1-1

RAZVOJ ELEKTRONSKIH RAUNARA

Grubo govorei, periode u razvoju raunara moemo podeliti na dve epohe:

1. Period pre pojave elektronskih raunara (do 1946. godine)

2. Period nakon pojave elektronskih raunara (nakon 1946. godine).

Pre pojave elektronskih raunara, raunanje se vrilo korienjem nekoliko ureaja:

1. Abakus (najee se realizuje kao drveni okvir sa icama po kojima se pomeraju

kuglice. Vrednost kuglice zavisi od toga na kojoj se ici kuglica nalazi: na jednoj

ici jedna kuglica ima vrednost 1, na sledeoj vrednost 10, na sledeoj vrednost

100).

2. Paskalina (konstruisao je Blez Paskal 1642. godine, zasnovana na mehanizmu

spojenih zupanika, a prikazivala je decimalne brojeve, do 8 cifara).

Slika 1. Paskalina

3. Lajbnicova maina sa etiri operacije (sabiranje, oduzimanje, mnoenje i

deljenje), 1694. godine. Lajbnic je bio prvi koji je predstavio binarni brojni

sistem 1697. godine).

1-2

Slika 2. Lajbnicova maina

4. akarov tkaki razboj sa buenim karticama (1801. godine, koristio je

buene kartice za kontrolu operacija, razliite kombinacije rupa na kartici

kreirale su razliite are i dezene istkanog materijala).

5. Bebidova analitika maina (u teoriji predstavlja mainu koja bi automatski

radila na paru, imala bi memoriju za skladitenje 1000 promenljivih. Programi

su bili ispisani na buenim karticama. Ada Bajron, erka engleskog lorda

Bajrona, smatra se prvim programerom, poto je napisala detaljan opis

izraunavanja Bernulijevih brojeva na analitikoj maini).

Slika 3. Analitika maina

1. Elektromehaniki raunari:

1. Analogni raunar konstruisan na MIT-u (1925-1942), analogni raunar koji je

imao elektrini motor, korien je prvenstveno u vojne svrhe.

2. Z1, prvi programabilni raunar, konstruisao ga Konrad Zuse 1934. godine.

1-3

Slika 4. Z raunar

3. Colossus, projektovao ga 1941. Alen Tjuring, a konstruisao ga Don fon

Nojman. Tjuring je 1936. godine razvio ideju univerzalne maine koja moe da

izvri svaki algoritam koji se moe opisati i predstavlja osnovu za koncept

raunarstva. Fon Nojman je 1945. god,u svom izvetaju opisao arhitekturu

raunara koja se i danas koristi u najveem broju savremenih raunara,

koncipirana na unutranjem programu. Program se pri izvravanju uva kao i

podaci za obradu. Fon Nojmanova maina imala je 5 delova: memoriju,

aritmetiko logiku jedinicu (ALU), upravljaku jedinicu (upravlja programom)

i ulaznu i izlaznu jedinicu. U okviru ALU postojao je akumulator, pa tipina

instrukcija sabira memoriju sa sadrajem akumulatora ili sadraj akumulatora

upisuje u memoriju.

4. Harvard Mark I, II i III (1937-1944.), konstruisao je Haurad Hajken, uz

podrku IBM-a. Maina je imala ulazni i izlazni ureaj, memoriju, aritmetiki i

upravljaki organ. Ulazni podaci i instrukcije unoeni su pomou buene

magnetne trake, ili pozicioniranjem prekidaa. Radila je sa 20-cifrenim

brojevima, brzinom od 3 operacije u sekundi. U memorijskoj jedinici je moglo

da se uskladi 60 brojeva. Koriena je do 1959. Prilikom jedne demonstracije

maina je prestala da radi. Razlog je bila bubavaba koja je ula u relej. Odatle

potie termin za greke u programima (bug).

1-4

Slika 5. Harvard Mark I

2. Elektronski digitalni raunari

Prvi elektronski digitalni raunar projektovao je 1939. godine Don J. Atanasov, uz

pomo svog studenta, na Ajova univerzitetu. Maina je nazvana ABC, nikada nije bila

kompletirana, a projekat je naputen 1942. godine.

