0. generácia počítačov
Za počítače nultej generácie považujeme elektromechanické počítače, ktorých základ tvorila súčiastka nazývaná elektromagnetické relé. Tieto zariadenia pracovali väčšinou s nízkou taktovacou frekvenciou okolo 100 Hz, čo znamená približne 100 operácií za sekundu.
Medzi významné príklady patrí Konrad Zuse, ktorý v roku 1938 dokončil prvý experimentálny model počítača V1, neskôr premenovaný na Z1. Nasledovali Z2 a Z3 v rokoch 1941 a 1942, pričom v roku 1945 vznikol počítač Z4. V roku 1943 Howard Aiken a Grace Hopper dokončili počítač MARK 1, a o niekoľko rokov neskôr v roku 1947 vznikol MARK 2.
Hlavnými nevýhodami releových počítačov boli ich veľké rozmery, hlučnosť a náchylnosť mechanických častí elektromagnetických relé na opotrebovanie v dôsledku trenia. Navyše, na chladenie týchto zariadení bolo denne potrebných niekoľko ton ľadu.
1. generácia počítačov
Počítače prvej generácie sa vyznačovali používaním elektronickej súčiastky – vákuovej elektrónky. Jedným zo zásadných príkladov tohto obdobia bol počítač COLOSSUS Mark 1, ktorý bol dokončený na konci roku 1943 a slúžil na dešifrovanie správ nemeckého šifrovacieho stroja Enigma.
V roku 1945 vznikol prvý univerzálny plne elektronický počítač s názvom ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer). Tento počítač bol chladený dvomi leteckými motormi. Programovanie spočívalo v prepájaní drôtov a nastavovaní prepínačov, čo mohlo trvať od pol hodiny až do jedného dňa. ENIAC mohol byť bez prestávky zapnutý iba jednu hodinu, počas ktorej však často dochádzalo k vypaľovaniu elektrónok.
Inovácie Johna von Neumanna
V roku 1945 John von Neumann predstavil revolučnú architektúru počítača, ktorá je v podstate zrkadlom dnešných počítačových systémov. Navrhol, aby sa program i dáta ukladali do rovnakej pamäte – tento princíp je známy ako schéma počítača s uloženým programom. Jeho návrh počítača EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer) umožňoval, že príkazy už nebolo nutné nastavovať fyzicky pomocou prepínačov, ale mohli byť uložené do pamäte prostredníctvom diernych štítkov.
John von Neumann zaviedol binárny systém (dvojhodnotový princíp), ktorý sa stal základom nielen pre fungovanie počítačov, ale aj pre ich súčasnú architektúru. Tento systém umožňuje sekvenčné spracovanie programu a integráciu dát a inštrukcií v jednej pamäti.
Von Neumannova architektúra – základná štruktúra počítača
Von Neumannova architektúra rozdeľuje počítač na päť základných častí:
- Operačná pamäť – slúži na uchovávanie spracovávaného programu, vstupných dát a výsledkov výpočtov.
- ALU (aritmeticko-logická jednotka) – vykonáva všetky aritmetické výpočty a logické operácie.
- Riadiaca jednotka (radič) – riadi činnosť všetkých častí počítača pomocou riadiacich signálov zasielaných príslušným modulom.
- Vstupné zariadenia – slúžia na zadávanie programu a dát do počítača.
- Výstupné zariadenia – slúžia na zobrazenie alebo uloženie výsledkov výpočtov.
Vývoj generácií počítačov
1. generácia (do roku 1956)
- Základným stavebným prvkom boli vákuové elektrónky.
- Procesor sa podieľal na všetkých vstupných a výstupných operáciách.
- Rýchlosť výpočtov sa pohybovala v rádoch milisekúnd.
- Hlavnou pamäťou bol magnetický bubon, bez rozlíšenia na vnútornú a vonkajšiu pamäť.
- Programovanie prebiehalo v strojovom kóde, ktorý bol špecifický pre každý počítač.
2. generácia (1957 – 1963)
- Využívali sa polovodičové súčiastky – diódy a tranzistory.
- Výpočtová rýchlosť sa zlepšila na mikrosekundy.
- Kapacity pamäte rástli do úrovne niekoľkých megabajtov.
- Vznikali prvé kompilátory a prekladače programovacích jazykov.
- Strojové jazyky zostali jedinečné a neexistovala medzi nimi kompatibilita.
3. generácia (1964 – 1981)
- Základ tvorili integrované obvody SSI (small scale integration) do 10 prvkov a MSI (medium scale integration) od 10 do 100 prvkov.
- Rýchlosť operácií dosahovala hodnoty v nanosekundách.
- Kapacity pamäte sa zvýšili na stovky megabajtov.
- Rozvinulo sa interaktívne spracovanie, multiprogramovanie a multiprocesing.
- Rozšírili sa vyššie programovacie jazyky, čím sa zlepšila produktivita programovania.
- Zvýšila sa kompatibilita medzi softvérom a hardvérom od rôznych výrobcov.
- Vlajkovou loďou boli počítače IBM 360, ktoré významne ovplyvnili ďalší vývoj.
4. generácia (1981 – 1990)
- Základným prvkom boli integrované obvody LSI (large scale integration) s 100 až 5000 prvkami.
- Kapacita pamätí sa pohybovala rádovo v gigabytoch.
- Výrazne sa rozvíjali operačné systémy a rôzne softvérové aplikácie.
- Na scéne sa začali objavovať mikropočítače a osobné počítače.
- Došlo k výraznému rozvoju dátovej komunikácie.
- Rozvinuli sa technológie interaktívneho spracovania, multiprogramovania a multiprocesingu, pričom sa presadil viacužívateľský prístup a širšie využívanie vyšších programovacích jazykov.
5. generácia (od roku 1990)
- Používajú sa integrované obvody VLSI (very large scale integration) s 5000 až 50 000 prvkami, pričom počet diskrétnych prvkov na čipe neustále rastie.
- Počítače sa využívajú v oblasti umelej inteligencie, kde sa uplatňujú technológie SLSI (super large scale integration) s 50 000 až 100 000 prvkami a ULSI (ultra large scale integration) s viac ako 100 000 prvkami.
- Významne sa rozvíja schopnosť počítačov porozumieť reči, rozoznávať obraz a spracovávať komplexné úlohy inteligentným spôsobom.
Vývoj softvéru paralelne s hardvérom
- Začal programovaním v strojovom kóde – priamo v binárnej forme špecifickej pre daný počítač.
- Postupne vznikli problémovo orientované programovacie jazyky, ktoré stále však boli blízke strojovému jazyku, napríklad FORTRAN, ALGOL 60 a COBOL.
- Objavili sa operačné systémy umožňujúce dialógový režim práce a spracovanie dát v bankách, ako napríklad jazyky PASCAL a C.
- Vznikli distribuované systémy, ktoré umožňujú počítačové siete s rozsiahlymi možnosťami komunikácie a lepšie pracovné prostredia.
- V súčasnosti sa uplatňuje spracovanie znalostí, prirodzeného jazyka, rozpoznávanie hlasu a ďalšie pokročilé technológie softvéru.
