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コンピュータアーキテクチャ I #14 コンピュータ発達史

コンピュータアーキテクチャ I #14 コンピュータ発達史. 平成 26 年 7 月 18 日. 本日の講義内容. コンピュータができるまで ずっと昔の時代 機械式計算機の時代 電気式計算機の誕生（真空管と半導体） プログラム内蔵型コンピュータの発達 いろいろ な演算器. Prehistory. 人間と計算のかかわり 天文 天体の運行を元に吉兆を占った 複雑な運行を計算する道具が考えられた 計算自体は人間が行っていた≠計算機 経済 貨幣の導入 東洋の算盤，古代中東のアバカスなど. Mechanical Calculator (1).

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コンピュータアーキテクチャ I #14 コンピュータ発達史

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Presentation Transcript

  1. コンピュータアーキテクチャI #14コンピュータ発達史 平成26年7月18日

  2. 本日の講義内容 • コンピュータができるまで • ずっと昔の時代 • 機械式計算機の時代 • 電気式計算機の誕生（真空管と半導体） • プログラム内蔵型コンピュータの発達 • いろいろな演算器

  3. Prehistory 人間と計算のかかわり • 天文 • 天体の運行を元に吉兆を占った • 複雑な運行を計算する道具が考えられた • 計算自体は人間が行っていた≠計算機 • 経済 • 貨幣の導入 • 東洋の算盤，古代中東のアバカスなど

  4. Mechanical Calculator (1) • レオナルド・ダ・ヴィンチ • 歯車式加減算装置，自動桁上（下）がり • 図面のみで存在せず • ヴィルヘルム・シッカート（1623年） • 歯車式，四則演算（ケプラーへの手紙） • 製作途中で火事で焼失？ • 20世紀に図面が発見され復元 • パスカル（1642年） • 税務官吏の父の仕事を見て自動計算機を製作 • 歯車一つで一桁，桁上げ機構つき • ライプニッツ（1671年） • パスカルの計算機を元に，乗算可能な機械 • 加算の繰り返しによる乗算の実現

  5. Mechanical Calculator (2) • ヘンリー・バベッジ（1879年） • 解析機関 • 父チャールズ・バベッジが断念した機械式演算装置 • カード読取装置と機械式計算機械を連動 • カード読取装置は19世紀にフランスで模様編み機械用に開発 • 穴を開けた紙片で編み機の模様を制御できた

  6. Electromechanical computer リレー（継電器）を用いた計算機 • Harvard Mark I（1944年），ハーバード大＋IBM • 国勢調査のために作られた計算機 • データ入力は穴を開けた紙片（パンチカード） • リレー約3千個を利用した電気式

  7. Tube period • 第二次世界大戦 • 米陸軍の研究テーマ • 砲弾の落下位置を，砲の方位・仰角・装薬量・砲身長などから予測する一覧表を作ること • 実際は水素爆弾のシミュレーションに使われたという • 条件が多岐に渡り，従来の計算機では性能不足 • 発想 • アナログ値を扱う真空管を二値（0と1）表現の道具として利用する • すなわち，真空管をスイッチとしての利用

  8. ENIAC(1) • Electronic Numeric Integrator And Calculatorのアクロニム • 1946年2月に公開 • 戦争中は機密情報だった • 約18,000本の真空管を使用し，全長30m，重量30t • 従来機械で20分かかった計算を3秒に短縮

  9. ENIAC(2) • データ入力はパンチカード式 • 電線を繋ぎ変えて計算手順を変更 • 真空管の故障に悩まされる • 現在でいう，MTBFが短い

  10. Programming on ENIAC • 制御盤のコネクタに接続する配線を変える • 常に真空管の交換が必要だった

  11. John von Neumann • 計算手順を電子的に記憶させておく手法をまとめた • 現代計算機の基本 • ノイマン型計算機 • 構想自体は以前からあった？ • 基本構想の開発者ではない？ • エッカートとモークリーが開発者 • ENIACを巡り，真の開発者は誰かと論争が起こる

  12. EDVAC and EDSAC • EDVAC（1950年） • ペンシルバニア大で開発が進められたプログラム内蔵式 • 開発陣の内紛もあり完成が遅れた • EDSAC（1949年） • 世界初のプログラム内蔵式 • 英国・ケンブリッジ大による製作

