A számítógépek története

Az előadások a következő témára: "A számítógépek története"— Előadás másolata:

1 A számítógépek története

2 „Informatikai őskor” A számolást segítő története gyakorlatilag egyidős az emberiség történetével. Az ősember az ujjait használta a számoláshoz, aminek a latin neve digitus. (Innen származik az angol számjegy, a digit elnevezés is) Később a számoláshoz köveket, fonalakat használtak fel, az eredményt bevésték a barlang falába vagy falapokba, csontokba faragva rögzítették. A nagyobb számértékek megjelenésével kialakult az átváltásos rendszerű számábrázolás, a tízes, tizenkettes, majd a hatvanas számrendszer.

3 „Informatikai őskor” Egyik első eszközként a kb éves abakusz tette lehetővé az egyszerűbb műveletvégzést. Hasonló eszközt használnak még ma is a kínaiak és a japánok. Az abakuszt némileg módosítva a XVI. Századig, mint fő számolást segítő eszközt használták, egyetemen tanították a vele való szorzás és osztás műveletsorát.

4 „Informatikai őskor” A XVII. Században a hajózási és a csillagászati térképek készítése, az ehhez szükséges számítások elvégzése hosszadalmas és idegőrlő munkát jelentett. A logaritmust elsőként Simon Stevin ( ) használta kamatoskamat-számításra, és elkészítette az (1+p)n értékeinek táblázatát különböző p-kre és n- ekre.

5 „Informatikai őskor” Stevin munkáját alapul véve a Prágában távcsőkészítőként dolgozó Jost Bürgi ( ), a svájci Lichtensteigből származó órásmester készítette el az első logaritmus táblázatot 8 év alatt, amelyet Kepler sürgetésére 1620-ban végre nyomtatásban is megjelentetett. Bürgi 1592-ben kiadott „Arithmetika” című könyvében szerepel elsőként a tizedes törtek mai írásmódja. Egy a logarléc ősének tekinthető eszközt is szerkesztett.

6 Mechanikus eszközök Wilhelm Schickard ( ) thübingeni csillagász professzor 1623-ban leírt egy olyan számológépet, amelyben egymáshoz illeszkedő tíz- és egyfogú fogaskerekek vannak. Ezen, a mai fordulat- számlálókhoz hasonló elvű gépen mind a négy alapművelet elvégezhető volt. A gépezet magját az aritmetikai egység alkotta, amely az összeadást és a kivonást végezte.

7 Mechanikus eszközök Hat pár fogaskerékből állt, amelyek hat decimális pozíciónak feleltek meg. A számításokat mechanikus módon, rudak, fogaskerekek és egy automatikus átvitelképző mechanizmus kombinációjának haszná- latával végezte el. Saját korában elkészült példány nem ismert, aminek az is oka valószínűleg, hogy a feltaláló pestis áldozata lett műve közkincsé tétele előtt. A korabeli leírások alapján készítettek később néhány működő modellt.

8 Mechanikus eszközök Az első „szériában gyártott” számológépet között Blaise Pascal ( ) készítette el, összesen 7 példányban. A gép csak az összeadást és a kivonást tudta elvégezni, a szorzást és osztást nem.

9 Mechanikus eszközök Pascal arithmométerét 1671-ben a Lipcsében született Gottfried Wilhelm Leibniz ( ) fejlesztette tovább. Ez a gép volt az első, amely közvetlenül végezte el az osztást és a szorzást, valamint kiegészítő művelet nélkül a kivonást. Leibniz javasolta elsőként a kettes számrendszer alkalmazását e készülékekben.

10 Mechanikus eszközök Az első igazán jól használható számológépet egy gépészeti érdeklődésű lelkész, Matthieu Hahn készítette 1779-ben. Nem tudni, hogy hány Hahn-gép készült, mivel halála után két fia és sógora kb ig folytatta a készítést.

