UUR 2009/20101

Uvod u računarstvoPreddiplomski studij

elektrotehnike 2009/2010

prof.dr.sc. Ivo Ipšić

UUR 2009/20102

Nastavnici

predavanja:prof.dr.sc. Ivo Ipšić

vježbe:asistent mr.sc. Ivan Štajduharasistent Damir Malnardemonstratori

UUR 2009/20103

Uvod u računarstvo

Zavod za računarstvoivo.ipsic@riteh.hrkabinet 2-08bivan.stajduhar@riteh.hrdamir.malnar@riteh.hrkabinet 2-57http://www.riteh.hr/zav_katd_sluz/zr/nastava/uur/

UUR 2009/20104

Literatura

1. Leo Budin: Informatika za 1. razred gimnazije, Element, Zagreb 1996.

2. Darko Grundler: Primijenjeno računalstvo, Graphis Zagreb 2000, ISBN: 953-6647- 03-6

3. Uros Peruško: Digitalna elektronika, Školska knjiga Zagreb, 1990.

4. V. Čerić (urednik): Poslovno računarstvo, Znak, Zagreb, 1998.5. M. Žagar: UNIX i kako ga koristiti, Antonić, 1997.

UUR 2009/20105

Saržaj kolegija Uvod u računarstvo

Uvod i razvoj računala Zapis podataka i kodiranje informacija u računaluGrađa računalaProgramska oprema računalaRačunalne mrežeUvod u programiranje i programski jezik C

UUR 2009/20106

Sadržaj

Uvod

Povijesni pregled razvoja računala6 generacija računala

Informacijsko – komunikacijska tehnologija

UUR 2009/20107

UvodRačunarstvo je znanost o postupcima prikupljanja, obrade, pohranjivanja i prijenosa podataka i informacija pomoću tehničkih uređaja – računala odn. računalnih sustava.

informacijska tehnologija = mikroelektronika + računalna tehnologija + telekomunikacijemikroelektronika – razvoj i projektiranje elektroničkih sklopova potrebnih za gradnju računalaračunalna tehnologija - razvoj i gradnja računala i uređaja za pohranjivanje i prijenos informacijatelekomunikacije – uređaji i infrastruktura potrebni za prijenos informacija

UUR 2009/20108

Informacijska tehnologija

Informacijska tehnologija =

mikroelektronika +računalna tehnologija + telekomunikacije

UUR 2009/20109

Računalna tehnologija

ugrađena računala (embedded computer)automobil, zabavna elektronika, bijela tehnika, igračke

osobna računala PCradne stanice (work station)računala poslužitelji (network servers)velika računala (mainframe)super računala

UUR 2009/201010

Povijesni pregled razvoja računala

razvoj postupaka računanjamehanički računski strojevirazvoj programibilnih strojevaelektromehanička računalarazvoj elektroničkih računala

6 generacija računala

UUR 2009/201011

Počeci 50.000 – 30.000 p.n.e.

brojanje prstimadigit – engl. prst ili brojraste potreba za zapisom većih brojeva, koriste se kamenčići, urezi u kostima, drvucalculate - iz latinske riječi za šljunak calculusMezopotamija, Egipat – razvoj brojevnih sustavaBabilon – preteča Abakusa

UUR 2009/201012

Počeci 10. st.p.n.e. – 5. st.n.e.

zapis simbola za broj uvođenje arapskog brojevnog sustava 0123456789razvoj geometrije u Grčkojrazvoj decimalnog sustava (oko 500 g.)prvi šah (Indija)izračunana vrijednost broja π

UUR 2009/201013

Algoritam: 9. st.

