110

7.0 Klasifikace počítačů a mikropočítačů

Počítače a mikropočítače si rozdělíme a popíšeme.

7.1 Střediskový počítač Střediskový počítač (mainframe) byl počítač užívaný ve výpočetních střediscích. Patřily mezi ně střední a velké počítače s vysokou operační rychlostí. Byly vybaveny vysokokapacitnímu diskovými pamětmi a bylo k nim možno připojit velké množství terminálů. Charakteristické pro ně bylo připojení periferních zařízení prostřednictvím kanálů (3. generace) nebo adaptérů (3,5 generace). Nebyly ale přesně definovány, protože se neustále vyvíjely a zvyšovala se jejich výkonnost. Postupně se smazávala hranice mezi mikropočítači, minipočítači a střediskovými počítači. Sloužily pro hromadné a distribuované zpracování dat například pro práci v bankách, pro administrativu velkých podniků, pro práci v uzlech rozsáhlých sítí a podobně.

7.2 Minipočítač Vznikl jako zjednodušený střediskový počítač určený pro ne tak náročné úkoly a byl určen pro řízení v reálném čase. Jeho délka slova byla 16 (někdy i 12) bitů s jednodušší, většinou sběrnicově orientovanou architekturou. Měl menší kapacitu paměti, umožňoval připojení velkého počtu čidel a akčních členů. Instrukční soubor byl jednodušší než u střediskových počítačů. Měl několikaúrovňové přerušení systému. Sloužil hlavně pro řízení technologických procesů na nejvyšší úrovni. V malé míře též pro výpočetní střediska větších podniků. Později se tyto minipočítače přiblížily střediskovým počítačům a dostaly název superminipočítače. Pracovní stanice postupně dosáhly takové výkonnosti, že vytlačily minipočítače, které se staly historií. 7.3 Pracovní stanice Vysoce výkonný osobní počítač vybavený vysokokapacitními pamětmi jak vnitřními, tak i vnějšími a vybavený periferiemi určenými pro konstrukční práce se nazývá pracovní stanice (work station). Je vybavena vhodným programovým vybavením pro automatizaci konstrukčních prací. V počátcích těchto pracovních stanic byla jejich charakteristika 3M to je :

• výkonnost 1 MIPS

• kapacita operační paměti 1 MB

• rozlišení terminálu 1 megapixel V současné době je jak výkonnost, tak i kapacita operační paměti překonána o několik řádů. Výkon se již pohybuje ve stovkách MIPS a kapacita paměti ve stovkách MB. Pracovní stanice se často zapojují do sítě - obvykle je to lokální síť ETHERNET. V tomto případě se často pracovní stanice vybavují jen operační pamětí a všechny potřebné informace se získávají zvenčí. Zvenčí to je ze serveru přes síť. Nejsou to jen data, ale i programy operačního systému. Většinou pak nemají ani pevný disk (diskless) a mají i nízkou cenu. Ke komunikaci je využíván hlavně grafický styk a textové vstupy jsou omezeny většinou jen na menu. Je zde možnost vkládat výkresy kreslené rukou pomocí scanneru, provádět výkresové sestavy z knihoven připravených obrazců, značek symbolů a dílů. Zobrazení musí umožňovat natáčení, změnu měřítka, přesouvání a další, vše v reálném čase. 7.4 Osobní počítač Osobním počítačem začal být označován počítač určený pro jednu osobu a založený na bázi procesoru. Jako taková to byla firma Apple, která přišla v roce 1977 s prvním takovýmto počítačem APPLE II (obr. 7.1). Počítač byl konstruován na bázi 8bitového procesoru firmy Motorola 6502. U nás to byl prvý cenově dostupný počítač DIDAKTIK (obr. 7.2) s procesorem Z80. Tyto počítače začínaly jako hračky, kde jako monitor byl používán televizor. Zpočátku se na nich hrály TV hry a měly řadu dalších funkcí. Mimo klávesnice k nim bylo možno připojit joystick a několik dalších vstupních zařízení. Brzy se však o tyto hračky začali zajímat profesionální uživatelé, kteří definovaly požadavky na výkon, kapacitu paměti a periferní zařízení. Tím se z hračky stala vlastně malá kopie střediskového počítače, která se začala rozvíjet neuvěřitelnou rychlostí. Jejich využití je nesmírně rozsáhlé. Od zpracování textů, přes matematické výpočty, grafiku, konstrukční návrhy, výuku až po finanční analýzu. Výrobci se přizpůsobili a začali vyvíjet a přizpůsobovat periferní zařízení pro styk s obsluhou, kapacitu a rychlost paměti, výkonnost procesorů, programové vybavení atd.

