Moderní počítače se obvykle dělí do čtyř „generací“. Každá generace se vyznačuje zdokonalením základní technologie. Tato technologická zlepšení byla mimořádná a každý pokrok vedl k počítačům s nižší cenou, vyšší rychlostí, větší kapacitou paměti a menšími rozměry.
Toto rozdělení do generací není jednoznačné ani bez diskuse. Mnoho vynálezů a objevů, které přispěly k moderní éře počítačů, do těchto striktních kategorií přesně nezapadá. Čtenář by si tato data neměl vykládat jako striktní historické hranice.
První generace (1945-1959)
Vakuovou trubici vynalezl v roce 1906 elektroinženýr Lee De Forest (1873-1961). V první polovině dvacátého století se jednalo o základní technologii, která se používala při konstrukci rádií, televizorů, radarů, rentgenových přístrojů a celé řady dalších elektronických zařízení. Je to také základní technologie spojená s první generací výpočetních strojů.
První funkční elektronický univerzální počítač s názvem ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) byl sestrojen v roce 1943 a používal 18 000 vakuových elektronek. Byl zkonstruován z vládních prostředků na Mooreově inženýrské škole Pensylvánské univerzity a jeho hlavními konstruktéry byli J. Presper Eckert, Jr. (1919-1995) a John W. Mauchly (1907-1980). Byl dlouhý téměř 30,5 metru (100 stop) a měl dvacet desetimístných registrů pro dočasné výpočty. Pro vstup a výstup používal děrné štítky a byl programován pomocí zapojení na zásuvné desce. ENIAC dokázal počítat rychlostí 1 900 sčítání za sekundu. Používal se především k výpočtům souvisejícím s válkou, například k sestavování tabulek balistické střelby a k výpočtům, které měly pomoci při konstrukci atomové bomby.
Dalším strojem, který byl v těchto letech postaven, aby pomohl v boji proti druhé světové válce, byl Colossus. Jednalo se o britský stroj, který sloužil k dekódování tajných zpráv nepřítele. Stroj, který používal 1 500 vakuových elektronek, byl stejně jako ENIAC programován pomocí zapojení na zásuvné desce.
Tyto rané stroje byly obvykle ovládány pomocí zapojení na zásuvné desce nebo pomocí řady pokynů zakódovaných na papírové pásce. Určité výpočty vyžadovaly jedno zapojení, zatímco jiné výpočty vyžadovaly jiné zapojení. Ačkoli tedy tyto stroje byly zjevně programovatelné, jejich programy nebyly interně uloženy. To se mělo změnit s vývojem počítače s uloženým programem.
Tým pracující na počítači ENIAC byl pravděpodobně první, kdo si uvědomil význam koncepce uloženého programu. Mezi lidmi, kteří se podíleli na počátečním vývoji této koncepce, byli J. Presper Eckert Jr (1919-1955) a John W. Mauchly (1907-1980) a John von Neumann (1903-1957). V létě 1946 se na Moorově škole konal seminář, který věnoval velkou pozornost návrhu počítače s uloženým programem. Těchto diskusí se zúčastnilo asi třicet vědců z obou stran Atlantického oceánu a brzy bylo sestrojeno několik strojů s uloženým programem.
Jeden z účastníků semináře Moorovy školy, Maurice Wilkes (1913-), vedl britský tým, který v roce 1949 sestrojil v Cambridge počítač EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Calculator). Na americké straně vedl Richard Snyder tým, který na Moorově škole dokončil počítač EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer). Von Neumann se podílel na návrhu stroje IAS (Institute for Advanced Study), který byl postaven na Princetonské univerzitě v roce 1952. Všechny tyto stroje sice stále používaly vakuové elektronky, ale byly konstruovány tak, aby jejich programy mohly být uloženy interně.
Dalším významným strojem této generace s uloženým programem byl UNIVAC (UNIVersal Automatic Computer). Byl to první úspěšný komerčně dostupný stroj. UNIVAC navrhli Eckert a Mauchly. Používal více než 5 000 vakuových elektronek a pro hromadné ukládání dat používal magnetickou pásku. Stroj se používal k úlohám, jako je účetnictví, výpočty pojistně matematických tabulek a předpovědi voleb. Těchto strojů bylo nakonec instalováno 46.
UNIVAC, který spustil svůj první program v roce 1949, dokázal provést desetkrát více sčítání za sekundu než ENIAC. V moderních dolarech stál UNIVAC 4 996 000 dolarů. V tomto období byl také dodán první počítač IBM. Jmenoval se IBM 701 a prodalo se devatenáct těchto strojů.
Druhá generace (1960-1964)
Když koncem padesátých a v šedesátých letech 20. století zesílil komerční zájem o výpočetní techniku, byla představena druhá generace výpočetní techniky – založená nikoli na elektronkách, ale na tranzistorech .
John Bardeen (1908-1991), William B. Shockley (1910-1989) a Walter H. Brattain (1902-1987) vynalezli v polovině 40. let v Bellových telefonních laboratořích tranzistor. V roce 1948 už bylo mnohým jasné, že tranzistor pravděpodobně nahradí elektronku v zařízeních, jako jsou rádia, televizory a počítače.
Jedním z prvních výpočetních strojů založených na tranzistoru byl v roce 1958 Transac S-2000 společnosti Philco Corporation. Brzy následovala společnost IBM s počítačem IBM 7090 založeným na tranzistorech. Tyto stroje druhé generace byly naprogramovány v jazycích jako COBOL (Common Business Oriented Language) a FORTRAN (Formula Translator) a používaly se pro nejrůznější obchodní a vědecké úlohy. Pro ukládání dat se často používaly magnetické disky a pásky.