Muhammed idn Musa Al-Khwarizmi (780– 850. g.) svećenik i mathematičar profesor u Bagdaduuvodi Hindujski pozicijski brojevni sustavuvodi nulu u arapski brojevni sustav algebarske jednadžbe opisane u knjizi

Al-jabr wa'l muqabalahiz tog naziva dolazi Al-jabr - algebra

u knjizi se opisuje postupak kojim se svaki matematički problem rasčlanjuje na korake i njegovo izvođenje naziva ALGORITAM (Alkhwarizm)

UUR 2009/201014

Abakus: 13. st

zbrajanje i oduzimanje bez olovke i papira za bilo koji brojevni sustavuvježbana osoba jednako brza s abakusom i kalkulatoromnaziv Abacus dolazi od grčke riječi ABAX – ploča pokrivena prašinom potječe sa srednjeg istoka u masovnoj uporabi je u Kini 12–13.st. kineski abakus : ima 13 stupaca u dva dijela – gornji vrijedi 5X više od donjeg

japanski: 21 stupacruski: 10 kuglica u 10 redaka

UUR 2009/201015

CODEX 15. st.

15.st. – Leonardo DaVinciizradio nacrt za prvi stoj za računanje CODEX

nacrt – čitljiv u ogledalunikad nije realiziranreplika stroja naknadno izrađena

UUR 2009/201016

Mehanički računski strojevi 17.st.

John Napier 1614. logaritmi i decimalni brojevi

napierove kostimehanički računski strojevi

Schickard 1623.• stroj za +, -, x, /

Pascal 1641. • mehanički stroj sa zupčanicima:

PascalineLeibnitz 1673.

• binarni brojevni sustav (0,1)• prvi komecijalni kalkulator

Arithmometer

UUR 2009/201017

Programabilni stroj: 18. st.

Joseph-Marie Jaquardprogramabilni tkalački stroj koji radi na principu bušenih karticana bušenoj kartici je kodiran uzorak za tkanjejoš i danas u upotrebi u pojedinim manufakturama za proizvodnju žakarda

UUR 2009/201018

Početka razvoja računala: 19.st.

Charles Bababage2 mehanička stroja

Difference Engine (1822.)kalkulator koji radi na pricipu Jaquardovih bušenih karticaizrađen mali model strojaneprecizna mehanika uzrokuje obustavu daljnjeg razvoja i prelazi na

Analytical Engine (1834.)preteča današnjih računala s upravljačkom jedinicom

UUR 2009/201019

Charles Babage: Analitički stoj

Osnovi elementiUlazna jedinicaAritmetičko – logička jedinica - MILLCentralni kontrolerIzlazna jedinicaodvojene memorija - STORE

izvodi sve računske operacijeinstrukcija definira koju operaciju izvesti i u kojem redoslijedu memorija kapaciteta 1000 50-znamenkastihbrojevaprogramabilan pomoću bušenih kartica potpuno mehaničkiAda Lovelace Byron

izradila jedan od prvih programa za analitički stojprogramski jezik ADA

UUR 2009/201020

Boolova algebra

1854 objavio knjigu An Investigation of the Laws of Thoughtdefinicija matematičkog sustava, koji temelji na logičkim varijablamalogičke izjave

binarne varijable

UUR 2009/201021

Herman Hollerith

prvi elektromehanički stroj za zbrajanje i sortiranje1890.g. upotrijebljen za popis stanovništva u SADubušene karticeustanovio Tabulating andRecording Company koja 1924. postaje IBM -International BusinessMachine Corporation

UUR 2009/201022

Alan Turing 1936., Engleska

model univerzalnog računala: Turingov strojapstraktni stoj (matematički model) koji se sastoji od:

glave za čitanje koja se pomiče lijevo-desnobeskonačne trake za pohranjivanje podatakai programa koji određuje što se mora izvestimože rješiti bilo koji problem koji mogu rješiti današnja računala (uz uvjet neograničenog vremena za izvođenja i neograničene memorije)

UUR 2009/201023

Elektromehanički računski strojevi: 1900-1940.

