Dovedete si dnes představit život bez počítačů? Lidstvo se neustále snaží zpříjemnit si život a po celou historii uvádí do praxe stroje, jež by mu sloužily. Jedním z nejdůležitějších zařízení se díky penězům stala různá počítadla. U autora Amose Martyna se můžeme dočíst, že první takový počítací hardware byla kost se zářezy kódující různá čísla. Její stáří je kolem 22 000 let. Známější je abakus, který můžeme zaznamenat z více hledisek. Tím prvním je babylonský abakus z doby 300 let před naším letopočtem. Druhým je čínský abakus z počátků 13. století. Počítače (rozuměje počítadla) se následně vyvíjely, upravovaly a proměňovaly až do 20. století, kdy oficiálně vznikl první stroj, jemuž dnes můžeme říkat počítač.
My se podíváme na dějinný vývoj těchto zařízení, skrz něž můžeme i hrát naše oblíbené retro hry, na jejichž dějiny se zaměříme v jiném článku. Nakonec tu mám pro vás ještě v úvodu doporučení – pouštějte si přiložená videa, abyste měli jasnou představu o tom, jak se vyvíjela pro nás dnes běžná zařízení.
Reléové počítače, prapraprapra- rodiče těch dnešních
Bavíme se zde o 30.–40. letech minulého století. V tomto období se objevuje několik velkých průkopníků, především ve Spojených státech, Německu a Velké Británii. Než se ale pustíme do bližšího výkladu, upozorním, že se nebavíme o nějakých malých nástrojích. První počítače, především z této takříkajíc nulté generace, byly obrovští několikatunoví giganti. Níže se dočtete například o zařízení Mark II, které vážilo neuvěřitelných 23 tun a měřilo přes 370 metrů čtverečních.
Jedním z nejvýznamnějších tvůrců byl Konrad Zuse, jehož první funkční počítač se nazýval Z1. Ten byl schopen v paměti uchovat 15 24bitových binárních čísel. Bohužel byl také velice poruchový a naprosto nevhodný pro jakékoliv použití, a proto jeho tvůrce velice rychle přišel na model Z2. Ten byl postaven se stejnou mechanickou pamětí jako jeho starší sourozenec, nicméně všechny ostatní díly už byly vyrobeny na základě technologie jménem relé. Následoval stroj Z3 vyrobený za druhé světové války. To by mělo být překvapení, nicméně právě světová válka táhla lidstvo vývojem kupředu, a to nejen v technologiích, ale i například v medicíně. Inženýr Konrad Zuse zůstal inovátorem a po válce prodal patent na svůj nejnovější Z4 do Rakouska.
Funkčnější prototyp byl vytvořen na Harvardu pod vedením inovátora Howarda Aikena. Ten se oprostil od technologie relé, ale používal kromě ní i veškerou další techniku dostupnou v té době. Tím v roce 1944 vznikl počítač s označením Mark I. (neplést se stejnojmenným britským tankem). Zde už se můžeme bavit o dobově kvalitnějším stroji, jenže počítače mají být rychlé, což Mark I nebyl, a tak během tří let vznikl Mark II. Pro něj byla použita speciálně vyrobená vysokorychlostní relé. Bohužel, cena tohoto zařízení byla astronomická. Jedno relé stálo tehdy patnáct dolarů, a aby Mark II fungoval, bylo jich třeba 13 500, celkem tedy 202 500 dolarů. Pro zajímavost, jeden dolar z roku 1947 má dnes kupní cenu 13,77 dolarů. V přepočtu na dnešní zařízení se tak jedná o mašinu v hodnotě více než 2,7 milionu dolarů. Počítače proto byly v této době především ve vědeckých institucích a univerzitách, jež si jejich vývoj mohly dovolit.
