Chippens historie

Billede:Copy icon.png

Aflevering

Denne side er en aflevering og delene må

kun afleveres af deres respektive ejere.

Rapport af Martin K. og Jonas F.

Indholdsfortegnelse

Databehandling gennemtiden

Den menneskelig computer

Allerede tilbage i 1700-tallet var fænomenet en computer opfundet. Før at den mekaniske og elektriske computer var opfundet, havde ordet computer en helt anden betydning, og så ikke alligevel, en computer var en person som udregnede matematiske formler, ved hjælp fra hjernen. Det smarte ved denne arbejdsform var at man kunne ved hjælp fra flere mennesker eller om man vil menneskelige computere, løse svære og komplekse regnestykker, ved at dele det ud i mindre stykker og lave det parallelt, så man derved undgik fejl.

Eksempler på hvad denne menneskelige computer blev brugt til kan nævnes Radhanath Sikdar, som var en indisk matematiker. I 1840 var han en del af gruppen "Great Trigonometric Survey", hvor han var ansat som computer, og det lykkes for dem at finde den eksakte højde værdi for verdens højeste bjerg, som senere kom til at hedde Mount Everest.

Derudover har den menneskelige computer været en utrolig central rolle under 2.Verdenskrig hos USA. Og det interessante var at da man brugte utrolig mange mænd i krigs fronten, var det hovedsagligt kvinder som udførte de nødvendige udregninger under 2.Verdenskrig, dette blev senere kendt som "Den kvindelige computer".

Under Manhattan projektet spillede den menneskelige computer også en central rolle, kvinderne stod for udregning af de komplekse formler som var relateret til fusion af atomer. Manhattan projekt var navnet for et amerikansk atombombe-projekt under 2.Verdenskrig og var under ledelse af general Leslie R. Groves og fyfikeren J. Robert Oppenheimer. Projektet var tophemmeligt, da USA ikke ønskede at Japan og Tyskland skulle vide hvor langt de var nået indenfor deres udvikling af A-bomben, selve arbejdet foregik i Los Alamos-laboratoriet(ligger i New Mexico). Mennesker som arbejdede under dette projekt kan nævnes Niels Bohr som var dansk fysiker, derudover var Albert Einstien også en central person i projektet.

Den første egentlige amerikanske computer ENIAC, blev også styret af kvinder. Under 2.Verdenskrig havde Universitet i Pennsylvania skabt en elektrisk computer og denne computer var ENIAC. ENIAC var skabt af kvinder, og derfor var kvinderne førende programmører i USA, og da det blev accepteret indenfor militæret(som ellers var meget tilbageholdende hvad angår kvinder) blev det meget normalt at mange kvinder blev oplært i data proces. Efter 2.Verdenskrig brugte NACA(National Advisory Committee for Aeronautics) også den menneskelige computer til undersøgelser indenfor flyindustrien, her stod de for at undersøge celluloid film og oscillografpapir(papir fra elektriske maskiner) for ren data, men efterhånden som tiden gik og nye standarder kom til, blev kvinder bare til egentlige ingeniører, indenfor dette fag.

1930erne-1960'erne desktop lommeregnere

I starten af 1900'erne var al form for udregning skabt på grundlag af mekaniske lommeregnere. Firmaer som Friden, Monroe var nogle af de første til at skabe maskiner der kunne plus, minus, gange og dividere. I starten af 1940'erne blev de egentlige mobile lommeregner skabt, de var mekaniske og på størrelse med en peberkværn. I 1950'erne og 1960'erne blev der skabt flere og flere mekaniske lommeregnere skabt. Den første egentlige elektriske lommeregner blev skabt af ANITA MK. VII(kvinde) og kunne tage op til 177 decimaler. I 1963 producerede Friden lommeregneren EC-130, den byggede på transistorer og havde en 13-decimal CRT skærm(5") i sig, den havde den lette pris af 2200 dollars, og det blev nu muligt at tage kvadratroden og plotte grafer. Og på grund af mikroprocessoren og den integrerede kreds var det muligt i 1965 at skabe den første lommeregner med mikroprocessor ved navnet LOCI-2, siden dette tidspunkt har udviklingen indenfor mikroprocessorer været skyld i at lommeregneren er blevet mindre og mindre.

