoSpomin: 64 x 22 bitovUra 5.3HzProgram na luknjanih karticahEnakovreden Turingovemu stroju (dokazano 1998)Sodelavec Helmut Schreyer, 1937, Zuseju:Zamenjajmo releje z elektronkami.

    Zuse: - Schnappsidee. *

  • Elektromehanski raunalnikiHarvard-IBM MARK IHoward Hathaway Aiken(1900-1973)MARK I (1944)Elektromehanski, 765000 komponent, 3500 relejev, 4kW elektromotor, 4.5 tonDesetiki zapis 23 desetikih mest, spomin 72 x 23 desetikih mestHitrost: 3 setevanja na sekundo, 15.3s za eno deljenjeProgram na luknjanih karticah loen program od podatkov (Harvardska arhitektura)Zanka s pomojo neskonnega trakaNi bil enakovreden Turingovemu stroju ni poznal pogojnih skokov

    Dont worry about people stealing your ideas. If your ideas are any good, you will have to ram them down peoples throats. *

  • Elektrino krmiljeno elektronsko stikaloElektronkeas preklopa ... 1us*

  • Elektronski raunalniki ENIACUniverza v PennsylvanijiJohn William MauchlyJohn Adam Presper Eckert Jr.... in drugi

    Naronik: vojskaNamen: izraun tabel za topnivo

    Prva uporaba: izrauni za razvoj vodikove bombe. ENIAC - Electronic Numerical Integrator And Computer (1946)17468 elektronk, 1500 relejev, 5 milijonov spajkanih spojevVelikost, tea in poraba: 63m2, 30 ton, 150kW, Do 2 dni delovanja med okvaramaZapis: dvojiki zapis desetikih tevil (BCD)Spomin: 20 x 10 desetikih mestUra: 100kHz, 20 pulzov za en cikel (1 branje + 1 setevanje + 1 shranjevanje)Program in rezultati na luknjanih karticah*

  • Elektronski raunalnikiEDVACUniverza v PennsylvanijiJohn William Mauchly, John Adam Presper Eckert Jr., ...

    Svetovalec: John von Neumann First Draft of a Report on the EDVAC (1945)

    Program in podatki v istem pomnilniku. 6000 elektronkVelikost, tea in poraba: 45.5m2, 7.9 ton, 56kW Zapis: dvojiki zapisSpomin: 1000 x 44 bitovHitrost: 0.86ms / setevanje (1.16kHz)EDVAC - Electronic Discrete Variable Automatic Computer (1949)*

  • John von NeumannJohn von Neumann(1903-1957)Matematik po izobrazbiDeloval na univerzi Princeton (NJ) Prispevki logika in teorija mnoic, kvantna mehanika, ekonomija in teorija iger, raunalnitvo

    Sodeloval pri razvoju vodikove bombeGeneriranje nakljunih tevilMetoda Monte-CarloFirst Draft of a Report on the EDVAC (1945) program in podatki v istem pomnilniku von Neumannovo ozko grloAlgoritem za sortiranje merge sortKoncept celinega avtomataUniverzalni konstruktor stroj, ki podvaja samega sebe *

  • Alan Mathison TuringAlan M. Turing(1912-1954)MatematikMed 2. svetovno vojno delal na razbijanju nemkh ifer (Enigma)Turingov stroj teoretien model sodobnega raunalnikaTuringov test test, ki pokae ali je stroj inteligenten uporaba danes npr. CAPTCHA testACE Automatic Computing Engine (1945) Nart za prvi raunalnik (e pred von Neumannom), ki hrani program in podatke v istem pomnilniku. Prva izvedba (1950) -1MHz tedaj najhitreji raunalnik. Turingov stroj (1937) miselni eksperiment neskonni trak (pomnilnik) procesor (avtomat) bralno-pisalna glavaDokazal, da je tak stroj sposoben izraunati vse kar je izraunljivo.

    Stroji enakovredni Turingovemu stroju vsi dananji raunalniki. (e zanemarimo zahtevo po neskonnem pomnilniku)*

  • Bipolarni tranzistor (kontaktni)*

  • Bipolarni tranzistor (spojni)Shockley predstavil koncept 1948. Teavna izdelava. Prvi izdelan leta 1951. Bolj zanesljiv od kontaktnega tranzistorja. *

  • Raunalniki z diskretnimi tranzistorjiDo 1960 tranzistorji popolnoma izpodrinejo elektronke v raunalnikih.Manchester University (1953)Manchester TC (transistorized computer)48-biten92 kontaktnih tranzistorjev, 550 diod

    Bell Labs (1954) za U.S.A.F.TRADIC (TRAnsistor DIgital Computer)700 kontaktnih tranzistorjev, 10000 diodDeloval pri 1MHz, troil samo 100W

    Laja razliica (Flyable TRADIC) uporabljena v letalih C-131 za navigacijo in nadzor bombardiranja. *

  • Integrirana vezja vse iz polprevodnikaProblem: kako izdelati veliko tranzistorjev (in drugih komponent)? Kako jih povezati?

