BERÄKNINGSKONSTENS HISTORIA - Från kulram till dator

Transkript

1 BERÄKNINGSKONSTENS HISTORIA - Från kulram till dator Del 2 Gunnar Holmdahl 2 DAGENS DATORER - VAD KAN DOM? 3 1

2 Snabbhet Dagens kraftfullaste datorer... men först lite sortdefinitioner Prestanda beror på tillämpningen. Här jämförs beräkningskapacitet i FLOPs (FLoating point OPerations per sekund). Lämpliga prefix: P peta T tera G giga 10 9 M mega Snabbhet Dagens kraftfullaste datorer: Dator PFLOPs max Antal processorer K computer 10, SPARC64 Tillverkare Fujitsu, Japan Tianhe-1A 2, NUDT, Kina Jaguar 1, AMD Opteron Roadrunner 1, AMD Opteron, IBM PowerXCell 8i CRAY USA IBM USA År Operativ system 2011 Linux 2010 (Special) 2009 Linux 2008 (Special) 5 2

3 Jämförelse av snabbheter (1956) Facit EDB presterad ungefär 8 FLOPs (2011) PC, 2Ghz med 4 kärnor, ungefär 0,8 GFLOPs Dagens PC är alltså 0,8* 10 9 /8 = 10 8 gånger snabbare än Facit EDB Antag att dagens PC motsvarar en bil som kör i 100 km på en timme Hur långt kommer då Facit EDB, hur långt snigeln? 100 km?? 6 Jämförelse av snabbheter (1956) Facit EDB presterad ungefär 8 FLOPs (2011) PC, 2Ghz med 4 kärnor, ungefär 0,8 GFLOPs Dagens PC är alltså 0,8* 10 9 /8 = 10 8 gånger snabbare än Facit EDB Antag att dagens PC motsvarar en bil som kör i 100 km på en timme Hur långt kommer då Facit EDB, hur långt snigeln? 100 km 1 mm? 7 3

4 Jämförelse av snabbheter (1956) Facit EDB presterad ungefär 8 FLOPs (2011) PC, 2Ghz med 4 kärnor, ungefär 0,8 GFLOPs Dagens PC är alltså 0,8* 10 9 /8 = 10 8 gånger snabbare än Facit EDB Antag att dagens PC motsvarar en bil som kör i 100 km på en timme Hur långt kommer då Facit EDB, hur långt snigeln? 100 km 1 mm 10 m 8 Jämförelse av snabbheter.och den snabbaste superdatorn har kommit hur långt? Jo, en sträcka som nästan motsvarande avståndet mellan Solen och Saturnus (9,5 AE) 9 4

5 Till vad används dessa superdatorer? Väder- och klimatprognoser Fysik- och kemiberäkningar DNA-analys Medicinska simuleringar och bildanalys inom hjärnforskningen Militära, tex simulering av atombomsexplosioner 10 Den tekniska utvecklingen inom datorområdet 11 5

6 Teknisk utveckling Vad ligger bakom denna utveckling? Transistorn - Uppfanns 1947 av tre forskare vid Bell Labs i USA, John Bardeen, Walter Brattain och William Shockley. Nobelpriset i fysik En av de allra största uppfinningarna i modern tid Den integrerade kretsen - Uppfanns 1958 av Jack S Kilby på Texas Instruments. Nobelpriset i fysik år Ett stort antal komponenter per integrerad krets, miljard transistorer per chip. - Mikroprocessorer och minneskretsar 12 Minneskort 1973: 16kbit 1988: 256 kbit 13 6

7 Minneskort Nu köper man 16 GB för 200 kr på Clas Ohlson OBS! 16 GB = 128x10 9 kbit och det förra kortet = 16 kbit 14 Teknisk utveckling Moores lag Uppkallad efter en av Intels grundare Gordon Moore, Betecknar det fenomen att antalet transistorer som får plats på ett chip växer exponentiellt med tiden. Takten som gäller sedan många år tillbaka ger en fördubbling var 24:e månad. Ibland definieras lagen som fördubblingen av beräkningskraften per fix kostnad var 24:e månad Massiv parallellbearbetning är också en del av hemligheten i kombination med därtill anpassad programmeringsteknik 15 7

