Miniaturizace výpočetní techniky

Petra Zouharová


úvod
sálové počítače
osobní počítače
notebooky
kapesní počítače
mini počítače budoucnosti
kam až miniaturizace může dojít


Ú v o d

Od vývoje prvního počítače (počátkem 20. století) prodělaly počítače obrovský vývoj. Měly stále větší výkonnost, větší kapacitu svých pamětí, stávaly se stále cenově dostupnější, rozšířenější a využitelnější u spotřebitelů po celém světě. Dnes je počítač již nedílnou součástí přirozeného života. Pokud se porozhlédnete po svém nejbližším okolí, jistě váš zrak spočine na zařízení, které je řízeno právě počítačem (např. váš denní společník mobil). A za to jistě vděčíme hlavně miniaturizaci, která veškerý vývoj dejme tomu kategorizuje:
  • sálové počítače
  • osobní počítače
  • notebooky
  • kapesní počítače
  • mini počítače budoucnosti



  • S á l o v é   p o č í t a č e


    EDSAC

    První všeobecně použitelný počítač na světě ENIAC (Eletronic Numerator, Integrator, Analyzer and Computer) sestrojený v roce 1946 na University of Pennsylvania, vážil 30 tun, zabíral 15m2 , měl příkon 174 kW pro 17 460 elektronek, 1 500 relé, 70 000 odporů a 10 000 kondenzátorů, pracoval na frekvenci 100 kHz. Paměť obsahovala 20 střádačů, každý měl kapacitu 10 dekadických číslic. Stroj se programoval ručně pomocí přepínačů a kabelových kontaktů. Byl chlazen vzduchem hnaným vrtulemi dvou leteckých motorů.

    Začala éra sálových počítačů, kdy každý počítač byl unikátní, vzácný a samozřejmě předrahý.

    Díky ideji Johna von Neumanna o řízení počítače programem uloženým v paměti, publikované v roce 1945, byl již další vývoj v oblasti počítačů velmi prudký. V roce 1952 byl uveden do provozu počítač IAS, který se stal vzorem pro první velkosériově vyráběný počítač IBM 701. Vynález tranzistoru v roce 1948 také podstatně ovlivnil další vývoj počítačů. Díky tranzistorům, které nahradily v roce 1956 veliké elektronky, a novým typům paměti se od té doby velikost počítačů jenom zmenšuje. V Československu byl uveden do provozu první reléový počítač SAPO už roce 1958. SAmočinný POčítač (SAPO). Jeho vývoj trval sedm let, než se podařilo uvést první samočinný domácí počítač do zkušebního provozu. Pro vstup byl použit snímač děrných štítků a pro výstup zpráv o chybách sloužil psací stroj. Měl bubnovou paměť o kapacitě 1024 slov o délce 31+1 bit. Obsahoval asi 7000 relé a 350 elektronek. Dokázal pracovat rychlostí 3 operace za sekundu.

    Počítače přes celou místnost, kde se veškerá nastavení prováděla pomocí děrných štítků a později magnetických pásků, postupně předávaly vládu k stále výkonnějším a miniaturizovanějším nástupcům.


    O s o b n í   p o č í t a č e


    LEO Intellect H 924 Plus 2G5

    Prvním elektronickým osobním počítačem, PC - personal computer, byl Anita Mark 8, který ovládal čtyři základní operace. Vytvořil ho v roce 1967 Norman Kitz. Umožnila mu to novinka z USA z roku 1965. Fa IBM postavila první elektronický počítač (Systém 360) na bázi monolitní techniky s využitím integrovaných obvodů. Tím vlastně 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. Elektronické osobní počítače svými speciálními přednostmi výrazně překonaly do té doby obvyklé kancelářské výpočetní pomůcky.

    Mimo jiné i tato novinka spustila jejich extrémně rychlé rozšíření po celém světě. Masové nasazení umožnilo už od samého počátku jejich hromadnou výrobu, což vedlo ke snižování ceny. Osobní počítače, někdy též mikropočítače, jsou tedy určeny pro každodenní používání jednomu uživateli.

    Vytvoření mikroprocesoru 4004 firmou Intel v roce 1971 otevřelo cestu k tvorbě skutečně malých, osobních počítačů, tehdy zvaných mikropočítače. Ještě před vznikem mikroprocesoru, roku 1969, se objevil počítač H316 firmy Honeywell, první domácí počítač vůbec. Skutečnou revoluci však spustil až Altair 8800 z roku 1975, první masově prodávaný osobní počítač. A o rok později Steve Wozniak a Steve Jobs vyprodukovali počítač Apple I, což byla pouze výpočetní jednotka, vše ostatní si musel uživatel dokoupit zvlášť. Ale již následujícího roku, 1977, vznikl Apple II, první předmontovaný osobní počítač.