11 Mechanikus eszközök XIX. század elejétől kezdve a megmunkálás fejlődésével, az ipari termelés kialakulásával számos tekerős számológép típus jelent meg és került sorozatgyártásra. Az állítható fogazású számkerekekkel szerkesztett, Theophil Witgold Odhner ( ) által 1887-ben készített géphez hasonlókat még ma is gyártanak

12 Mechanikus eszközök A francia forradalom alatt a konvent elrendelte olyan táblázatok készítését, amelyekben a számok logarit- musa 19, a trigonometrikus függvények logaritmusa 14 jegy pontossággal szerepel. Elkészítését Gaspard Claire Françios Marie Riché De Prony-ra ( ) bízta, aki igen rövid határidejű feladatot a következő tervezéssel oldotta meg:

13 Mechanikus eszközök Megbízott 5 igen képzett matematikust, hogy bontsák fel – amennyire csak lehet – a négy alapműveletre a szükséges számításokat. A bonyolultabb műveletek elvégzését rábízta 8 gyakorlott számolóra, továbbá alkalmazott 80 számoló szolgát, akikkel az összeadá- sokat és a kivonásokat végeztette el. Ezzel a nagyszerű tervezéssel gyakorlatilag kidolgozta a számítógépes feldolgozás lépcsőit: a rendszerelemzést, a feldolgozás lépéseinek megtervezését és az aritmetikai munkát.

14 Mechanikus eszközök Hasonló alapon sikerült részben automatizálnia Charles Babbage ( ) angol matematikus- nak a számolás mozzanatait. Joseph Marie Jacquard 1810-ban elkészítette a lyukkártya-vezérelt szövőgépet, amely ötletet adott Babbage-nek az elemeire bontott utasítások lyukkártyán való gépbe juttatására. Az „A Letter to Sir H. Dawy on the application of machinery to mathematical tables” című levelében leírja egy számológép gondolatát, amely nyomtat is. Az első gépe, a Difference-Engine.

15 Mechanikus eszközök Az újabb számológépben, az Analytical-Engine-ben tengelyen 50 helyi értékű számoknak megfelelő számke- reket szándékozott elhelyezni. A készülék bonyolultsága miatt nem készülhetett el teljes egészében, fia készítette el később a malom részt, amely a számítások elvégzésé- re szolgált. A másik fő rész, a tároló nem készült el, ide kellett volna bevinni az adatokat.

16 Mechanikus eszközök Babbage felismerte, hogy a számolási folyamatban szükséges a részeredmények tárolása. A gép mozgó kartonszalagon tárolt utasítássort tapogatókarok segítségével olvasta le, és hozta működésbe a malmot, illetve a tárolót. Az el nem készült gépre a kiemelkedő tehetségű Ada Byron ( ) írt programokat, így az első programozónak őt lehet tekinteni. Ada zsenialitását mutatja, hogy ezek a programok szinte mind helyesek.

17 Mechanikus eszközök A stockholmi Georg Scheutz ( ) nyomdász olvasott Babbage gépéről. Úgy gondolta, hogy ő is tud ilyet építeni, ezért Edward fiával együtt 15 éven át dolgoztak gépük létrehozásán. A teljesen más mechanizmussal elkészült gép amely az 1. számú Scheutz differenciálmotor néven vált ismertté, ben a párizsi kiállításon aranyérmet nyert.

18 Mechanikus eszközök Ez volt az első olyan számológép, amely nyomtatás- ban is kiadta az eredményt. A 2. számú differenciál- motor Bryan Donkin építette meg 1858-ban Edward Scheutz rajzai alapján, és évekig használták a Brit Általános Nyilvántartó Hivatalban az angol népességi táblázatokkal kapcsolatos számításokhoz. 1847-ben jelent meg George Boole ( ) „A logika matematikai analízise” című munkája, amely a számítógép logikai tervezéséhez és programozásához nyújtott elméleti alapot a Boole-algebra alapjainak lefektetésével.

19 0. generáció – elektromechanikus gépek
A lyukkártya alkalmazásának másik úttörője Herman Hollerith ( ) volt, aki John Shaw Billings adattárolási ötletét felhasználva készítette el félig automatizált adatfeldolgozó berendezését. Az Amerikai Statisztikai Hivatal alkalmazottjaként az es 10. népszámlálás közel 63 millió személyéről és 150 ezer polgári körzetéről beérkező adatainak feldolgozására rendező gépet dolgozott ki. Az első eredmény már egy hónap alatt megszületett.

