Apor Vilmos Katolikus Főiskola Sütő Károly főiskolai docens Az informatika fejlődéstörténete Apor Vilmos Katolikus Főiskola 2004

Az informatika fejlődéstörténete Tantárgyi követelmények

Félév elismerési követelmények A tárgy nappali tagozaton heti 1 óra előadás Félévzárás: gyakorlati jegy Aláírás követelménye: - legfeljebb 2 tanóráról lehet hiányozni igazolatlanul - zárthelyit meg kell írni, a korreferátumot el kell készíteni, sorsolás szerint a korreferátumot meg kell tartani A korreferátumok megtartásának időszaka 2004. április végi május eleji tanórák

Kötelező és ajánlott irodalom Kötelező irodalom Raffai Mária: Az informatika fél évszázada (Springer kiadó 1997) Ajánlott irodalom Szűcs Ervin: A számítógép tegnaptól holnapig (Műszaki Könyvkiadó 1987) H.H. Goldstine: A számítógép Pascaltól Neumannig (Műszaki Könyvkiadó 1987) Németh Ferenc: Technika/Informatika 11-12 és 13-14 éveseknek

Egyéb ajánlások Szakdolgozat-készítés informatikából (l. még mintákat is) TDK dolgozat vállalás informatikából ECDL megszerzése Főiskolánk ECDL képző- és vizsga-központ

Az ECDL adatai: Információtechnoló-giai ismeretek Operációs rendsze-rek és fájlkezelés Szövegszerkesztés Táblázatkezelés Adatbázis-kezelés Prezentáció és grafika Információs hálóza-tos szolgáltatások Milyen szavakból tevődik össze a rövidítés? EUROPEAN COMPUTER DRIVING LICENC Európai számítógép-kezelői jogosítvány Moduljai:

Az informatika őstörténete, ókori története Informatika kezdetei Az informatika őstörténete, ókori története

Az informatika az élethez kötött Mióta ember él a földön volt és van informatika Az egysejtűek… Magasabb rendű élőlények… Miben különbözik tőlük az ember? Eszközöket használ az információ kezeléséhez! Mesterségesen beavatkozik az információs folyamatba!

Az emberi környezet és informatika Természeti környezet – inf. állapot-változása jell. (döntően sztochasztikus folyamatok) Társadalmi környezet – inf. állapot- változása és változtatása jell. Technikai környezet – inf. Állapotváltoztatása a domináns (döntően determinisztikus folyamatok)

Az információs folyamat és az informatika fejlődése Szerzés Átalakítás Továbbítás Tárolás Feldolgozás Közlés Milyen sorrendben fejlődött az információs folyamat?

I. Az információ tárolása. Őskori leletek

II. Az információ feldolgozásának kezdetei Az információ feldol-gozása a számszerű adatok kezelésével kezdődik.. I.e. 3000 évvel az Ókori kelet (mai Kína) már eszkö-zöket használ, ele-fántcsont pálcikákkal számolnak, ezek a számjegyeket is jelentik

Egyes afrikai törzsek még ma is kézjelekkel számolnak A kéz mindig „kéznél van” A számokat az újjakkal is jelezték

Magyar sajátosságok A magyarok az őshazákban rovás-írással rögzítették az információt A számolás szíjja-kon csomózással történt

A római piac Cserekereskedelem folyt Az áruknak cserértékük volt (1amfora+2 kakas, 2 amfora+3dénárius) Az absztrakció első jele, amikor az áru értékét a császár képmásával díszített dénárius is képviselte

A számolóeszközök használatának kezdete A calculus A calculus szó latin szó kövecskét jelent, kőlapon horonyba helyezhető kövecskékkel számoltak Ebből származik a mai kalkulátor elnevezés. A calculus kifejezést először a rómaiak vezették be A rómaiakat megelőzően már Egyiptomban is használtak kalkulusz típusú számolóeszközt

Az egyiptomi „kalkulusz” Egyiptomban találták meg a szalámiszi elnevezésű számolóeszközt Mérete: 75x 150 cm Hornyokba helyezett kövecskékkel számoltak