  13. Transistor period トランジスタ • ショックリーの発明した電子素子（1948年） • 真空管と同じく，増幅作用，スイッチング動作可能 • 低消費電力，かつ高速動作可能 • シリコン（珪素），ゲルマニウムなどが原料

  14. Integrated Circuit period • トランジスタなどの部品をシリコン板上に形成し，電子回路としたもの • 現在では，5000万～2億個程度のトランジスタを，16mm四方程度のシリコンチップに詰め込む

  15. IBM System/360 (1964) Mainframe period • 企業の基幹業務用 • 専門のオペレータが操作 • 誰でも触れたわけではない • 安定性が最重要 • System/360を始祖とするメインフレームの系列は，少なくなったが今でも使われている • Linuxを移植する動きもある

  16. Mainframes in current IBM zEnterpriseEC12 • 旧来の膨大なソフトウェア資産を継承 • 夜間にまとめて伝票処理などを行うバッチ処理主体 • 安定性重視は変わらず、ほとんどのパーツが多重化 • 高いので沢山は売れないが，1台あたりの利益大 富士通GS21 NEC iPX-9800 日立AP8800E NEC ACOS

  17. Mini-computer period • 部や課のレベルに1台を目指して開発 • DEC社のPDPシリーズ，VAXシリーズが有名 • UNIX（演習で使っているOS）やCコンパイラはミニコン上で開発 • 現代コンピュータのゆりかご？ PDP5 (1963) VAX-11/780 (1977) PDP8 (1965)

  18. Workstation period • Xerox社のALTOが始祖 • 個人使用をターゲット • マウス，イーサネット，ビットマップモニタを装備 • SUN Microsystems, Hewlett-Packard, sgi社などが製品を開発 • メインフレームにとって変わりつつある

  19. Arriving at personal computers • マイクロプロセッサ i4004 • 電卓戦争に打ち勝つため，ビジコン社がインテルに発注 • 日本の半導体メーカーは作ってくれなかった • プログラムを変更することで機能拡張を容易化 • Intelは4040をベースに8085，8086等小型プロセッサを次々と開発 • Fairchild社，Motorola社なども参入

  20. Genesis of PC (USA) • Altair 8800 • トグルスイッチとランプが入出力のすべて • 雑誌記事に掲載されるや爆発的な反響

  21. Genesis of PC (Japan) • NEC TK80（Training Kit 80） • Intelのプロセッサを装備 • 16進キー，7セグメントLEDを装備 • コンピュータを触りたいマニアが購入

  22. Rising of PC (USA) • アップル社 • ジョブズ，ウォズニアックの2人が設立 • 個人のためのコンピュータ「パーソナルコンピュータ」の誕生

  23. Invasing of CUROFUNE • IBMPC(1981年） • 企業向けが主体でPCには出遅れる • 汎用品を使って価格を下げ，仕様を公開 • 互換機が多数発売される • 性能は凡庸だった • メインフレームの思想をベースに設計

  24. Birth of the Supercomputer • セイモア・クレイ博士が開発・発展の中心 • 米国が先導し，日本が追いかけ追い越した数少ない技術の一つ • 行列演算を速く実行することに特化した計算機 Cray I NEC SX-ACE

  25. Differences between PC and SC • クロックはPentium4等の方が高い • 何が違うのか？ • PCとHPCの主要な相違点 • プロセッサ数（数万node以上） • メモリバンド幅（p690 200GB/s） • メモリ空間（p690 max.256GB） • メモリチップ自体はECC付SDRAM • I/O性能（p690 16GB/s, 33MHzPCI:120MB/s） • これらを勘案した総合的なシステム性能

  26. Birth of the first parallel computer ILLIAC IV • イリノイ大学製作 • 最初期の並列計算機 • 複数のデータに同じ命令を同時に施す • SIMD型と呼ばれる

  27. Solution for large-scale computing:Parallel computer • 多数のコンピュータをネットワークで結合 • 現在，多数の計算機が開発されている最中 • 企業の基幹業務用，大規模データベース用，科学技術計算用，軍事用など

  28. Parallel computers in current http://www.top500.org/

  29. Super Computer 京 • 当初NECのベクトルプロセッサと富士通のスカラプロセッサの複合型を想定 • NEC撤退後，富士通製SPARC VIIIfx，６次元メッシュ/トーラス網（Tofuネット）を採用して完成 • 201４年６月現在，ランキング４位

  30. 来週の予定 • コンピュータの周辺機器 • ハードディスクやモニタ装置の仕組み • 総復習

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