-
I. Információ-technológiai alapismeretek
24
2.5. II. generációs számítógépek (tranzisztor)2.5. II.
generációs számítógépek (tranzisztor)2.5. II. generációs
számítógépek (tranzisztor)2.5. II. generációs számítógépek
(tranzisztor) A sebesség kérdése mindig is nagyon fontos tényező
volt a
számítógépek világában. Babbage gépe egy másodperc alatt tudott
elvégezni egy számítást. Gyorsabban, mint egy ember. A
legkorábbi
valódi elektromechanikus számítógépek pedig, már eljutottak
a
másodpercenkénti tucatig. Az elektroncsövek többszörös javulást
hoztak. A gépek már olyan gyorsak voltak, hogy úgy tűnt, nincs
különösebb értelme tovább fokozni a feldolgozási sebességet.
Célszerűbb helyette az elektroncsövek megbízhatósága érdekében
tenni valamit. Csökkenteni a gépek méreteit, visszafogni
hatalmas áramfogyasztásukat. A tranzisztor tranzisztor tranzisztor
tranzisztor hirtelen
megjelenésére egyetlen számítógépes kutató sem számított. Az
1948-ban feltalált eszközt csak 1958-ban építették be
kapcsolóelemként a rövid élettartamú elektroncső helyett, és
ekkor
alkalmazták a ferritgyűrűs tárat memóriaként. A teljesen
tranzisztorizált számítógépek sebessége és teljesítménye
többszörösen
túlnőtt azon a határon, amelyet Babbage nemhogy elképzelni,
de
felfogni is alig lett volna képes. Amint ezek a tömegtároló
eszközök
elterjedtek, a számítógépek is új, eddig nem ismert szerepet
kezdtek
játszani. Nem szupergyors kalkulátorok voltak többé, hanem
információ
feldolgozó és kezelő berendezések. A számítógépek
teljesítőképessége
és alkalmazási köre folyamatosan nőtt, bővült.
1. A katonai problémák mintha csak számítógépre termettek
volna.
2. Az űrkutatásban is nagy szerepe volt a számítógépnek.
Az oroszok az első űrhajó fellövésével megelőzték az
amerikaiakat, akik rengeteg pénzt költöttek arra, hogy
először juttassanak embert a Holdra. Az űrverseny
természetesen a számítástechnika fejlődésére is nagy hatással
volt.
Főleg azért, mert a számolásokhoz gyorsabb és gyorsabb gépek
kellettek. A szovjet űrhajókhoz egyáltalán nem helytakarékos
berendezéseket használtak. Az amerikaiak viszont kénytelenek
voltak
szakadatlanul fejleszteni technikájukat, így sikerült egészen
kis
méretűre kialakítaniuk az űrhajózásban használt eszközeiket,
köztük
számítógépeiket is. A hatvanas évek számítógépei még mindig
óriási
teret követeltek. Igényesek voltak ezek a gépek, egyenletes
hőmérsékletet, tiszta levegőt követeltek maguknak. A
tranzisztorok
alkalmazásával, nagyságrendekkel nőtt az üzemeltetés
biztonsága,
lényegesen csökkent az energia fogyasztás és persze a gép
mérete.
Ezek a gépek az 50.000-100.000 művelet/másodperc sebességet
értek
el, térfogatuk 1 köbméter alá csökkent.
-
2. A számítástechnika és a számítógép története
25
Az új elemekkel lehetőség nyílott a miniatürizálásra. A
háttértár
szerepét a mágnesszalag, majd a merev hordozójú mágneslemez
veszi át. A másik nagy probléma az volt, hogy még mindig csak a
saját
nyelvükön beszéltek (érthetetlen számsorokkal, lyukkártyákkal).
Egy új szakemberfajtának kellett megjelennie: a programozónak,
aki
megértette ezeket a gépi kódokat. A programozó nélkülözhetetlen
kapoccsá vált a halandó ember és a számítógép között. Ki kellett
találni
egy sokkal könnyebben érthető nyelvet! A megoldás a
legegyszerűbb
volt, a választott nyelv az angol lett. A használt parancsokra
néhány
példa: RUN (Fuss), GO (Menj) stb. Majd hamarosan megjelentek
a
magasabb szintű programozási nyelvek alapjai, elsőként a
FORTRANFORTRANFORTRANFORTRAN (FORmula TRANslation), jelképes,
általánosan használt formalizált
nyelv. Az első teljesen tranzisztorizált számítógépet Heinz
ZemanekHeinz ZemanekHeinz ZemanekHeinz Zemanek osztrák mérnök
irányításával a Bécsi Műszaki Főiskola alacsony
rezgésszámú folyamatokkal foglalkozó intézetében készítették
1955 és
1958 között. Memóriája egy mágnesdob volt, a teljesítményét
jellemezte, hogy egy szorzást 0,4 s alatt végzett el.
Zemanek
professzor ellensúlyozandó az egyik akkori nagy
teljesítményű
amerikai gép elnevezését (Whirlwind-forgószél) Mailüfterl
(májusi
szellő) névre keresztelte gépét.
2.6. III. generációs számítógépek (Integrated Circuit)2.6. III.
generációs számítógépek (Integrated Circuit)2.6. III. generációs
számítógépek (Integrated Circuit)2.6. III. generációs számítógépek
(Integrated Circuit)
Az integrált áramkört (ICICICIC-t) 1958195819581958-ban fedezte
fel Jack S. KilbyJack S. KilbyJack S. KilbyJack S. Kilby a
Texas
Instrumentsnél és Robert Noyce a Fairchild Semiconductornál. Ez
az
eszköz a harmadik generációs számítógépek jellegzetes
építőeleme. A
tömegtermelés 1962-ben indult meg, az első integrált
áramköröket
tartalmazó számítógépek pedig 1964-ben kerültek kereskedelmi
forgalomba. Megjelenik a bájt-szervezés és az input-output
processzor
is. A számítógépek
több tevékenységet
tudnak párhuzamosan
végezni. Előrelépések
történnek a táv-
adatátvitelben. Az
integrált áramkörök
tovább csökkentették
a számítógépek árát,
méretét és
meghibásodási
gyakoriságát.
