Az elektronikus szamítógépek fejlödése napjainkig - A generaciók jellemzése, perifériak valtozasa - Neumann elvek

Az elektronikus számítógépek fejlödése napjainkig

A generációk jellemzése, perifériák változása

Neumann elvek

A számítógépek elödei a különbözö számolási segédeszközök voltak.

Ókori találmány az abakusz, amely mozgatható golyókból állt. Legkorábban a mezopotámiaiak, késöbb a görögök, perzsák, rómaiak is használták, de különféle változatokban, drótokon húzható golyók vagy táblára vésett vájatokban rakosgatható kavicsok (A kavics latinul: calculus !) formájában. (A szorobán is ennek egyfajta változata.) Az összeadást és a kivonást lehet vele elvégezni.

Már a középkor kezdetétöl ismertek jó módszert a szorzás könnyü elvégzésére, ennek alapján készített segédeszközt John Napier (skót tudós, XVI.sz.), amely Napier-pálcák néven terjedt el. (Ennek utóda volt a logarléc, amelyet egészen a mai, elektronikus számológépek megjelenéséig használtak.)

A számítástechnika úttöröi

Wilhelm Schikard (1623-ban)

 

a Napier-pálcák felhasználásával, fogaskerekekkel müködö, négy alapmüveletet végzö számológépet készített, hogy megkönnyítse a hajózáshoz szükséges csillagászati számításokat.

Blaise Pascal (XVII. sz.)

 

francia müvész, matematikus, fizikus, filozófus 19 éves korában összeadó-kivonó gépet épített, hogy adófelügyelö apját segítse munkájában. Róla nevezték el a Pascal-háromszöget, a nyomás SI (SI = System International, a mértékegységek nemzetközi szabványrendszere, amit azért alkottak meg, hogy ne különbözöképpen (például röfben, hüvelykben, lábban) mérjünk, hanem egységesen (például méterben). Még ma sem használjuk következetesen.) mértékegységét, és a Pascal programozási nyelvet. Ez a gép késöbbi, és kevesebbet is tud, mint Schikardé, de sorozatban (7 példány!) készült.

Gottfried Wilhelm Leibniz (XVII-XVIII. sz.)

 

eredetileg jogász végzettségü filozófus, matematikus, fizikus négy alapmüveletes mechanikus számológépet szerkesztett (Pascal gépének továbbfejlesztésével), amely szintén fogaskerekekkel müködött. Javasolta a kettes számrendszer használatát.

Charles BABBAGE (XIX. sz. elsö fele, az ipari forradalom kora)

 

összeférhetetlen jellemü angol matematikus, csillagász és feltaláló a számolótáblázatokat (függvénytáblázatokat) helyettesítö difference engine-t ("differenciagépet") hozott létre, amely az eredményeket acéltüvel rézlemezre ütötte. Rengeteg pénzt és energiát szánt egy általános célú gép ("analitikus gép") kifejlesztésére, amelynek jó tervét nem tudta megvalósítani, mert a kor technikai fejlettségének megfelelö eszközökkel nem lehetett elég precíz alkatrészeket elöállítani. A mai számítógépekhez hasonló felépítést tervezett: lyukkártya-olvasó, "malom"=CPU, "tár"=memória, nyomtató, az elöre elkészített programot lyukkártya tartalmazta. Erre a (sosem müködött, de tökéletesen dokumentált) gépre írt programokat Ada Byron, Lady Lovelace (Tehát az elsö programozó egy nö volt, az ADA programozási nyelvet neveztük el róla.) (XIX. sz. elsö fele, Byron lánya)!

Érdekes, hogy tulajdonképpen rendszerelmélettel (és logisztikával) is foglalkozott már e tudományágak kialakulása elött, amikor a brit posta számára rendszerelemzést végzett a díjszabás kialakítása céljából.

Hermann Hollerith (XIX-XX. sz.)

 

az 1890-es amerikai népszámlálás adatait dolgozta fel 6 hét alatt elektromos lyukkártya olvasójával. (Az 1880-as adatokat csak 1887-re tudták feldolgozni, pedig akkor még sokkal kevesebben voltak!) Ő alapította az IBM céget.