Pre-1940 analog computer

Før 2.Verdenskrig var den analog computer set som et kunstværk i sig selv og mange troede at dette ville være fremtiden indefor computer. Analoge computere brugte elektriske og mekaniske dele til at løse problemer. De analoge computere var ikke særlig fleksible, da de skulle reprogrammeres hver gang de skulle udregne noget nyt, og dette skulle ske ved håndkraft. Men blev alligevel brugt meget, da de havde en klar fordel, nemlig at de kunne løse svære regnestykker, mens de første digitale computere, knapt nok kunne minus og plus. Nogle af de mest avancerede analoge computere blev brugt indenfor millitæret, her blev de brugt til at udregne koordinater, dernæst styrede de motoren til kanonen og til sidst at affyre. Disse systemer blev brugt under 2.Verdenskrig og stod også længe efter.

Startens digitale computere

Starten på moderne computere eller udregnere, skete under 2.Verdenskrig, ligesom elektriske kredsløb, kondensator, og pæren vandt frem blev de mekaniske dele udskiftet med digitale og dette resulterede i maskiner som Z3 og ENIAC, disse maskiner var bygget af mennesker og brugte papir med huller i som datamedie. ENIAC var et amerikansk projekt og stod for "Electronic Numerical Integrator and Computer" og bliver ofte kaldt for den første elektriske computer. Mennesker anså på dette tidspunkt de elektriske computere som fremtiden indenfor udregning, da de havde en enorm hastighed, men også det at det kunne gøres mindre og mindre. Den var bygget under John Mauchly og J. Presper Eckert, og viste sig at være 1000 gange hurtigere end andre computere på dette tidspunkt. Projektet blev op startet i 1943 og stod færdig 1945, men verden så den ikke som noget vidunder, da de mente at pærerne(bestod primært af vakuum pærer) ville springe så tit, at den skulle repareres hele tiden. Da maskinen havde nogle begrænsninger, valgte John Von Neumann at skrive en ny rapport til hvordan man kunne bygge en EDVAC. Denne maskine gjorde det muligt at indhente og gemme data, selve designet kendes som "von Neumann architecture", og blev den egentlige første og fleksible digitale computer.

Ønsker du at vide mere om databehandlingens historie og især mere om de computere der kom efter "von Neumann" opbygningen, så besøg følgende link - http://en.wikipedia.org/wiki/History_of_computing_hardware#Early_digital_computers

De første integrerede kredsløb

Det første som på mange måder minder om en microchip var den integrerede kreds, hvad historien fortæller blev den første integrerede kreds skabt af Jack Kilby tilbage i 1958, han samarbejdede med Robert Noyce som kom fra Texas Instrument, stedet hvor også Jack Kilby arbejdede. Men egentlig blev de første ideer omkring den integrerede kreds allerede skabt 6 år tidligere af en person fra England, han var en del af "Britain's Royal Rader Establishment".

G.W. Dummer var navnet på denne mand som tilbage i 1952 ville samle flere komponenter i en solid blok og derved fjerne ledninger og andre kontakter. Dummer skabte en prototype af hans ide, men da hans skulle afprøve produktet ville den ikke virke. Da hans chip ikke virkede blev alt hans støtte fjernet og dette resulterede i at han ikke kunne fortsætte hans undersøgelser. Og derved havde Kilby og Noyce muligheden for at skabe den egentlige integrerede kreds 6 år senere.

