A számítástechnika története
az információ tárolásával, továbbításával foglalkozó tudomány. Az informatika az információ tárolásával, feldolgozásával, továbbításával foglalkozó tudomány.
Miben különbözik tőlük az ember? Mióta ember él a földön volt és van informatika. Az egysejtűek folytonos információt vesznek fel környezetüktől, csak ez biztosítja fennmaradásukat, így tudnak alkalmazkodni. Magasabb rendű élőlények már kommunikációt folytatnak egymással. Miben különbözik tőlük az ember?
Az ember eszközöket használ az információ kezeléséhez! Mesterségesen beavatkozik az információs folyamatba!
Az ember amióta számokat használ, azóta szeretné megkönnyíteni a számokkal való foglalatoskodást. A számolás már az őskori embert is foglalkoztatta. A számok rögzítésének ősi módja a megfelelő számú rovás készítése fadarabba, csontba. Már a kőkorszakból fennmaradtak ilyen rovásos csontok.
(az információ tárolása) Őskori leletek (az információ tárolása)
Szükségessé vált a számszerű adatok kezelése, feldolgozása, már nem volt elég tárolni őket. (Adók beszedése, kiszámítása.) I.e. 3000 évvel az Ókori kelet (mai Kína) már eszközöket használ, elefántcsont pálcikákkal számolnak, amik a számjegyeket is jelentik.
(az információ feldolgozása) I.e. 3000 (az információ feldolgozása)
Magyar sajátosságok A magyarok az őshazában rovásírással rögzítették az információt. A számolás szíjjakon csomózással történt.
(piramisok megtervezése, fejlett írás, számolás) Egyiptom (piramisok megtervezése, fejlett írás, számolás)
Egyiptomi számok
Számolóeszközök Az abakusz Az abakusz ókori eredetű, kínai számolóeszköz. Rudakon, drótokon ideoda mozgatható golyókat tartalmaz. Az egyegy rúdon lévő golyók helyzete egyegy számjegyet, a rudak egyegy helyiértéket jelentenek.
Az abakusz még ma is használatos eszköz (Kína, Japán). Gyorsabban lehet vele számolni, mint egy számológéppel.
Abakusz video (abakusz.flv)
A mechanikus számológép megjelenésének előzményei Kereskedelem fejlődése Gépek megjelenése, mechanika tudománya A csillagászat második reneszánsza Óraszerkezetek (!) készítése, finommechanika
A lelkes szakemberek kora, akik a saját szakterületük, munkájuk megkönnyítése miatt váltak feltalálókká.
Wilhelm Schickard (1592 – 1635) Az első használható mechanikus számológép megépítője (1623. szeptember). Az eredeti gép megsemmisült, de később sikerült rekonstruálni. Újítás: mechanikus számlálót tartalmazott (mai villanyórában, gázórákban van ilyen).
Blaise Pascal (1623 – 1662) A 20 éves korában épített számológépét szabadalmaztatta. Gépe az első számológép, ami sorozatgyártásban készült. (Pascaline) Pascal más tudományok területén is kiemelkedő volt (fizika).
Joseph Jacquard A róla elnevezett szövőgép feltalálója (1805). A szövést automatizálta lyukkártyákkal. Találmánya kihatott más műszaki szakterületekre is. A textiliparban máig jacquard- berendezésnek neveznek minden olyan szerkezetet, amely valamilyen módon egyedileg vezérel bizonyos szerkezeti elemeket.
Charles Babbage (1791– 1871) Angol matematikus, tudós, az első személy, aki előállt a programozható számítógép ötletével. Gépei az első mechanikus számítógépek közt voltak, de egyiket sem fejezte be teljesen anyagi okok és a kor technikai színvonala miatt. Hatalmas, mechanikus gépek.
Differenciálgép Analitikai gép: első programozható számítógép lett volna (lyukkártyák). Számítások elvégzésére lehetett volna programozni. Tudott volna adatokat beolvasni, tárolni, kinyomtatni.
A differenciálgépet 1991-ben az eredeti tervek alapján megépítették, mely tökéletesen működik, hiba nélkül ellátja a feladatát.
Ada Byron (1815 – 1852) Lord Byron angol költő lánya, Babbage kortársa. Tanácsaival segített az analitikus gép építésében, például javasolta a kettes számrendszer használatát. Annyira értett a még meg nem épült analitikus géphez, hogy programot írt hozzá. Őt tartják a világ első programozójának, a „szoftver anyjának”.
Megjósolta a számítógépek elterjedését, és hogy képesek lesznek zenét, grafikát előállítani. Tiszteletére programnyelvet neveztek el róla (ADA), és az ő képe látható a Microsoft eredetiséget igazoló holografikus címkéin.
Herman Hollerith (1860-1929) Német bevándorló család gyermeke. Az Amerikai Népszámlálási Hivatalnál kapott munkát. A népszámlálás határozta meg a képviselőház összetételét. Hatalmas demográfiai robbanás (tömeges bevándorlás: 3,8 millió főből 10 év alatt 38 millió fő)
Egyre nehezebb volt összesíteni a népszámlálás eredményeit (1887-es népszámlálás -> 7 évig tartó összesítés) A hivatal pályázatot ír ki a probléma megoldására. A nyertes Hollerith gépe.
Lyukkártyás rendszer. Az egyes személyek tulajdonságait (nem, kor, stb Lyukkártyás rendszer. Az egyes személyek tulajdonságait (nem, kor, stb.) egy 204 ponton lyukasztható kártyán adták meg. A gép a lyukak alapján összesítette az eredményt. Hatalmas siker Európában is. Hollerith megalapítja a Tabulating Machine Company nevű céget. International Business Machines (IBM – „Big Blue”).