ENIAC (Electronic Numerical Integrater And Computer) je bio prvi uspean

elektronski raunar opte namene. Kod njega program nije bio uskladiten u centralnoj

memoriji, ali je mogao da izvodi operacije elektronskom brzinom (1000 puta bre nego Mark

I). Maina je programirana da izvrava operacije ukluivanjem i iskluivanjem kablova i

prekidaa, a prema potrebi i prelemlavanjem ica, to je trajalo i po nekoliko dana, kada je

raunar reprogramiran za reavanje novog problema. Buene kartice su koriene za ulaz i

izlaz podataka. ENIAC je imao dimenzije 10*20 m i teio preko 30 t. Po tome je raunarski

sistem bez programa, nazvan hardver. Raunar se sastojao od 70 000 otpornika, 10 000

kondenzatora i 6 000 prekidaa. Za povezivanje ovih komponenti trebalo je zalemiti preko

500 000 spojeva. Mogao je da radi samo kada su sve komponente bile u ispravnom stanju, a

proseno vreme izmeu dva kvara bilo je sedam minuta. Na njemu je stalno radilo est

tehniara. ENIAC je kompletiran u decembru 1945. godine, poto je rat zavren. Negova

prva raunanja su bila u vezi s projektovanjem atomskog i balistikog oruja. Korien je i u

mnoge druge svrhe, ukluujui i prvu raunarsku prognozu vremena. Bio je u upotrebi do

oktobra 1955. godine.

1-5

Slika 6. ENIAC

EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer). Za vreme razvoja

ENIAC-a, grupi na univerzitetu Pensilvanije koja je poinjala rad na drugom raunaru, 1944.

pridruio se i Don Fon Nojman. Ova maina je trebala da ima samo desetinu komponenti od

kojih je bio sastavlen ENIAC, a da ima sto puta veu memoriju. U konceptu projekta maine

Fon Nojman je naveden kao editor. Kluni koncept kod ove maine je bio uskladitenje

programa po kome maina radi u memoriju. Do tada su se podaci sa kojima je maina radila i

program po kome je radila unosili odvojeno u memoriju. Fon Nojman je predloio da se i

program i podaci dre uskladiteni u memoriju raunara u isto vreme. Na taj nain se program

mogao menjati podjednako lako i brzo kao i podaci. Ovaj princip programiranja raunara

zadran je do dananjih dana. Raunar EDVAC zavren je 1949. godine i bio je prva maina

koja je imala magnetne diskove. Pored ENIAC-a i EDVAC-a, krajem etrdesetih i poetkom

pedesetih godina razvijeno je vie raunara zasnovanih na istim principima, tehnologiji i

uglavnom slini:

1. 1948. razvijen EDSAC na univerzitetu u Kembridu

2. 1948. IBM uvodi elektronski kalkulator 604

3. 1948. IBM pravi SSEC raunar sa 12 000 cevi

4. 1949. Dej Foster u raunaru Whirlwind koristi kao glavnu memoriju, magnetnu

memoriju.

1-6

Slika 7. EDVAC

Pobolanje u raunarskoj tehnologiji nastavla se i poetkom pedesetih godina. Ona su

se odrazila i na raunarima proizvedenim u tom periodu. Raunari proizvedeni posle ovog

perioda kvalifikovani su u generacije. Svaka generacija ukluila je neka vea pobolanja

koja su ih inila brim, efikasnijim i monijim. Oko definisanja prve tri generacije postignuta

je opta saglasnost. Meutim, etvrta i peta generacija, o kojoj se esto diskutuje, nisu tako

dobro definisane.