Et integreret kredsløb er et elektronisk kredsløb som består af adskillige komponenter, bygget sammen i et hus og mange er samlet i den samme chip. Der er to meget store fordele ved integrerede kredse, nemlig at de er billige og deres ydeevne er stor. Det der gør at chippen er billig er at man kan sættes et stort antal transistorer i chippen og derved ikke skal bygge en transistor og hus, alene. Derudover bliver ydeevnen fremmet af dens størrelse og det at de bruger så lidt strøm ved at de er så små og sidder så tæt.


Mikroprocessoren

En mikroprocessor er et programmerbar elektrisk komponent, den bygger på funktionerne fra en Central processing Unit(CPU) og et integreret kredsløb. Mikroprocessoren gjorde det muligt at lave mindre computere i midt 70'erne. Da den integrerede kreds vandt frem i 70'erne, blev det billigere og billigere, og da man var nået til midt 70'erne var teknologien nu nået så langt at man kunne have millioner af små transistorer indenfor meget lidt plads, dette resulterede i at man nu kunne lave mikroprocessoren så kraftig at det indenfor kort tid overtog alle CPU'ens gamle funktioner.

Eftersom at teknologien ændrerede sig med tiden, var mikroprocessoren uundgåeligt og den så for første gang dagens lys i 1968. Faktisk blev 3 mikroprocessorer lavet indenfor stort set samme tid, Intels 4004, Texas Instruments TMS 1000 og GarrettAiReseacrh's Central Air Data Computer. Vi vil kigge nærmere på Intels og Texas Instruments under denne overskrift, men under "Central Air Data Computer" kan du læse om tiden og hvad den havde af betydning under den kolde krig. TI udviklede en 4-bits(Bit indikere antal tal den kan håndtere af gange - Læs længere forklaring http://en.wikipedia.org/wiki/Bit) udgave af TMS 1000 den 17 september 1971, det var en pre-programmeret chip, og fik navnet TMS1802NC. Det var en lommeregner chip, mikrochippen indeholdte nok RAM, til at der var plads til et program på mikrochippen og gav mulighed for at se tidligere indskrevet udregninger, der var godt 8bits til denne data på chippen, chippen har haft en central rolle i filmen ET, da den er en del af et "Snak og skriv" legetøj. Ønsker du at vide mere om denne chip besøg da - http://www.sasktelwebsite.net/jbayko/cpu1.html#Sec1Part2 - På denne side kan du også læse om Intels chip 4004, som var målrettet samme opgave, nemlig som lommeregner, den blev udgivet den 15 november 1971 og var udviklet af Federico Faggin og Marcian Hoff. Patent til enkel-mikrochip fik TI den 4 september 1973, dog blev det egentlig aldrig klart hvem af Intel og TI der udviklede den første mikroprocessor som virkede. Og da de havde indhentet patentet først, blev Intel tvunget til at indbetale penge til TI, for at måtte benytte deres patent. Dette patent satte også gang i udviklingen af forskellige typer af mikroprocessorer, så Intel kunne indhente patenter på deres eget, og derved undgå at betale. Dette resultere de i en 8-bit processor fra Intel i 1972 som senere blev til den utrolig populære og store succes Intel 8080. Ikke kun Intel og TI er på banen om at udvikle mikroprocessorer. Andre firmaer som Motorola, MOS Technology og AMD kommer også på banen med deres egne mikrochips.



Central Air Data Computer

CADC betegnes af nogle som det første integrerede kredsløb eller mikroprocessor. Den er dog ikke særlig kendt da den blev udviklet til den Amerikanske flåde, som har tilbage holdt specifikationerne indtil 1997. CADC var hoved computeren i de første F-14 som den Amerikanske flåde fik udviklet omkring 1970. CADC'en var meget mere kompakt og mere pålidelig en de andre elektro-mekaniske konkuranter til F-14 flyet.