24. ábra: IBM 1620as számítógép
-
I. Információ-technológiai alapismeretek
26
Ez tovább növelte a számítógépek iránti keresletet: az 1970-es
évek
elejére, több mint 100.000 nagyszámítógépet és ugyancsak több
mint 100.000 miniszámítógépet helyeztek üzembe. A harmadik
generáció
korszakát kb. az 1965-1971-es évekre lehet tenni. A legismertebb
második generációs gépek: IBM 1620, 1401; CDC 3600; IBM 7090,
7094; Honeywell 800. Programozási és technikai újdonságok a
következők voltak. A
mikroprogramozásmikroprogramozásmikroprogramozásmikroprogramozás
ötlete Maurice V. WilkesMaurice V. WilkesMaurice V. WilkesMaurice
V. Wilkestől
származik még 1951-ből, és több első és második generációs
számítógépben is alkalmazták. Igazi elterjedése azonban az IBM
360-as
gépcsaláddal történt meg, ennek kisebb modelljei
mikroprogramozottak
voltak. Mikroprogramozott gépeknél a processzor által
végrehajtandó egy gépi kódú utasítást nem közvetlenül, egy lépésben
dolgozza fel a
CPU. Ehelyett úgynevezett mikroutasítások egy sorozatát, egy
mikroprogramot olvas be egy speciális tárolóból, és ennek
utasításait
értelmezi és hajtja végre közvetlenül a hardver. Ezek a
mikroutasítások
a CPU-n belül (regiszterek között) végrehajtandó
mikroműveleteket
írnak általában elő. Kívülről nézve a processzor továbbra is
úgy
viselkedik, mintha az eredeti utasítást közvetlenül egy lépésben
a
hardver hajtaná végre. A párhuzamos feldolgozási lehetőségek
javulását a harmadik generációs gépek részben azzal érték el,
hogy
több, nagy autonómiával rendelkező processzort használtak és
a
rendszeren belül rugalmas kommunikációt biztosítottak.
MultiprogramozásMultiprogramozásMultiprogramozásMultiprogramozásnál
általában egy operatív táron több, egyszerre futó
program is osztozik. Mivel az operatív tár mérete pénzügyi és
technikai
okok miatt korlátozott, általában nem fér bele egyszerre az
összes futó
program és az azok által használt összes adat. Ezért a
memóriát
dinamikusan, időközben változtatható módon kell az egyes
programok
rendelkezésére bocsátani. Gondoskodni kell arról is, hogy az
adott
pillanatban szükséges
információk a
háttértárból a
memóriába
töltődjenek, a
feleslegeseket pedig
időlegesen ki kell írni
a háttértárba. Az
operációs rendszerek
egyik legfontosabb
feladata a memória
kezelésének
automatikus
megoldása. 25. ábra: IBM System 360-as számítógép
-
2. A számítástechnika és a számítógép története
27
A programozó munkája viszont nagymértékben leegyszerűsödik,
ha
nem kell tekintettel lennie az operatív tár mérete által
támasztott korlátokra, hanem úgy tekintheti a gépet, mintha egy
gyakorlatilag
végtelen méretű tárolóterülete lenne, és e fölött csak az ő
programja rendelkezne. Ez a virtuális memóriavirtuális
memóriavirtuális memóriavirtuális memória alapötlete. A korszak és
a későbbi fejlődés meghatározó tényezője volt az IBM System/360-as
gépcsalád. Az RCA (Radio Corporation of America)
által gyártott Spectra 70-es sorozat nagymértékben kompatibilis
volt
az IBM gépeivel.
26. ábra: Spectra 70-es munkaközben
2.7. IV. generációs számítógépek (mikroprocesszor)2.7. IV.
generációs számítógépek (mikroprocesszor)2.7. IV. generációs
számítógépek (mikroprocesszor)2.7. IV. generációs számítógépek
(mikroprocesszor)
A számítógépek fejlődésének következő állomása a
mikroprocesszormikroprocesszormikroprocesszormikroprocesszor
feltalálása volt. A miniatürizálás egyre fontosabbá vált,
ennek
eredményeként születtek meg az integrált áramkörök, az IC-k.
Ezek
tökéletesítése vezetett el a mikroprocesszorig, vagyis a
mikroszámítógépek megalkotásáig. Az 1970197019701970----es évek
közepénes évek közepénes évek közepénes évek közepén jöttek
létre, fejlődésük a mai napig tart. A gépek igen nagy
integráltságú
(VLSIVLSIVLSIVLSI, Very Large Scale Integration) áramkörökből
épülnek fel.
Általánossá válik a félvezetős, integrált áramkörökből készült
memória
is. Nincsenek alapvető változások a számítógépek szervezésében,
a
korábban már bevezetett megoldásokat tökéletesítik. Az új
technológiának köszönhetően tovább csökken a hardver ára,
egy
számítógéprendszer árának már akár 75%-a is lehet a szoftver.
A
számítógépek programozása szinte kizárólag magas szintű
nyelveken
történik. A
távtávtávtáv----adatátviteladatátviteladatátviteladatátvitel
lehetővé teszi gyakorlatilag bármelyik két
gép összekapcsolását. Napjainkra már szinte mindegyik
számítógép
kapcsolódik valamilyen hálózathoz. A mikroprocesszort
felhasználva
hamarosan megjelenik, és rohamosan elterjed a személyi
számítógép.