2.1 Prva generacija raunara

Osnovna karakteristika prve generacije bilo je korienje vakumskih cevi kao aktivnih

elemenata. Ovi elementi su esto bili i veliine kunih lubimaca. Troili su mnogo struje i

proizvodili veliku koliinu toplote. Druga karakteristika ove generacije bila je memorija za

skladitenje programa i podataka. Razvijane su razne vrste memorija kao na primer,

magnetne trake i doboi. Cil je bio razvoj bre i jeftinije memorije. Poetkom pedesetih

godina dva otkria su izmenila sliku o elektronskim raunarima - od brzih nepouzdanih, oni

su postali relativno pouzdani, a mogunosti su im jo i poveane. To su otkrie magnetne

trake i tranzistora. Ova tehnika otkria brzo su nala primenu u raunarima, pa je tako i

kapacitet memorije komercijalnih raunara do poetka 60-ih godina narastao sa 80 000 na 64

000 rei. Nije bilo viih programskih jezika, ve se programiralo u mainskom jeziku, to je

zahtevalo vrlo detalne instrukcije. Ove maine su bile skupe za korienje i za iznajmlivanje,

a bile su skupe i za korienje zbog trokova odravanja i programiranja. Raunari su se

uglavnom nalazili u privatnim laboratorijama, dravnim ustanovama, ili velikim raunarskim

centrima u industriji i o njima je brinulo mnogo osobla za podrku i programera. Zbog toga

su mnogi korisnici zajedniki koristili raunarske kapacitete ovih maina.

1-7

Softver prve generacije raunara je pisan na mainskom jeziku. Svaki raunar je imao

svoj mainski jezik koji je bio usklaen sa elektronskim komponentama tog raunara.

Programeri koji su pisali programe na mainskom jeziku pisali su binarni kod za beleenje

instrukcija, za adresiranje memorije i za beleenje podataka. Programiranje na mainskom

jeziku bilo je veoma teko i podlono grekama. Rani raunari su mogli da izvravaju samo

jedan po jedan program, a posle zavretka rada jednog programa, raunar je morao da se

dovede u poetno stanje da bi moglo poeti izvravanje drugog programa.

2.2 Druga generacija raunara

Druga generacija obuhvata raunare proizvedene krajem pedesetih i u prvoj polovini

60-ih godina. Ova generacija zasnovana je na tranzistorima. Iako su tranzistori otkriveni

1948. godine, do 1959. godine nije bilo tehnologije i proizvodnih metoda za njihovo

korienje u raunarima. Raunari druge generacije sadrali su oko 10 000 pojedinanih

tranzistora koji su se runo privrivali na ploe i povezivali drugim s drugim elementima

icama. Tranzistori su imali odreene prednosti nad elektronskim cevima. Bili su jeftiniji,

brzi, manji, troili su manje elektrine energije i razvijali manje toplote. Prvi komercijalni

raunar koji je koristio tranzistore bio je Philco Transac S-2000, ali najvei uspeh u to vreme

je postigao IBM sa raunarom 1401. Ova maina se tako dobro prodavala da se broj raunara

u svetu udvostruio, a IBM postao vodei proizvoa. Osim navedenih tehnikih unapreenja,

pojavili su se i prvi programski jezici: Flow-Matic, iz koga se kasnije razvio COBOL,

FORTRAN, ALGOL i LISP.

U ovom periodu pojavljuju se veliki proizvoai raunara. 1959. godine IBM je izbacio

na trite raunare IBM 7090 i IBM 1401 koji su se zasnivali na tranzistorima. Raunar IBM

1401 se zasnivao na buenim karticama I bio je vrlo popularan - proizveden je i prodat u

12.000 primeraka. Imao je memoriju od magnetnih jezgara od 4000 (kasnije 16.000) rei.

Raunar je podravao decimalnu aritmetiku. Godine 1960. DEC (Digital Electronic

computers) je proizveo PDP-1 koji je prvenstveno bio namenjen istraivakim laboratorijama.

Godine 1961. Burroughs je proizveo B5000, prvi raunar sa dvostrukim procesorom i

virtualnom memorijom. Godine 1962. Sperry Rand je proizveo UNIVAC 1107, prvi iz vrlo

uspene serije UNIVAC 1100 raunara.

Raunari druge generacije mogli su da izvre oko 100.000 operacija u sekundi. U toku

ovog razvojnog perioda svaki raunarski sistem je u sebi imao memorijsku jedinicu u kojoj su

beleeni i programi i podaci zasnovanu na fon Nojmanovoj ideji.

