História a vývoj počítačov

Ľudia používajú počítacie prostriedky už storočia, hoci počítače ako ich poznáme dnes, existujú iba od polovice 30- tych rokov. Ľudia vždy hľadali spôsoby ako byť produktívnejší, ako získať vedomosti a ako zlepšiť kvalitu výroby. Nech je dôvod akýkoľvek, cesta za počítačmi má dlhú a významnú históriu.

Trocha vedomostí o histórii počítačov môže pomôcť pochopiť vývoj počítačov a úlohy, ktoré počítače môžu vykonávať. Napríklad, v roku 1981 firma IBM uviedla počítač IBM-PC za približne 3000 dolárov. Dnes cena nového PC s najnovšou technológiou je rovnaká, ale rýchlosť a schopnosti tohto počítača sa zvýšila viac ako 500-násobne.


Prvé počítacie stroje

Medzi prvé počítacie nástroje patrili mechanické stroje. Namiesto elektronických prostriedkov, ktoré poznáme dnes, sa používali primitívne počítacie zariadenia (okrem abakusu), boli založené na ozubenom súkolesí a pákach. V určitom zmysle tieto ranné počítacie stroje vôbec neboli počítačmi, pretože neboli elektronické. Podstata týchto zariadení tvorila základ dnešných počítačov. V skutočnosti štúdium raných počítacích strojov ukazuje prechod od mechanických k elektronickým.


Abacus

Asi okolo roku 3000 p.n.l. Číňania používali rám s posuvnými korálkami na sčítavanie väčšieho počtu čísel, ktorý sa nazýval abakus. Napriek tomu, že pôvod abakusu nie je známy, predpokladá sa, že tento prostriedok pochádzal z Babylónu.


Pascalina

Už stovky rokov učenci pripisujú vynález prvého mechanického počítacieho stroja
Blaise Pascalovi roku 1642 vo veku 19-tich rokov vynašiel počítací prostriedok na mechanické sčítavanie a odčítavanie čísel, ktorý sa osvedčil ako pomerne pozoruhodný a presný prístroj s obmedzenými možnosťami pri sčítavaní a odčítavaní


Kalkulátor Leibnitza

Neskôr v 17. storočí nemecký filozof a matematik G. W. von Leibnitz (1673) zdokonalil pascaline. Vyvinul prístroj, ktorý dokázal násobiť, deliť a počítať s odmocninami. Tento prístroj bol predchodcom modernej kalkulačky.


Jacquardov Tkáčsky Stroj

Jeden z najvýznamnejších vynálezov v počítačovej technike pochádza z tkáčskeho priemyslu, dôležitého priemyslu na začiatku 19. storočia. V tomto čase Joseph Marie Jacquard vyvinul tkáčsky stroj, v ktorom sa tkaný vzor vytváral pomocou dierkovaných kartičiek.


Babbageho diferenčný stroj

V roku 1830 Charles Babbage, anglický matematik navrhol stroj podobný prvému modernému počítaču. Babbage navrhol stroj poháňaný parou na počítanie logaritmov. Stroj používal iba operácie sčítania s využitím vlastností diferenčnej tabuľky a jednotlivých diferencií. Babbage, často nazývaný otcom moderného počítania, nazval tento stroj diferenčný stroj.


Babbageho analytický stroj

Stroj na počítanie rôznych matematických funkcií (1834). Na zadefinovanie postupnosti vykonávania aritmetických krokov Babbage plánoval použiť dierne štítky podobné Jacquardovým. Analytický stroj nebol nikdy zostrojený. Babbageho mechanické zariadenia požadovali presnosť a technológie, ktoré neboli v 19. storočí dostupné.


Holleritov tabulátor

H.Hollerith a J.Powers (1890) vytvorili tabelátor, ktorý sa použil v spojení s triediacou skrinkou pri spracúvaní výsledkov sčítania ľudu v USA. Ručne dierované štítky sa vkladali do matrice a ich dierky určovali prechod elektrického prúdu, čo potom prenášalo na panel tabelačného stroja,


Analógové prístroje

Veľký význam mal vznik zariadení pracujúcich na princípe analógie, analógových prístrojov a prístrojov (mechanických a elektromechanických), ktoré neoperujú s číslami, ale so spojite sa meniacimi fyzikálnymi veličinami. Z analógových prístrojov možno spomenúť Amslerov planiometer (1854), stroj na integrovanie Veglovových a Vetcerových diferenciálnych rovníc (1911-1912). Moderný diferenciálny analyzátor skonštruoval V.Bush(1930).