Általánossá válik használatuk szövegszerkesztésre,
táblázatkezelésre,
grafikára, adatbázis-kezelésre, stb.
-
I. Információ-technológiai alapismeretek
28
Hogyan készül a mikroprocesszor?Hogyan készül a
mikroprocesszor?Hogyan készül a mikroprocesszor?Hogyan készül a
mikroprocesszor? A folyamat azzal kezdődik, hogy igen tiszta,
nagyméretű szilíciumkristályokat növesztenek. Ezeket a szilícium
óriáskristályokat vékony, tenyérnyi szeletekre vágják. Ekkor
következik a mikroprocesszor-gyártás legbonyolultabb műveletsora.
Mintázatokat hoznak létre a lapkán. A mintázatok lényegében több
százszor ismétlődnek a szilíciumszelet felületén. Hogyan tud
információt kezelni egy ilyen csöppnyi anyag? A mikroprocesszor
tulajdonképpen ugyanúgy kezeli az információt, mint az ENIAC tette.
Gondoljuk csak meg, hogyan folyt a távírás régen. Távíróval, a
Morse-kódok használatával. A Morse rendszer egy bináris rendszer. A
számítógép a maga kapcsolóival milliószor gyorsabban képes ilyen
információkat kezelni, mint bármelyik távírász. Ismereteink között
alig van
olyan, amelyiket ne lehetne kifejezni számokkal, vagy szavakkal.
A számítógép azonban nemcsak számokkal, hanem egyéb információkkal
is tud bánni. Ehhez természetesen megfelelő segédeszközök is
kellenek.
1970-ben jelentik be az
IBM System/370-es
gépcsaládot, ami
meghatározó volt a
negyedik generáció elején.
A család elnevezésében a 70-es évekre utal, míg a korábbi
360-as
gépcsalád az 1960-as évek számítógépe volt. Ennek a szervezése
igen
nagymértékben megegyezik a korábbi 360-as gépcsaládéval, de
több
teljesítményjavító megoldást is beleépítettek. A gépcsalád
népszerűségére jellemző, hogy más gyártók is építettek velük
kompatibilis számítógépeket: az Amdahl Corporation által
készített
470-es sorozat és az Intel Corporation által készített AS
(Advanced
System) sorozat is ebbe a gépcsaládba tartozik.
Az első mikroprocesszorAz első mikroprocesszorAz első
mikroprocesszorAz első mikroprocesszor, az egyetlen
IC-ben összesűrített processzor
1971197119711971-ben készült. Ted HoffTed HoffTed HoffTed Hoff,
a
Stanford University mérnöke
tervezte. Az Intel készítette, egy 7
mm oldalhosszúságú négyzet alakú
szilíciumlapkán 2300 tranzisztort
tartalmazott. év közepén valósult meg
az LSI (large-scale-integration), majd
később a VLSI (very-large-scale-
integration) áramkörök bevezetésével.
27. ábra: IBM System/370-es
28. ábra: Az első mikroprocesszor kialakulásának története
-
2. A számítástechnika és a számítógép története
29
1972-ben elsőként jön ki az IBM 370-es család néhány tagja
teljesen
félvezetős memóriával, az Ames Research Center elkezdi használni
az ILLIAC IV szuperszámítógépet aerodinamikai problémák
megoldására,
megjelennek az első tudományos célú zsebszámológépek.
1973197319731973-ban az R2E nevű francia cég bemutatja az első
mikroszámítógépelső mikroszámítógépelső mikroszámítógépelső
mikroszámítógépet
(mikroprocesszoron alapuló számítógépet), a MICRAL-t.
1974197419741974-ben forgalomba kerül az első programozható
zsebszámológépelső programozható zsebszámológépelső programozható
zsebszámológépelső programozható zsebszámológép, a Hewlett-
Packard által gyártott HP-65, megjelenik az első személyielső
személyielső személyielső személyi számítógép számítógép számítógép
számítógép,
az Altair 8800Altair 8800Altair 8800Altair 8800, 1974-ben a
Stanford Egyetemen üzembe helyezik a
számítógépes orvosi diagnosztikai rendszert.
1976197619761976-ban üzembe
helyezik az első Crayelső Crayelső Crayelső Cray----1
szuperszámítógép1 szuperszámítógép1 szuperszámítógép1
szuperszámítógépet. Az 1970-es években jelenik meg az interaktív
számítógépes tervezés. 1979-ben készült el a
VisiCalc, az első táblázatkezelő program. 1981198119811981-ben
jelenik meg az IBM IBM IBM IBM PCPCPCPC, aminek leszármazottai mai
életünk meghatározó elemei. A Time
magazin évente kitüntet valakit, aki az adott évben előre
vitte
valamiben a világot. 1982-ben a számítógép kapta a “Man of the
Year”
címet. Az 1980-as évek közepére már több millió számítógépet
használnak világszerte. Ezek nagy része személyi számítógép.
Jellemző gépkategóriák az 1980Jellemző gépkategóriák az
1980Jellemző gépkategóriák az 1980Jellemző gépkategóriák az
1980----as évek as évek as évek as évek
közepén:közepén:közepén:közepén:
Szuperszámítógép:Szuperszámítógép:Szuperszámítógép:Szuperszámítógép:
legismertebb típus a CYBER
és a Cray (a CYBER-t a CDC gyártja). A Cray
a kiépítéstől függően akár 20 millió dollárba is
kerülhet. Speciális födém kell alá, hogy elbírja
a súlyát. A vételi ár tartalmazza két teljes
munkaidőben foglalkoztatott karbantartó
mérnök díját is a gép egész élettartamára. Az
installált szupeszámítógépek száma nem éri el
ekkor még a 150-et. Seymour Cray eredetileg a CDC-nél (Control
Data Corporation) dolgozott szuperszámítógépek fejlesztésén.