Memorijske jedinice gradile su se od feritnih jezgara. Za programiranje raunara druge

generacije koristili su se asemblerski jezici koji su koristili skraenice ili simbolika imena

1-8

za kodove instrukcija i adrese u memorijskoj jedinici. Programiranje na asemblerskom jeziku

uinilo je rad programera efikasnijim.

Specijalni programi, asemberi, prevodili su ove programe u mainske instrukcije

raunara. Ovaj jezik je i dalje zahtevao jedan iskaz programa za jednu instrukciju raunara i

jezik je i dalje bio vezan za konretan raunar. Raunari druge generacije su mogli da obrauju

samo jedan po jedan asemblerski program.

Timovi raunarskih operatera pripremali su pakete programa na karticama da bi raunar

uvek bio zauzet. Takva vrsta obrade nazivala se paketna obrada (engl. batch processing).

Slika 8. IBM 1401 raunar

Slika 9. Raunar PDP-1 (Programmed Data Processor-1) je poznat i kao prvi miniraunar na kom se odigrala prva kompjuterska igra za raunare zvana Spacewar

1-9

2.3 Trea generacija raunara

Glavno tehnoloko unapreenje raunara tree generacije bila je primena integrisanih

kola. Godine 1959. napravlen je prvi planarni tranzistor sastavlen od jednog elementa.

Godine 1961. napravleno je integralno kolo od etiri tranzistora u jednom ipu. Godine 1964.

napravleno je integralno kolo za praktinu primenu sa pet tranzistora u jednom ipu. Godine

1968. proizveden je logiki ip sa 180 tranzistora. Uvoenje integralnih kola i LSI (Large

Scale Integration) integrisanih kola s visokim stepenom integracije omoguilo je proizvodnju

ipova sa hiladama tranzistora. Kompleksna kola, koja su bila ekonomina za proizvodnju,

znatno su poveala mogunosti raunara u kojima su koriena. Broj aktivnih komponenti u

raunaru narastao je sa 10 000 na vie od pola miliona. Niska cena, visoka pouzdanost, male

dimenzije, mali zahtevi za napajanjem i brzina izvoenja operacija ovih ipova znatno su

unapredile razvoj mikroraunara. Osim toga u ovoj generaciji magnetni diskovi su zamenili

magnetne trake, kao ureaj za skladitenje programa i podataka. Ovu generaciju obeleila je

serija raunara IBM 360.

Slika 10. IBM 360-44

Raunari tree generacije mogli su da izvre oko milion operacija u sekundi. Trea

generacija raunara dovela je do razvoja operativnih sistema kao grupe programa koja

upravlja i nadgleda rad raunarskog hardvera. Sa operativnim sistemom koji nadgleda

memoriju raunara, postalo je mogue istovremeno izvravanje vie programa (engl.

multitasking). Umesto grupisanja podataka u pakete, trea generacija raunara omoguava

obradu na liniji (engl. on-line processing) gde se ulazni podaci direktno unose u raunar i

1-10

njegov odgovor se "trenutno" dobija. Ovakva vrsta obrade dovela je do razvoja nove vrste

aplikativnog softvera. Na primer, za stovarita je ravije softver za prijem narudbi koje se

odmah obrauju. Aviokompanije su razvile sisteme za on-line rezervaciju i kupovinu karata.

Za programiranje raunara korieni su vii programski jezici. Korienje ovih jezika

eliminisalo je potrebu da programer za svaki raunar ui njegov asemblerski jezik. Tako je

1957. godine nastala prva verzija jezika FORTRAN (od FORmula TRAnslation). Jezik je uao

u iroku upotrebu ezdesetih godina, a njegove novije verzije koriste se do dananjih dana.

FORTRAN je omoguavao da se u jednom programskom iskazu zada sloeno matematiko

izraunavanje, jer jednom programskom iskazu odgovara vie mainskih instrukcija. Za

potrebe poslovnih obrada nastao je 1960. godine COBOL (COmmon Business-Oriented

Language) i njegova karakteristika su iroke mogunosti u kreiranju i odravanju velikih

podatkovnih datoteka.