Hogyan számoltak a szalámiszivel? 232 143 375

Az igazi calculus Kb. 15x8 cm méretű kő, csont vagy falap Lecsiszolt gömb alakú kavicsokat vagy csontgolyókat raktak kialakított hornyokba 5 értékű a golyó a felső rövid horonyban, 1-1 értékű az alsó hosszú horonyban

Számolóeszközök a görög kultúrában Dareios vázája

Az abakusz diadalútja Mi az abakusz? Keretbe foglalt dróthuzalok, amelyeken golyók mozgathatók Az abakusz még ma is használatos eszköz! Az abakusz őse a kínai szuan-pan

A szorobán Szorbán A szorbán a mai napig használatos eszköz A kínai szuan-pan ”japánosítása” = Szorbán A szorbán a mai napig használatos eszköz

A különböző abakusz típusú számolóeszközök

Néhány megjegyzés A calculus szóból származik a mai kalkulátor elnevezés A digitális szavunk a latin digitus= ujj vagy szám szóból származik A komputer szavunk a latin computare = összerendezni, szerkeszteni, rovásfára felírni szóból származik

A szorobán szerkezete

Elemi számolás szorobánnal 1.

Elemi számolás szorbánnal 2.

Számolás szorobánnal 3.

Elemi számolás szorobánnal 4.

Elemi számolás szorobánnal 5.

III. Az absztrakció kezdetei, az írás, számjegyek A legfejlettebb építési kultúrával az ókorban Egyiptom rendelkezett Az eszközhasználat mellett hamar megjelent az írás, az írott számjegyek alkalmazása

A szorobán mítosz 1946 november 12-én a számítógép ellentábora felkérte a japán Macuzaki számolóművészt, bizonyítsa be, hogy a mechanikus számítógép semmit sem ér. Az amerikai Wood kiállt vele versenyre mechanikus számítógépével… A szorobán győzött

Az egyiptomi piramisok tervezése Már ismerték a kínainál fejlettebb számjegyeket Geometriai eljárásaik pontossága a mai pontossággal vetekedik

Az egyiptomi számok

Az egyiptomi számok

Hogyan számították ki a 12x12-őt? A bináris gondolkodás kezdetei! 1x12 2x12 4x12 8x12 stb.

Babiloni matematika

A babiloni ékírásos számjegyek A babiloniaiak 60-as számrendszerben számoltak Az 1-es jele 60-at is jelentett, a számkörnyezetből derült ki 1-e vagy 60?

Babiloniai „magasabb” matematika

Algoritmus kontra abakusz 820-ban Muhamed ibn Muza al Chvarizmi könyvet írt az algoritmusról, azt bizonygatta, hogy nem kell számolóeszköz. A könyv címe: Algoritmi dicit 1202-ben Leonardó Pisano (Fibonacci) ellen- könyvet írt Liber abaci címmel, amelyben az abakusz fontosságát bizonygatja A vitát Fibonacci hívei kezdeményezték. A vitát hatalmi szóval II. (Nagy)Szilveszter pápa döntötte el (püspök korában Gerbert) az abakusz javára II. Szilveszter pápa magyar vonatkozása, hogy a Szent koronát visszajuttatta a magyaroknak, (korábban Nagy Károly elraboltatta, koronával a fején temették el, exhumálás után került a pápához, majd vissza a magyarokhoz Szent Istvánnak)

Korabeli rézmetszet a vitáról 1500-tól a pápai hatalmi szó ellenére az algoritmus győzött és a matematika lendületes fejlődésnek indult Megjelentek az un. arab számok a római számok mellett:

Középkor A pápai deklaráció után Európában is virágzó fejlődésnek indult az algoritmikus számolás Gelosia módszer (itáliai szó: rácsos ablakkeretet jelent) Gyökerei Görögországból, Perzsiából, Kínából származnak, európai elterjedése Itálián keresztül történt Lényege a szorzó-mátrix: Szorozzuk össze: 29x35 6 1 2 7 4 5 3 9 Eredmény: 1 0 1 5