CADC'en er interessant fordi den er en stærk kandidat til titlen som verdens første mikroprocessor. Man kan dog diskutere hvorvidt CADC'en faktisk er en mikroprocessor. Den består nemlig af 6 chips, hvoraf 3-4 udgør selve processoren. Derfor kan man godt argumentere for at Intels 4004 som tidligere omtalt, godt kunne være den første mikroprocessor. Selvom CADC'en indholde mere avancerede features, havde bedre ydelse og blev udviklet før Intels 4004. Udviklerne bag CADC'en mener heller ikke selv at de udviklede den første mikroprocessor. Men alt dette afhængig af definition.

CADC'en blev som sagt udviklet til det amerikanske militær, og der kan ikke rejses tvivl om at den ikke var blevet til noget, hvis ikke den Amerikanske flåde skulle bruge en sådan computer. Derfor har den koldekrig spillet en vigtig rolle for udviklingen af vores moderne processor. Det skal siges at F-14 blev udviklet med de erfaringer man havde fra bla. Vietnam, hvor man kæmpede mod russiske MIG fly.

Som tidligere nævnt blev specifikationerne for CADC'en tilbage holdt af det Amerikanske militær helt frem til 1997. Derfor kunne man godt få den idé at CADC'en ikke havde stor betydning for samfundet efterfølgende, men dette passer ikke. En af de 2 personer bag CADC'en, Raymod M. Holt, blev efterfølgende medstifter af Microcomputers Associated, Inc. Dette firma udviklede bla. JOLT en billig mikrocomputer, der blev offentliggjort i 1975. JOLT kunne fås som samlesæt eller i samlet tilstand, for den nette pris af 249 USD. Til højre kan ses en reklame for JOLT, bragt i IEEE Spectrum magasinet i oktober 1975.

Kilder

Moore's Lov

Moore's lov siger at antallet af transistorer eller komponenter, alt efter fortolkning, i et integreret kredsløb vil fordoble hvert andet år. Moore's lov blev første gang omtalt/citeret af professer Carver Andress Mead omkring 1970. Professer Carver definerede moore's lov udfra et citat fra Electronics Magazine i 1965, hvor Gordon E. Moore giver sit bud på fremtiden: 

     ”The complexity for minimum component costs has in-
creased at a rate of roughly a factor of two per year (see
graph on next page). Certainly over the short term this rate
can be expected to continue, if not to increase. Over the
longer term, the rate of increase is a bit more uncertain, al-
though there is no reason to believe it will not remain nearly
constant for at least 10 years. That means by 1975, the num-
ber of components per integrated circuit for minimum cost
will be 65,000.”
Citat: Gordon E. Moore i Electronics Magazine, d. 19 April 1965.

Gordon E. Moore er medstifter af Intel, et af markedets førende chip produkcenter, både i dag og for 40 år siden. Men i dag er han mere eller mindre en legente pga. af hans forudsigelse i 1965. I første omgang var hans udtagelse til Electronics Magazine, ikke nogen bestemt lov, dette blev den imidlertid da professor Carver begyndte at citere den som værende en lov om fremtiden.

I 1975, da Moores forudsigelse fra 1965 stadig holdt stik, gik Moore ud og forudsagde at udviklingen ville fortsætte. Men de fleste holder stadig fast i at Moore's lov blev skab under interviewet til Electronics Magazine i 1965.

Det specielle ved Moore's lov er at han på et meget tidligt tidspunkt, har forudsagt en udvikling der har fortsat op til i dag, og sandsynligvis vil holder en del år ud i fremtiden. Hans lov bliver også brugt i dag. Det er ikke unormalt at folk medregner Moore's lov, når de f.eks. beregner hvor mange år det taget at brude en kryptering. I april 2005 udlovede Intel en dusør på 10.000 USD for original kopi af Electronics Magazine fra 1965. Dette skyldes nok primært 40 års dagen for Moore's lov, såvel som historiske årsager. Moore's lov bliver nemlig ofte omtalt som værende en fordobling i antallet af transistorer for hver 18 måned, og ikke for hver 24 måned, som Moore's selv siger han har sagt. Man kan selvfølgelig ikke udelukke at Moore forsøger at pynte på sin lov. Men taget citatet fra Electronics Magazine i betragtning, lyder det mest af alt som en uskyldig fejl citering, der er gået hen og blevet til en generel opfattelse.