1972-ben otthagyta a CDC-t és kb. fél millió dollár saját tőkével
plusz vállalkozók által befektetett 2 millió dollárral
megalapította saját cégét, a Cray Research-öt. Az első általa
tervezett szuperszámítógép, a Cray-1 1976-ban került kereskedelmi
forgalomba. Mintegy hétmillió dollárba került, csak
kormányhivatalok és igen nagy cégek tudták megvenni. Ez volt az
első olyan számítógép, amely képes volt másodpercenként több mint
százmillió lebegőpontos műveletet végrehajtani (kb. 160 milliót).
Az alapműveletek végrehajtási ideje 12,5 ns. A gép részben
párhuzamos feldolgozást alkalmaz. A memóriája félvezetőkből
készült. A sok megoldandó technológiai probléma közül ez egyik
legfontosabb az volt, hogy hogyan vezessék el a nagysebességű
áramkörök által termelt hőt. Ezt úgy oldották meg, hogy az
áramköröket freonnal hűtött függőleges lapokra szerelték. Azóta
építettek ugyan gyorsabb számítógépeket is, de a Cray-1-et azóta is
használják összetett problémák matematikai tanulmányozására (ilyen
problémák például a beszédfelismerés, az időjárás előrejelzése,
valamint a fizikai és a kémia alapkérdései).
29. ábra: Cray 1 szuperszámítógép
-
I. Információ-technológiai alapismeretek
30
Nagyszámítógép (mainframe):Nagyszámítógép
(mainframe):Nagyszámítógép (mainframe):Nagyszámítógép (mainframe):
nagy cégeknél (bankok, kereskedő és gyártó cégek,
kormányhivatalok) ezek végzik az adatfeldolgozás zömét. A
jellemző áruk 400.000 és
1.000.000 dollár között van. Üzemeltetésük klimatizált
helyiségben történik. Jellemző
gyártók: IBM, Borroughs, Digital Equiptment Corporation (DEC),
Control Data
Corporation (CDC).
Miniszámítógép: Miniszámítógép: Miniszámítógép: Miniszámítógép:
kisebbek, lassabbak és olcsóbbak a nagygépeknél. Nincs
különleges
környezeti működési feltételük, az iroda sarkában is állhatnak.
Jellemző áruk 20.000-
40.000 $.
Mikroszámítógép: mikroprocesszort használt. Személyi
számítógépnek is nevezik.
Nagygépre kötve lehetővé teszik a munka megosztását a nagygép és
a mikrogép
között. Vannak hordozható gépek is. A méret csökkentésének a
billentyűzet és a
képernyő használható méreten tartása szab korlátot.
A Cray szuperszámítógépek imponáló teljesítményadatainak
ellenére mindennapjaink
meghatározó számítástechnikai tényezői mégsem ezek az egyre
tökéletesebb
számítógépek, hanem az ellenkező véglet, a személyi
számítógépek.
1974197419741974-ben (más források szerint 1975-ben) egy Micro
Instrumentation Telemetry Systems (MITS) nevű cég, Albuquerque-ben
(New Mexico)
piacra dobta az Altair 8800Altair 8800Altair 8800Altair 8800
nevű személyi számítógépet, egy egy egy egy
összeszereletlen készletösszeszereletlen készletösszeszereletlen
készletösszeszereletlen készlet
formájában. A készlet nem egészen
400 dollárba került. Az információ
bevitelére a gépnek nem
billentyűzete volt, hanem csak egy
kapcsolótáblája. Ez volt az első,
kimondottan személyes
felhasználásra tervezett asztali
számítógép. Igaz ugyan, hogy az
Altair kapacitása 1%-a sem volt a
Hewlett-Packard 1991-ben
kiadott, egy tenyérben elférő számítógépének, de ez a gép
indította el a
számítógépes elektronika máig tartó forradalmát. A
mikroszámítógép-
készlet iránt hirtelen olyan nagy kereslet alakult ki, amire
senki sem
számított. Számtalan kis cég alakult az új piac igényeinek
kielégítésére.
Az első nagyobb elektronikai cég, amely belekezdett személyi
számítógépek gyártásába és árusításába, a Tandy CorporationTandy
CorporationTandy CorporationTandy Corporation (Radio
Shack) volt. Ők 1977197719771977-ben kezdték árusítani
számítógépüket, amellyel
hamarosan uralkodóvá váltak a piacon. Gépüknek két vonzó
tulajdonsága volt:: egy billentyűzet és egy katódsugárcsöves
monitor.
A gép népszerűségéhez az is hozzájárult, hogy programozni
lehetett és
a felhasználó mágneskazettákon tárolni tudta az információt.
Sok
hardvergyártó kezdett ezután kész személyi számítógépeket
árulni, a
szoftverfejlesztők pedig olyan programok készítésébe fogtak,
amelyekkel ezek a számítógépek alkalmasak voltak
szövegszerkesztésre, adatfeldolgozásra és rajzolásra.
30. ábra: Altair, Intellec stb.