20 0. generáció – elektromechanikus gépek
Minden adathoz egy lyukat rendelt, így minden polgárhoz egy lyukkombiná- ciót rendelt, ezeket egy 1 dolláros méretű, összesen 204 lehetséges helyen lyukasztható kártyán rögzítette. A kártya bekerült egy rendezőgépbe, ott elhaladt egy tűrendszer alatt, a lyukak alapján záródó tűk elektromágneseket hoztak működésbe, amelyek hatására a körlapos számlálón a mutató egy egységgel előbbre lépett.

21 0. generáció – elektromechanikus gépek
Hollerith ismerte fel elsőként , hogy alapvető feladat nagy mennyiségű adat kódolása a gyors feldolgozás érdekében. A XX. Században az elektromosság terjedésével motorok kerültek a számológépekbe, a hadiipar sürgetésére elkezdték a feldolgozási sebességet növelni, a mechanikus alkatrészeket elektromos jelfogókkal (relékkel) felváltani ben a német Hollerith Társaság egy dugaszoló tábla segítségével vezérelhető gépet hozott létre.

22 0. generáció – elektromechanikus gépek
Kozma László ( ) villamosmérnök ben Antwerpenben megépített igen gyorsan működő jelfogós gépe mind a négy alapművelet elvégzésére alkalmas volt. Az első nagy sikerű relés, mechanikus rendszerű számítógépet Konrad Zuse ( ) berlini mérnök alkotta meg. A csupán mechanikus Z1, majd a relékkel ellátott Z2 után 1941-ben megépítette a Z3- at, a világ első jól működő, programvezérlésű, kettes számrendszerben dolgozó elektromechanikus számológépet.

23 0. generáció – elektromechanikus gépek
Ebben az időben Howard Hathaway Aiken ( ) a Harvard Egyetemen készített egy tökéletesebb gépet, a MARK-II központi vezérlésű, elektromechanikus analitikus számítógépet. E készülékek meglehetősen nehezen programozhatók, a növekvő igényekhez képest igen lassúak voltak a mechanikus jelfogók kapcsolási sebessége miatt. A MARK-II-nek két szám összeadásához 0,5, szorzásához 6, osztásához 15 másodperc kellett.

24 1. generáció – elektroncsöves gépek
Norbert Wiener ( ) amerikai matematikus ben a korszerű számítógépek számára a következő kívánalmakat szabta meg: A számítógép aritmetikai egysége numerikus legyen. A mechanikus és elektromos kapcsolókat fel kell váltani elektroncsövekkel. Az összeadás és a szorzás elvégzésére a 2-es számrendszert kell alkalmazni. A műveletsort a gép emberi beavatkozás nélkül, automatikusan hajtsa végre, a közbenső logikai döntéseket is önállóan hozva. Legyen lehetősége az adatok tárolásra, könnyű előhívására és törlésére.

25 1. generáció – elektroncsöves gépek
Gyakorlatilag ugyanezen kívánalmak-at fogalmazta meg Kalmár László ( ) is. Alan Mathison Turing ( ) volt az, aki az 1930-as években elsőként megadta a program és a programozható számítógép modelljét, az ún. Turing-gépet. Ezt vizsgálva bebizonyította, hogy létezik olyan programozási feladat, amely nem oldható meg.

26 1. generáció – elektroncsöves gépek
A Wiener-elvek megvalósulását nagyon sürgette a II. világháború miatt rohamosan fejlődő hadiipar. A lövedékek röppályaszámítására építették meg 1943 és ’46 között az első tisztán elektronikus számítógépet. A gép neve ENIAC (Electronic Numerical Intergrator and Calculator)

27 1. generáció – elektroncsöves gépek
ENIAC: A gépben elektroncső, kondenzátor, ellenállás, relé helyezkedett el 40 szerelvényfalon. Össztérfogata 85 m3 volt. Az elektroncsövek rövid, órás élettartama miatt a gép megbízhatóan 3-5 napig működött, mialatt kWh energiát fogyasztott. Elhelyezéséhez egy 30 m-nél hosszabb terem kellett, és 30 tonnát nyomott.