Konrad Zuse

 

berlini mérnök(hallgató) 1938-ban relés memóriájú, villanykörte-sorozat formájú kijelzöjü, bináris, jelfogós (tehát nem mechanikus!) számítógépet készített. 1941-re kiegészítette lebegöpontos aritmetikával. Ez volt az elsö megvalósult programvezérelt gép, amely a tárolt program elvével müködött. Az elsö digitális rajzgépet is ö hozta létre. Saját kis cége gyártotta találmányait, ezt késöbb megvette a Siemens. Zuse nem ismerte az elötte épített számítógépeket, és az ö gépét sem ismerték mások, mert munkája Berlin bombázásakor (1944) elpusztult. Ezután csak matematikával; automatákkal foglalkozott.

A második világháború fokozta a számítógépek iránti érdeklödést; az angolok kódfejtéshez, az amerikaiak logisztikai feladatokhoz, a németek röppályaszámításhoz (pl. V1, V2) szerették volna alkalmazni,...

Norbert Wiener

18 éves korában doktorátust szerzett, a ma legidöszerübb tudományokkal foglalkozott: kommunikáció- és információelmélettel, kibernetikával, mesterséges intelligenciával.

Wiener 1940-ben megfogalmazta a korszerü számítógép alapelveit:

aritmetikai egysége numerikus legyen (=a számolást végzö része számjegyes legyen)

elektroncsöves legyen (mechanikus és elektromos kapcsolók helyett)

kettes számrendszert használjon

emberi beavatkozás nélkül oldjon meg feladatot (közbensö logikai döntéseket is végezze el önmaga)

az adatok tárolhatók, olvashatók, törölhetök legyenek

Alan Turing

 

angol matematikus 1936-ban leírta a tetszöleges matematikai problémák megoldására szolgáló számítógép matematikai modelljét ("Turing-gép"). A II. világháborús (angol) kódfejtés (A brit hírszerzés megbízásából fejlesztette ki, hogy a németek "ENIGMA" gépeivel titkosított üzeneteit minél rövidebb idö alatt megfejthessék.) és logisztika számára kifejlesztett gépe, a Colossus I. 1943-ra müködött. Ez volt az elsö elektroncsöves számítógép. Nem gyakorolt további hatást a számítástechnika fejlödésére, mivel a brit kormány (katonai jelentösége miatt) titkosította 30 évre.

John Atanasoff

1939-ben épült fel Atanasoff és Berry elektronikus kompjútere (Atanasoff felajánlotta az IBM-nek gyártásra a találmányt, de ök azt válaszolták, hogy nem érdeklödnek az elektronikus számítógépek iránt.), az ABC (Különben az elsö, Magyarországon nagyobb mennyiségben megjelent nyugati kompjúterek az ABC80-ok voltak (tehát 1980-ban megjelent számítógépek, amelyek a COCOM-lista megszünésekor behozhatókká váltak)), melyet egyenletrendszerek megoldására használtak.

Howard Aiken

 

(New York) Babbage munkáját megismerve elkészítette a MARK1 nevü gépet eredetileg telefonbeszélgetések számlálására, de aztán löelem-táblázatok számítására használták (1944).

Az USA-ban 1946-ra Mauchley és Eckert nagyon gyorsan és pontosan számoló gépet készítettek ENIAC néven (lyukkártyán lévö külsö programmal, 18000 elektroncsövel). Ezred ill. tízezred másodperc alatt végzett matematikai müveleteket 10 tizedesjegy pontosságú számokkal, ehhez azonban 30 méternél hosszabb teremre volt szükség, és 30 tonnát nyomott.

Neumann János magyar matematikus

(és Herman Goldstine) az USA-ban 1946-ban megfogalmazta az elektronikus digitális számítógépek müködésének elveit, amelyeket ma mindenki ismer a következö néven:

Neumann-elvek

A számítógép elektronikus és kettes számrendszert használó részekböl épüljön fel.

Szekvenciális (soros) végrehajtás: A végrehajtási utasítások pontosan határozzák meg, hogy egy lépés után melyik (egy!) lépés következik.

A számítógép (logikai) felépítése a következö legyen:

Memória (tár) az információ tárolására (címezhetö és felülírható rekeszekkel). Ez tárolja kettes számrendszerbeli formában

a számításhoz szükséges adatokat (kiindulási adatokat és azokból adódó eredményeket), és

a számítás végrehajtási utasításait (=program) is. (Ez a "tárolt program elve".)

Központi (feldolgozó) egység (=Central Processing Unit, CPU, vagyis processzor!) az információ feldolgozására, benne

aritmetikai-logikai egység, amely a számolást és logikai müveleteket végzi

vezérlö egység, amely a tárból kiolvasott utasítások segítségével, emberi beavatkozás nélkül irányítja a feladat végrehajtását.