-
2. A számítástechnika és a számítógép története
31
Nem sokkal a Tandy számítógépének megjelenése után, két
mérnök-
programozó (Stephen Wozniak és Stephen Wozniak és Stephen
Wozniak és Stephen Wozniak és Steven Jobs) Apple ComputersSteven
Jobs) Apple ComputersSteven Jobs) Apple ComputersSteven Jobs) Apple
Computers néven
alapított egy számítógépgyártó céget. Az első Appleelső
Appleelső Appleelső Apple számítógépet
1977197719771977-ben adták el. A számítógépeiken alkalmazott
újítások között volt a
kitekitekitekiterjesztett memóriarjesztett memóriarjesztett
memóriarjesztett memória, az adatok
és programok tárolására
szolgáló olcsó
lemezmeghajtólemezmeghajtólemezmeghajtólemezmeghajtó és a színes
grafikaszínes grafikaszínes grafikaszínes grafika. Az Apple
lett
az Egyesült Államok történelmének leggyorsabban
növekvő cége. Az ő sikerük is
sokaknak ösztönzést jelentett, ahhoz hogy ezen a területen
próbálkozzanak. Az évtized végére a személyi számítógépes
piac
teljesen kialakult. 1979197919791979-ben jelent meg a
VisiVisiVisiVisi----Calc, az első Calc, az első Calc, az első Calc,
az első
táblázatkezelő programtáblázatkezelő programtáblázatkezelő
programtáblázatkezelő program. Ezzel már a programozásban
gyakorlatilag
teljesen járatlan emberek is komoly és összetett problémák
megoldására tudták a
számítógépet használni. Igen
fontos tényező volt a
mikroszámítógépek
robbanásszerű elterjedésében.
1981198119811981-ben az IBM piacra dobta
saját mikroszámítógépét, az IBM IBM IBM IBM
PCPCPCPC-t. Bár nem használta fel a
legújabb technológiákat, a PC
mérföldkővé vált a
számítástechnikában. Bebizonyította, hogy a mikroszámítógép
nemcsak egy
divatos irányzat, hanem az üzleti élet szükséges eszköze.
További érdeme,
hogy olyan operációs rendszert használt (DOSDOSDOSDOS), amely
hozzáférhető
volt a többi számítógépgyártó cég
számára is, és így a piac
szabványosodásához vezetett.
32. ábra: Az első Apple PC gép 31. ábra: Steve Wozniak
munkássága
33. ábra: Visi-Calc, Multiplan stb.
-
I. Információ-technológiai alapismeretek
32
Ugyancsak 1981198119811981-ben készítette el Adam OsborneAdam
OsborneAdam OsborneAdam Osborne az első hordozható első hordozható
első hordozható első hordozható
mikroszámítógépmikroszámítógépmikroszámítógépmikroszámítógépet,
az Osborne 1-et. A gép súlya kb. 11 kg volt, a memóriája 64 kByte
kapacitású és 1.795 dollárért árulták. A személyi
számítógép olyan olcsó volt, hogy egy magánszemély is
könnyűszerrel megvehette. Ráadásul minél többet vettnek belőle,
annál olcsóbb lett,
hiszen a nagy sorozatú gyártás minden termék árát leviszi.
Beindult egy olyan üzleti folyamat, ami a mai napig tart: Egyre
olcsóbban lehetett számítógépeket előállítani, ezért olyan helyeken
is kifizetődő volt az alkalmazásuk, ahol korábban nem. Ezért sok
számítógépet lehetett eladni, több mikroprocesszort kellett
gyártani, így a számítógép még olcsóbb lett. Ezért még több helyen
lehetett használni, ezért még többet gyártottak, ezért még olcsóbb
lett, és így tovább. Az 1980-as években a személyi számítógépek
rohamléptekkel váltak egyre kissebbé, jobbá és olcsóbbá. A nagyobb
teljesítményű hardver
összetettebb, könnyebben kezelhető programok készítését
tette
lehetővé. Ezért a számítógépek egyre gyorsabb processzorokkal,
egyre
nagyobb háttértárakkal és egyre nagyobb memóriával készültek.
Az
1980198019801980----as évek közepénas évek közepénas évek
közepénas évek közepén több fontos lépés is történt a
mikroszámítógépek
történetében. Az egyik a nagynagynagynagyobb teljesítményű 32
bites obb teljesítményű 32 bites obb teljesítményű 32 bites obb
teljesítményű 32 bites
mikroprocesszorokmikroprocesszorokmikroprocesszorokmikroprocesszorok
bevezetése volt. Ezek már alkalmasak voltak fejlett
több felhasználós (multiusermultiusermultiusermultiuser) és több
feladatos (multitaskmultitaskmultitaskmultitask) operációs
rendszerek megfelelő sebességű futtatására. Ezáltal egyrészt
megszűnt
a mikroszámítógépek és a miniszámítógépek közötti különbség,
másrészt az irodai asztalra olyan számítástechnikai teljesítmény
került,
amely a kisvállalkozások és a legtöbb közepes vállalkozás összes
üzleti
igényét kielégítette. Egy másik újítás az egyszerűbb,
felhasználóbarát
módszerek bevezetése volt a mikroszámítógépek működésének
vezérlésére. A hagyományos, parancsvezérlésű operációs
rendszert
felváltotta a grafikus felhasználói felület grafikus
felhasználói felület grafikus felhasználói felület grafikus
felhasználói felület (graphical user interface, GUI).
Az ilyen felületet használó gépeknél, mint pl. az Apple
Macintoshnál
(majd később a Windowst futtató IBM PC-knél) a felhasználónak
csak
egy ikont kell a képernyőről kiválasztani egy funkció
végrehajtásához.
Ma már beszédvezérlésű gépek is léteznek: a felhasználó
köznapi
beszéd szavaival, annak nyelvtani szabályai szerint beszélve
adhat
parancsot a számítógépnek. 1992-re a számítógépgyártás vált a
világ
leggyorsabban fejlődő iparágává. 1994-ben a világon mintegy
120
millió IBM-kompatibilis személyi számítógépet használnak. A
fő
felhasználó már nem az állami apparátus, hanem a magánszektor
lett.