    Vzhledem ke svému stále dokonalejšímu technickému a programovému vybavení (hardwaru a softwaru) nacházejí stolní počítače kolem roku 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. Osobní počítače, jsou vybaveny centrální výpočetní jednotkou, klávesnicí a monitorem s možností připojit další periferní zařízení jako tiskárnu, telefonní modem a řadu dalších. Sítová část (zdroj) napájí celá zařízení potřebným proudem o požadovaném napětí. K centrální jednotce je možno podle velikosti počítače přiřadit i různě velké paměti dat. Kromě vnitřních pamětí dat lze k těmto počítačům napojit i vnější paměťová zařízení. To mohou být u velmi malých přístrojů magnetické páskové minikazety nebo je možno pomocí konektoru připojit externí magnetofon s normální kazetou. Zásadním zvratem však bylo používání tzv. diskety, kde jsou nosičem paměti elastické disky, na něž je možné zapisovat nebo z nich číst ve speciálních mechanických jednotkách, které jsou zabudovány přímo v počítači.


    N o t e b o o k y


    ACER Aspire 1712SMi

    Dalším krokem miniaturizace VT byl přechod od osobních počítačů na přenosné, které měly v začátcích usnadnit práci hlavně vedoucím pracovníkům. První přenosné počítače se tak začaly objevovat již na začátku 80. let. Jejich hmotnost byla kolem desítky kilogramů s rozměry připomínajícími spíše velký kufr.

    Za první skutečně přenosný počítač je považován Osborne1, který v roce 1981 představil Adam Osborne. Byl vybaven vlastním akumulátorem . Vážil 11 kg, CPU - Zilog Z80 a 4 MHz, RAM - 64K, měl zabudovaný 5" monitor, k ukládání sloužila dvojitá 5,25 palcová mechanika (91K), mohl být z akumulátoru napájen něco málo přes 4 hodiny a stál 1795 dolarů.

    Jedním z prvních byl také počítač sestrojený Williamem Moggridgem pro Grid Systems Corporation.. Vážil jednu pětinu toho, co jiné počítače se stejným výkonem. Převážně byl používán pro potřeby NASA a v 80. letech zapojen do projektu kosmického letectví. Ve své době byl nabízen za 800 dolarů a byl dodáván pouze s manuálem. Podle něj byl notebook popsán jako "Lap-top s 340 kilobajtovou bublinovou pamětí, magnesiovým krytem a elektroluminiscenčním grafickým displejem".

    Prvenství pro první plně funkční notebook na světě je připisováno Gavilian Computer.

    Bill Gates společně s Kazuhiko Nishi vytvořili prototyp s displejem založeným na nové technologii tekutých krystalů, neboli LCD. V roce 1983 se objevil první model TRS-80 Model 100, kde se tato technologie uplatnila.

    Poté se několik let nic průkopnického neudálo až do roku 1988, kdy se představuje SLT/286. Použitím menší 3,5 palcové diskety, lepšího LCD displeje a snížením váhy na 6,35 kg se přenosný počítač zmenšuje do podoby příručního kufru, který začíná být podobný současným notebookům. Od roku 1989 se váha rapidně snížila až ke 2 kg, což byl opravdu obrovský skok od jejich předchůdců. Samozřejmostí byly už pevné disky, které se například u Maca mohly chlubit kapacitou 20, 40 nebo 80 MB. Dnešní notebooky stále více smývají výkonové rozdíly mezi klasickými stolními počítači, přitom jsou pořád menší.


    K a p e s n í   p o č í t a č e


    PALM Tungsten C Wi-Fi Enabled

    V roce 1980 uvedly na trh japonské firmy Sharp, Casio, Sanyo a Panasonic tehdy první kapesní počítače. Disponovaly všemi podstatnými vlastnostmi větších počítačů, jenom jejich kapacita paměti je menší a pracují také pomaleji než počítače velké. Měly pevně naprogramované výpočetní funkce, byly volně programovatelné ve vyšším programovacím jazyce. Počítače spolupracují přes spojovací rozhraní s vnějšími paměťmi, databázemi a s tiskárnami. Často mají malé LCD displeje nebo používají televizní monitory.

    Kapesní počítače neboli PDA , handheld, palmtop, palmPC, tedy jsou osobní kapesní pomocníci, které se díky svým schopnostem hodně rozšířily během několika posledních let. V dnešní době jsou ceny těchto počítačů relativně nízké.