Szorzó mátrix használata Szorozzuk össze: 522x435 5 2 2 Az eredmény közvet- lenül leolvasható: 2 2 7 0 7 0 Normál szorzással ellenőrizzük! 2 4 8 8 1 3 5 6 6 2 1 1 5 5

John Napier (Merchiston lordja, 1551-1617) A 17. század a számológép kifejlesztésének százada, alapjait a skót Napier rakta le 1617-ben továbbfejlesztette a gelosia módszert, csonlapokból „egyszeregy” pálcákat készített, amelyeket egymás mellé helyezve a gelosia módszerrel lehetett számolni (Napier vagy Neper pálcák) Később a pálcákat 9-es csoportonként hengerfelületre ragasztotta és forgathatóan egy dobozban helyezte el.

Nepier számolóeszközének elvi felépítése 0/1 0/2 0/3 0/4 0/5 0/6 0/7 0/8 0/9 1/0 1 0/2 0/4 0/6 0/8 1/0 1/2 1/4 1/6 1/8 2/0 2 0/3 0/6 0/9 1/2 1/5 1/8 2/1 2/4 2/7 3/0 3 A 9 db pálcán (az ábrán csak 3 látszik) a henger felületén a gelosia számok szerepeltek Pl 123x 234 közvetlenül leolvashatóan: 2 8 7 8 2 Használata körülményes volt

A „Napier-pálcák”

A mechanikus számológép megjelenésének előzményei Kereskedelem fejlődése Gépek megjelenése, mechanika tudománya A csillagászat második reneszánsza Óraszerkezetek (!) készítése, finommechanika A trigonometria elnevezés megjelenése (1595)

A számológép megjelenése a 17. század elején Leonardó da Vinci tervezett rajzasztalon számológépet először (részletes szerkezetét nem ismerjük) Az első igazi használható számológép megjelenésének dátuma: 1623 szeptember Wilmhelm Schickard, a 30 éves háborúban megsemmisült, de tervei fennmaradtak, így rekonstruálták

Schickard számológépe megépítésének előzménye A gép megépítéséhez egy új találmányra volt szükség: ez pedig a ma is használatos mechanikus számláló Ma a villanyórákban, gázórákban fogyasztás-mérésre használják

Schickard számológépének működési elve Schickard elvetette a gelosia elvet, amellyel egyszerre kellett kiszámítani a vég-eredményt. Mivel a rész-szorzatokat gépi úton össze lehetett adni elegendő volt leolvasni eze-ket, ami lényegesen egysze-rűbb volt a Nepier-pálcák alkalmazásával szemben. Példánkban szorozzuk össze: 325*378 Az eredmény: 1223850

Schickard számológépe

A „pascaline” A 17. század a mechanikus számológépek feltalá-lásának százada lett. 1642 Pascal, 1673-ban Leibniz tervezett és készíttetett számológépet…

A „Leibnitz kerék”

A szorzógép 200 évvel később a svéd Odhner 1887-ben megkonstruálta, egészen a 20. század közepéig használatos, mechanikus számológépet, amelyet később a 20. században elektromos motorral hajtottak meg:

A szorzógép működési elve

A számítógép kifejlesztésének előzményei A gyökerek a kerékhez nyúlnak vissza (i.e. 5. évezred Ur városában már használtak kerekes harci szekereket): Fazekaskorong, rokka, vízikerekek…. A forgómozgás átalakítása szakaszos (kétállapotú) mozgássá: a bütykös tengely, a 20. században ezen az elven működött a kovács-kalapács:

A programozható „bütykös” tengely Kis lépés kellett ahhoz, hogy eljusson az emberiség ahhoz, hogy a bütykös tengelyen több és cserélhető csapok („bütykök”) legyenek A 17-19. századig sorra épültek a szebbnél szebb székesegyházak, ezekhez harangjáték kellett… Megszülettek az első automaták (görög szó: önmozgót jelen), elindult tehát az automatizálás diadalútja A harangjátékot programozható vezérlődobok működtették