-
2. A számítástechnika és a számítógép története
33
34. ábra: A személyi számítógépek számának növekedése az
USA-ban
2.8. A személyi számítógépek fajtái2.8. A személyi számítógépek
fajtái2.8. A személyi számítógépek fajtái2.8. A személyi
számítógépek fajtái
1.1.1.1. Asztali személyi számítógépek
(desktopdesktopdesktopdesktop)
2.2.2.2. Hordozható táskagépek (laptoplaptoplaptoplaptop),
tömegük 2,5 - 5 kg
között van
3.3.3.3. Hordozható zsebszámítógépek
(notebooknotebooknotebooknotebook), tömegük 0,5 – 2,5
kg-nál kisebb
4.4.4.4. Hordozható tenyérgépek (palmtoppalmtoppalmtoppalmtop,
vagy handheld),
néhányszor
10 dkg tömegűek
35. ábra: Tenyérgépek
-
I. Információ-technológiai alapismeretek
34
Az IBM kompatíbilis személyi számítógépek Intel
mikroprocesszorainak időrendi megjelenése:
Processzor Megjelenés ideje Teljesítmény Sebesség
Intel 4004 1971. szeptember 4 bit kb. 1 MHz
Intel 8080 1974. június 8 bit kb. 2,5 MHz
Intel 8088 1979. május 16/8 bit 5 MHz
Intel 80186 1982. március 16 bit 10 MHz
Intel 80286 1982. december 16 bit 16 Mhz
Intel 80386 1985. október 32/32 bit 16-40 MHz
Intel 80386-SX 1988 24/16 bit 40 MHz
Intel 80486 1989. április 32/32 bit 25-50 MHz
Intel 486-DX-2 1992 32/32 bit 50 MHz
Intel 486-DX-4 1993. április 32/32 bit 50-100 MHz
Intel Pentium 1993. március 32/32 bit 66 MHz
Intel Pentium Pro 1995. november 64/64 bit 120-200 MHz
Intel Pentium MMX 1997. január 64/64 bit 166-266 MHz
Intel Pentium II 1997. május 64/64 bit 300-433 MHz
Intel Celeron 1999 tavasz 64/64 bit 433-850 MHz
Intel Pentium III 1999. ősz 64/64 bit 533 MHz-1 GHz
Intel Pentium IV 2001 tavasz-ősz 64/64 bit 1,2 GHz-2 GHz
Mi van a 64 bit mögött?Mi van a 64 bit mögött?Mi van a 64 bit
mögött?Mi van a 64 bit mögött? A bitek számának megduplázása 32-ről
64-re 1995-től kezdődően, a skála exponenciális természete miatt,
sokkal többet jelent, mint a lehetséges értékek megkétszerezése.
Bizonyára sokan hallották már a sakkjáték feltalálójának
történetét. A legenda szerint a király el volt ragadtatva az új
játéktól, és megkérdezte a feltalálót, mit adhatna neki hálája
jeléül. Amaz bölcsen azt válaszolta, hogy búzát szeretne: egy
szemet az első sakktáblamezőn, kettőt a második négyzeten, négyet a
harmadikon, mindig megkétszerezve a szemek számát minden mezőn,
egészen a 64. négyzetig. A király tiltakozott, hogy ez túl kevés
ilyen okos találmányért, de végül is beleegyezett. Mondani sem
kell, hogy a feltaláló dúsgazdagon élt, míg meg nem halt. A király
nem tudta teljesen leróni a tartozását, hiszen a tábla
megtöltéséhez több búza kellett volna, mint amennyit a világon az
idők kezdete óta termeltek.
-
2. A számítástechnika és a számítógép története
35
2.9. V. generációs számítógépek2.9. V. generációs
számítógépek2.9. V. generációs számítógépek2.9. V. generációs
számítógépek JapánJapánJapánJapánban egy 1981198119811981
októberében tartott konferencián jelentettek be egy
új állami kutatási tervet. A japán kormány 1982 áprilisában
megalakította az Institute for New Generation Computer
Technology
(ICOT) nevű intézményt, a számítástechnikai kutatások végzésére,
egész pontosan az FGCS (Fifth Generation Computer Systems)
projekt
vezetésére. Sok ezer mérnököt foglalkoztattak Tokió külvárosában
a munkán. Ennek az új —szerintük az ötödik— generációnak fontos
alkotórésze lesz a mesterséges intelligenciamesterséges
intelligenciamesterséges intelligenciamesterséges intelligencia, a
szakértői rendszerekszakértői rendszerekszakértői
rendszerekszakértői rendszerek, a
szimbólumokkal való műveletvégzésszimbólumokkal való
műveletvégzésszimbólumokkal való műveletvégzésszimbólumokkal való
műveletvégzés. Intelligens számítógép létrehozása Intelligens
számítógép létrehozása Intelligens számítógép létrehozása
Intelligens számítógép létrehozása a céla céla céla cél, amelyik
lát, hall, beszél és gondolkodik. Képes asszociálni,
tanulni, következtetéseket levonni és dönteni. Hardver oldalról
ennek
az előfeltételét a párhuzamos feldolgozásban látják. A japánok a
munkát
10 évre tervezték. Az első három év feladata a tervek szerint
egy
PROLOG nyelvű olcsó személyi munkaállomás kidolgozása, ami
több
ezer objektumból és több ezer szabályból álló tudásbázist tud
kezelni,
másodpercenként mintegy egymillió logikai következtetést
(logical
inferences per second, LIPS) tud levonni. Ebből a gépből aztán
egy
éven belül kereskedelmi terméknek kell születni. A következő, 4
éves
időszak a kísérletezésé és a rendszerintegráció első lépéseié.
A
párhuzamos feldolgozás fő problémáit is ezekben az években
kellett
megoldani. Az utolsó három évet a végső prototípus megépítésére
és a
további rendszerintegrálásra tervezték. Az eredményt az 1990-es
évek
elejére várták: egy olyan gépet, amelynek sebessége
egymillió-
egymilliárd LIPS, a tudása több tízezer következtetési szabályt
és több
százmillió objektumot foglal magába (ez utóbbi nagyjából az
Encyclopaedia Britannica ismeretanyaga), megérti a köznapi
nyelven
beszélt, és írott szöveget és értelmezni tudja a grafikus
adatbevitelt. A
fejlesztést 1993 márciusában1993 márciusában1993 márciusában1993
márciusában zárták le és sikeresnek értékelték.
