Bevezetés az Informatikába Háber István ihaber@pmmk.pte.hu

Bevezetés Informatika sokrétű Információtechnika Számítástechnika Információk Szerzése Feldolgozása Tárolása Továbbítása Információtechnika Informatika a technikai eszköz oldalról Számítástechnika Automatizált adatfeldolgozás eszközeivel foglalkozik

Bevezetés - számábrázolás Számábrázolás („ooooo”,”1”,”2”,”III”) Mód ahogy a számokat szimbólumokkal ábrázoljuk Különböző kultúrákban más-más számírások Számrendszerek (számábrázoló rendszerek) ábrázolási szabályok A számábrázolás az a mód, ahogyan a számokat szimbólumokkal jelöljük. Ezen belül a számírások számábrázoló rendszerek. Számrendszerek – elméleti ill. tudományos jelentőséggel bíró számábrázoló rendszerek, szabályok alapján meghatározza a használt számok ábrázolási szabályait, minden szám egyedi ábrázolását az aritmetikai, algebrai szabályokat

Unáris (1-es) számrendszer Természetes számok – 1 szimbólum pl.: szimbólum: * számok: 1 - * 2 - ** 3 - *** ...

Unáris számrendszer Rövidítés: több szimbólum (pl. 10 hatványai) 10 - + 100 - ! … 623 : !!!!!!++***

Egyiptom 10 hatványai Milliós számokkal is számoltak Ismerték a törteket Szorzás - osztás

Római számok Eredete nem tisztázott Nagy számok írása nem vált egységessé Kis értékű számok a rovásfák utódainak is tekinthetők 1: I vagy i 2: II vagy ii 3: III vagy iii 4: IV vagy iv 5: V vagy v 10: X vagy x 50: L vagy l 100: C vagy c 500: D vagy d 1000: M vagy m

Hindu számírás – az ős Mai számírási módszerünk őse Megjelent a „0” Negatív számokat is ismerték Arabokhoz innen jut el, akik kiegészítik

Helyiértékes rendszer A számok helye a leírt sorban helyiértéket jelöl Manapság világszerte a 10-es alapú (Tíz szimbólum: 0..9 ), helyiértékes számábrázolást használják Zéró szerepe nagy (pl. „4005”) 327: 3x102 + 2x10 + 7

Európa - Magyarok Európa - helyiértékes számábrázolás első teljes ismertetése Európában: 1202 Fibonacci „Liber Abaci” c. könyvében Magyarok – 6-os, majd 7-es számrendszer (7-fejű sárkány, 7-napos időegység) Legrégebbi magyar arab számjegyes emlék: 1407

2-es számrendszer Informatikai számábrázolás legalapvetőbb rendszere Számjegyek értéke: 0 v. 1 Használat: Jobbról-balra haladva írjuk fel 2 hatványait (az ábrázolni kívánt szám nagyságáig) Balról-jobbra haladva az értékünket osszuk el a legnagyobb helyiértékű hatvánnyal, maradékot az egyel kisebbel, maradékot megint a kisebbel…

2-es számrendszer Példa „2008” 2-es számrendszerben: 2008D = 11111011000B Maradék Helyiértékek   984 472 216 88 24 8 1024 512 256 128 64 32 16 4 2 1

Számítást segítő eszközök és módszerek Abakusz Valószínűleg mezopotámiából ered Golyók helyzete - számjegy Rudak – helyiérték Gelosia-módszer Szorzáshoz Középkorban elterjedt

Számítást segítő eszközök és módszerek Napier pálcák Gelosia-módszer egyszerűsítése Gaspard Schott Tovább finomította a módszert Hengerekből állt

Logarléc 1622 William Oughtred használt először logaritmikus skálát vonalzókon log(a*b)=log(a)+log(b) log(a/b)=log(a)-log(b) A zsebszámológépek elterjedéséig tartotta magát

Mechanikus gépek 1623 Wilhelm Schickard, Napier-pálcák alapján 4 alapművelet Hatjegyű számok Fogaskerekes számolómű

Mechanikus gépek 1642 Blaise Pascal, Tízes számrendszer, Nyolcjegyű számok Összead, kivon

Mechanikus gépek 1694 Gottfried Wilhem von Leibniz Pascal gépe alapján Szoroz, oszt, gyököt von Speciális váltótárcsa a szorzáshoz Kettes számrendszer-t célravezetőbbnek tartotta, de nem tudta megvalósítani a hosszú számok miatt

Mechanikus gépek 1820 Charles Xavier de Colmar 4 alapművelet (+,-,*,/) Tömeggyártásig jut 1801 Joseph Marie Jacquard Lyukkártya vezérélésű szövőgép Vezérlés „programból” (számítás nincs) 1822 Charles Babbage, „Difference Engine” polinom helyettesítési értéket számolt volna Nem épült meg

Mechanikus gépek 1837 Charles Babbage, „Analytical Engine” Lyukkártyákkal programozható Mechanikus számológép Első Turing-teljes gép lett volna ha elkészül