8 Teknisk utveckling Moores lag Uppkallad efter en av Intels grundare Gordon Moore, Betecknar det fenomen att antalet transistorer som får plats på ett chip växer exponentiellt med tiden. Takten som gäller sedan många år tillbaka ger en fördubbling var 24:e månad. Hur stämmer det på Facit EDB och dagens PC? Facit EDB konstruerades 1956 dvs för 55 år sedan. Om man räknar med Moores lag skulle dagens dator var 2 27,5 snabbare = 10 8 Det stämmer förvånandsvärt bra! 16 Nästa teknikskifte? Optiska datorer - Användning av fotoner i st.f. elektroner - Dramatiska förbättring i prestanda. - Manipulera de optiska och elektriska egenskaper i en skala av bara några tiotal atomer. - Watson använder till en del sådana komponenter Ny presentationsteknik - OLED, Organic Light Emmitting Diode, - Böjliga, extremt tunna bildskärmar

9 Framtida teknikutveckling 18 Steve Jobs och Apple Steve Jobs har varit banbrytande och stilbildande Grafiskt användarsnitt Xerox var först, men förmådde ej utnyttja sin uppfinning Dataskärmen grafisk i st.f. textbaserad Ikoner/fönster flyttbara och överlappande Genomarbetad design Användarvänlighet Insåg tidigt den kommande integration av data, musik, video och telefon imac, Powerbook, ipod, iphone, ipad itune AppleStore (2001), itune Store, App Store.. Men Jobs ville ha ett slutet system i motsats till Microsoft som licensierade ut sina produkter och system. Därför har Apple bara % av marknaden för datorer. Det kunde ha varit mycket mer. 19 9

10 Giganternas kamp 2011 Miljarder USD Apple IBM Microsoft Dell Intel Omsättning Nettovinst Svenska statens inkomster 2011 var omräknat ungefär 120 miljarder USD 20 Steve Jobs och Apple Steve Wozniak och Steve Jobs byggde första maskinerna i familjen Jobs garage

11 Appleprodukter Apple I 1976 Apple II 1977 Apple III 1980 Lisa 1983 Apple IIc 1984 Macintosh imac 1988 imac 4G 2002 MacBook Appleprodukter PowerMacG PowerMacG Newton och iphone 1987 ipod 2001 ipod touch 2007 iphone ipad

12 Utvecklingen inom programmeringsområdet 24 Programmering De första datorerna på 40-talet styrdes av instruktioner programmet - som var inbyggda i hårdvaran. Detta gjorde dem inflexibla. von Neumann (USA) introducerade i maskinens minne lagrade instruktioner. Detta möjliggör program som är självmodifierande. Begreppen Hårdvara/Mjukvara föddes Olle Karlquist programmerar BARK 25 12

13 Programmering Hur kan då ett program se ut? Eftersom datorer normalt endast arbetar med 0:or och 1:or, så kan ett program som lägger ihop två tal, som ligger i minnescell ett och två, se ut så här i maskinens minne: Eller hexadecimalt Arbetsamt, lätt att göra fel, obegripligt för utomstående Adress Funktion 26 Programmering Högnivåspråk utvecklades, som med hjälp av kompilatorer översätter programmen till maskinens binära program. Högnivåspråk C = A + B Dator Kompilator Maskinspråk Dator Slutligt program 27 13

14 Programmering Programmeringsspråk Det finns hundratals, här några vanliga Fortran teknik, vetenskap Algol teknik, vetenskap Cobol administration, redovisning.. Basic (VB) diverse tillämpningar C++ kompilatorer, processtyrning.. HTML Java webbsidor (hypertext markup language) internet, webbsidor På 1970-talet utvecklades ett mer ingenjörsmässigt programmeringssätt objektorienterad programmering där ett antal samverkande och inkapslade objekt på ett strukturerat sätt bygger upp ett system. 28 Programmeringsspråk Algol Lista över primtal Basic 29 14

15 Programmeringsspråk HTML 30 Internet 31 15

16 Internet Internet är världens största datornätverk och ett system för enkel och effektiv kommunikation av text, ljud och bild. world wide web e-post filöverföring röstkommunikation

