Historie počítačů VII. – Integrovaná generace

23. 4. 2009

Mikropočítače na dračku

V průběhu šedesátých let se rozšířily elektronkové i
tranzistorové sálové počítače s teoreticky obrovskou výpočetní silou. Každý
stroj se skládal z velkého množství modulů; jen samotný procesor tvořilo
několik samostatných součástí, propojených dráty. Teoreticky se výpočetní síla
počítače dala navyšovat navrstvením více modulů.

Praktické provedení už tak slavné nebylo. Obrovské
množství drátů, propojujících jednotlivé moduly, se při určitém „kritickém
množství" stalo neúnosným. V rámci designu počítače bylo nutné vyladit všechny
součásti, které společně prováděly jednu funkci (například sčítání), a sladit
výsledek s ostatními částmi. Z navrhování výkonnějších počítačů se brzy stalo
hlavně kreslení a následné tahání kabelů. Zoufalství designérů dokonce dalo
tomuto problému poetický název „tyranie čísel".

Místo prázdnin
integrovaný obvod

V roce 1958 zaměstnala firma Texas Instruments, zaměřená
na návrh a výrobu elektroniky, mladého inženýra jménem Jack St. Clair Kilby.
Léto tohoto roku strávil ve výzkumných laboratořích této firmy, na dovolenou
ještě neměl nárok. Místo opalování u moře se zaměřil na řešení problému tyranie
čísel, takže dvanáctého září mohl ukázat výsledek svého bádání celému vedení
firmy. Na upravený krystal germania připevnil osciloskop, zapnul jej a na
displeji se zobrazila pravidelná sinusoida. Vynález pod patentovým názvem Pevný
obvod vyrobený z germania byl na světě.

Nedlouho po Kilbym byl ovšem v konkurenční firmě Fairchild
Semiconductor integrovaný obvod vynalezen znovu a lépe. Robert Noyce se na
chvíli vtělil do kůže Járy Cimrmana: půl roku po Kilbyho úspěchu dosud o
vynálezu integrovaného obvodu nevěděl a rozhodl se vytvořit vlastní mikročip.
Ten postavil na křemíku místo tehdy nejpoužívanějšího germania. Budoucnost dala
za pravdu Noycově řešení; křemík se v pozdějších letech ukázal jako výrazně
vhodnější materiál.

Kilbyho první
integrovaný obvod z germania

Nobelovu cenu za fyziku díky vynálezu integrovanému obvodu
získal v roce 2000 první vynálezce, Jack Kilby. Americký nejvyšší soud zase
přiznal ochrannou známku komplexnějšímu vynálezci, Noycovi.

Integrovaný obvod, mikročip, nebo prostě čip (anglické
slovo „chip" znamená „odštěpek" nebo „tříska") vlastně simuluje klasický
elektrický obvod sestavený z polovodičových součástek. Rozdíl spočívá v
technologii: v tomto případě je celý obvod vytvořen přechody mezi tenoučkými
polovodičovými vrstvami na desce. Hlavní výhoda spočívá v několikanásobně menší
velikosti. Původní Kilbyho integrovaný obvod měřil 11×1,6 milimetru a obsahoval
jediný tranzistor společně s několika odpory a kondenzátory.

Oba vynálezci
integrovaného obvodu: Jack Kilby a Robert Noyce

Tvrdá cesta ke
krabicím

Kabely ovšem nepřestaly tyranizovat designéry a inženýry
hned. Ještě několik let trvalo, než se vynález integrovaného obvodu dostal do
výroby.

První model, který těžil z vynálezu integrovaného obvodu,
byl slavný počítač System/360 firmy IBM z roku 1964. Designéři ovšem neměli
odvahu použít relativně nový vynález, tedy mikročip. Místo něj vybavili počítač
hybridními obvody. Ty používaly čipová lůžka, na které byly napájené externí součástky.
Šlo tedy o jakýsi kompromis mezi tranzistorovou druhou generací a čipovou třetí
generací počítačů. Velikostí stále patřil k druhogeneračním otesánkům, zatímco
technologicky už vyhlížel světlé zítřky. Prodalo se ho asi 14 tisíc kusů po
necelých 100 tisících dolarů.