111

Obr. 7.1 Funkční vzorek APPLE Obr. 7.2 Didaktik

Osobní počítače (obr. 7.3) jsou provedeny tak, že základní jednotka je umístěna na pracovním stole a je označována jako stolní (desktop) s rozměry cca 500 x 400 mm a výšce 100 - 150 mm. Výkonnější osobní počítače jsou konstruovány na výšku s označením věž (tower - též miditower, minitower, deskside) a jsou umisťovány i na zem vedle stolu nebo přímo pod stolem. Typů je celá řada a proto si je probereme.

Obr. 7.3 Provedení tower, minitower,desktop 7.4.1 Portable Po nějaké době se osobní počítače začaly vyrábět jako přenosné (portable). Obsahovaly základní jednotku s vestavěným monitorem, jako víko byla používána klávesnice (obr. 7.4). Protože výsledkem byl těžký a špatně přenosný celek se tato konstrukce neujala. V současné době se však používá pro průmyslové účely.

Obr. 7.4 Portable

112

7.4.2 Laptop

Teprve po použití ploché obrazovky s kapalnými krystaly přisvětlované zezadu bylo umožněno velké rozšíření těchto počítačů. Displej je umístěn ve víku, které kryje klávesnici se základní jednotkou. Obsahuje pevný disk s kapacitou až 40 MB, mechaniku pružných disků 3,5" a paměť s kapacitou cca 2 MB. Rozměry byly cca 300 x 400 x 60 mm. Je možno je napájet buď ze sítě nebo vlastních akumulátorů. U dražších typů jsou použity barevné plasmové displeje. Jejich název je odvozen od možnosti si vzít takový počítač na klín.

7.4.3 Notebook Vznik těchto nejmenších počítačů označovaných jako zápisník umožnila další miniaturizace. Rozměry jsou 200 x 300 x 50 mm, hmotnost mezi 2 až 3 kilogramy a výdrž baterií 2,5 hod. Notebooky obsahují pevný disk až velikosti 60 GB, mechaniku pružného disku 3,5", přídavné rozhraní PCMCIA, síťový napáječ a baterie. Disketové mechaniky jsou stále častěji nahrazovány kombinovanými mechanikami DVD/CD-RW. Dále pak klávesnici s trackballem, touchpadem, případně s myší. Na klávesnici bývá umístěn i miniaturní trackpoint (joystick) ve formě páčky a to mezi klávesami GBA. K zobrazování slouží 15“ TFT LCD displej s rozlišením 1024x768 bodů. Využívají procesorů Pentium M a Intel Centrino s frekvencemi přes 2 GHz, operační paměť má kapacitu až 256 MB. Další vybavení bývá mechanika CD ROM, 16bitová zvuková karta s reproduktory a mikrofonem atd. Za snadnou přenosnost a univerzalitu platí daň v podobě vysoké ceny a špatné možnosti upgradu. K rozšíření možností notebooku se používá rozhraní PCMCIA. Ke standardní výbavě patří USB, FireWire, IrDA, síťová karta a faxmodem. Často se též setkáme se čtečkami paměťových karet, Bluetoothem či Wi-Fi. Karty PCMCIA dle typu dovolují připojit notebooky do počítačových sítí, slouží jako faxmodemové karty nebo jako televizní tuner umožňující použít notebook jako malý přenosný TV. K notebooku lze připojit portové replikátory (obr. 7.5) ve kterých jsou uložena zbytná vybavení rozšiřující funkci. V řadě případů je možná komunikace se zabudovaným infračerveným rozhraním se standardem Ir DASIR. Pro přenos dat může být použit IR paprsek jako u portu IrDA. Na rozdíl od něj může komunikovat až do vzdálenosti 20 m při přenosové rychlosti 1 Mb/s. Tento přenosový systém se nazývá Infrared Wireless LAN Adapter a skládá se z modulu obsahujícího :