Specijalni programi, kompilatori, prevode iskaze ovih programa u sekvencije

mainskih instrukcija raunara. Programski jezici FORTRAN i COBOL su proli kroz proces

standardizacije to je omoguilo korienje istih programa na razliitim tipovima raunara

(prenosivost programa).

2.4 etvrta generacija raunara

Do dalje minijaturizacije raunara dolo je 1968. godine sa izumom mikroprocesora.

Mikroprocesori su nastali za potrebe programiranih kalkulatora, ali su odmah nali primenu i

u raunarskoj industriji. U prethodnoj generaciji, raunarske mogunosti su bile raspodeljene

izmeu vie integrisanih kola. Mikroprocesori kombinuju integrisana kola za obradu

podataka, ogranienu memoriju, kontrolu ulazno izlaznih operacija u jedan ip.

Prvi komercijalno dostupni mikroprocesor Intel 4004 razvijen je 1971. godine. Kao

posledica ovog smanjivanja, raunarska snaga koja je zauzimala celu sobu tokom 1950.

godine sada staje na malo pare silicijuma veliine novia.

1970/71 - Prvi mikroprocesor (4-bitni mikroprocesor napravljen u Intel-u od

2300 tranzistora);

1972 - programski jezik C;

1974/75 - I8080, M6800, Zilog se izdvaja iz Intel-a .Pojavljuju se prvi

mikroraunari;

1975. Altair 8800 se generalno smatra za prvi lini (personalni) raunar;

1976. Apple-raunari;

1977. Memorijski ipovi od 16K (sa preko 20000 tranzistora);

1978. I8086;

1-11

1978. prvo izdanje K&R knjige Programski jezik C, Kernighan, Ritchie;

1980. Integrisana kola sa 200.000 tranzisrora;

1981. Predstavljen prvi IBM PC;

1983. I80286;

1985. I80386;

1989. I80486;

1993. Pentium I.

Od sredine 70-tih godina poeo je razvoj mikroraunara na bazi mikroprocesora. Prvi

takav raunar je Altair 8800 iz 1975. godine (MITS - Micro Instrumentation and Telementry

Systems) zasnovan na Intel procesoru 8080A. Imao je 256 bajtova memorije, nije imao

nikakav softver, a programirao se na mainskom jeziku. Zanimljivo je da su programski jezik

Basic (Beginners All-Purpose Language Instruction Code) za Altair razvili Bill Gates (Bil

Gejts) i Paul Allen (Pol Alen) koji su kasnije osnovali firmu Microsoft.

Slika 11. Altair 8800 raunar

Ubrzo su se pojavili i mnogi drugi mikroraunari, koji su poeli da se nazivaju kuni

raunari (engl. Home computers) ili personalni raunari (engl. personal computers - PC):

1977. Prvi raunari firme Apple, Tandy Radio Shack, 1980. Commodore. Kod nas je posebno

bio popularan raunar Sinclair Spectrum koji je za to vreme podravao jako dobru grafiku i

omoguavao razvoj jako dobrih igara. Kao izlazni ureaj koristio je standardni televizor, a za

ulaz i skladitenje korien je standardni kasetofon.

1-12

Slika 12. ZX Spectrum raunar

Poetkom 80-tih godina (1981.) i prestina firma IBM je pustila svoj prvi personalni

raunar, takozvani IBM Personal Computer (IBM-PC) koji je bio zasnovan na procesoru Intel

8086. Prvi IBM personalni raunari su imali brzinu procesora od 4.7 MHz, unutranju

memoriju od 128 KB, disketnu jedinicu od 5.25", a disk (koji nije bio obavezan) je imao

kapacitet od 10 MB. Ekrani ovih raunara su bili monohromatski i nisu podravali grafiku. I

kasniji modeli ovog proizvoaa zasnivaju se na procesorima ove firme. Usledio je raunar

IBM PC XT, a zatim su se raunari nazivali prema ugraenom procesoru: Intel 80286, 80386,

80486 do Pentiuma 80586.

Trite mikroraunara je veoma brzo raslo, pre svega sa pojavom personalnog raunara

i softvera koji je ljudima najrazliitijeg profila omoguavao da lake obave mnoge zadatke:

piu i menjaju dokumenta (word processing),

prave tabele (spreadsheets),

crtaju grafikone (graphics packages),

prave i odravaju svoje baze podataka (database programs).