Az elektronikus gépek kora (1938-)
Konrad Zuse (1910 – 1995) A világ első programvezérelt számítógépét (Z1, 1938) építi meg otthon, a szülei nappalijában. (elektromechanikus) Az eredeti Z1 megsemmisült, később újraépítették.
Z3: a világ első működőképes, teljesen elektronikus programvezérelt digitális számítógépe. Zuse írta a világ első sakkprogramját.
Integrator And Computer Elektronikus és Digitális ENIAC (1946 – 1955) Electronic Numerical Integrator And Computer Elektronikus és Digitális Integrátor és Számítógép Programozható, digitális számítógép. Cél: katonai számítások elvégzése (röppálya).
18 000 elektroncső, 1500 jelfogó. 2,5 m magas volt, 40 m hosszú és 30 tonna. Körülbelül 5 millió kézi forrasztást tartalmazott. A sok elektroncső miatt csak 2-3 órát működött, és utána 2-3 napig szerelték. Nagy fogyasztás, hőtermelés.
Electronic Discrete Variable Automatic Computer EDVAC (1949) Electronic Discrete Variable Automatic Computer Elektronikus Diszkrét Változós Automatikus Számítógép Az ENIAC utóda az EDVAC nagyobb memóriával, Neumann János elvei alapján készült.
Mivel Neumann János még az EDVAC elkészülte előtt publikálta és a gép terveit és építési elveit, így mire az EDVAC összeszerelése befejeződött, már több Neumann- elvű gép működött a világon.
Neumann János (Budapest, 1903. december 28 – Washington, 1957. február 8.) Magyar tudós, matematikus. Iskoláit Magyarországon végezte, később az USA-ban dolgozott, mint tudós professzor. Számtalan területen dolgozott: pl. kvantummechanika, numerikus analízis, számítógép tervezés.
Még életében komoly rangot vívott ki tudományos munkásságával. Ő fogalmazta meg a mai számítógépek működésének legfőbb alapelveit. Neve az egész világon ismert és elismert. Nyughelye Princetonban van. Nevét holdkráter őrzi. Itthon utcát, főiskolai kart, gimnáziumot neveztek el róla.
Neumann-elvek 1. Soros utasításvégrehajtás (az utasítások végrehajtása időben egymás után történik). 2. Kettes (bináris) számrendszer használata. 3. Belső memória (operatív tár) használata.
4. Tárolt program elve: a programok az adatokkal együtt tárolhatók. 5. Teljesen elektronikus működés 6. Széles körű felhasználhatóság, univerzális számítógép: különböző feladatok elvégzésére nem kell más gépet építeni.
Neumann meghatározása alapján (Neumann architektúra) A számítógép részei Neumann meghatározása alapján (Neumann architektúra) + CPU: központi feldolgozó egység - ALU: aritmetikai-logikai egység - CU: vezérlőegység + Operatív tár: belső memória + Háttértárak + Perifériák - input perifériák: bemeneti eszközök - output perifériák: kimeneti eszközök
Számítógép-generációk A számítógépek további fejlődése összefügg a felhasznált alkatrészek gyártási technológiájával. Az alkatrészek és a technológia befolyásolja a számítógép felépítését és az alkalmazható programok, eljárások, szabályok fejlettségét is. (Méret, sebesség…)
„Az integrált áramkörök összetettsége Moore-törvénye Tapasztalati megfigyelés: „Az integrált áramkörök összetettsége – a legalacsonyabb árú ilyen komponenst figyelembe véve – körülbelül 18 hónaponként megduplázódik.” Gordon E. Moore
I. generáció (1946 – 1954) Aktív áramkör: elektroncsövek Sebesség: 300 szorzás / s Operatív tár: akusztikus, mágnesdob Háttértár: mágnesszalag, mágnesdob Adatbevitel: lyukszalag, lyukkártya Adatkivitel: lyukkártya, nyomtatott lista Méret: szoba Szoftver: gépi kód és assembly, a felhasználó által írt programok Egyéb: kapcsolók beállításával vezérelhető
II. generáció (1955 – 1964) Aktív áramkör: tranzisztorok Sebesség: 200.000 szorzás / s Háttértár: mágnesszalag, később mágneslemez Adatbevitel: lyukkártya, mágnesszalag Adatkivitel: lyukkártya, nyomtatott lista Méret: kisebb szobában elfért Szoftver: assembly nyelv és magas szintű nyelvek
III. generáció (1965 – 1974) Aktív áramkör: integrált Sebesség: 2 millió szorzás / s Háttértár: mágneslemez, mágnesszalag Adatbevitel: billentyűzetről mágneslemezre, mágnesszalagra Adatkivitel: nyomtatott lista, képernyő Méret: asztal (minigép) Szoftver: operációs rendszer, újabb magasszintű nyelvek, kész alkalmazások Egyéb: időosztás, multiprogramozás, virtuális memória, miniszámítógép.
IV. generáció (1974 – ) Aktív áramkör: integrált áramkörök Sebesség: 20 millió szorzás / s Háttértár: mágneslemez, floppy Adatbevitel: billentyűzetről, egér, szkenner, karakterfelismerés Adatkivitel: képernyő, hangszóró, nyomtatott lista Méret: chip-irógép (mikroszámítógép) Szoftver: adatbáziskezelők, programok Egyéb: szövegszerkesztés, személyi számítógép, mikroszámítógépek
V. generáció (????) Az igazi mesterséges intelligencia megjelenése.