1924. rođenje IBM-a

Conrad Zuse, njemački inženjerelektromehaničko računalo Z1Z3

UUR 2009/201024

Conrad Zuse 1937. ,Njemačka

Z1floating point brojevi sa 7-bitnim eksponentom i 16-bitnom mantisom i predznak bitommoguće raditi sa 16 takvih brojeva koristi bušenu traku ima tastaturu za unos podataka a izlaz je prikazan pomoću električnih lampica

UUR 2009/201025

Z3 – prvo računalo

prvo potpuno funkcionalno automatsko digitalno računaloradi u binarnom brojevnom sustavuizvodi floating-point arithmetikurad računala se regulira programomizgrađen od 2600 releja, elektromagnetskih prekidača s dva stanja

± 1400 se koristi za memoriju±600 za CPU i±600 za operacijski sustav

UUR 2009/201026

Elektromehanički računski strojevi: 1940-1953.

MARK I, 1944. USAelektromehaničko računalo

ENIAC(electronic numerical integrator and computer), 1945. Mauchly and Eckert, USA

elektroničko računaloEDVAC ( Discrete Variable Automatic Computer)

UUR 2009/201027

Howard Aiken: MARK I

Howard Aiken sa Harvarda u suradnji s IBM-om izrađuje MARK I (1937.-1944.g.)originalni naziv: AutomaticSequence Controller – ASCCkoriste postojeću opremu i tehnologiju

IBM ulazno –izalazne jediniceprogram zapisan na bušenoj traci

UUR 2009/201028

MARK-I

MARK I je elektromehaničko računalopotpunu funkcionalnost dobiva 1944. g.zauzima prostor cijele kuće

10.60 m dug i 2.60 m visokteži 5 tonasadrži 800.000 elemenataa dnevno koristi nekolik o tona leda za hlađenjemnoženje dvaju 23 znamenkasta broja izvodi u 3s

UUR 2009/201029

Codename: ENIAC

ENIAC - Electronic Numerical Integrator and CalculatorJohn Mauchly i Presper Eckert na Moore School of Engineering, Pennsylvania za potrebe mornarice grade prvo elektroničko računalo

smatraju da će raditi brže od postojećih elektromehaničkih računalaradi u dekadskom brojevnom sustavuna izlazu – bušene kartice kasnije dodana unutarnja memorija, koja nije originalno predviđenapotpuno funkcionalan 1945.gENIAC je oko 1000 puta brži od računala izvedenih u tehnologiji releja

UUR 2009/201030

ENIAC - specifikacijaizgrađen od

17.468 vakumskih cijevi 500.000 spojeva70.000 otpornika10.,000 kondenzatora6,000 ručnih prekidača 1,500 releja500 terminala

CPU brzina5.000 zbrajanja,357 množenja i 38 dijeljenja na sekundu

OS: fiksno ožičena logika (hard wired) inicijalna cijena $500,000 površina 167,3 m2 potrošnja 180 kW, težina 100 T

UUR 2009/201031

John von Neumann , 1946.

ideja: zajedničko pohranjivanje podataka i programa u memoriji računala slijedeći korak programa ovisi o prijašnjem

predložena arhitektura za EDVAC (Electronic DiscreteVariable Automatic Computer) postaje poznata pod imenom vonNeumanova arhitektura računala

UUR 2009/201032

von Neumanova arhitektura

CPU

UPRAVLJAČKI

SKLOP

ARITMETIČKO- LOGIČKAJEDINICA

ULAZNAJEDINICA

MEMORIJAIZLAZNAJEDINICA

Tok podataka i instrukcija

Upravljački signali

33

Claude Shannon

•1948. g. C.E.Shannon definira komunikacijski sustav kao stohatičkidinamički sustav u radu “A Mathematical Theory ofCommunication”

•definirao pojam informacije kao mjeru neizvjesnosti stohastičkogdinamičkog sustava – entropiju

•sa informacijom možemo raditi sve kao i sa energijom: možemo je mjeriti, pohraniti, prenositi, pretvarati u druge oblike, prodavati, ..