• vysílací čidlo

• přijímací čidlo

• kartu zajišťující zpracování signálu

Obr. 7.5 Notebook

113

Tento modul je určen jak pro vytvoření samostatné bezdrátové sítě, tak i pro síť LAN pracující s protokolem ODI (Open Data-Link) nebo NDIS (Network Driver Interface Specifikation). Infračervený paprsek je vysílán do prostoru rozptýleně, takže ho není třeba úzce směrovat. Jako Wi-Fi jsou označovány bezdrátové prvky Wireless LAN. Nejvíce se využívá protokol 802.11b, který pracuje v nelicencovaném mikrovlnném pásmu 2,4 GHz a tudíž jej není nutné registrovat u ČTÚ. Dosah těchto zařízení se pohybuje okolo 50m v budovách a 300 - 500m ve volném prostoru. Přenosová rychlost je 11 Mb/s, ale s rostoucí vzdáleností od vysílače postupně klesá. Vzhledem k nízkému výkonu 100 mW (GSM telefony mívají výkon okolo 2W) jsou tato zařízení velmi citlivá na rušení a povětrnostní vlivy. Běžně se vyrábějí v provedeních PCMCIA, PCI i USB. Pracují ve 2 základních režimech

• ad hoc • infrastructure

Ad hoc mód je určen pro běžné peer-to-peer sítě pro zhruba 2-5 počítačů. Všechna zařízení v něm komunikují s ostatními jako rovný s rovným. Oproti tomu se mód infrastructure blíží ke vztahu server-klient. Serverem je zde tzv. Access Point (AP) schopný zajišťovat komunikaci všech připojených klientů. Výhodu tohoto módu je že všichni klienti potřebují komunikovat pouze s AP a nejsou závislí na ostatních zařízeních v síti. Navíc se dá AP snadno připojit ke klasické síti LAN a fungovat jako spojovací článek mezi LAN a WLAN.

Obr. 7.6 Zadní strana noteboku

Obr. 7.7 Portový replikátor

7.4.4 Penbook

Je to varianta počítače notebook. Má rozměry 230 x 300 x 50 mm. Je často vybaven procesorem 486SL s napájením 3,3 V. Umožňuje psát přímo na displej speciálním elektronickým perem, které bývá umístěno ve schránce nad displejem. Tímto perem lze psát po displeji a používat ho jako polohovací zařízení (myš). Pero je proto vybaveno miniaturními bateriemi. Mívá obvykle 1 sériové a 1 paralelní rozhraní, zásuvku pro klávesnici či pro myš a na spodní straně 2 sloty PCMCIA. Displej je monochromatický. Interní mechanika je 3,5“ a pevný disk s kapacitou 250 MB.

114

Obr. 7.8 Penbook

7.4.5 Palmtop

Miniaturizací vznikl palmtop o velikosti cca 200 x 150 x 20 mm, je to vlastně velikost lepší běžné kalkulačky. Má většinou monochromatickou displej s rozlišením 240 x 160 bodů, rozhraní RS 232 a pamětí 1 MB nebo 2 MB RWM RAM a 2 MB ROM. Lze připojit i externí mechaniku pro disky SSD. Pomocí software (například Psi Win) lze soubory kopírovat na PC, případně opačně. V řadě případů je možná komunikace se zabudovaným infračerveným rozhraním se standardem Ir DA SIR. Příkladem je výrobek firmy Olliveti s procesorem 8088 pracující pod operačním systémem MS DOS. Komunikaci s okolím provádí konektorem na boku počítače a to pro periferie schopné komunikovat přes sériové či paralelní rozhraní- to je buď jiným počítačem nebo modemem či tiskárnou.

