A kezdetektől napjainkig Számítógépgenerációk

Az előadások a következő témára: "A kezdetektől napjainkig Számítógépgenerációk"— Előadás másolata:

1 A kezdetektől napjainkig Számítógépgenerációk
Történeti áttekintés A kezdetektől napjainkig Számítógépgenerációk

2 A gépek előtt Számlálást segítő eszközök
Ujjak, kövek, fadarabok, fonalak Számrendszerek megjelenése Tízes, tizenkettes, hatvanas Abakusz Némileg módosított változata még a XX. században is használatban volt. Napier-pálcák Utóda a logarléc Kiegészítések: A számírás megjelenésekor nagyon fontos volt a helyiértékes írásmód megjelenése. Ebben a rendszerben könnyen lehetett matematikai művelteket végezni. A római számírás visszalépés a babilóniaihoz képest A számolás történetében a tényleges áttörést a logaritmus megjelenése jelentette. John Napier ( ) leírta a logaritmusfüggvényt, a szorzás összeadásra való visszavezetésének módszerét és eszközét. A tíz számjegynek 1-1 pálca felelt meg, és a rajtuk lévő rovások azok többszöröseit jelölték. Ez az eszköz Napier-pálcák néven vált elterjedtté, utóda a logarléc.

3 Mechanikus gépek Wilhelm Schickard Blaise Pascal Leibnitz
Fogaskerekes gép, négy alapművelet elvégzésére Blaise Pascal Csak két alapművelet, az összeadás és a kivonás Az átvitelt automatikusan kezelte Leibnitz Pascal gépének továbbfejlesztése Tudta a négy alapműveletet A szorzást visszavezette összeadásra Kiegészítések A szorzás visszavezetése összeadásra nagyon fontos gondolat. A mai korszerű számítógépek is hasonlóan művelik.

4 Mechanikus gépek Charles Babbage Ada Lovelace Herman Hollericht
Differential Engine A táblázatokban szereplő hibák kijavítása Polinomok helyettesítési értékének meghatározása Analitical Engine A terv számos olyan módszert vezetett be, amelyeket a modern számítógépek alkalmaznak. Ada Lovelace Az első számítógépes program Herman Hollericht Lyukkártya alkalmazása Kiegészítések Charles Babbage angol matematikus és korai számítógép-tudós, az első személy, aki előállt a programozható számítógép ötletével. Gépei az első mechanikus számítógépek közt voltak, de egyiket sem fejezte be teljesen, anyagi és személyes okokból. Babbage gépei mechanikusan működő részekből álló monstrumok voltak, de a felhasznált működési elvek közül sok meghökkentően hasonló a mai számítógépek működési elveire. 1991-ben, Babbage eredeti tervei alapján befejezték differenciálgépét, ami tökéletesen működött. A Babbage korában már használatos anyagokból építették fel, ami azt mutatja, a gép már a korabeli technológiájával is működőképessé tehető lett volna. Ada Lovelace, egyike a néhány matematikusnak, akik megértették Babbage elképzeléseit, programot írt az analitikai géphez, és ezzel ő lett az első női programozó. Ha a gép megépül, programja képes lett volna kikalkulálni a Bernoulli-számok sorozatát. A lyukkártya alkalmazásának amerikai úttörője Herman Hollericht ( ) volt, aki egy adatrendező gépet dolgozott ki, melyet népszámláláshoz használt. Minden adathoz egy lyukat, így minden polgárhoz egy lyukkombinációt rendelt.

5 Elektromechanikus gépek
Konrad Zuse Jelfogós gépek építése Z1, az első olyan gép, amely mely bináris számrendszerben működött Külön a tár és az aritmetikai egység Az utastások bevitelére mikronyelvet alkalmazott Z2, Z3: továbbfejlesztések Kiegészítések A németországi számítógépgyártás meghatározó egyénisége volt Konrad Zuse ( ) mérnök, aki kezdetben jelfogós gépek építésével foglalkozott. Németországban a háború előtt a fegyverek előállítása kapcsán jelentősen megnőtt a számítási igény ben készült el Zuse első nagy sikerű, jelfogókkal működő, mechanikus rendszerű számítógépe, a Z1.

