Számítógép-architektúrák

Az előadások a következő témára: "Számítógép-architektúrák"— Előadás másolata:

1 Számítógép-architektúrák
Történeti áttekintés

2 Számolást segítő eszközök
Átváltós rendszerű számábrázolás Abakusz, soroban (XVI. századig)

3 Számolást segítő eszközök
Logaritmus megjelenése John Napier ( )

4 Mechanikus gépek Blaise Pascal ( ) Első „szériában gyártott” számológép (1642) Automatikus átvitelképzés.

5 Mechanikus gépek Gottfried Wilhelm von Leibniz( ) Tovább fejleszti Pascal gépét. Az első gép amely közvetlenül végezte el az osztást és a szorzást, valamint kiegészítő művelet nélkül a kivonást!

6 Mechanikus gépek Herman Hollericht ( ) Lyukkártya alkalmazásának úttörője. Minden adathoz 1 lyukat, így minden polgárhoz egy lyukkombináció.

7 Elektromechanikus gépek
Konrad Zuse ( ) Jelfogós gépek építése ben elkészült Zuse első jelfogókkal működő, mechanikus rendszerű számítógépe a Z1.

8 Elektromechanikus gépek
Wallace J. Eckert ( ) Howard Hathaway Aikent ( ) Lyukkártyás gépek hatékonyságának növelése. Aiken és az IBM 1939-ben megállapodást kötött a közös fejlesztő munkára, amelynek eredményeképpen 1944-ben elkészült az elektromechanikus elven működő Mark-I.

9 Elektronikus gépek Mark I. Bessel-függvények értékeit számolták ki vele táblázatos formában. Ezenkívül közönséges és parciális differnciál-egyenletek megoldására használták.

10 Elektronikus gépek ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) lövedékek röppályájának kiszámolása elektroncsőből ellenállásból 5 millió forrasztással épült fel 30 tonnás volt 160 kW-ot fogyasztott 5000 összeadást 357 szorzást 38 osztást tudott nemcsak az adatokat, hanem a velük elvégzendő műveleteket is tárolt

11 Az elektronikus gépek fejlődésének állomásai
1956-ra egyre több vállalat fejlesztett ki elektroncsöves számítógépet, elindult a számítógépek sorozatgyártása.

12 Neumann-Elvek Neumann János (1903-1957)
1945. Június 24. First Draft of a Report on the EDVAC Teljes elemzést adott az EDVAC tervezett szerkezetének. Tartalmazza a számítógép javasolt felépítését, a részegységek megépítéséhez szükséges logikai áramköröket és a gép kódjait.

13 Neumann-Elvek Alapelvek: 1. A számítógép soros működésű, vagyis az utasításokat egymás után, adott logikai sorrendben hajtja végre. 2. A számítógép a kettes (bináris) számrendszert használja, és teljesen elektronikus — vagyis a számítási folyamatokhoz nem használ semmiféle mechanikus vagy mozgó alkatrészt. 3. A számítógépnek belső memóriája van. A belső memóriában tárolhatók az adatok és az egyes számítások részeredményei, így a gép bizonyos műveletsorokat automatikusan el tud végezni. 4. A tárolt program elve: A programot alkotó utasítások kifejezhetőek számokkal, azaz - adatként kezelhetőek. Ezek az adatok ugyanúgy a belső memóriában tárolhatóak, mint bármelyik más adat. Ezáltal a számítógép önállóan képes működni, hiszen az adatokat és az utasításokat egyaránt a memóriából veszi elő. 5. A számítógép univerzális: A számítógép különféle feladatainak elvégzéséhez nem kell speciális berendezéseket készíteni. Az, hogy a számítógép végül is mire alkalmas, azt a tárolt program (a szoftver) határozza meg.

14 Számítógép generációk
Első generáció: működésük nagy energiafelvételű elektroncsöveken alapult, terem méretűek voltak, gyakori volt a meghibásodásuk, műveleti sebességük alacsony, néhány ezer elemi művelet volt másodpercenként, üzemeltetésük, programozásuk mérnöki ismereteket igényelt.

15 Elektronikus gépek Az elektronikus gépekben a kapcsolóelemek elektroncsövek voltak, amelyek, tekintve, hogy egyetlen mozgó alkatrészt sem tartalmaztak - ha a közel fénysebességgel áramló elektronok mozgásától eltekintünk - , nagyságrendekkel gyorsabban kapcsoltak, mint relés rokonaik.

16 Számítógép generációk
Második generáció: az elektroncsöveket jóval kisebb méretű és energiaigényű tranzisztorokkal helyettesítették, helyigényük szekrény méretűre zsugorodott, üzembiztonságuk ugrásszerűen megnőtt, kialakultak a programozási nyelvek, melyek segítségével a számítógép felépítésének részletes ismerete nélkül is lehetőség nyílt programok készítésére,  tárolókapacitásuk és műveleti sebességük jelentősen megnőtt.