    Jack Kilby, Texas Instruments (1958) demonstrira prvo integrirano vezje kjer so vse komponente iz polprevodnikega materiala. Prvo multi-chip vezje oscilator. Prvo komercialno int. v. flip-flop, tip 502.TI, 1960, $450/kos. *

  • Planarna tehnologijaJean Hoerni, Fairchild (1959) planarna tehnologija izdelave tranzistorjev in integriranih vezij vse se izdela na eni strani polprevodnike rezine. 2N1613 - prvi komercialni tranzistor v planarni tehnologiji (Fairchild 1960)*

  • Monolitna vezjaRobert Noyce, Fairchild (1959) vloen patent za monolitno integrirano vezje*

  • Integrirana vezja v planarni tehnologijiJay Last, Fairchild (1960) razvito prvo integrirano vezje v planarni tehnologiji, Prvo planarno integrirano vezje flip-flop, tip F. *

  • MOS tranzistorJohn Atalla, Dawon Kahng, Bell Labs(1959) prvi MOS tranzistorPreprosta izdelavaManja poraba,Uporaben za integrirana vezjaVeliko teav na zaetku (poasen)Prvo eksperimentalno MOS integrirano vezje RCA (1962), 16 tranzistorjev*

  • Integrirana vezja - CMOSC. T. Sah, Frank Wanlass, Fairchild (1963) ideja CMOS loginih vezijV mirovanju ne porablja energije,tok tee le ob preklopih.Veina loginih vezij (tudi mikroprocesorjev) je danes izvedenih v tehnologiji CMOS.*

  • Druine loginih vezij (1)Diodna logika (Diode Logic, DL)OR vrataUporovno-tranzistorska logika (Resistor-Transistor Logic, RTL)NOR vrataDiodno-tranzistorska logika (Diode-Transistor Logic, DTL)NAND vrataEmitorsko-sklopljena logika (Emitter-Coupled Logic, ECL) - 19564-vhodna NOR/NAND vrata*

  • Druine loginih vezij (2)Tranzistorsko-tranzistorska logika (TTL) - 1961NAND vrataPMOS/NMOS logikaNOR vrataCMOS logika - 1963NAND vrata*

  • Digital Equipment Corporation PDP-11960540kg, 18-bitenSpomin na osnovi feritnih jeder (5us)4096 x 18 bitov spominaUra: 200kHz, 100000 operacij/sLuknjan trak za shranjevanjeTipkovnica in tiskalnik

    Prva raunalnika igra SpacewarPDP-1 - procesor*

  • Prvi mikroprocesor Intel 4004Intel, 1971Vse komponente procesorja v enem vezju4-biten, 2300 tranzistorjevNajvija frekvenca ure: 740kHzHitrost: 92000 ukazov/s*

  • 8-bitni mikroprocesorjiIntel 8008 (8-biten), 1972$179do 0.8MHzMotorola 6800,1974$1791MHz-2MHzMOS Technology 6502, 1975Variacija na temo Motorole 6800$25
  • Hini raunalniki (8-bitni)Apple IIe, 1977Commodore 64, 1982Atari 800XL, 1979Sinclair ZX spectrum 48k, 1982*

  • 32-bitni raunalniki za mnoiceMotorola 68000 (1979) druina m68kAmiga 1000 - 1985Atari ST - 1985*

  • Apple Inc. Macintosh 1984Motorola 68000*

  • Intel 8086, 197920k tranzistorjev, NMOS16-biten, 5MHz-10MHzDruina Intel x86 in osebni raunalnikiIntel 80286, 1982134k tranzistorjev, AMD CMOS16-biten, 6MHz-25MHzIntel 80386,1985275k tranzistorjev, CMOS32-biten, 12MHz-40MHzIntel i486, 1989>1M tranzistorjev, CMOS32-biten, 16MHz-100MHzPentium, Pentium MMX (1993)Pentium Pro (1995)Pentium 4 (2000)Pentium 4 Prescott 64-biten (2004)Core2 (2006)Core i3, i5, i7 (2008)

    Atom majhna poraba (2008)*

  • Druina ARMMajhna poraba, preprost (RISC) ARM2: 30k tranzistorjev (Motorola 68000: 70k)Se ne napihuje po velikosti npr. ARM6 ima le 35k tranzistorjevOd 2007 uporablja 97% mobilnih telefonov vsaj 1 procesor ARMLicenna prodaja ($0.11/procesor) ... veliko proizvajalceve ARM2 je bil 32-bitenARM1 (1985)ARM2 (1986) prvi zaresen izdelek...ARM7TDMI (1994) ARM9, ARM11, Cortex (A8, A9, M4 M3 M0, M1)Arduino Due Atmel SAM3X8E ARM Cortex-M3iPhone4Cortex A8*

  • Mikrokrmilniki*V enem vezju integrirani mikroprocesor pomnilnik vhodno/izhodne enoteZa uporabo v vgrajenih (embedded) aplikacijah.Leta 2006 - 55% vseh prodanih mikroprocesorjev/