Prvý Počítač Mark 1

V roku 1937 Howard Aiken a Grace Hopper navrhli elektromechanické zariadenie nazvané automaticko-sekvenčná kalkulačka. Ich zámerom bolo zostrojiť kalkulačku používajúcu elektrické obvody k presúvaniu dát a informácií z jednej časti zariadenia do druhej. Využívanie elektriny urobilo takéto stroje rýchlejšie a oveľa presnejšie ako Babbageho zariadenia a iné mechanické stroje. Aiken a Hopper zrealizovali svoj plán v roku 1944, ktorý predstavili ako počítač Mark 1 Vykonával tri sčítania za sekundu.


Atanasoff-Berry Computer (ABC)

Atanasoff-Berry Computer alebo ABC (1939) bol prvý plne eletronický počítač. Použili 300 elektróniek, ktoré nahrádzali mechanické časti. Bohužial ABC bol zostrojený iba pre určité druhy úloh, ktoré dokázal riešiť, nebol to univerzálny počítač.


ENIAC

V r. 1945 John W. Mauchly a J. Presper Eckert vyvinuli prvý plne elekronický počítač za pomoci vládneho grantu na univerzite v Pensylvánii. Stroj sa volal Elektronical numerical integrator and calculator alebo Eniac.


John von Neuman

Do ďalšieho vývoja počítačov zo stránky teoretickej zasiahol John von Neumannová matematická metóda používala dve čísa nula a jednotka, ktoré reprezentovali všetky inštrukcie a dáta. Dvojhodnotový systém, známy pod názvom binárny systém tvorí základ aj dnešných počítačov. Zaviedol pojem počítač s vloženým programom. Operácie, ktoré počítač realizuje, sú uložené v pamäťových registroch vo forme číselného kódu. Kódy pre danú postupnosť operácií sú v príslušnom zásobníku registrov. Princíp vloženého programu využívajú všetky moderné výkonné počítacie stroje


Počítačové generácie

Pre lepšie pochopenie rozlíšenia podstatných zmien vo výpočtovej techike sa používa pojem generácia. V počítačovej terminológii novou generáciou sa označoval dôležitý vývoj hardwaru. Avšak, nový vývoj v elektronickom inžinierstve umožnil tiež nové počítačové možnosti. Vývoj počítača prechádza z jednej generácie do druhej čoraz rýchlejšie.


Prvá počítačová generácia

Vstup počítačov do sveta komercie je jednou z charakteristík prvej generácie počítačov.

Prvý počítač. ktorý našiel uplatnenie v obchode a priemysle bol univerzálny, automatický počítač UNIVAC. Počítač nebol limitovaný na jeden účel. Počítače prvej generácie používali na vstup a výstup dát dierne štítky. Vývoj softvéru bol zložitý a vznikali chyby.


Počítače druhej generácie

Druhá generácia, ktorá začala okolo roku 1959, až do polovice 1960, bola charakterizovaná používaním tranzistorov namiesto elektrónok. Tranzistory robili tú istú prácu ako elektrónky, ale boli menšie a rýchlejšie, potrebovali menšiu elektrickú energiu, boli viac hodnovernejšie a poskytovali oveľa väčšiu pamäť pre skladovanie inštrukcií a počítanie.

Tak ako počítače prvej generácie, počítače druhej generácie boli obmedzované v typoch a množstve úloh, ktoré mohli vykonávať.. Dôležité bolo používanie externej pamäti na ukladanie dát. Pamäťové bunky boli oveľa rýchlejšie a spoľahlivejšie ako tie, ktoré sa používali v prvej generácii. Jeden z prvých typov elektronického ukladania dát bol založený na malom magnete okrúhleho tvaru, nazývaného ferit (core). Feritová pamäť bola rýchlejšia a viac spoľahlivejšia ako bubnová pamäť používaná v počítačoch prvej generácie. Počítače druhej generácie sa vyznačovali využívaním feritovej pamäte. Ďalší pokrok začal počas druhej generácie a ešte dnes zaujímavý bol vývoj magnetického disku. Na vývoj softvéru sa používal programovací jazyk FORTRAN, vyvíjaného firmou IBM pre vedcov a inžinierov. Prvé operačné systémy Počítače predstavujúce 2 generáciu sú TRADIS (1955), IBM 650 (1954) ,Minipočítač PDP-8 (1965).