17 Internet Internet är världens största datornätverk och ett system för enkel och effektiv kommunikation av text, ljud och bild. world wide web - information e-post filöverföring röstkommunikation Internet har gjort det möjligt att kommunicera världen över - information blir tillgänglig - utnyttjas av miljarder människor - skapar öppenhet som kan leda till bättre fungerande demokrati - stor betydelse världsekonomin Trafiken består av digitala informationspaket som också innehåller adresser (IP-adresser från/till) och sekvensstämpling mm. Google Bank Bloggar FaceBook Chattforum Skype Youtube 34 Internet IPv4 kan teoretiskt hantera 4.3 miljarder adresser. Det klarar - sedan februari ej längre behovet. I framtiden kommer alla saker omkring oss (även vi själva?) att vara anslutna och kommunicerbara, The internet of things Ett nytt system, IPv6, klarar adresser. Det håller nu på att införas och det kommer att räcka!! Bilar Hundar Pensionärer Pacemakers Kylskåp Sommarstugor Nycklar Vinkällare m.fl

18 Nya tillämpningar 36 Artificiell intelligens (AI) Defininition system som tänker som människor system som tänker rationellt system som beter sig som människor slutligen system som beter sig rationellt. Neurala nätverk Turingtestet [1] Fuzzy Logic Talförståelse Talsyntes Se och känna igen Expertsystem Genetisk programmering Maskininlärning 37 18

19 Artificiell intelligens (AI) Några tillämpningsexempel Stödsystem för medicinska diagnoser - second opinion Mönsterigenkänning, signalbearbetning Schemaläggning Finanssystem Språk översättning, förståelse Upplysningstjänster tidtabeller, dataproblem. Robotar Dataspel Schack Jeopardy 38 Artificiell intelligens (AI) - Översättning Snabbt växande område. Grammatikaliska metoder eller Statistiska Google använder den senare. Exempel taget ur beskrivningen av en PU-kurs: Resultaten av teknisk forskning och utveckling har vi dagligen stor nytta av - och påverkas därav - utan att vi alltid är medvetna därom. Cirkeln kommer att belysa några sådana områden som kanske inte är så uppenbara. The results of technological research and development, we have a day very useful - and affected by it - but we are always aware of it. The circle will highlight some areas that might not be so obvious. Nästan obegripligt. Alternativ gavs dock för: not i st. för but och we have daily great use of i st. för we have a day very useful 39 19

20 Artificiell intelligens (AI) - Översättning (forts.) Om man hade skrivit texten på ett enklare sätt, hade resultatet blivit bra: Vi har dagligen nytta av resultaten av teknisk forskning och utveckling och vi påverkas av dessa oftast utan att vara medvetna om det. Cirkeln kommer att belysa några sådana områden som kanske inte är så uppenbara. We have daily use of the results of technological research and development and we are affected by those usually without realizing it. The circle will highlight some areas that might not be so obvious. 40 Artificiell intelligens (AI) The Deep Blue schackdator, som besegrade Kasparov 1997, sökte typiskt till ett djup på mellan sex och åtta drag, ibland till 20 eller ännu fler för vissa situationer. Den var självlärande Utvärderingsformeln var skriven i en generaliserad form, med många parametrar som måste ställas in (till exempel hur viktigt är en säker kungsposition jämfört med en utrymmesfördel i centrum, etc.). De optimala värdena för dessa parametrar bestämdes av systemet självt, genom att analysera tusentals mästarspel. I öppningensboken fanns det över 4000 ställningar och stormästarspel, 41 20

21 Artificiell intelligens (AI) Watson, som blev mästare i Jeopardy 2011, är ett system som kan svara på frågor ställda i ett naturligt språk. Det har moduler för - språkbehandling informationssökning kunskapsrepresentation - maskininlärning hypotesgenerering massiv bevisinsamling - analys - sannolikhetsbedömning Watson hade tillgång till 200 miljoner sidor med strukturerad och ostrukturerad text, inklusive den fullständiga texten i hela Wikipedia. Systemet bearbetar 500 gigabyte, motsvarande en miljon böcker per sekund och utnyttjar 16 terabyte RAM För varje ledtråd visade Watsons de tre mest sannolika svaren. 42 Framtiden Integrationen mellan människa och informationstekniska system kommer att öka dramatiskt. Vi kommer ständigt att vara i kontakt med all möjlig information och erfarenhet. Det blir en naturlig del av vår tillvaro. Detta kommer att ske i en nära framtid, om vi inte redan är där? Allt detta är möjligt men vill vi det? Är detta nästa steg i evolutionen? 43 21

22 En snabbresa genom datorernas värld 2012 / Gunnar Holmdahl 44 22