A harangjáték-automata működési elve, a vezérlődob

Vezérlődobos automaták, egyéb „automatacsodák” (XVII-XVIII.sz.) Lehet géppel is sakkozni: Kempelen Farkas sakkozógépe „Dobbal is lehet zenét fogni…” a vurliczer

A „negatív bütyök” a lyukkártya kifejlesztése Mit lehet csinálni, ha a programlépések száma olyan nagy, hogy igen nagy dob kellene? (1000 bütyöknél már 10m átmérőjű dob kellene…) A nagyobb számú programlépések igénye már az ajtón kopogtatott a XVIII. század végén A szövőgép már ismert volt, de kézzel vezérelték (gyermek munka alkalmazása) Mi a szövőgép működési elve?

Kézzel működtetett szövőgép működési elve

A lyukkártyás szövőgép A lyukkártyát először 1725-ben a francia Bouchon alkalmazta Később csatlakozott hozzá 1728-ban Falcon Falcon először kis falemezekből, később kartonlemezekből készítette. Az elvet továbbfejlesztve Jacquard (1752-1834) a kártyákat összekapcsolta lyukszalaggá és az elvet felhasználta a világ első lyukkártyás szövőgépének megépítéséhez (1805)

A lyukkártyás szövőgép elve

Jacquard szövőgépe A gépet 15 nap alatt lehetett átállítani más szövésmintára, de még így is gazdaságosabb volt mint a kézi szövés

A lyukkártyás szövőgép alkalmazásának társadalmi hatásai Az automatizált szövőszék alkalmazása súlyos munkanélküliséghez vezetett Géprombolások Luddisták (Ludd egy Lyoni takácsmester volt) A fejlődést nem lehetett megállítani. A programozható szövőgép bevonult a gépiparba.

Az első számítógép Charles Babbage Előzmények Angol családba született (1791-1871) Egyetemi évei alatt kapcsolatba került Herschellel az Uranusz bolygó felfedezőjével A Royal Astronomical Society alapító tagja (királyi Csillagászati Társaság) Babbage idejében a számítások meggyorsítása érdekében táblázatokkal dolgoztak A táblázatok matematikai hátterében az állt, hogy bármely függvény adott intervallumban jól közelíthető polinommal (Weierstrass tétel), a polinom értéke pedig bármely egész változóra nézve kiszámítható un. differenciatáblázatok segítségével, miután első 2-3 elemét konkrétan kiszámítottuk

A differencia elv Számítsuk ki Y= x2+x+41 értékét a differencia elvvel, ha x=4 X X2+X+41 D1 D2 41 1 43 2 47 4 3 53 6 61 8

A differenciagép(Difference Engine) A gép 32 jegyű számokkal tudott dolgozni percenként 44 számot tudott megadni, ez valamivel gyorsabb az emberi teljesítménynél. A képen látható berendezés a Babbage építette két első gép másolata. (Ezeket egyébként sohasem fejezte be teljesen.) A differenciagép nagymértékben specializált berendezés volt, csak a fentiekben vázolt polinomok megoldására volt alkalmas. A következő terve, amely az Analytical Engine (1828) nevet viselte, a modern számítógép elvének alapjait rakta le.

Az analitikus gép szerkezete Az analitikus gép már univerzális számítási feladatokra terveződött! Számítógép volt. 1833-ban született meg az ötlet, amely szerint a számításokat lyukkártyán rögzített program alapján végzi e gép. A gép két részből állt az egyik a „tár”, amelyben a változókat, az egyes részműveletek eredményét helyezi el a gép, a másik a „malom” a tulajdonképpeni gépszerkezet, amely a változókkal végrehajtja a műveleteket. Két fajta lyukkártyára volt szükség: az un. operációs kártyára, amely a műveleti utasításokat, valamint a változók kártyájára, amely az adatokat, tartalmazza.

Az analitikus gép és Babbage Haláláig (1871) dolgozott a gépen, fia egyes részekkel folytatta, majd a londoni Science Museum-nak ajándékozta. Sohasem épült meg, a kor technikai lehetőségei korlátozottsága miatt. A számítógép atyjaként ismeri el az utókor, így adózik erőfeszítéseiért.