    Rozdělují se většinou podle operačního systému:

    PalmOS - používá výrobce PDA-palm.
    Prvním modelem byl Palm Pilot 1000. Měl paměť ROM 512 kB s Palm OS verze 1.0, paměť RAM 128 kB s rozšířením až na 1 MB. Napájení byl dvěmi bateriemi.
    EPOC - Symbian - používá výrobce PDA-Psion.
    Model Psion Series 3 způsobil revoluci v oblasti kapesních počítačů. Jeho rozměry 165 x 85 x 22 mm, váha 265 gramů a programové vybavení totiž představovaly něco, co v roce 1991 prostě nemělo obdoby a co ostatní výrobci osobních organizéru a všeobecně všech kapesních počítačů prostě nemohli nabídnout.
    WindowsCE 3.0 - platforma PocketPC.
    Objevily se na trhu v roce 1998.
    Linux
    Ostatní speciální OS

    V současnosti jsou na trhu kapesní počítače jako HP iPAQ h1915 od Pocket PC. S rozměry 113,3 x 69,8 x 12,8 mm a hmotností 120 g patří mezi nejlehčí. I přesto TFT transreflexní LCD dotykový displej s rozlišením 240 x 320 bodů (65 536 barev) má úhlopříčku 88,9 mm. Má vyměnitelnou 900 mAh Li-Ion baterii, s níž iPaq dokázal při 50% podsvětlení displeje přehrávat kontinuálně soubory MP3 okolo tři a půl hodiny, celková výdrž při 25% podsvětlení se pohybovala okolo sedmi hodin. V záloze má iPaq navíc Ni-MH baterii, bránící možné ztrátě dat. A přijde na 10 980 Kč.


    M i n i p o č í t a č e   b u d o u c n o s t i

    Koncem tohoto roku mají vstoupit na trh procesory společnosti AMD, určené pro mobilní zařízení jako jsou PDA a honosící se na mobilní zařízení úctyhodnou taktovací frekvencí 1 GHz. V příštím roce mají být také nasazovány do prvních zařízení OLCD displeje, známé svými rozměry a hlavně nízkou spotřebou.

    Zajímavé jsou také první pokusy o integraci PocketPC a mobilního telefonu (nejlépe se zjevně zatím daří společnosti O2). Za zmínku také stojí první zařízení s integrovanými síťovými kartami pro přístup do bezdrátové sítě.

    Jistě se máme na co těšit i co se týče miniaturizace. Dnes již existují počítače velikosti pera, vybavené digitální kamerou, grafickým displejem a komunikačními možnostmi (C Pen).


    K a m   a ž   m i n i a t u r i z a c e   m ů ž e   d o j í t . .

    Fyzikální limity: ztrátový výkon - zahřívání, dopravní zpoždění - omezení rychlostí přenosu signálu, kvantové jevy u superminiaturních prvků.

    Gordon Moore, zakladatel počítačové firmy Intel, zformuloval zákon, podle kterého se každých osmnáct měsíců vlivem postupující miniaturizace zdvojnásobí kapacita počítačového procesoru. Tento zákon má sice své omezení ve fyzikálních zákonech, ale velmi přesně charakterizuje současný trend na poli počítačové techniky.

    Vědci již nalezli hranici miniaturizace čipů - velikost elementu, kterou už nebude možné překračovat vinou fyzikálních zákonů, přičemž obtíže s další miniaturizací se mají vyskytnout okolo 16 nm, a zřejmě skutečně nepřekročitelná hranice je 5 nm (asi za dvacet let).

    Chování elektronů prolétajících bránou totiž začne stále více ovlivňovat tzv. Heisenbergův princip neurčitosti, což je na rozdíl od Mooreova skutečný fyzikální zákon: který říká, že při takto malých rozměrech, kdy se již velikost prvku (brány) blíží velikosti elementu (elektronu), nelze přesně určit polohu elektronu.

    Co přijde pak? Těžko předvídat, ale ve vývojových laboratořích předních výrobců čipů se již dávno vymýšlejí další vylepšení současných technologií ať už jde o 3D čipy, které by měly na sebe naskládat více vrstev spojů nebo fotonické krystaly, jenž mají svými optickými vlákny vést mezi prvky čipu světlo vlnové délky podobné šířce vlákna, až třeba po biočipy, které by využívaly ke zpracování informace přírodou vytvořené nanometrové biologické struktury například v listech rostlin. Taková miniaturizace je zajisté slibná, ale nevyhnutelně směřuje k jedinému konci. A sice, že bude dosažena hranice velikosti jednotlivých molekul a atomů, tj. rozměrů kolem 0,1-0,5 nm.

    Kam spěje vývoj procesoru



    z d r o j e

    Historie a vývoj PC
    Notebooky a jejich historie 1
    Notebooky a jejich historie 2
    Historie PC
    Kam spěje vývoj procesoru

    NA ZAČÁTEK