Mezi průkopníky bylo i tehdejší Československo. Jeho hlavní představitel byl Antonín Svoboda, o němž je v publikaci George Klira a Petra Vysokého Počítače z Loretánského náměstí : Život a dílo Antonína Svobody řečeno: „Vedle rozvíjení muzikálních dovedností se jeho zájem v deseti letech upnul na dosti odlehlou oblast – na matematiku. Ve svých patnácti letech už ovládal matematiku, kterou mohl později použít při univerzitních studiích, diferenciální a integrální počet, diferenciální rovnice a další.“ Druhou světovou válku strávil ve Spojených státech, kam se mu povedlo uprchnout přes Francii a Portugalsko. V Americe sestrojil číslicový počítač SAPO, který byl i zároveň prvním strojem tohoto druhu ve východní Evropě. Toto zařízení se ukázalo jako dobrý stroj pro balistické výpočty (tudíž jej jako spoustu nejmodernějších technologií využívala armáda), ale fungovalo i pro lingvistiku a zkoušely se na něm první pokusy o strojový překlad. V roce 1961 však laboratoř s počítačem SAPO vyhořela a stroj tak není zachován, ale zapomenut.
Pokud bychom stručně měli shrnout první počítače, je bohužel nutné i přes jejich přínos zmínit především nedostatky. Byly to velké mašiny, častokrát se stávaly nespolehlivými, a když se něco pokazilo, opravit takového giganta trvalo i týdny. Nepočítaje nutnou energii k jejich provozu. Navíc se jednalo o originály svého druhu, a tudíž vyškolit personál, aby je ovládal, bylo na hranici možností. Kromě původních konstruktérů lidé na údržbu jednoduše řečeno nebyli. Bavíme se o velice úzkém okruhu pracovníků, kteří k těmto reléovým strojům měli přístup. Bylo tedy jen otázkou času, než se od nich upustí a přejde se na menší a funkčnější modely. Z hlediska historie a vývoje počítačů, je jejich význam nevyčíslitelný (počítačový vtip), ale z praktického hlediska se spíš jednalo o funkčnostní peklo.
Elektronkové počítače jako další krok kupředu – historie počítačů
Základem elektronkových počítačů bylo nahrazení relé elektronkami. Počítače tak mohly začít fungovat na tzv. diskrétním režimu, což znamená, že do počítače je zaveden vždy jeden program a data, s nimiž pracuje. Poté je spuštěn výpočet, v jehož průběhu již není možné s počítačem interaktivně komunikovat. Vývoj těchto počítačů započal už za druhé světové války a milníkem byl vývoj stroje nazývaného ENIAC.
V roce 1943 na popud americké armády (jež celý projekt financovala) začali John Mauchly a Presper Eckert na Pensylvánské univerzitě vyrábět tento budoucí zázrak. Dokončení ENIACu je uváděno na rok 1946. Oproti výše zmíněnému MARK I je ENIAC rychlejší cca 150x. Michal Musílek ve své publikaci Kapitoly z dějiny informatiky uvádí: „ENIAC obsahoval ve svých obvodech 17 468 elektronek, 7 200 krystalových diod, 70 000 rezistorů, 10 000 kondenzátorů. Jeho celková hmotnost činila 27 tun a elektrický příkon 140 kW.“ Pro úplnost, měl také vlastní elektrárnu, kvůli množství elektronek trpěl častými poruchami a pravidelně se v něm něco kazilo. Navíc muselo být dostupné velké množství techniků, aby vše neustále kontrolovali. Nicméně i přes velkou poruchovost je ENIAC považován za první oficiální počítač. Sloužil totiž jako jeden velký vzor také pro to, jak tato zařízení upravit do budoucna. Vznikly tak EDVAC a UNIVAC. O každém z nich si stručně něco řekneme.
EDVAC byl vyroben v roce 1952. Na rozdíl od ENIACu se jednalo o binární sériový počítač, jenž splňoval tzv. Neumannovo schéma. To znamená, že program byl uložen v paměti spolu s dalšími daty. Nepřekvapivě tento stroj opět potřebovala americká armáda, jež hledala něco, co by bylo rychlejší, spolehlivější a hlavně nevážilo třicet tun jako výše zmíněný ENIAC. Výsledek byl více než uspokojující. Když byl stroj v roce 1952 dokončen, vážil 8 tun, obsahoval jen 3 500 elektronek a přibližně 27 000 ostatních elektronických součástek, jako jsou diody, rezistory a kondenzátory.