Třetí generaci definitivně otevřel počítač PDP-8 firmy
Digital Equipment Corporation z roku 1965. Ten zároveň otevřel éru
minipočítačů. První modely sice ještě používaly hybridní obvod a velikostí
odpovídaly ledničce, v následujících letech ale zvítězily mikročipy. Všechny
varianty minipočítače PDP-8 používaly dvanáctibitovou paměť. Kouzlo této série
počítačů spočívalo v jejich jednoduchosti, snadné komunikaci s periferiemi,
poměru velikosti k výkonu a nízké ceně (kolem 16 tisíc dolarů). Než byl na
konci sedmdesátých let vytlačen mikropočítačem IBM PC, dokázal něco nevídaného:
za čtrnáct let se prodalo na svou dobu neuvěřitelných 50 tisíc strojů.

První počítač,
postavený čistě na integrovaném obvodu - PDP-8

Počítače ve vesmíru, Měsíc a Gagarin

Začal s tím Gagarin

Za úspěchem integrovaného obvodu ovšem nestojí zdaleka jen
počítače. V této době se digitální technologie konečně dokázala z místnosti
přenést i na mobilní techniku, která na podobný systém zoufale čekala.

V dubnu 1961 se do vesmíru vydal sovětský dobrodruh Jurij
Gagarin. Reakce na druhé straně světa na sebe nenechala dlouho čekat. Hned o
měsíc později se čerstvě zvolený americký prezident John Kennedy rozhovořil o
tom, že aspoň na Měsíci musejí být Spojené státy první. Následoval prudký růst
dotací a financování pro projekt Apollo. Jeho cílem bylo dostat na Měsíc
pilotovanou loď s tříčlennou posádkou.

Jenže jak zvládnout navigaci na takovou vzdálenost?
Manuálně ovládat každý aspekt letu, dlouhého přes 300 tisíc kilometrů,
přistání, procházku po Měsíci, start a cestu zpátky, zkrátka není v lidských
silách. Armstrongově posádce v roce 1969 vydatně pomáhal navigační počítač
Apollo, postavený na integrovaném obvodu. V první verzi obsahoval přes čtyři
tisíce čipů, později dokonce 5 600 čipů. Druhá verze navigačního Apolla se
ukázala mimořádně spolehlivá. Jediným známým incidentem je okamžik, kdy při
přistání na Měsíci zahlásil počítač chybu 1201 a 1202. Astronauti netušili o co
jde, takže chyby ignorovali. Šlo o jednoduché přetečení paměti, takže po
zapnutí a vypnutí modulu všechno fungovalo správně. Systém naštěstí rychle
nastartoval a přistávací manévr proběhl bez problémů.

Komunikační
modul navigačního systému Apollo, který dovedl lidstvo na Měsíc

Raketové čipy

Raketa Minuteman je základem amerického jaderného
arzenálu. První verze spatřila světlo světa už v roce 1962, v modernizovaných
variantách má zůstat funkční do roku 2025. Nedlouho po svém vzniku, v době vrcholící
studené války, bylo funkčních asi 800 raket Minuteman I.

Většinu výroby integrovaných obvodů v letech 1962-7
dotovaly zakázky pro navigaci balistických raket

Integrovaný obvod se stal součástí válečné hrozby v roce
1965, kdy starší modely začaly doplňovat moderní rakety Minuteman II. Navigační
počítač Autonetics D-37C používal jako paměťové médium magnetický disk, ale pro
výpočty potřeboval právě čipy. Zvláštností vojenského počítače byla zvýšená
odolnost vůči radiaci a propojení s gyroskopem.

Zatímco za počítačem pro Apollo stála firma Fairchild
Semiconductor, navigační počítač mezikontinentálních balistických raket
navrhovala firma Texas Instruments. Spolehlivost navigačního počítače pro
rakety ovšem byla v době jejich zavádění výrazně nižší, než tomu bylo třeba u
Apolla: důležitější roli než spolehlivost totiž hrála přesnost a množství
raket. Následky pro středovýchodní Evropu snad raději ani nedomýšlet. Firma
Texas Instruments právě díky množství raket vydělala na integrovaném obvodu
násobně vyšší částky, než konkurent. Zakázky pro navigaci balistických raket
totiž v letech 1962-7 dotovaly většinu výroby integrovaných obvodů. Za rozvojem
výpočetní techniky v šedesátých letech proto z velké části stála právě armáda
USA.