Turing-gép 1936 Alan Turing, „Turing gép” Absztrakt automata, állapotgép „szallag”, „I/O –fej”, „vezérlő” Egyszerű számítógép modell Algoritmizálható feladatokat meg tud oldani ( Algoritmus (eljárás): Determinisztikus (nem véletlenszerű) módszer, utasítássorozat mely alkalmas egyértelmű problémák megoldására. Ha a probléma nyílt, nincs algoritmus. )

Elektro-mechanikus gép 1880 USA népszámlálás 55 millió ember adata 500 feldolgozó személy, 36 szempont  7 év 1890 USA népszámlálás Herman Hollerith lyukkártyás gépével  4 hét 1896 Tabulating Machine Company  IBM (1924)

0. Generáció 1941 Konrad Zuse, Z3 1943 Alan Turing, Colossus 22 bites szavak, lebegőpontos számok Műveleti sebesség: 3 sec Katonai számítások 1943 Alan Turing, Colossus ENIGMA rejtjel visszafejtés Titkos projekt – fejlődés nem erre indult 1943 Claude Shannon Elektromos kapcsolás – logika kapcsolata 1944 Howard Aiken, Mark I. Első automata gép (ASCC – Automatic Sequence Controlled Calculator) Relék, vezetékek Alapműveletek

1. Generáció 1945 Neumann János, EDVAC IAS 1951 UNIVAC I. 6000 vákuumcső, 12000 dióda, 56000 Watt Program és adat a memóriában (nem kell többé huzalozni) Feltételes vezérlésátadás Központi vezérlő egység Bináris tárolás 1951 UNIVAC I. Első kereskedelemben kapható számítógép

1. Generáció 1946 John P. Eckert, John W. Mauchly, ENIAC 18000 vákuumcső, 30 tonna, 140000 Watt 20 regiszter, 10 jegyű decimális szám Huzalokkal programozott MTBF (Mean Time Between Failures) – 40 sec Háború vége  a gép bemutatható lett rengeteg fejlesztés indul

1. Generáció - jellemzők Tudományos számítások célgépei Processzorcentrikus Bináris gépi nyelvű programok Soros feldolgozás Vákuumcsövek 1000-10000 művelet / sec Drága Gyakran meghibásodik (csövek kiégtek)

Generáció – Neumann elvű gép Memória (program, adat) Aritmetikai egység (elemi műveletekből minden számítási feladat felírható) Vezérlőegység Bemeneti / kimeneti eszközök Mindezek elektronikusak, bináris számrendszerben

2. Generáció 1948 John Bardeen, Walter Brattain, William Shockley – feltalálják a TRANZISZTOR-t 1957 DEC (Digital Equipment Corporation – DEC) 1961 PDP-1-es gép 200000 utasítás/sec 512x512-es felbontású kijelző Első számítógépes játék („Spacewar!”) 1964 CDC 6600 Tervező: Seymour Cray Nagyfokú párhuzamosság Több kis CPU – I/O, feladatszervezésre Megelőzte korát

2. Generáció - jellemzők Tranzisztorok, diódák 10000-100000 művelet/sec Kisebb teljesítményfelvétel Önálló, CPU-tól független csatornák Perifériák, háttértárak Ferritgyűrűs memória Memóriacentrikus

3. Generáció 1958 Robert Noyce, Jack St. Clair Kirby Integrált áramkör (IC) - Olcsó (fotólitográfia) - Gyors, kis fogyasztás (kis méret, kis távolságok) 100000 – 1000000 művelet/sec Számítógépcsalád felfogás – IBM System 360 Egy család gépein ugyanaz a program lefutott, ha befért a memóriába (nagy gépes program a kicsiken nem mindig fért be)

3. Generáció - jellemzők Párhuzamosság Multiprogramozás – több program a memóriában, CPU kihasználtság nő Több CPU (I/O CPU-k) Mikroprogramozás (egyszerű tervezés, rugalmasság) Nagy tárak Első operációs rendszerek

4. Generáció Több millió tranzisztor egy lapkán 1980-tól személyi számítógépek kora Elérhető ár 1981 első IBM PC (Personal Computer) Intel 8088-ra épült IBM nyilvánosságra hozta a terveket  IBM PC - klónok

4. Generáció 1984 Macintosh Apple, első grafikus felület (Graphical User Interface, GUI)

4. Generáció Szuperszámítógépek 1975, Cray-1 SIMD (Single Instruction Multiple Data) 1975, Cray-1 160 MIPS (MIPS = millió utasítás/sec) 1990 szuperszámító- gépek alkonya  „sok egyszerű CPU”-s megoldások jöttek

5. Generáció Mesterséges intelligencia „láthatatlan számítógépek” Lát, hall, beszél, asszociál „láthatatlan számítógépek” Mindenbe beépítve Órák Bankkártya Az 5. generációt a szemléletváltás jelenti mintsem új felépítés

Fejlődés - mérföldkövek Elektroncső  tranzisztor  IC  LSI (Large Scale Integration)  VLSI (Very LSI) Méretek: Teremnyi  körömnyi Alkalmazás: Speciális  általános Árak csökkennek – teljesítmény nő Moore-törvény: IC-k komplexitása, a legolcsóbb komponenst figyelembe véve, 24 hónaponként megduplázódik

Moore törvénye