Az első női „számítástechnikus” Byron angol költő egyetlen leánya Augusta Ada Byron matematikusnő, akit Morgan híres matematikus tanított. Babbage munkatársaként dolgozott, majd megírta a Babbage életrajzát és munkásságát. Az ADA programnyelvet nevezték el róla

George Boole (1815-1864) Boole a matematikai logika megalapítója Kidolgozta az un. „logikai algebrát”, amelynek segítségével nemcsak a matematikai műveletek, hanem a logikai műveletek is matematikai formába önthetők. Elsőként fogalmazta meg az ÉS, a VAGY és a NEM logikai műveleteket, amelynek relékkel való realizálását Hollerith végezte el.

Relés számítógépek A relé más néven jelfogó, elektromágnes volt, amely érintkező(ke)t működtetett. Segítségével a logikai és aritmetikai műveletek megvalósíthatók voltak. ÉRINTKEZŐ VASMAG TEKERCS

Az első gyakorlatban használt számítógép Az USA 10. népszámlása 1880-ban volt. Erről jegyezték, fel, hogy 55 millió ember adatait 36-féle szempont szerint 500 munkatárs 7 évig dolgozta fel. Hermann Hollerith (1860-1929) 1889. január 28-án szabadalmi jogot kapott olyan lyukszalagos célszámítógépre, amellyel felére lehetett csökkenteni a teljes feldolgozási időt. Relékkel működött. 1890. évi népszámlálást már Hollerith gépével dolgozták fel. Hollerith alapította meg az IBM céget 1896-ban

Hollerith számítógépe

MARK I. az első univerzális számítógép 1944-ben készült el a Harvard egyetem és az IBM közös fejlesztésében (H.H. Aiken és C.D. Lake) Mechanikus (relékkel működő) digitális számológép 72 számlálót tartalmazott a 23 jegyű számok tárolására, 60 regisztert tartalmazott, ahol az állandókat tárolták A gép kb. 6 sec alatt végzett el egy szorzást és 12 sec alatt egy osztást, ki tudta számolni a logaritmus és a szögfüggvény értékeit

A MARK I.

ENIAC Az ENIAC az első „elektronikus jellegű” számítógép (1945 júniusában készült el 1 db) Már elektroncsövekkel működik, de még az elektromechanikus relék is megtalálhatók benne, ezért nem tisztán elektronikus számítógép Készítői kizárólag matematikai műveletekre tervezték, ezért „matematikai gépnek” is nevezték 18.000 elektroncső, 1500 jelfogó, tudott négyzetgyököt is vonni, lyukkártya lyukasztó és lyukkártya olvasóval működött, így lehetett az adatokat beolvasni illetve kiírni. Tervezői: Eckert, Mauchly, Burks, Goldstine Kivitelezés az IBM gyár

EDVAC Az első tisztán elektronikus számítógép Tervezői: Neumann, Goldstine és Burks Neumann János irányításával készült felhasználva a a First Draft c. dolgozatában lefektetett a számítógép működésével kapcsolatos követelményeket. Ezek az un. híres Neumann elvek

A NEUMANN elvek A számítások algoritmusát, a programot ugyanúgy lehet tárolni mint a számítógépen mint az adatokat, belső programvezérlésű A számítógép soros (szekvenciális) működésű (a műveleteket egymás után végzi), bináris kódolású, digitális jelekkel működik A számítógép univerzális ( a matematikai műveleteken kívül logikai, illetve bármely algoritmikusan végezhető műveletsort végre tud hajtani)

AZ EDVAC fő egységei (Neumann 1946) A számítógép 5 fő egységből áll: CA aritmetikai egység CC központi vezérlő egység M memória I beviteli egység O kiviteli egység

Az EDVAC (egy része) Neumann János és Robert Oppenheimer

A számítógép fejlődési kronológiája 1

A számítógép fejlődési kronológiája 2