Perifériák az információ gépbe juttatására és onnan kivitelére.

A számítógép legyen univerzális.

A Neumann-elvek elvi útmutatást adtak a számítógépek építéséhez.

A használatban lévö gépek a mai napig a Neumann-elvek szerint épülnek fel!

Szabadalmaztatta valaki a számítógépet? Nem. Az ENIAC és az EDVAC készítöi megpróbálták, de az amerikai szabadalmi hivatal és a bíróság úgy döntött, hogy a digitális számítógépet John Atanasoff találta fel a 1942-ben (bár nem szabadalmaztatta).

Atanasoff gépe korához képest elképesztöen fejlett volt (kettes számrendszer használt, a memóriákat kondenzátorok müködtették a mai RAM-okhoz hasonló módon), de Babbage-hez hasonlóan ö sem tudta megfelelöen kivitelezni korának fejletlen hardver-technikája miatt. Atanasoff gépét különben Mauchley és Eckert is ismerték, és sok ötletet merítettek belöle az ENIAC és az EDVAC megépítéséhez.

Számítógép-generációk

A mechanikus és relés számoló- és számítógépek után a következöképpen tagoljuk a számítógépek fejlödését:

Az elsö generáció:

1945-55 között elektroncsöves gépek épültek, a számítógép akkoriban csak hardverböl állt. (ENIAC,EDVAC,UNIVAC)

Második generáció:

1955-65 között megjelentek a tranzisztorok, megkezdödött a miniatürizálás. Szoftver szempontjából a kötegelt rendszerek voltak jellemzöek.

Harmadik generáció:

1965-72 között már használták az integrált áramköröket, ez ugrásszerüen csökkentette a méretet, javította a megbízhatóságot, növelte a müveleti sebessséget. Az IC (Integrated Circuit, integrált áramkör) elektronikai alkatrész, amely sok diódát, tranzisztort, ellenállást tartalmaz a közöttük lévö kapcsolásokkal együtt egy lapkán. Ezek sürüsége egyre nött: SSI = Small Scaled Integration (-10 logikai kapu), MSI (10-100), LSI (100-1000). Szoftveroldalon megjelent az operációs rendszer, kialakultak programnyelvek, és a multiprogramozás.

Negyedik generáció:

A 70-es évek második felétöl már elég nagy sürüséget (VLSI: 1000 feletti) értek el félvezetö lapkán (ezt nevezik chip-nek), így lehetövé vált a központi egység (= processzor, central processing unit, CPU, központi feldolgozó egység) részeinek összeépítése egy lapra: megszületett a mikroprocesszor (az Intel cégtöl, 1971).

Ma már persze sokmillió az egy chipen ülö alkatrészek száma, más szempontból is hozott újat a fejlödés (pl. müveleti sebesség növekedése (A müveleti sebesség mértékegysége: MIPS (Million Instruction /sec); azt fejezi ki, hány millió utasítást képes végrehajtani másodpercenként), hálózatok kialakulása), ezért a mai gépeket már sokan (föleg reklámcélból) ötödik generációsnak mondják, de sokak által elfogadott vélekedés, hogy a maiakat soroljuk továbbra is a negyedik generációba (és majd csak a megváltozott logikai modellü gépeket nevezzük majd ötödik generációsnak). (Az ötödik generációs gépek várhatóan már nem követik a "soros müködés" (Neumann-) elvét, hanem az emberi agyhoz hasonlóbban - neurális hálókként - müködnek majd, a mesterséges intelligencia kutatások eredményeit felhasználva. A japánok már próbálkoztak ilyennel CNN néven.).

E generációkon át a következö tendenciák nyilvánvalóak:

a méret csökkenése,

a müveleti sebesség növekedése,

a szoftver jelentöségének növekedése,

a szoftver felhasználóbarátabbá válása,

az ár csökkenése

- és e két utóbbival szoros összefüggésben - az elterjedtség növekedése.

Magyarország és a volt szocialista országok ellen a 80-as évekig érvényben volt egy tiltó lista ("COCOM-lista"), amelyen szereplö, (csúcstechnikát tartalmazó) gépeket, termékeket nem engedték be ezekbe az országokba. Így egyrészt nálunk rendkívül késön kezdtek megjelenni a számítógépek, másrészt saját számítógép-fejlesztésünk más utakon járt, mint a nyugati.