Tvůrci UNIVACU jsou výše představení John Mauchly a Presper Eckert. Tento stroj se také stal prvním sériově vyráběným komerčním počítačem, a to už v roce 1951. Nutno zde podotknout, že sériově vyráběný neznamená, že byl všude. Mezi lety 1951–1954 se jich vyrobilo a odeslalo celkem osmnáct, z čehož většinu získalo město New York do svých soukromých společností. V závěru se jich vyrobilo 48 a sloužily především ke statistickým účelům. Přesto tento počítač nebyl dokonalý, brzy se začal vyvíjet UNIVAC II a tento první model začal upadat. Pro UNIVAC se ale oficiálně začalo používat slovo „počítač“ (computer).
Aby se opět nezapomnělo na tu naši kotlinku, u nás vznikl stroj jménem EPOS 1. Ten měl na starosti opět Antonín Svoboda, tvůrce stroje SAPO. Nový a lepší EPOS 1 vyráběný v letech 1958–1963 měl využívat elektronky místo elektromechanických relé a obsahoval 15 000 tranzistorů, 56 000 germaniových diod a 8 000 elektronek. Svobodovo další dílo ale zpomalovalo něco, co si dnes už stěží dovedeme představit. Proti jeho tvůrci se častokrát stavěly politické vlivy z Československé akademie věd, především když byl Svoboda nařknut ze sabotáže a mrhání peněz dělnické třídy. Nicméně stroj byl oficiálně dokončen v roce 1962 a byl to první počítač na světě, jenž používal pro zobrazování dekadických čísel kódu zbytkových tříd. To znamená, že se stal extrémně výkonným. Plány s EPOSEM 1 začaly být obrovské, cílem bylo jej zasadit do národního hospodářství v Československu.
Dejme si shrnutí této elektronkové sekce. Hlavní problém byla extrémní poruchovost všech strojů, stále jejich velikost, náročnost na údržbu, problémy s chlazením, omezené programování, stále platící omezení na sériovou výrobu, ačkoliv ta už se svými pokusy začaly u ENIACu, a to hlavní, obrovská náročnost na energii. Věda jde ale kupředu, a když už tu ta zařízení byla, pokrok nešlo zastavit.
Tranzistor není jen hudební skupina, ale také technologie k miniaturizaci
Určitě si říkáte, že tranzistor byl ale přece vynalezen po druhé světové válce. Ano, byl, konkrétně v roce 1947, a právě tento vynález umožnil počítačům přechod na menší, levnější, rychlejší a spolehlivější zařízení. Tranzistory plně nahradily elektronky a relé části. Bez vynálezu tranzistorů bychom pravděpodobně nikdy nezískali dnešní počítače, protože mikroprocesory těchto součástek obsahují miliony. Zmenšení a zrychlení díky tomuto vynálezu umožnilo vytvářet i první oficiální programovací jazyky jako COBOL, Algol nebo Fortran. Vývoj se navíc pomalu přenesl z dobových světových velmocí na menší státy, jako byly Švýcarsko se strojem ERMETH nebo Švédsko se strojem BARK.
Vynález tranzistoru byl navíc předzvěstí přenesení počítačů ze soukromé, univerzitní či obchodní sféry i do komerční oblasti. Tyto stroje začínaly vykazovat spolehlivost a snadnou obsluhu, což znamená, že se blížila jejich rentabilita. Velkým hráčem na tomto poli byl a stále je IBM. Firma sahá až do konce 19. století a už od svého vzniku se zabývala zpracováním dat. Změna přišla s elektronkovými počítači a její vrchol poté v roce 1959. V tomto roce byl sestrojen první tranzistorový počítač jménem IBM 7090, jenž vykonával na svou dobu neuvěřitelných 229 000 výpočtů za sekundu. IBM zároveň s tím představila i počítačový jazyk Fortran, jenž se díky tomu stal nejpoužívanějším programovacím jazykem pro technické účely.
Jelikož tranzistorová technologie ovlivnila celý svět, ani Československo nezůstalo pozadu. Zatímco stroj EPOS 1 byl elektronkový, jeho následovník EPOS 2 už byl samočinný tranzistorový počítač. Jednalo se o natolik šikovný stroj, že když byl v roce 1965 dokončen, začal být ihned využíván ve Výzkumném ústavu matematických strojů. Jeho spuštění se už ale neúčastnil známý český tvůrce Antonín Svoboda. Ten emigroval v roce 1964 emigroval do Spojených států, kde se stal profesorem na University of California.