UUR 2009/201034

Razvoj elektroničkih računala

I. elektroničke cijevimagnetski mediji

II. tranzistorielektronički sklopoviferitne memorije

III. integrirani sklopovi

IV.mikroelektronikamikroračunalamikroprocesor

V.VLSI

VI.masovna uporaba ....

prema tehnologiji dijeli se na 6 generacija:

UUR 2009/201035

I. generacija: 1953-1958.

elektroničke cijevimagnetski mediji1952. UNIVAC I

prvo računalo s poluvodičima (Remington-Rand) razvijen koncept integriranih krugova

(Integrated Circuits - Geoffrey Dummer in Washington)1954. FORTRAN, John W. Backus, IBM1956. Magnetic Disk Memory, IBM

RAMAC350 Random Access Method of Accounting andControl

1956. prvi operacijski sustav Bob Patrick i Owen Mock

GM/NAA-I/O i instaliran na IBM 704 računalu

UUR 2009/201036

II. generacija: 1958-1961.

izum i razvoj tranzistoraNobelova nagrada za fiziku 1956

integrirani sklop (IC) Jack Kilby1958 (Nobelova nagrada za fiziku 2000)

1961. prvi komercijalni integrirani sklop (Fairchild Semi Conductor)

UUR 2009/201037

II. generacija: 1958-1961.

razvoj feritnih jezgrenih memorija razvoja compilera, sistemskog softvera, programskih jezika

Algol: ALGOrithmic LanguageCobol, LISP

1960. prvo mini računalo PDP-1, DigitalEquipment Corp (DEC)

UUR 2009/201038

II. generacija: 1962-1964.1962. Atlas, University of Manchester

virtualna memorija i pagingizvođenje instrukcija u pipelineuodvojene aritmetčke jedinice za fixed- i floating-point operacijebrzina približno 200 kFLOPS

1963. ASCII: American Standard Code forInformation InterchangeBASIC - Beginners All Purpose InstructionCode - Thomas Kurtz i John Kemeny

1964. Epson matrični printer Rank Xerox's Palo Alto Research Center

• prvi LAN - Local Area Network

UUR 2009/201039

II. generacija: 1965-1966.

1965.Ted Nelson, skovao riječ hypertextMaurice Wilkes prvi cache memorijski čipMooreov zakon

1966.prvi WAN -ARPAnetIBM: DRAM - Dynamic Random Access MemoryDouglas Engelbart: X-Y Position Indicatorfor a Display System, miš (1963-66.)

UUR 2009/201040

III. generacija: 1966-1970.integrirani sklopovipočetak intenzivnog korištenja računala u industrijioperacijski sustav1967. Fairchild Semiconductor Inc.

prvi RAM Random Access Memory – čip od 256 bita s preko 1000 tranzistora

1969. ARPANet1970.

teorije relacijskih baza podataka, Ted Codd, IBM disketna jedinica, IBM

• 8" - 81.6 Kb podataka, 32 staze, • samo za čitanje bootstrap routine za IBM/370• 6 godina kasnije 5.25“ diskete kapaciteta 1.2Mb

Pascal, Niclaus Wirth, Švicarska

UUR 2009/201041

III. generacija: 1971-1972.

1971. Intel: prvi EPROM - Erasable ProgrammableRead Only Memory i procesor 4004 - 3500 tranzistora C, Dennis Ritchie i Brian Kernighan, Bell Labsstrukturno programiranje

1972. Intel procesor 8008 200 kHz, brzina 300.000 instrukcija /s,

• može adresirati 16Kb memorije • može raspoznati sve alfanumeričke znakove

PROLOG Programming in LogicUNIX – napisan u C

UUR 2009/201042

III. generacija: 1973 - 1974.

1973. LCD (Liquid Crystal Display) tehnologija, Sharp, Japanprvo osobno računalo: PC Alto, Xerox

• miš, Ethernet, GUI, SmallTalk• iznimno skup

1974.Intel 8080 mikroprocesor

• 8 bitni (360 $), 2Mhz, adresira 64.000 bytova

• 6.000 tranzistora (3microna) floppy disk u masovnoj upotrebi, tek za 20 godina ga zamjenjuje CDZilog Corp., Z-80, 8 bitni procesor