Za raunare etvrte generacije je karakteristian razvoj neproceduralnih programskih

jezika koje mogu da savladaju i korisnici koji nemaju specijalno raunarsko obrazovanje.

Korisnik treba da navede ta su ulazni podaci, kako ih treba obraditi i kako treba predstaviti

rezultate obrade. Ovi jezici koriste u njih ugraeno znanje da bi generisali program koji treba

da obavi postavljeni zadatak.

1-13

2.5 Peta generacija raunara

Grupa japanskih poslovnih ljudi i vladinih institucija je poetkom osamdesetih godina

postavila cilj izgradnje pete generacije raunara. Verovalo se da e se ona oslanjati na

intenzivno korienje paralelnih procesora, raunare sa superraunarskim performansama i na

mogunosti vetake inteligencije (engl. Artificial intelligence). Projekat je iniciralo

Ministarstvo za meunarodnu trgovinu i industriju (MITI) i u projekat su uloena ogromna

sredstva (oko pola milijarde dolara).

2.6 Superraunari

Pod superraunarima se obino podrazumevaju raunari velikih mogunosti i brzine

obrade (tadanji superraunari dostizali su brzine i do 150 miliona operacija u sekundi), ija

konstrukcija nije zasnovana na Fon Nojmanovoj arhitekturi raunara nego na paralelizaciji

raunarskog procesa. Namenjeni su za nauno-tehnike proraune sa ogromnim brojem

raunskih operacija. Proizvodnja ovih raunara poela je krajem sedamdesetih i poetkom

osamdesetih godina. U to vreme najpoznatiji su bili raunari firmi Cray (Cray 1, Cray X -

MP) i CDC (Control Data Corporation) Cyber 205. Kasnije su i drugi proizvoai poeli da

prave superraunare, kao na primer Fujitsu, Hitachi, Nec i drugi. Ovi raunari se proizvode u

malom broju, jer je podruje njihovog korienja ogranieno, a zahtevaju i specijalne uslove

korienja i odravanja (hlaenje tenim azotom ili vodom).

Slika 13. IBM 7030 superraunar

1-14

Tabela 1. Osnovne karakteristike generacija raunara

Generacija Hardver Softver Primeri

raunara Performanse

I

Elektronske cevi,

magnetni doboi Mainski kod, memorisani programi

ENIAC,

UNIVAC I,

IBM 700

2 KB OM,

10 KIPS1

II

Tranzistori, memorija Programski jezici

visokog nivoa,

paketna obrada

IBM 7094 32 KB OM,

200 KIPS

III

Integrisana kola,

poluprovodnike memorije,

mikroprocesori

Deljenje vremena,

grafika,

multiprogramiranje,

strukturno

programiranje

IBM 360,

370; PDP 11

2 MB OM, 5

MIPS

IV

VLSI2, mree, optiki diskovi, personalni

raunari

OO jezici, ekspertski

sistemi, mreni i distribuirani OS

IBM 3090,

Cray XMP,

IBM PC

8 MB OM,

30 MIPS

V

ULSI3, GaAs4,

paralelni sistemi

Paralelno

procesiranje, vetaka inteligencija

Sun Sparc,

Intel

64 MB OM,

10 GFLOPS5

1 KIPS, MIPS (Kilo Mega Instructions per Second), mera brzine rada procesora, broj hiljada (miliona) instrukcija koje moe da izvri u jednoj sekundi 2 VLSI (Very Large Scale Integration), integracija nekoliko hiljada tranzistora na jednom ipu 3 ULSI (Ultra Large Scale Integration), integracija nekoliko miliona tranzistora na jednom ipu 4 GaAs (Gallium Arsenide), jedinjenje galijuma i arsenida, koje se koristi za izradu ipova umesto silicijuma 5 GFLOPS (Giga Floating Point Operations per Second), mera brzine rada procesora, broj milijardi operacija sa

pokretnim zarezom koje moe da izvri u jednoj sekundi