Wstęp do współczesnej inżynierii EKS i komputery sterowane myślami. Andrzej Materka, listopad 2010

Transkrypt

1 Politechnika Łódzka Instytut Elektroniki Wstęp do współczesnej inżynierii EKS i komputery sterowane myślami Andrzej Materka, listopad 2010 Jena Meeting, December /8 Plan wykładu - rozwój urządzeń wspomagających obliczenia - prawo Moore a - budowa i działanie komputera - karty elektroniczne - zastosowania kart na kampusie uczelni, EKS - wprowadzanie danych do komputera - komputer sterowany myślami 2/8

2 Rozwój komputerów łac. computo zrachować, obliczyć łac. calculus kamyk, rachunek Liczydło III w. pne (?) 3/8 Rozwój komputerów Kipu (Inkowie) Mnożarka (pałeczki) Nepera (1602) Suwak logarytmiczny 4/8

3 Rozwój komputerów Kalkulator Da Vinci (ok. 1500) Kalkulator CURTA ( ) Kalkulator mechaniczny Schickarda (1600) Sumator Pascala (1642) Kalkulator Leibniza (1673) 5/8 Rozwój komputerów Maszyna tkacka Jacquarda (1804) Karty perforowane (program) Maszyna analityczna Babbage a (1834) Tabulator Holleritha (1890) 6/8

4 Rozwój komputerów Komputer elektroniczny (1946) Electronic Numerical Integrator And Calculator Lampy elektronowe (obliczanie trajektorii pocisków artyleryjskich) 7/8 Rozwój komputerów Komputery elektroniczne I generacja ( ) lampy elektronowe II generacja ( ) tranzystory III generacja ( ) układy scalone IV generacja (od 1975) układy scalone wielkiej skali integracji 8/8

5 Rozwój komputerów ENIAC (1946) 100 m 3 objętości 30 ton lamp próżniowych kondensatorów instr./s ENIAC-on-a-Chip (Univ. Pennsylvania 1995) 7,4 mm 5,3 mm tranzystorów MOS 9/8 Rozwój komputerów 1975: IBM mainframe 10 mln instrukcji/s 10 mln USD 1995: gra komputerowa 500 mln instrukcji/s (50:1) 500 USD (1:20 000) Dr Amar Gupta (MIT) Gdyby w czasie ostatnich 25 lat samoloty rozwijały się równie szybko jak komputery, to... Boeing 727 kosztowałby 500 USD, okrążałby Ziemię w 20 minut zużywając przy tym 20 l paliwa. 10/8

6 Rozwój komputerów Układ scalony miliony tranzystorów na wspólnym podłożu. duże możliwości obliczeniowe duża szybkość zwiększona niezawodność 11/8 Zastosowania komputerów MP3 Telefon DVD/BD Telewizor 12/8

7 Zastosowania komputerów Pralka Kuchnia mikrofalowa 13/8 Zastosowania komputerów Samochód osobowy Prom kosmiczny 14/8

8 Notatka Komputery stają się mniejsze, tańsze, szybsze, wykonują więcej funkcji i wywierają istotny wpływ na nasze życie. Komputery stają się wszechobecne. 15/8 Elementy składowe komputera Program John von Neumann ( ) Jednostka arytmetycznologiczna Im krótszy okres zegara, tym szybciej liczy komputer. Układy wejściowe Jednostka sterująca Układy wyjściowe Pamięć Zegar czas Cykl pracy - pobranie instrukcji - rozkodowanie instrukcji - pobranie danych - wykonanie instrukcji - przesłanie wyniku do pamięci 16/8

9 Komputer elementy i operacje Założenia - przetwarzane liczby są zapisane dwójkowo (binarnie) - czas wykonania pojedynczej operacji jest bardzo krótki - elementy składowe komputera mają bardzo małe rozmiary Zapis dziesiętny dwójkowy dekompozycja na proste operacje odporność na zakłócenia 17/8 Komputer elementy i operacje Przykłady obliczeń dwójkowych Reguły dodawania : Kodowanie znaków pisma! $ A B Z a m Możliwość przetwarzania danych symbolicznych. 18/8