Tretia generácia počítačov

Vývoj a používanie integrovaných obvodov znakom tretej generácie výpočtovej techniky . Táto generácia trvala od roku 1964 až do roku 1970. Integrovaný obvod pozostáva z tisícok obvodov vytlačených na malú silikónovú kartu nazývanú čip (chip). Ďalším dôležitým krokom vo vývoji tretej generácie počítačov bolo predstavenie rodín počítačov (family computers). Najdôležitejší detail je, že rodiny používajú rovnaké čipy a podieľajú sa na rovnakom operačnom systéme alebo metóde kontrolovania počítača.

Vznikali rodiny počítačov s kompatibilným softvérom. Ďalší vývoj tretej generácie diaľkových počítačových terminálov umožňoval týmto firmám spájať sa do jednoduchých veľkých centrálnych počítačov. Ďalšia dôležitá vlastnosť počítačov tretej generácie bolo zvýšené používanie magnetických diskových zariadení na ukladanie dát. Magnetický disk je vynikajúci pretože umožňuje priamy prístup k dátam a nie, ako to bolo predtým sekvenčne. Priamy prístup k dátam podstatne zvýšil rýchlosť výpočtu. Počas tretej generácie počítačov boli vyvinuté nové programovacie jazyky ako BASIC, ktorý sa dal ľahko naučiť a bol na všeobecné použitie. Ďalší bol PASCAL.

Pretože tieto programovacie jazyky sa dali ľahko naučiť a používať, veľa počítačových užívateľov si mohli vytvoriť taký program, ktorý potrebovali. Dôležitá pre túto generáciu bola práca na skvalitnení operačných systémov, ktoré sa objavili počas druhej generácie. Operačné systémy spracúvajú dáta novým spôsobom. Prvá a druhá generácia počítačov spracovávala dáta dávkovým spôsobom a v danom čase vykonávali iba jednu úlohu. Rýchlosť spracovania dát tiež ovplyvňovala rýchlosť vstupných a výstupných zariadení. Operačné systémy tretej generácie umožňujú spracovávať na počítači niekoľko úloh súčasne, viac úlohový operačný systém (multitasking) a s prideľovaním času (time sharing). Každá úloha sa nachádza v malom segmente.

Ak je ukončená jedna úloha, výsledok pošle na disk, terminál, tlačiareň alebo nejaké ďalšie zariadenie. Počítač nie je v nečinnosti, pokiaľ sa prečítajú dáta z pomalého vstupného zariadenia, ale pokračuje v ďalšej úlohe. Operačný systém tiež umožňuje pristupovať viacerým užívateľom k tým istým dátam súčasne, napr. v knižniciach, na letiskách. Počítač 3generácie IBM 360 (1964).


Počítače štvrtej generácie

Miniaturizácia integrovaných obvodov je charakteristická pre štvrtú generáciu. (od 1970 podnes). Mikročip alebo mikroprocesor vykonáva milióny operácii za sekundu. Zahájila sa výroba mikroprocesor Intel 8080. Vážil iba niekoľko gramov a zaberal niekoľko štvorcových centimetrov. V porovnaní so skoršími počítačmi to bol obrovský prevrat. Elektronický čip je v dnešnej dobe výkonnejší, ekonomicky dostupnejší a je menší ako minca.

Ďalšia dôležitá vlastnosť štvrtej generácie počítačov je ich neobyčajne rozsiahle využitie. Počítače môžeme nájsť skutočne v každej malej firme, v každej škole a v miliónoch domácnostiach, pretože sú pomerne lacné. Štvrtá generácia počítačov dáva na výber aplikácie podľa účelov, nie len obmedzené aplikácie. Mikropočítače sa používajú na úradoch, vo veľkoobchodoch, v rôznych servisoch a vo všetkých druhoch podnikania.

Rozvoj mikroprocesorov bol sprevádzaný rozvojom ďalšieho hardvéru. Čo sa týka podstaty pamäte, moderné mikropočítače používajú pre vnútornú pamäť polovodiče (metal-oxide semiconductor MOS). Je to špeciálny čip, ktorý zásobuje veľké množstvo informácií na veľmi malé miesto. Obvody polovodičovej pamäte sú veľmi podobné mikroprocesoru pripojenému k silikónovým čipom. Polovodiče sú veľmi rýchle, avšak sú nestále, teda, pokiaľ je polovodič vypnutý, stráca všetko, čo je v ňom uskladnené.