UUR 2009/201043

Klasifikacija integriranih sklopova

IC klasifikacija po broju tranzistora na čipu:SSI (Small Scale Integration) : 64MSI (Medium Scale Integration): 1024LSI (Large Scale Integration) : 65000VLSI (Very Large Scale Integration) more than65000SVLSI (Super ...) : > 500.000

UUR 2009/201044

IV. generacija: 1974-1982.

LSI – Large Scale Integrationmikroelektronikamikroračunalamikroprocesor

130000 tranzistora64 Kbit memorija

UUR 2009/201045

IV. generacija: 1975.

1975.Micro Soft, osnivaju Bill Gates i PaulAllen

• prodaju verziju BASICa Altairu, kasnije Microsoft BASIC

ALTAIR 8800, PC• Intel 8080 čip• memorija 256 byta, • prekidači – ulazna jedinica • led - umjesto monitora • cijena $395 (periferija dodatnih

$2000)IBM PC 5100

• cijena oko $15,000 • IBM pogrešno predvidio razvoj tržišta

UUR 2009/201046

IV. generacija: 1976-1977.

Apple ICray 1, prvo komercijalno superračunalo

Seymour Crayprvi koji je prešao 1 MIPScijena: $5 - $8.8 milijunaisporučenih: 85tehnologija:

• vektorsko procesiranje, • 200.000 specijaliziranih ECL integriranih

krugova• 100-160 MFLOPS performance

softver: • Cray Operating System (COS), • Cray Fortran Compiler, • Cray Assembler Language

UUR 2009/201047

IV. generacija: 1979-1981.

1978. laserski pisač, Xerox1979. Ethernet standard za lokalne mreže, Xerox, DEC i Intel1980.

Seagate Technology prvi hard disk za mikroračunalo, ST506, 5 Mb, vrijeme pristupa180 - 240 millisekundeIBM - 1 Gigabyte tvrdi disk, veličine hladnjaka, 150 kg. 40.000$

1981. Microsoft - DOS1.0

UUR 2009/201048

IV. generacija: 1982.

Commodore C64, Bob Yannes

6502 čip, 595 $, do 1994. prodano 17- 22 milijuna

ZX Spectrum, Sinclairkasnije ZX 81baziran na Z80 procesoru

dBase II, Ashton Tate

UUR 2009/201049

V. generacija: 1982-1990.

VLSI – Very Large Scale Integration106 tranzistora na čipu16 Mbit memorije na čipugrafička okolinaMS Windows

UUR 2009/201050

V. generacija: 1983-1985.

1983. Motorola 68000 čip za napredna računala, laserske pisače i grafičku okolinuGNU Manifesto, Richard StallmanC++

1984.MacIntosh, AppleInkJet printer, HP

1985.CD-ROM MS WindowsIntel 80386 procesor – PC 386

UUR 2009/201051

V. generacija: 1986-1990.

1986. prvi RISC ReducedInstruction Set Computers, RT PC, IBM, na tržištu, ideja iz 1976.