Obr. 7.9 Palmtop

115

7.4.6 PDA PDA je počítač s velkým množstvím software, s komplexním řešením základních problematik (kancelář, komunikace apod.). Absence klávesnice zde není handicapem, ale umožňuje mobilitu. Způsob vkládání znaků bez klávesnice mají PDA spolehlivě vyřešen i když.na trhu jsou i modely s malou klávesnicí. Prodávají se modely s černobílým i barevným displejem s množství různých doplňků - klávesnice, paměťové karty, modemy a podobně. Obě základní platformy založily svůj úspěch právě na jednoduché obsluze a intuitivní práci s PDA. Jedná se o :

• Platforma PalmOS se prosadila pro svou jednoduchost.

• PocketPC zase připomíná svým ovládáním Windows.

Obr. 7.10 PDA

Výhody PDA Kromě klasických diářových aplikací, jako je diář, evidence úkolů, adresář a program na zapisování poznámek (tzv. skupina PIM programů), umí kapesní počítač řadu dalších činností:

• Má paměti RAM a jednoduchou synchronizaci s PC, proto je lze vybavit programy ze stolního počítače, ve kterých lze data nejen prohlížet, nýbrž i editovat - upravovat a měnit. Jsou to programy: - spreadsheet (tabulkový procesor) se synchronizací s MS Excel, - textový editor se synchronizací s MS Word, či jiným textovým editorem, - databázový program se synchronizací s MS Acces, či jinou databází.

• Obsahuje IrDa rozhranní, díky kterému můžete počítač propojit s mobilním telefonem, pokud tento má IrDA. Lze mít k dispozici internet, WAP, fax i e-mail a i při cestě automobilem.

• Lze synchronizovat adresář v mobilu s PDA, popřípadě prostřednictvím PDA řídit odesílání i příjem SMS zpráv.

• Lze vybavit nejen kancelářskými a komunikačními aplikacemi, nýbrž i jinými programy.

• Umožňují několikaúrovňové zaheslování dat - lze podmínit vložením hesla již samotné spuštění počítače a můžete u většiny dat nastavit dvouúrovňové zajištění - data lze buď úplně skrýt, či pouze maskovat.

Operační systémy V současné době existují 3 základní operační systémy:

• EPOC (počítače Psion),

• PocketPC (pokračovatel WinCE),

• PalmOS, který je jednoduchý a variabilní a je na něj nejvíce dostupných programů.

V ROM paměti přístroje je již uložena řada základních užitečných programů :

Diář (Date Book) Zásadní aplikace, pomocí které lze zaznamenávat a plánovat jednání a jiné události. Zvládá několik pohledů na diářová data (podrobný denním grafický týdenní, přehledný měsíční). Lze nastavovat opakování i alarmy.

116

Úkoly (To Do List) Evidence úkolů, kde každý úkol může mít přiřazen den splnění, prioritu i kategorii - pomocí všech těchto znaků lze seznam úkolů dále třídit. Zápisník (Memo Pad) Do zápisníku lze zapisovat poznámky, včetně přiřazování kategorií a seskupování do kategorií pro snadné hledání. Poznámky lze v PalmDesktopu snadno přenášet do/z jiných desktop textových aplikací. Adresář (Address Book) Aplikace umožňuje zaznamenat různé kontaktní informace. Umožňuje zadat až pět telefonních čísel, adresu, e-mail a čtyři uživatelská pole (libovolně konfigurovatelná). Ke každému kontaktu lze vložit poznámku. Všechny údaje lze třídit i rychle vyhledávat. Elektronická pošta (E-mail) Lze přímo pracovat s elektronickou poštou. Aplikace umožňuje vytvářet e-maily, které se přenesou do příslušného e-mailového programu. Rovněž se z tohoto desktop programu e-maily načtou do PalmOS počítače. Evidence výdajů (Expense) Program na evidenci výdajů - například při služebních cestách a podobně. Kalkulátor (Calculator) Základní kalkulátor s jednoduchými funkcemi. Synchronizace a přenos dat (HotSync) Synchronizace je proces, při kterém se přenášejí data mezi kapesním a stolním počítačem/notebookem. Umožňuje nahrávat do PDA nové programy, aktualizovat data. Zabezpečení (Security) Nabízí variabilní zabezpečení důvěrných dat. Umožní zamknout počítač (bez vložení hesla nejde vůbec spustit), či zamezí (popřípadě zamaskuje) zobrazení vybraných dat, která jsou důvěrná. Nastavení (Prefs) Umožňuje nastavit a přizpůsobit kapesní počítač dle požadavků uživatele (formát zobrazení dat, kalibraci displeje, přiřazení různých aplikací tlačítkům, aktuální datum a čas, úroveň zvuku, informace o majiteli a mnoho dalších).