Dôležitým softvérovým rozvojom štvrtej generácie počítačov sú databázové systémy. Databázové programy dovoľujú užívateľom počítačov zásobené dáta uložiť do iných formátov. Fakulty a univerzity, napríklad, používajú databázové programy na zásobovanie informácií o študentoch a usmerniť dáta podľa rôznych ciest (napr. podľa mena, bezpečnostného čísla atď.)

BASIC a Pascal, rozvinuté v priebehu tretej generácie, sú ideálne pre domáceho mikropočítačového programátora a používanie týchto programovacích jazykov je prospešné pre rozvoj mikropočítačov.
1975 študenti Bill Gates a Paul Allen tvorcovia populárneho programovacieho jazyka BASIC pre osobný počítač ALTAIR(Beginners All-Purpose Symbolic Instruction Code)

Firma Commodor (1977) vyvinula svoj počítač PET Personal Electronic Translator
V tom istom roku sa začal vyrábať aj Apple 2
IBM PC (1981)


Piata generácia počítačov

Čo je príznačné pre rozvoj piatej generácie počítačov? Sme v piatej generácii? Bude mať každá domácnosť počas piatej generácie počítač? Bude snáď mikropočítač tejto generácie dôverný vo všetkom? Jedno tvrdenie je, že počítače piatej generácie budú mať dôležitú funkciu v domácnostiach. Iné tvrdenie je, že počítač piatej generácie nebude dostupný ľuďom až kým nebude vedieť vyvodzovať, usudzovať a učiť, teda kým nebude mať inteligenciu. Preto je ťažké rozlíšiť presne ďalšie generácie, to bude možné až s odstupom času.

Nech sa v ďalšej generácii stane hocičo, bude to pre ďalší rozvoj vzrušujúce. Nové technológie budú riešiť mnoho dnešných každodenných problémov. Ale predsa, s celým pokrokom technológie prídu aj nové obmedzenia a problémy.


Ako ďalej, PC?

O 10 rokov budú procesory pracovať rýchlosťou 20 GHz a hard disky dispono-vať kapacitou 20 terabajtov, ale napriek nesporným rýchlostným a kapacitným zlepšeniam sa využívanie počítačov až tak nezmení. Ich obrazovka bude síce tenšia a ovládať sa budú digitálnym perom, ale účel ich použitia zostane rovnaký: písanie listov, emailovanie, hranie hier, on line nakupovanie... Spoločnosti, ktoré investovali do súčasnej podoby PC miliardy dolárov, skrátka chcú, aby zhodnocovanie ich investícií vydržalo čo najdlhšie.

Mnohé z nich, ako napríklad Microsoft, tvrdia, že sa neobávajú ani toho horizontu, keď sa dokážu počítače samy opravovať, čo by sa malo stať skutočnosťou o 5 – 6 rokov.

Microsoft sľubuje aj prekvapenia v podobe nového ???strihu“ štandardu. Ide o tablet PC, ktorý by sa mal na pulty dostať o tri-štyri roky, pričom analytici tvrdia, že všetko, čo dokáže premiestniť PC von z miestnosti, bude veľkým hitom.
Intel by zasa do roku 2009 chcel predstaviť 20-gigahertzové procesory, ktoré sú 10-krát rýchlejšie než súčasné modely. Súčasne však pracuje aj na pomalších procesoroch, pretože dopyt po nich bude trvať aj naďalej. Štandardnou súčasťou počítačov aj v nasledujúcej dekáde by mali zostať hard disky, a to aj napriek tomu, že vývoj alternatívnych foriem uskladnenia dát neustane. Podľa analytikov sa ich kapacita každý rok zdvojnásobí, takže v roku 2011 by mala dosiahnuť 20 terabajtov, čo je 1000-krát viac než v súčasnosti.

Ale aj hard disky majú svoje hranice, preto napríklad IBM vyvíja tzv. millipede, zariadenie, ktoré dokáže uskladniť až 400 gigabajtov dát na 6 cm², čo je oproti 60 gigabajtom najvýkonnejších hard diskov výrazné zlepšenie. V súčasnosti sú však millipedy omnoho pomalšie, takže ide jednoznačne o technológiu budúcnosti.
Z ďalších očakávaných zlepšení, ktoré majú používateľom podstatne zjednodušiť život, stojí za zmienku hlavne kompatibilita PC s ľudskou rečou, dotykom a gestami. Výrobcovia počítačov skrátka urobia všetko pre to, aby im vietor z plachát neukradli producenti mobilov a handheldových zariadení.