• jedna instrukcija jedan ciklus

1987.IBM PS/2, OS/2

1988.prvi virusi

1989. Intel 80486, cache of 32 Kb s koprocesoromintegrirani na čipu, 1.2 milijuna tranzistora, 20 MIPS

1990.World Wide Web, HTML, Tim Berners-Lee, CERN,

UUR 2009/201052

VI. generacija: 1990 -

64 Bit mikroprocesor 10 x 106 tranzistoraDRAM – 16 MBit – 1 GBitmasovna uporaba

• PC računala• mreže • internet• web

UUR 2009/201053

VI. generacija: 1991 – 1994.

1991. LINUX, Linus Torvalds, student, Finska1992.

Mosaic, prvi grafički preglednik, MarcAndreessen, student, SAD, (kasnije osnovao Netscape)Microsoft Windows 3.1, 3.11

1993. Intel Pentium 1.5 millijuna tranzistoraWindows NT

1994. počeci .com ekonomije – YAHOO, Amazon...

UUR 2009/201054

VI. generacija: 1995 – 1998.

1995. MS Windows 95 Sun Microsystems, Java intenzivna uporaba internetaIntel Pentium Pro

• 150-, 180-, and 200 MHz, • 5.5 milijuna tranzistora• bzina sabirnice 60 MHz• do 440 MIPS

1996.CD-RWe-bay, e-comerceMS Internet Explorer

1997.Bluetooth tehnologija, Dutchman J. Haaften, Ericsson Švedska IBM: Deep blueMP3 format, FrauenhoferInstitut, Njemačka

1998.iMac, AppleGoogle, Larry Page i SergeyBrin

UUR 2009/201055

VI. generacija: 2000. –

spam, virusi, mobilnost,....

UUR 2009/201056

Razvoj μP INTEL: 71.-76.-80.

UUR 2009/201057

INTEL: 80. - 86. - 90.

UUR 2009/201058

INTEL: 90. – 93. - 96.

UUR 2009/201059

Mooreov zakon I

Gordon Moore, jedan od osnivača Intela1965. predvidio tehnologijski rast novih generacija integriranih sklopovaMooreov zakon: svakih 18-24 mjeseci se broj tranzistora na čipovima udvostručuje2001.- popravak Mooreovog zakona

broj tranzistora na čipovima udvostručuje se svakih 4-5 godina originalni zakon izdržao 36 godina

UUR 2009/201060

Mooreov zakon II

UUR 2009/201061

Razvoj mikroprocesora Intel Pentium

1995 Pentium® Pro Processor 5.5 Million Transistors1997 Pentium® II Processor 7.5 Million Transistors1998 Pentium® II Xeon Processor 7.5 Million Transistors1999 Celeron Processor 7.5 Million Transistors1999 Pentium® III Processor 9.5 Million Transistors1999 Pentium® III Xeon Processor 9.5 Million Transistors1999 Pentium® III E 28.1 Million Transistors2000 Pentium® 4 42 Million Transistors

UUR 2009/201062

Kvantna računala

quantum computers – temelje na zakonima kvantne fizikequbits – kvantna stanja atoma, orijentacija spinaatoma, sadrži više od jednog bita informacijeQuantum computers promised to solve some of themost difficult mathematical problems exponentiallyfaster than a conventional computer (2)http://www.cs.caltech.edu/~westside/quantum-intro.html

UUR 2009/201063

Informacijska tehnologija

Informacijska tehnologija =

mikroelektronika +računalna tehnologija + telekomunikacije

UUR 2009/201064

Računalna tehnologija

ugrađena računala (embedded computer)automobil, zabavna elektronika, bijela tehnika, igračke

osobna računala PCradne stanice (work station)računala poslužitelji (network servers)velika računala (mainframe)super računala

UUR 2009/201065

Telekomunikacije

LANWANInternet

telekomunikacijska infrastruktura

UUR 2009/201066

Informacijsko komunikacijska tehnologija

najprodornija tehnologija današnjiceznačajniji utjecaj tehnologija u prošlosti

tiskarski stoj, parni stroj, električna energija, ...utjecaj na sve gospodarske djelatnosti i na život svakog pojedinca

društvo znanja => informacijsko društvo

UUR 2009/201067

Literatura i izvori

The History of Computing Project, (listopad 2005). http://www.thocp.netThe computer history museum, (listopad 2005). http://www.computerhistory.org