28 1. generáció – elektroncsöves gépek
ENIAC: 10-es számrendszerben számolt 10 tizedes pontossággal. Két szám összeadását vagy kivonását 0,0002, a szorzását 0,0023 másodperc alatt végezte el. Memóriájában 20 db 10 jegyű számot tárolhatott, programozását egy huzalos dugaszoló tábla tette lehetővé. A gép 1955-ig működött, akkor múzeumba került.

29 1. generáció – elektroncsöves gépek
Valójában nem is az ENIAC a legelső első generációs számítógép. Turing elvei alapján Angliában megépített titkos kódfejtő gép, a Colossus volt az első, de a háború után is katonai célokat szolgált, így sokkáig 1975-ig titokban maradt létezése.

30 1. generáció – elektroncsöves gépek
Ugyancsak híres a működését 1949-ben elkezdő EDVAC (Electronic Discrete Variable Computer), amely az első belső programvezérlésű, elektronikus, univerzális számítógép. E gép elvi alapjait Neumann János ( ) dolgozta ki. A mai napig is ezen elvek alapján épülnek fel számítógépeink.

31 1. generáció – elektroncsöves gépek
Neumann 1946-ban írta le az ENIAC építési tapasztalata alapján elveit: A számítógép legyen teljesen elektronikus, külön vezérlő és végrehajtó egységgel rendelkezzen; A számítógép kettes számrendszert használjon; A számítógép legyen soros utasítás végrehajtású; Az adatok és a programok ugyanabban a belső tárban, a memóriában legyenek; A számítógép legyen univerzális Turing-gép. Az igazi újdonság a tárolt program volt, de Neumann-tól származik az előjeljelölés és a lebegőpontos írásmód is.

32 1. generáció – elektroncsöves gépek
Az első, sorozatban gyártott számítógép az 1951-ben elkészült UNIVAC (Universal Automatic Computer) volt. A világon ekkor hat számítógép üzemelt. A programozás ekkor vagy huzalos kialakítás, vagy a gép működéséhez közel álló ún. assembly nyelven történt, amely abban tért el a gépi nyelvtől, hogy más nem számokat, hanem a funkcióra utaló betűcsoportokat használtak (mnemonik) a program leírásában.

33 1. generáció – elektroncsöves gépek
UNIVAC:

34 2. generáció – tranzisztoros gépek
Az 1948-ban feltalált tranzisztort csak 1958-ban építették be kapcsolóelemként a rövid élettartamú elektroncső helyett és ekkor alkalmazták a ferritgyűrűs tárat memóriaként. A háttértár szerepét a mágnesszalag, majd merev hordozójú mágneslemez veszi át.

35 2. generáció – tranzisztoros gépek
Megjelentek a magasabb szintű programozási nyelvek alapjai, elsőként a FORTRAN (FROmula TRANslation) Az új elemekkel lehetőség nyílott a miniatürizálásra. Ezek a gépek az – művelet/másodperc sebességet értek el, térfogatuk 1 m3 alá csökkent.

36 3. generáció – integrált áramkörös gépek (IC)
A 3. generációs számítógépek az 1965-ben feltalált integrált áramkörök alkalmazásával jelentek meg. Elsőként 16, majd 64 bit tárolására képes memória jelent meg, ezekben néhány ezer tranzisztornak megfelelő áramköri elem került kialakításra egyetlen lapkán.

37 3. generáció – integrált áramkörös gépek (IC)
Az ilyen elemeket tartalmazó gépek elérték az 1 millió művelet másodpercenkénti sebességet. Megjelent az IBM 360, majd 370 sorozat, amely sok tekintetben szabvány lett.