Som tidligere nævnt har Moore's lov holdt helt op til i dag, hvilket også er det der gør loven helt speciel. Det er nemlig ikke normalt at folk kan forudse noget så langt ud i fremtiden, og da slet ikke i 1965. Kigger man bare omkring 20 år tilbage, så kan man citere Bill Gates for at sige at vi aldrig ville få brug for mere end 64KiB ram i vores computer, og i dag har de fleste over 1 GiB. Derfor er Moore's lov meget interessant, på billedet til højre kan man se Moore's lov holdt op mod de forskellige processorer og deres indhold af transistorer.

Kilder

RISC

Når man skulle programmere de første computere gjorde man det ved at skrive binære CPU kommandoer. Og alle kommandoer skulle være velovervejet. Dette skyldes flere årsager, for det første var der meget lidt hukommelse på maskinerne, hukommelsen var langsom, CPU'erne var langsomme ogs å videre. Dette medførte at man begyndte at udvikle mere avancerede CPU instrukser. Et princip der senere blev kendt som CISC (Complex Instruction Set Computer). Dette gjorde programmering processerne mere avancerede, og det blev meget svære at lave processorer, fordi logikken skulle ligge i processoren og ikke i softwaren.

Efterhånden som tiden gik begyndte folk at benytte kompilere, et program til at genere binær kode med. Disse kompilere kunne ikke tage fuld udnyttelse af alle de mange instruktions sæt i processorerne. Dette blev bevist af IBM der havde startet udvilklingen af RISC i 1975. Det vidste sig senere at det reducerede instruktions set øgede ydelsen i processorerne meget, selvom antallet af antallet af transistorer var mindre.

RISC processorerne vandt aldrig på desktoppen, hvor vi i dag kører CISC systemet x86. Men RISC har imidlertid været brugt i bla. PlayStation og Nintendo 64. I dag kan RISC systemerne ikke længere konkurrer mod x86, og RISC benyttes primært i dyre entreprise applikationer.

32bit

MANGLER

64bit

64Bits processoren har været kendt siden starten af 1990'erne men det blev først i starten af 2000 af den egentlige borger kunne udnytte dens regnekraft. Dette skete med AMD's introduktion af deres første 64-bit bagud-kompatible opbygning af en mikroprocessor, den fik navnet AMD64. Og da Intel og AMD i dag er de førende producenter af processorer, valgte Intel at følge skarpt med og begyndte at udvikle deres X86-64bits CPU året efter. Denne teknologi er ikke videre blevet udnyttet på markedet, også selv om AMD og Intel i dag næsten kun sælger 64-bits CPU'er til den personlige computer, dette skyldes at vi kører med ældre styresystemer og derved kan den ikke udnytte de ekstra 32bit som er kommet siden 32bits versionen. Derfor er begge CPU'er også bygget til at kunne håndtere 32bit. Derfor kan mange reelt ikke udnytte det deres computer indeholder i dag.