Třetí generace (1964-1970)
Třetí generace počítačové techniky byla založena na technologii integrovaných obvodů a její působnost se rozšířila přibližně od roku 1964 do roku 1970. Jack Kilby (1923-) ze společnosti Texas Instruments a Robert Noyce (1927-1990) ze společnosti Fairchild Semiconductor jako první v roce 1959 rozvinuli myšlenku integrovaného obvodu. Integrovaný obvod je jediné zařízení, které obsahuje mnoho tranzistorů.
Pravděpodobně nejvýznamnějším strojem postaveným v tomto období byl IBM System/360. Někteří tvrdí, že tento stroj sám o sobě zavedl třetí generaci. Nešlo jen o nový počítač, ale o nový přístup ke konstrukci počítačů. Zavedl jednotnou architekturu počítače nad celou řadou nebo rodinou zařízení. Jinými slovy, program navržený pro běh na jednom stroji z této rodiny mohl běžet i na všech ostatních. IBM vynaložila na vývoj System/360 přibližně 5 miliard dolarů.
Jeden člen rodiny, IBM System/360 Model 50, dokázal provést 500 000 přírůstků za sekundu při ceně v dnešních dolarech 4 140 257 dolarů. Tento počítač byl asi 263krát rychlejší než ENIAC.
Ve třetí generaci počítačů byl centrální procesor konstruován pomocí mnoha integrovaných obvodů. Teprve ve čtvrté generaci se celý procesor umístí na jediný křemíkový čip – menší než poštovní známka.
Čtvrtá generace (1970-?)
Čtvrtá generace počítačové techniky je založena na mikroprocesoru. Mikroprocesory využívají techniky LSI (Large Scale Integration) a VLSI (Very Large Scale Integration), které umožňují umístit tisíce nebo miliony tranzistorů na jediný čip.
Procesor Intel 4004 byl prvním procesorem postaveným na jediném křemíkovém čipu. Obsahoval 2 300 tranzistorů. Byl zkonstruován v roce 1971 a znamenal počátek generace počítačů, jejíž linie se táhne až do dnešních dnů.
V roce 1981 si společnost IBM vybrala společnost Intel Corporation jako výrobce mikroprocesoru (Intel 8086) pro svůj nový stroj IBM-PC. Tento nový počítač byl schopen provádět 240 000 sčítání za sekundu. Ačkoli byl tento počítač mnohem pomalejší než počítače řady IBM 360, stál v dnešních dolarech pouhých 4 000 dolarů! Tento poměr cena/výkon způsobil boom na trhu osobních počítačů.
V roce 1996 byl počítač Pentium Pro společnosti Intel Corporation schopen provádět 400 000 000 sčítání za sekundu. To bylo přibližně 210 000krát rychleji než ENIAC – pracovní kůň druhé světové války. Stroj stál v přepočtu na inflaci pouhých 4 400 dolarů.
Mikroprocesorová technologie se dnes nachází ve všech moderních počítačích. Samotné čipy lze vyrábět levně a ve velkém množství. Procesorové čipy se používají jako centrální procesory a paměťové čipy se používají pro dynamickou paměť s náhodným přístupem (RAM) . Oba typy čipů využívají miliony tranzistorů vyleptaných na jejich křemíkovém povrchu. Budoucnost by mohla přinést čipy, které kombinují procesor a paměť na jediné křemíkové destičce.
Na konci osmdesátých a v devadesátých letech se staly běžnými mikroprocesory s cachováním, pipelined a superscaler. Protože mnoho tranzistorů mohlo být soustředěno na velmi malém prostoru, byli vědci schopni navrhnout tyto jednočipové procesory s vestavěnou pamětí (nazývanou cache ) a byli schopni využít paralelismus na úrovni instrukcí pomocí instrukčních pipelines spolu s návrhy, které umožňovaly provádět více než jednu instrukci najednou (nazývané superscaler). Počítač Intel Pentium Pro byl mikroprocesor s cache, superscalerem a pipelinami.
V tomto období také došlo k nárůstu používání paralelních procesorů. Tyto stroje kombinují mnoho procesorů, které jsou různými způsoby propojeny a počítají výsledky paralelně. Byly používány pro vědecké výpočty a nyní se používají i pro databázové a souborové servery. Nejsou tak všudypřítomné jako jednoprocesory, protože i po mnoha letech výzkumu je stále velmi obtížné je naprogramovat a mnoho problémů se nemusí hodit pro paralelní řešení.
Počátky vývoje výpočetní techniky byly založeny na revolučním technologickém pokroku. Hnací silou byly vynálezy a nové technologie. Na novější vývoj je pravděpodobně nejlepší pohlížet spíše jako na evoluční než revoluční.
Uvádí se, že kdyby se letecký průmysl zdokonaloval stejným tempem jako počítačový průmysl, bylo by možné cestovat z New Yorku do San Franciska za 5 sekund za 50 centů. Na konci 90. let 20. století se výkon mikroprocesorů zlepšoval tempem 55 procent ročně. Pokud bude tento trend pokračovat, a není zcela jisté, že tomu tak bude, mohl by do roku 2020 jediný mikroprocesor disponovat veškerým výpočetním výkonem všech počítačů v Silicon Valley na počátku 21. století.
viz také Apple Computer, Inc.; Bell Labs; Eckert, J. Presper, Jr. a Mauchly, John W.; Integrated Circuits; Intel Corporation; Microsoft Corporation; Xerox Corporation.
Michael J. McCarthy
Bibliografie
Hennessy, John a David Patterson. Organizace a návrh počítačů. San Francisco: Morgan Kaufmann Publishers, 1998.
Rockett, Frank H. „The Transistor“. Scientific American 179, no. 3 (1948): 52.
Williams, Michael R. A History of Computing Technology. Los Alamitos, CA: IEEE Computer Society Press, 1997.