Értékelésük szerint létrehozták az ötödik generációs számítógép
létrehozták az ötödik generációs számítógép létrehozták az ötödik
generációs számítógép létrehozták az ötödik generációs
számítógép
prototípusátprototípusátprototípusátprototípusát és létrehozták
a gyártásához szükséges technológiát. Ez a
prototípus a világ leggyorsabb és legnagyobb olyan
számítógéprendszere, amely tudásalapú információfeldolgozásra
képes.
-
I. Információ-technológiai alapismeretek
36
A gép “lelkét” a
párhuzamos következtető
gépek (parallel inference
machine, PIM) alkotják. Ezeknek
a PIM-eknek a
programozására
kifejlesztették az
igen termelékeny KL1 nevű
párhuzamos logikai nyelvet.
Elkészítették a
párhuzamos
folyamatok
követésére és a
bennük való
hibakeresésre
szolgáló
eszközöket is.
Ebben a
programozási
környezetben különböző alkalmazásokat is kifejlesztettek. Az
FGCS
projekt után 1993-ban egy új kétéves FGCS Follow-on Project
nevű
kutatásba kezdtek. Ennek célja a KL1 programozási környezet és
több
ezzel készült programrendszer átültetése volt UNIX alapú soros
és
párhuzamos működésű számítógépekre. Ezzel az volt a céljuk, hogy
az
elért eredményeiket elterjesszék. Az FGCS keretében
kifejlesztett főbb
programrendszereket nyilvánosságra hozták ICOT Free Software
(IFS)
néven, az Interneten keresztül hozzá lehet férni. 1995-ben az
új
kutatómunka is sikeresen zárult. Ekkor, 13 éves kutatómunka
után
felszámolták az ICOT-ot. Az elért eredményeket a Japan
Information
Processing Development Center (JIPDEC) gondozza tovább.
2.10. A jövő2.10. A jövő2.10. A jövő2.10. A jövő
Az egyik jelenlévő trend a számítógépek fejlesztésében a
mikroegyik jelenlévő trend a számítógépek fejlesztésében a
mikroegyik jelenlévő trend a számítógépek fejlesztésében a
mikroegyik jelenlévő trend a számítógépek fejlesztésében a
mikro----
miniatürizálásminiatürizálásminiatürizálásminiatürizálás, az
igyekezet, hogy mind több áramköri elemet
sűrítsenek mind kisebb és kisebb méretű chipekbe. A kutatók
az
áramkörök sebességét a szupravezetés felhasználásával is
igyekeznek
felgyorsítani.
36. ábra: A japán tervezésű „V. generációs számítógép”
prototípusának felépítése
-
2. A számítástechnika és a számítógép története
37
Az ötödik generációs számítógép létrehozására irányuló kutatás
egy ötödik generációs számítógép létrehozására irányuló kutatás egy
ötödik generációs számítógép létrehozására irányuló kutatás egy
ötödik generációs számítógép létrehozására irányuló kutatás egy
másik trendmásik trendmásik trendmásik trend. Ezek a gépek már
komplex problémákat tudnának alkotó módon megoldani. Ennek a
fejlesztésnek a végső célja, az igazi Ennek a fejlesztésnek a végső
célja, az igazi Ennek a fejlesztésnek a végső célja, az igazi Ennek
a fejlesztésnek a végső célja, az igazi
mesterséges intelligencia lémesterséges intelligencia
lémesterséges intelligencia lémesterséges intelligencia
létrehozásatrehozásatrehozásatrehozása lenne. Az egyik aktívan
kutatott terület a párhuzamos feldolgozáspárhuzamos
feldolgozáspárhuzamos feldolgozáspárhuzamos feldolgozás, azaz
amikor sok áramkör egyidejűleg
különböző feladatokat old meg. A párhuzamos feldolgozás alkalmas
lehet akár az emberi gondolkodásra jellemző komplex
visszacsatolás
utánzására is. Másik meglévő trend a számítógépes hálózatok
fejlődéseMásik meglévő trend a számítógépes hálózatok
fejlődéseMásik meglévő trend a számítógépes hálózatok
fejlődéseMásik meglévő trend a számítógépes hálózatok
fejlődése.
Ezekben a hálózatokban már műholdakat is felhasználnak a
számítógépek világhálózatának működtetésére. Folynak kutatások
az
optikai számítógépek kifejlesztésére is. Ezekben nem elektromos,
hanem sokkal gyorsabb fényimpulzusok hordoznák az információt.
Szakértők azt jósolják, hogy 2000-re a számítógép-ipar
termelésének értékét csak a mezőgazdaság fogja meghaladni. Már ma
is sokféle célra
használják a számítógépeket az élet minden területén: a
repülőgépek
vezérlésére, a forgalom irányítására, szövegek és számok
feldolgozására és az üzleti megbeszélések időpontjának
nyilvántartására. A számítógépek a modern üzleti élet, a kutatás
és a
mindennapi élet nélkülözhetetlen szereplőivé váltak.
2.11. Programoz2.11. Programoz2.11. Programoz2.11. Programozási
nyelvekási nyelvekási nyelvekási nyelvek
A számítógépek működésének alapvető jellemzője, hogy a
feladatokat
elemi matematikai műveletek sorozatára kell visszavezetni a
gép
számára. Ennek a feladatnak az ellátására alkották meg a
programozási
nyelveket.