10 Okładki Pamięć Komputer elementy i operacje Kondensator płaski A C A d pojemność kondensatora d Izolator Q U 1 bajt pamięci (8 bitów) Q CU ładunek napięcie pojemność = 25 19/8 Komputer elementy i operacje V DD =5V Inwerter A A Funkcja NIE A A W stanie statycznym układy CMOS nie pobierają energii. V in V o C ŹRÓDŁO (S) BRAMKA (G) DREN (D) V DD =5V W Vin v GSP v GSN S D D S Inwerter CMOS V o C 0,1 µm n + n + podłoże typu p B Si L Tranzystor MOS 20/8

11 Komputer elementy i operacje A B LUB NIE-LUB A A + B B Funkcja NIE - LUB A B M 1 M 2 V DD X=A+B George Boole ( ) System funkcjonalnie pełny można zbudować używając tylko dwóch operatorów, np. LUB i NIE. A B A + B LUB A NIE A M 3 M 4 Układ NIE - LUB Układy scalone CMOS mogą służyć do budowy komputerów. 21/8 Komputer elementy i operacje Układ scalony - miliony tranzystorów na wspólnym podłożu. - duże możliwości obliczeniowe - duża szybkość - zwiększona niezawodność 22/8

12 Liczba tranzystorów w układzie scalonym Rozwój komputerów 1.0E E E E E Rok (19XX) Prawo Moore a (1965) Liczba tranzystorów w układzie scalonym podwaja się co 18 miesięcy. Hipoteza Kurzweilla (1999) Prawo Moore a dotyczy możliwości obliczeniowych komputera każdego typu, niezależnie od technologii jego realizacji. 23/8 Rozwój komputerów Układy scalone... - mogą pomieścić setki tysięcy układów LUB i NIE - są coraz szybsze Komputery zbudowane z układów scalonych... - są coraz mniejsze - wykonują coraz więcej złożonych obliczeń - są taktowane coraz szybszymi zegarami 24/8

13 Karta elektroniczna Ronald Moreno (1974) Patent: Niezależny obiekt elektroniczny z pamięcią oraz identyfikatorem PIN. Innovatron (Francja) - licencja 1976: Honeywell-Bull-Motorola (karty z pamięcią) 1979: karty inteligentne (z procesorem) 1980: pierwsze zastosowania (banki, szpitale, telekomunikacja) 1992: 21 mln kart 1995: 400 mln kart 1999: 3 mld kart biliony kart 25/8 Karta elektroniczna procesor zegar reset m a g i s t r a l a pamięć we/wy Karta elektroniczna zawiera w sobie komputer. J. Zareda, Andrzej J. Oton, Materka, Smartd Cards, WDWI: Artech EKS i komputery House, 1994sterowane myślami, Łódź, listopad /8

14 Karta elektroniczna Czytnik karty bezstykowej Czytnik karty elektronicznej Karta elektroniczna zapewnia większą pojemność większą niezawodność bezpieczeństwo danych 27/8 Karta elektroniczna Telekomunikacja Ochrona zdrowia Finanse Sport, wypoczynek J. Zareda, J. Oton, Smart Cards, Artech House, 1994 Transport Szkoły wyższe 28/8

15 Karta elektroniczna w szkole wyższej karta biblioteczna legitymacja indeks portmonetka Andrzej MATERKA DM 1999/00 nr alb. 007 Elektroniczna karta studenta (EKS) 29/8 Karta elektroniczna w szkole wyższej Oceny, programy zajęć, komunikaty,... Informacje Bufet, kawiarnia Księgarnia, kiosk, sklep uczelniany Parking Szkoła wyższa Kserokopiarka J. Zareda, J. Oton, Smart Cards, Artech House, 1994 Biblioteka Dziekanat, administracja 30/31

16 Karta elektroniczna w szkole wyższej 31/31