80X86

Samfund og betydning

Vi har indtil videre set på computeren og dens teknologi, vi har set lidt på tiden omkring computeren. Men hvilken betydning har computeren egentlig haft og derved også mikroprocessor? Uden tvivl den største i nyere tid, computeren var oprindeligt aldrig målrettet den enkelte borger, men som ved meget andet har den alligevel haft stor betydning for den enkelte borger alligevel. De første computere, altså mennesket selv blev brugt især for at udregne geografiske ting. Og de første egentlige computere blev brugt til udregning indenfor militæret, dette kendetegner især teknologi indenfor computerverden, de var de første med alt, fra GPS til mikroprocessorer. Det danske samfund i dag ville ikke have været så vel udviklet som det egentlig er, hvis det ikke var for mikroprocessoren, store dele af vores hverdag bygger på disse. Mobilen, computeren, lommeregneren, fjernsynet, mp3-afspilleren stort set alt bruger mikrochips til udregning af data. Derfor har mikrochippen haft stor betydning på den almindelig borgers liv siden 80'erne. Efter som priserne faldt og betød det også at den almindelige borger kunne købe en computer, de første computere til hjemmet kostede nemt 20.000kr og er i dag ikke bedre end vores lommeregnere. før 80'erne, blev mikroprocessoren brugt især indenfor NASA i USA, de utallige opsendelser de har haft af satellitter og mennesker i rummet, er blevet styret af processorer med hver deres opgave. De blev blandt andet brugt til styring af iltforsyning, opsendelses rute osv. Uden mikroprocessoren ville en opsendelse af rumraketter næsten være umuligt, hvis ikke umuligt. Men så kom 80'erne, hvor udviklingen gjorde det muligt at almindelig mennesker også fik større adgang til computeren. Hvad skyldes denne udvikling? Lommeregneren havde eksisterede et stykke tid og mennesker kunne se fordel i denne, og eftersom udviklingen indenfor mikrochips blev større og større, blev de også mindre og mindre og billigere og billigere at producere, men egentlig har den almindelig person ikke haft stor indflydelse indenfor denne udvikling. Dette skyldes at det tit vare store firmaer, der skulle bruge voldsom regnekraft på mindre plads, og man derfor forsatte i udvikling af mindre mikroprocessor. Og teknologien har ændret sig meget igennem tiden, fra de første computere som fyldte hele lokaler til den bærbare computer idag. Men hvad støder vi på af problemer i fremtiden? Allerede i dag har man noget en hvis begrænsning indenfor mikroprocessor, nemlig deres størrelse, selve indmaden bliver opbygget ved hjælp af nanoteknologi, og dette har blandt andet betydet at man snart ikke kan få mere regnekraft ned på så lidt plads. Opbygningen bliver for tæt, og dette har faktisk stoppet udviklingen, derfor ser fremtiden måske ikke så lys ud som den gjorde igennem 80'erne og 90'erne, hvad angår fremdrift. Vi har nu opnået et maksimum, og producenterne er begyndt at tænke anderledes for at opretholde og forbedre regnekraften i fremtiden, dette sker ved flere kerner i CPU'erne(hvilket gør at der kan ske regne kraft flere steder end et), derudover over arbejdes der også indenfor nanoteknologien, men også egentlige biologiske CPU'er kan komme på tale i fremtiden, eller lysledere. Vi har altså snart opnået den teoritiske grænse for hvor små kredsløb må være, og dette kan stoppe udviklingen forholdvis hurtigt, hvis der ikke findes en løsning. Udviklingen indenfor computer og mikroprocessorer, har ikke rigtig skyldes borgeren, men at firma skal bruge teknologien, men eftersom teknologien bliver brugt at stort set alle mennesker i vores del af verden er producenterne af processorer arbejde på grundlag af hvad borger har brug for, dette ses blandt andet indenfor grafikkorts processorer, her er det folket og dem der udvikler spillene der bestemmer udviklingen af mikroprocessoren, dette skyldes at firma ikke bruger grafikkort, men at det bruges af borger til underholdning på deres computere. Computeren og især mikroprocessoren har haft en betydning for det samfund vi ser idag, faktisk en af de største, den har været brugt indenfor alle områder, fra udvikling af produkter til udvikling af medicin. Den har været med til at udregne rummet og dets opbygning, skabt forståelse af sygdomme, en verden uden mikroprocessoren, ville ikke være så veludviklet og højteknologisk som det er i dag.

Links

Hentet fra "http://jopsen.dk/wiki/Chippens_historie/"