17 Számítógép generációk
A tranzisztor három, kémiailag eltérő szennyezettségű, kristályos rétegből — pl. szilícium, gallium, arzén, germánium stb. — álló félvezető eszköz, amelynek jellemző felhasználásai az elektromos jelerősítés, a jelek kapcsolása, a feszültségstabilizálás vagy a jelmoduláció.

18 Számítógép generációk
Harmadik generáció: jelentősen csökkent az alkatrészek mérete és száma, így a gépek nagysága már csak asztal méretű volt,  megjelentek az operációs rendszerek, a programnyelvek használata általánossá vált, megjelentek a magas szintű programnyelvek (FORTRAN, COBOL), műveleti sebességük megközelítette az egymillió elemi műveletet másodpercenként, csökkenő áruk miatt egyre elterjedtebbé váltak, megindult a sorozatgyártás.

19 Számítógép generációk
A harmadik generációt az integrált áramkörökhöz szokás társítani. Ezek lényegében ugyanúgy tranzisztoros gépek, mint az előzőek, azonban a nagyszámú tranzisztort tartalmazó áramkört egyetlen félvezető kristály-lapkán (ami legtöbbször szilícium) alakítják ki.

20 Számítógép generációk
Negyedik generációs: asztali és hordozható változatban is léteznek, hatalmas mennyiségű adat tárolására képesek, műveleti sebességük másodpercenként több milliárd is lehet, alacsony áruk miatt szinte bárki számára elérhetőek, megjelentek a negyedik generációs programnyelvek (ADA, PASCAL).

21 Számítógép generációk
A negyedik generációt a mikroprocesszor megjelenése indította el. A mikroprocesszor pedig nem más, mint a számítógép központi vezérlő egysége, egyetlen integrált áramköri lapra sűrítve.

22 Számítógép generációk
Ötödik generációs: Az ezredfordulótól beszélhetünk az ötödik generációról. Ezt a generációt a párhuzamos működésű mikroprocesszorok illetve a számítógép egyre komplexebb feladatokra való alkalmazása, valamint a mesterséges intelligencia kutatása jellemzi.

23

24 Számítógép felépítése
Az ábrán a számítógép sematikus felépítése látható.

25

26 Számrendszerek A számítógép működése alapvetően a kettes számrendszerre épül. A kettes számrendszerben történő számábrázolás nehézsége miatt gyakran alkalmazzák a tizenhatos számrendszerbeli számábrázolást is.

27 Számrendszerek A SZÁMRENDSZEREKRŐL ÁLTALÁBAN
A számrendszerek a valós számok ábrázolására szolgáló jelek és alkalmazásukra vonatkozó szabályok összessége. Minden számjegypozícióhoz egy helyiértéket rendelünk, és a valós szám értékét az egyes helyiértékek és a hozzájuk tartozó értékek szorzatainak összege adja. A mennyiségeket a számrendszer alapjának hatványaival írjuk fel, ahol a számrendszer alapja bármely 1-nél nagyobb egész szám lehet.

28 Számrendszerek KETTES (BINÁRIS) SZÁMRENDSZER A kettes vagy más néven bináris számrendszerbeli számok a 0 és az 1 számjegyekből állnak. A tízes (decimális) számrendszerbeli számokat kettővel való maradékos osztással tudjuk a legegyszerűbben bináris számrendszerbeli számmá alakítani. A számjegyek helyiértékeit az alábbi táblázatban foglaltuk össze.

29 Kettes(Bináris)számrendszer Decimálisból - Binárisba
Számrendszerek Kettes(Bináris)számrendszer Decimálisból - Binárisba

30 Számrendszerek A bináris számrendszerbeli számokat úgy válthatjuk át decimális számrendszerbe, hogy a bináris szám egyes számjegyeit megszorozzuk a hozzájuk tartozó helyiértékekkel, majd az így kapott értékeket összeadjuk.

31 Binárisból- Decimálisba
Számrendszerek Binárisból- Decimálisba

32 Tizenhatos(Hexadecimális)számrendszer
Számrendszerek Tizenhatos(Hexadecimális)számrendszer

33 Decimálisból – Hexadecimálisba
Számrendszerek Decimálisból – Hexadecimálisba

34 Hexadecimálisból – Decimálisba
Számrendszerek Hexadecimálisból – Decimálisba

35 Binárisból – Hexadecimálisba
Számrendszerek Binárisból – Hexadecimálisba

36 Hexadecimálisból – Decimálisba
Számrendszerek Hexadecimálisból – Decimálisba

37 Számrendszerek Vége