Psaní bez kláves

Pro zapisování znaků do PalmOS se používají různé metody :

• Graffiti je základní a nejrozšířenější způsob. V dolní části displeje počítače je část, které se říká Graffiti ploška. Na ní zapisujeme jednotlivé znaky pomocí speciálních tahů tužkou. Tyto tahy se nejvíc podobají běžnému psaní těchto písmen.

Obr. 7.11 Možnosti komunikace s PalmOS

117

• Použití pomocné klávesnice On-Screen, kdy kliknutím na příslušnou část na Graffiti plošce se aktivuje pomocná klávesnice. Pomocí ní lze do Palmu vkládat znaky přímým ťukáním na příslušný znak.

• Zapisování znaků pomocí přídavné klávesnice, protože kapesní počítač lze vybavit několika typy přídavných klávesnic. Po připojení PDA lze na těchto klávesnicích zapisovat znaky jako na desktop počítači.

• Vkládání textů přes PC, kdy delší text lze pořídit na desktop počítači a poté jej jednoduše přenést pomocí hotsyncu do PalmOSu.

7.4.7 IBM PC Osobní počítače začaly brzy vyrábět i výrobci velkých počítačů jako IBM, HP a další. V roce 1981 uvedla na trh firma IBM svůj první model osobního počítače s označením IBM PC (Personal Computer). Byl to nejprodávanější model, takže se začal napodobovat a stal se jako v počátcích procesorové techniky procesor 8080 celosvětovým standardem. Základní deska měla procesor 8088 s hodinovým kmitočtem 4,77 MHz, paměť ROM s kapacitou 40 kB s BIOSem (Basic Input Output System) a částí paměti RWM RAM. Pomocné obvody byly používány ze systému procesoru 8080 a to - 8253, 8255, 8259, 8228 a 8237 (DMA) s možností připojení koprocesoru 8087. Dále bylo na základní desce 5 slotů (u typu XT 8 slotů) pro rozšiřovací desky. Do těchto slotů je možno připojovat obvody periferních zařízení jako :

• rozhraní pro sériový styk

• rozhraní pro paralelní styk

• grafické karty

• řadiče pevných i pružných disků

Z toho vyplývá, že architektura PC je otevřená a umožňuje rozšíření systému dle požadavků uživatele. Skříň tohoto počítače měla velikost 510 x 410 x 140 mm a bylo v ní možno instalovat mimo základní desky až 4 vnější paměti včetně pružných disků s kapacitou 360 kB. U PC XT to byly pevné disky s kapacitou 10 až 20MB. Paralelní rozhraní je Centronix a slouží pro připojení nejrůznějších tiskáren. Další typ měl již procesor 80286 a název PC AT (Advanced Technology). Tento typ měl již novou 16bitovou datovou sběrnici a 24bitovou adresovou sběrnici. Následoval typ s procesorem typu RISC.

Monitory byly nejrůznějších druhů :

• monochromatické

• barevné

• alfanumerické

• grafické

s nejrůznějším stupněm rozlišení. Řízení monitorů provádí grafické karty umístěné v počítači.

7.4.8 IBM PS/2

Řada počítačů PS/2 (Personal System 2) byla uvedena na trh v roce 1987 s cílem nahradit řadu IBM PC. Měly 5 různých typů procesorů a byly v nejrůznějších provedeních. Používané procesory byly : 8086, 80286, 80386 SX či SLC a procesor 80486. Používají sběrnici MCA. Mechaniky pružných disků jsou zásadně 3,5". Je zde počítáno s možností připojit optický disk 5,25".