6 Elektromechanikus gépek
Howard Aiken Négy fő cél a tudományos célokra alkalmazható számítógépekkel szemben Mark-I 1944-ben készült el Lyukszalagra sorosan felvitt utasításokkal lehetett vezérelni Kb. százszor gyorsabb volt, mint egy kézi számológép Mark-II, Mark-III A II. viágháború után jelentek meg Eleve halálraítélt gépek a relék miatt Kiegészítések Aiken négy fő célja: legyen képes mind pozitív, mind negatív számok kezelésére; működése legyen teljesen automatikus, ne legyen szükség emberi közreműködésre; használjon különféle matematikai függvényeket; egy számítást a matematikai műveletek természetes sorrendjének megfelelően hajtson végre. 2. Ha a Mark-I megállás nélkül dolgozott, egy nap alatt hat hónapi munkát végzett el. 3. A MARK-II-nek két szám összeadásához 0,5, szorzásához 6, osztásához 15 másodperc kellett. E készülékek meglehetősen nehezen programozhatóak, a növekvő igényekhez képest igen lassúak voltak a mechanikus jelfogók kapcsolási sebessége miatt.

7 Elektronikus gépek Haditechnika ENIAC
A számítások pontosságának növelése Titkosírások megfejtése ENIAC Electronic Numerical Integrator And Computer 1946-ban készült el Tízes számrendszer alkalmazása Kiegészítések 1946-ban készült el az ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer), ami hivatalosan az első programozható, elektronikus, digitális számítógép volt. 18 000 elektroncsövet és 1500 jelfogót építettek bele. 2,5 m magas volt, 40 m hosszú és 30 tonna. Az összeadást és a kivonás 1/5000 sec alatt végezte el, ami 500-szor gyorsabb volt, mint az akkoriban megjelent MARK II. A sok elektroncső miatt csak 2-3 órát működött, és utána 2-3 napig szerelték. Órajel - 100kHz, elektroncsõ, 1500 jelfogó, ellenállás, kondenzátor, 6000 kapcsoló, 200 mikrosec.-es összeadási sebesség, 3 millsec.-es szorzási sebesség, 30 millsec.-es osztási sebesség, 30,5 méter hosszú, 3 méter magas, 1 méter széles, U – alakú, 140 kW telj. felvétel, 2-3 óra folyamatos működés, majd javítás. Az Eniac tízes számrendszerben mûködött, tízjegyû elõjeles számokat kezelt - aritmetikai egységei több feladatot is elvégeztek egyszerre.

8 Elektronikus gépek Neumann János
1945, First Draft of a Report on the EDVAC (Az EDVAC-jelentés első vázlata) Tartalmazta a számítógép javasolt felépítését a részegységek megépítéséhez szükséges logikai áramköröket és a gép kódját. A legtöbb számítógépet napjainkban is a jelentésben megfogalmazott elvek alapján készítik el. Fő tételeit ma Neumann-elvekként ismerjük.

9 Neumann-elvek Soros működésű, teljesen elektronikus, automatikus gép.
Mechanikus eszközök lassúak, megbízhatatlanok Kettes számrendszer használata Két állapot fizikailag könnyebben modellezhető Van lyuk, nincs lyuk Van áram, nincs áram Északi polaritás, déli polaritás Kiegészítések A számítógép olyan matematikai problémák megoldására szolgál, amelyekre az ember önállóan is képes lenne. A cél a műveletek végrehajtási idejének meggyorsítása. Ennek érdekében minden feladatot összeadások sorozatára kell egyszerűsíteni, ezután következhet a számolás mechanizálása. A gép a műveleteket nagy sebességgel, egyenként hajtja végre, melynek során a numerikusan megadott adatokból - az utasításoknak megfelelően - emberi beavatkozás nélkül kell működnie, és az eredményt rögzítenie. A tízes számrendszert a kettessel felváltva az aritmetikai műveletek egyszerűsödnek, nő a sebesség, csökken a tárolási igény, így az alkatrészek száma is, megoldandó feladat marad viszont a folyamatos átváltás.