Tranzistorová zařízení se už pomalu blíží k dnešním strojům. Povětšinou obsahovala méně částí než původní giganti. EPOS 2 kupříkladu obsahoval jen řadič, organizátor, aritmetickou jednotku, feritovou paměť a ovládací stůl. Rok 1965 se dá také teoreticky brát jako konec tranzistorové generace a zahájení další vývojové etapy. Stroje se zrychlovaly, ale především zmenšovaly. Snižovala se u nich chybovost a tvůrci se je snažili dostat co nejvíce do běžného života k užívání. Cena těchto velkých zařízení přesto byla na dnešní poměry abnormální a pohybovala se v řádech nižších statisíců dolarů. Rentabilita tak byla velmi nízká. Vynález tranzistoru a jeho využití bylo každopádně pro počítače, jak je známe dnes, nalezeným pokladem.
Integrovaný obvod jest obvodem
Pokračujeme v historii a vývoji počítačů. Po tranzistorech byl další velký vynález integrovaný obvod. V tomto případě se jím rozumí elektronická součástka obsahující množství obvodových prvků, které jsou neoddělitelně spojené na povrchu nebo uvnitř spojitého tělesa, aby se dosáhlo funkce elektronického obvodu. Celý proces tedy přenáší křemíková destička malého rozměru, obsahující hromadu tranzistorů, diod a dalších součástek. To už vám zní trošku povědomě, že? Mimochodem inženýr Jack Clair Kilby vytvořil v roce 1958 první druh integrovaného obvodu a v roce 2000 získal za svůj přínos technologiím Nobelovu cenu za fyziku.
Každopádně jakmile tu byla jedna funkční destička, ohledně jejíhož patentu se roky vedly soudní spory, přicházela pro vynálezce skvělá možnost vše miniaturizovat. Z tranzistorů se postupně stávaly destičky s integrovaným obvodem, hustota součástek se na jednom čipu zvyšovala a vznikly tak první čipy s malým stupněm integrace, jimž říkáme SSI (max 100 tranzistorů) a se středním stupněm známým jako MSI (až 1 000 tranzistorů). Integrovaný obvod bylo něco neuvěřitelného. Počítače najednou produkovaly méně tepla a spotřebovaly méně energie, z mikrosekund na výpočet se staly nanosekundy, nároky na údržbu klesly, vznikly další programovací jazyky a objevila se konečně možnost jednodušší a levnější komerční produkce.
Opět v tomto období zářila firma IBM, která přišla s řadami System/360 a System/370. Velkou výhodou byla kompatibilita zdola nahoru. To znamenalo, že aplikace byly přenosné a přechod na výkonnější počítač neznamenal přepis aplikačních programů. Zařízení navíc pracovalo jak s pevnou, tak s proměnnou délkou dat. Poprvé se vyráběly v tisícových sériích.
Československo se po odchodu profesora Antonína Svobody potýkalo s obrovským problémem, neboť jeho technického génia už nic nedokázalo nahradit. Jako mnoho dalších výrobců se tak tvůrci u nás snažili napodobit právě řadu IBM System/360. Jaroslav Folta v souboru tří svazků Studie o technice v českých zemích napsal toto: „Vedení ústavu proto rozhodlo řešit tuto situaci ve spolupráci s několika dalšími státy a na jaře roku 1968 byla naše republika při mezinárodních jednáních socialistických států jedním z iniciátorů společného řešení jednotného systému elektronických počítačů JSEP. Tato jednání vyústila v mezivládní dohodu o výzkumu, vývoji, výrobě a zavádění počítačů JSEP, založených na společné koncepci, při dodržení vysokého stupně kompatibilit.“ V Československu se konkrétně vyráběly počítače jménem EC 1021, vzniklo jich na 400 kusů a jednalo se o nespolehlivé počítače s řadou softwarových chyb. Pro pamětníky, představte si tady tu scénku z Comebacku, kde má Tomáš svůj účetní program, který tipuje čísla.