7.4.9 Průmyslové PC

Pro řízení náročných strojů a zařízení se používají průmyslové verze PC s procesory 80386, 80486 a Pentium. Jejich provedení je v podstatně odolnější formě než běžné stolní PC. Současně tyto průmyslové verze mají velkou řadu analogových i číslicových vstupů a výstupů. Běžně obsahují řadu jak rychlých, tak i přesných A/D převodníků, často tyto vstupy bývají galvanicky odděleny od vlastního PC.

118

Obr. 7.12 Průmyslové PC

7.5 Superpočítač Jako superpočítač je označován každý počítač, který je ve své době buď nejvýkonnější, či se mu ve výkonnosti přibližuje. Z tohoto důvodu je název superpočítač jen relativní pojem. Většinou se jednalo o vektorové počítače (bude probráno dále). Jejich hodnocení není spolehlivé, protože velmi závisí na konkrétní úloze. V počátcích 70 let to byly počítače firmy Texas Instrument s maximální rychlostí 50 MFLOPS. V polovině 70 let to byl bájný CRAY-1 s výkonností 160 MFLOPS. Bájný proto, že nebyl 5 let ve své výkonnosti překonán. Překonal ho až v roce 1981 CYBER-205 s výkonností 800 MFLOPS. V roce 1992 byl nejrychlejší S-3800 s výkonností 8000 MFLOPS se 4 procesory. Ceny takovýchto superpočítačů se pohybují v řádech mnoha milionů US$. Pro tyto počítače je charakteristické to, že mimo nesmírně výkonné vektorové aritmetiky mají i jednotky pro výpočet v pevné a pohyblivé řádové čárce. Jednotky jsou napojeny na nesmírně velký systém registrů, které jsou schopny dodávat operandy s požadovanou rychlostí.

V současné době jde vývoj 2 směry :

• technickým zdokonalováním vnitřní struktury a zrychlováním hodinové frekvence

• zvyšování výkonu multiprocesorovým systémem, kdy se řešený úkol rozdělí mezi několik procesorů pracujících paralelně.

Superpočítače slouží pro modelování strategických problémů (modelování vojenských operací, řízení kosmických raket), pro globální modelování vývoje počasí a ekologických činností lidské společnosti. Běžný uživatel je však využije jen asi od 5 do 25%. Přibližně 25% užití se dosahuje u jednoprocesorového systému. Hlavní potíž spočívá totiž v užívaném způsobu programování, který je cca o 1 generaci pozadu za technickým řešením.

Obr.7.13 Superpočítače Silicon Graphics Orign 2000 a Onyx 2

119

Na obrázku 7.14 je superpočítač Compaq Q od fy Compaq Computer schopný pracovat s rychlostí 30.1012 operací v pohyblivé řádové čárce. Jedná se o 12.000 procesorů Alpha v 375 systémech Alpha Server GS320. Je umístěn na ploše 21.000 m2.

Obr. 7.14 Superpočítač Compaq Q

Superpočítače v roce 2002 V tomto roce to byl japonský superpočítač EARTH Simulator složený z 640 procesorových uzlů SX-6. Každý uzel obsahoval 8 procesorů. Výkon byl 35,61 TFLOPS. Sloužil k simulaci klimatických změn zjišťovaných družicemi. Superpočítače v roce 2004 Firma IBM připravuje superpočítač Blue Gene/L sloužící pro energetiku USA, modelaci chování stárnoucích nukleárních zbraní a simulaci binárních hvězd. Obsahuje 16.000 duálních procesorů PowerPC 440 při výkonu 70,7 TFLOPS. Počítá se s dalším rozšiřováním a to tak, že současný stav je jen ¼ konečného stavu. Přitom konečný maximální teoretický výkon má být až 360 TFLOPS. Firmy NASA a SGI připravují superpočítač Columbia. Po připojení 16 z 20 uzlů ALTIX (každý uzel má 512 procesorů) bylo naměřeno systémem LINPACK 42,7 TFLOPS. Celý systém bude obsahovat 10.240 procesorů Itanium 2 a má dosáhnout 51,85 TFLOPS. Má sloužit pro předpovědi směru postupu hurikánů a simulace cirkulace v oceánech.