10 Neumann-elvek Univerzális gép
Programozható gép, minden feladatra alkalmas a programozástól függően Belső program- és adattárolás, a tárolt program elve Ez biztosítja, hogy a műveletek egymás után, külső beavatkozás nélkül hajtódjanak végre Adatok és programok együtt a belső memóriában A központi egység végzi a deldolgozást Külső rögzítőközeg alkalmazása Input/Output egységek Kiegészítések A műveleti sebesség fokozása érdekében került alkalmazásra a központi vezérlőegység, amely meghatározza a program soron következő utasítását, szabályozza a műveletek sorrendjét, és ennek megfelelően vezérli a többi egység működését. A bemenő egység a külső tárolóeszközről beolvassa a memóriába a szükséges adatokat, majd a műveletvégzések után a kimenő egység átviszi az eredményeket egy leolvasható tárolóközegre. Neumann idejében a programtárolás és végrehajtás mechanikus úton - például lyukkártyák vagy tárcsák segítségével - történt. Az elektronikus programtárolás és végrehajtás, valamint a kettes számrendszer használatának bevezetése áttörést jelentett mind a sebesség, mind pedig a felhasználási lehetőségek tekintetében.

11 PC 1981 IBM PC 256 kB belső memória, merevlemez nélkül IBM XT, 1983 640 kB belső memória, 10 MB merevlemez IBM AT 286, 1984 1-16 MB belső memória 386 Matematikai társprocesszor 486 Belső gyorsítótár Pentium processzorok

12 Számítógépgenerációk
A digitális számítógépeket a bennük alkalmazott logikai (kapcsoló) áramkörök fizikai működési elve és integráltsági foka szerint is osztályozhatjuk. Ilyen értelemben különböző számítógép-generációkról beszélhetünk. A továbbiakban a számítógépek fejlődésének főbb állomásait mutatjuk be. Napjainkig öt számítógépgenerációt különböztetünk meg

13 Első generáció ENIAC, EDVAC, UNIVAC Ötvenes évek Tulajdonságaik
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. Kiegészítések Az ötvenes években a Neumann-elveket felhasználva kezdték építeni az első generációs számítógépeket. Az első elektronikus digitális számítógép az ENIAC. Itt kell megemlítenünk az EDVAC és UNIVAC gépeket is.

14 Második generáció Tranzisztorok megjelenése Ötvenes évek vége
Tulajdonságaik 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. Kiegészítések A tranzisztor feltalálása az ötvenes évek elején lehetővé tette a második generációs számítógépek kifejlesztését.

15 Harmadik generáció Integrált áramkörök Hatvanas évek eleje
Tulajdonságaik 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. Kiegészítések Az ötvenes évek végén a technika fejlődésével lehetővé vált a tranzisztorok sokaságát egy lapon tömöríteni, így megszületett az integrált áramkör, más néven IC (Integrated Circuit). A hetvenes évek számítógépei már az IC-k felhasználásával készültek.

16 Negyedik generáció Integrált áramkörök továbbfejlesztése
Hetvenes évek eleje Tulajdonságaik 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). Kiegészítések A hetvenes évek elején az integrált áramkörök továbbfejlesztésével megszületett a mikrochip és a mikroprocesszor, melyet elsőként az Intel cég mutatott be 1971-ben. Ez tette lehetővé a negyedik generációs személyi számítógépek létrehozását. Ebbe a csoportba tartoznak a ma használatos számítógépek is.

17 Ötödik generáció Napjainkban is tart fejlesztése Tulajdonságaik
a mesterséges intelligencia megjelenése, felhasználó-orientált kommunikáció. Kiegészítések Az ötödik generációs számítógépek létrehozására irányuló fejlesztési kísérletek a nyolcvanas évek elején Japánban kezdődtek meg. Míg egy mai számítógép használatakor a felhasználó feladata „megértetni” a végrehajtandó műveletsort, addig az ötödik generációs számítógépek hagyományos emberi kommunikáció révén fogják megérteni és végrehajtani a feladatokat. Ezen gépek működési elve úgynevezett neurális hálók használatával valósítható meg, amely a hagyományos rendszerek gyökeres ellentéte. Az ötödik generációs számítógépek fejlesztése még kezdeti stádiumban van, ezért piacon való megjelenésükre a közeljövőben nem számíthatunk.