38 3. generáció – integrált áramkörös gépek (IC)
A hatvanas években kezdtek kialakulni a magas szintű programozási nyelvek. Az első szabatosan megfogalmazott , tudományos feladatra irányuló nyelv az ALGOL (ALGOrithmic Language) volt, amely a hagyományos matematikai írásmódhoz közeli programírást tett lehetővé.

39 3. generáció – integrált áramkörös gépek (IC)
1964-ben Kemény János ( ) vezetésével elkezdék a BASIC nyelv (Beginners All- purpose Symbolic Instruction Code) kifejlesztését, ami az otthoni számítógép- ek megjelenésével szerzett nagy népszerűséget.

40 3. generáció – integrált áramkörös gépek (IC)
Megjelentek a több millió áramköri elemet összezsúfolva tartalmazó 1,5 – 2 cm2-es félvezető lapkák (CHIP - morzsa).

41 4. generáció – VLSI Very Large Scale of Integration
A negyedig generációs számítógépeket a magasabb fokú integráltság mellett az egy szilárd testben megvalósult teljes működési egység jellemzi. A „rossz nyelvek” szerint az Intel cég által 1971-ben kifejlesztett első, Intel 4004 jelzésű mikroprocesz-szora egy nagyobb tárolókapacitású memória irányába folyó fejlesztés melléktermékeként jött létre. Ez a 4 bites processzor indította el a mai, tömeg- mértékekben gyártott számítógépek fejlesztését.

42 4. generáció – VLSI Very Large Scale of Integration
1968-ban Nilkaus Wirth elkészített egy új, magas szintű programozási nyelv terveit, mely főleg a negyedik generációs számítógépekben aratott sikert. Ez a nyelv a Pascal nevet kapta. 1971-ben Seymour Papert a már öt éve kifejlesztett LOGO nyelvet kiegészíti a pedagógiai szempontból nagyon érdekes teknőc grafikával.

43 5. generáció – AI MI - Mesterséges Intelligencia
Az eljárás-orientált programozási nyelvek helyett a problémaorientált nyelvek kezdenek elterjedni. Erre egy kezdeti állapotban lévő kísérlet a Francia-országban megszületett PROLOG (PROgramming LOGic) programozási nyelv. Ezek a nyelvek jobban támogatják a Neumann-elvektől eltérő, párhuzamos vagy asszociatív működésű processzorokat. Másik elképzelhető fejlődési irány a biotechnika eredményei alapján a fehérje alapú számítógép alkatrészek megjelenése is.

44 5. generáció – AI MI - Mesterséges Intelligencia
Az első igazi áttörés a Leon O. Chua és Roska Sándor nevéhez fűződik, akik 1993-ban jelentették be egy forradalmian új számítógép feldolgozási egységnek kifejlesztését. Az elv lényege az, hogy folytonosan, analóg működő kicsi számítógépek ezreit működtetik összekapcsolva, logikai műveletekkel kombinálva, szemben az eddig elterjedt egy vagy néhány komplex, digitálisan működő processzorral.

45 5. generáció – AI MI - Mesterséges Intelligencia
A CNN (Cellular Neural Network), azaz celluláris neurális hálózat, amely szakít a hagyományos Neumann-elvvel, egy chipen belül közel tízezer kis feldolgozó egység együttes munkájával, másodper-cenként egy trillió művelet elvégzésével oldja meg a feladatokat. Az első bemutatott alkalmazása a bionikus szem, amely a képfeldolgozás és alakfelismerés területén máris óriási változásokat idézett elő.

46 5. generáció – AI MI - Mesterséges Intelligencia
Az 5. generáció gondolatát eredetileg a japánok vetették fel1984-ben. Ekkor a következő feladatokat szerették volna megoldani: Döntéstámogató rendszer Irodai automatizálás Beszédértő írógép Automatizált adatbázis kezelés Automatikus fordítás Személyi szuperszámítógép Számítógéppel segített oktatás Japán nyelvű írógép Szakértői rendszerek Orvosi diagnosztikai rendszer CAM + robotika VLSI + CAD Automatikus programgenerálás Gyors következtető gép „Tudás-mérnökség”

47 És a jövő ?!