Mikroprocesory jako skoro současnost
Datováno někdy od roku 1981, ačkoliv je zde stále vše diskutabilní, přichází období, jež navždy změnilo svět počítačů. Proč? Přišly mikroprocesory s osobními počítači. Když totiž vznikl mikroprocesor, měl jednu základní jednotku, zvanou CPU, fungující na bázi křemíkového LSI čipu pracujícího na frekvenci 1 až 5 Mhz a tvořícího 8bitový systém. Jedná se o elektronickou součást v počítači, která umí vykonávat funkce, z nichž je tvořen program, a sama koordinuje jeho vstupy i výstupy.
Otázka přichází ještě u definice osobního počítače. U IBM je takto veden už IBM 610 z roku 1957, a to jsme si již ukázali, že byl osobní počítač z toho důvodu, že jej mohl obsluhovat jeden operátor. Relativní standard osobních počítačů, tedy jak bychom to správně měli nejspíš vnímat dnes, je model IBM PC 5150 z roku 1981. Byl vybaven mikroprocesorem Intel 8088, pamětí 16 kB (rozšiřitelnou až na 256 kB), umožňoval snímat jednostranné pružné disky (5,25 palců) a mohl být vybaven barevným monitorem.
Od sedmdesátých let dodnes se prohlubuje vývoj všech druhů procesorů, upravují se základní desky, zvyšuje se spolehlivost, rychlost a kapacita paměti. Ostatně kdo si z dnešních třicátníků nepamatuje počítače s 10 GB paměti? Od osmdesátých let navíc vývoj počítačů probíhá už prakticky nekontrolovatelnou rychlostí, od softwaru po hardware. Připomeňme si například, že první Apple Computer 1 byl vyroben už v roce 1976. První Windows, tedy Windows 1.0, byla první verze 16bitového operačního systému, který firma Microsoft vydala v USA dne 20. listopadu 1985, evropská verze Windows 1.02 byla vydána v květnu 1986. Windows 1.0 byly spíše front-end prostředí pro MS-DOS.
Převratná novinka přišla v roce 1990, kdy společnost Intel® vydává speciální mobilní mikroprocesor Intel386™ SL obsahující architektonické rozšíření pro řízení spotřeby, který umožnil zásadní zmenšení počítačů. Navíc už obsahoval převratnou softwarovou kompatibilitu, a ačkoliv jsem utekl k Ryzenu, Intel na základech této technologie staví dodnes a je díky tomu světovým gigantem.
Proč je to nutné zmínit? Právě tento procesor umožnil vývoj notebooků, u nichž se následně řešilo snižování napětí a nastavení baterií, aby měly co největší životnost. Kupříkladu Tandy 2810 od Dell s hmotností přes tři kilogramy zobrazoval šestnáct odstínů šedé barvy, ale díky procesorům od Intelu se jednalo o překonání určitých hranic na poměry výkonu a rychlosti. Stolním počítačům se však ani zdaleka nebyly schopny vyrovnat. To se změnilo až ke konci devadesátých let, přičemž tomu pomohl vysoký výkon, mobilita a hlavně práce. Notebooky sloužily nikoliv k hernímu odreagování, ale především jako možnost přenášet si svou práci kdykoliv a kamkoliv. Výkon notebooku oproti stolnímu počítači je dodnes skoro nesrovnatelný.
Počítač je nyní natolik populární věcí na trhu, že oproti dřívější době se už ani nevyplatí kupovat si nejnovější nejvýkonnější stroje, nýbrž povětšinou stačí pracovní či s výhodnou cenou. Nehledě na to, jak moc ovlivnil distribuci a funkčnost strojů také internet. Z mikroprocesů se také staly multiprocesory. Nyní je i otázka, co přinese budoucnost, včetně umělé inteligence, jež se stává obrovským tématem na celém světě.
Dalším krokem budou s největší pravděpodobností fotonové či kvantové počítače, jež jsou momentálně ve výrobě. IBM už dokonce v roce 2019 představilo IBM Q System One, což je první kvantový počítač, který je komerčně k dispozici za symbolických 80 milionů dolarů. Nutno ještě podotknout, že „komerční“ v tomto případě opět neznamená vyloženě pro každého, ale především do velkých firem, jež tyto stroje využijí. K čemu vám totiž bude kvantový počítač na Netflix.