A programozási nyelvek osztályA programozási nyelvek osztályA
programozási nyelvek osztályA programozási nyelvek
osztályozása:ozása:ozása:ozása:
1.1.1.1. Gépi kód, ez a legalacsonyabb szint. Gépi kód, ez a
legalacsonyabb szint. Gépi kód, ez a legalacsonyabb szint. Gépi
kód, ez a legalacsonyabb szint. A számítógép számára a program
kettes számrendszerben kódolt
számsorokból áll, amelyek elemi utasításoknak felelnek meg. Csak
a
gép használja.
2.2.2.2. Assembly nyelv, gépközeli szint. Assembly nyelv,
gépközeli szint. Assembly nyelv, gépközeli szint. Assembly nyelv,
gépközeli szint. A kódolt bináris számsoroknak nevet adva, a
rendszerprogramozó
utasítások sorozatát építi fel. Minden processzornak saját gépi
kódú és assembly nyelve van. Nagyon nehéz, és fáradtságos
megtanulni.
Előnye, hogy a processzor teljesítményét maximálisan
kihasználja. Hátránya a nehézségén túl, hogy processzor függő.
3.3.3.3. Magas szintű programozási nyelvek, emberközeli
szint.Magas szintű programozási nyelvek, emberközeli szint.Magas
szintű programozási nyelvek, emberközeli szint.Magas szintű
programozási nyelvek, emberközeli szint. Előnyei: -néhány egyszerű,
könnyen megtanulható ún.
programszerkezet, valamint bizonyos utasítások
megtanulásával
nagyon gyorsan a kívánt eredmény érhető el, -az emberi
nyelvhez
közel álló, - processzor és gépfüggetlen. Néhány ilyen
nyelv:
Pascal, C, dBase, Clipper, Basic, Cobol, Fortran, Logo, PL1
stb.
-
I. Információ-technológiai alapismeretek
38
A magas szintű programozási nyelveknek szükségük van egy olyan
alprogramra, amely az ún. forrásnyelvi programot, vagyis a
magas
szintű nyelven megírt programot soronként értelmezi, és
továbbítja egy másik programnak, amely lefordítja a számítógép
által is
értelmezhető gépi kódra. Az első programot értelmezőnek, vagy
InterpreterInterpreterInterpreterInterpreternek, a másodikat
fordítónak, vagy CompilerCompilerCompilerCompilernek nevezzük.
(A gépi kódú programot forrásnyelvi programmá visszaalakító
programot DecompilerDecompilerDecompilerDecompilernek hívják!) A
magas szintű programozási
nyelvek a számítógép fejlődésével együtt, folyamatosan
változtak,
továbbfejlődtek.
A következő képen a Visual Basic 4.0-s verziójának szokásos
bejelentkező képernyőjét láthatjuk.
37.37.37.37. ábra: Visual Basic 4.0
38. ábra: A számítógépes játékok világa
-
3. Adatábrázolás, számrendszerek
39
3. Adatábrázolás, számrendszerek3. Adatábrázolás,
számrendszerek3. Adatábrázolás, számrendszerek3. Adatábrázolás,
számrendszerek
3.1. Adatábrázolás a sz3.1. Adatábrázolás a sz3.1. Adatábrázolás
a sz3.1. Adatábrázolás a
számítástechnikábanámítástechnikábanámítástechnikábanámítástechnikában
A számítógépek, illetve a számítástechnika történetének
legkorábbi szakaszában is már felvetődött a számok és más adatok
ábrázolásának
kérdése. A tízes számrendszerrel való számolás nagyon nehezen
volt megvalósítható már a mechanikus gépek korában is, de az
elektronikus
számítógépek megjelenése végképp megpecsételte ezt a tárolási
formát.
Az információ legkisebb egysége a bit, bit, bit, bit, amely egy
eldöntendő kérdésre adott válasz információtartalmát képes leírni.
(Egy igen/nem döntésben
rejlő ismeret.) További egységei: 1 byte = 8 bit (szótag);
1 kB = 1024 B (210 = 1024);
1 MB = 1024 kB (= 210 kB = 220 B);
1 GB = 1024 MB (=210 MB = 220 kB = 230 B);
1 TB = 1024 GB (=210 GB = 220 MB = 230 kB = 240 B).
(2 byte = 16 bit, vagy félszó; 4 byte = 32 bit, vagy szó; 8 byte
= 64 bit,
vagy dupla szó)
Valós számok ábrázolása Valós számok ábrázolása Valós számok
ábrázolása Valós számok ábrázolása
Kétféle számábrázolás használatos a valós számok ábrázolására,
a
fixpontos és a lebegőpontos.
Fixpontos számábrázolás Fixpontos számábrázolás Fixpontos
számábrázolás Fixpontos számábrázolás
Bizonyos számú helyiértéken kettes számrendszerben ábrázoljuk
a
számot és rögzítjük, hogy hányadik bit után kell odaképzelni
a
"kettedes" vesszőt. Így nagyon kicsi az ábrázolható számok
tartománya.
Lebegőpontos számábrázolás Lebegőpontos számábrázolás
Lebegőpontos számábrázolás Lebegőpontos számábrázolás
Ennél a módszernél az alapot az ún. számítástechnikai
normálalak
jelenti, ez hasonlít a matematikában használatoshoz. Általános
alakja:
M*pk, ahol M neve mantissza, p a normálási tényező, k a
karakterisztika. A M
-
I. Információ-technológiai alapismeretek
40
A lebegőpontos ábrázolás előnye a leírható számok széles
tartománya
és a viszonylag nagy számolási pontosság. Nagy számok
ábrázolására a lebegőpontos számábrázolás alkalmas. Lássunk néhány
példát! A 2538
normálalakja: 2,538x103 ; a 0,000378 normálalakja: 3,78x10-4
stb.
Karakter típusú adatok tárolásaKarakter típusú adatok
tárolásaKarakter típusú adatok tárolásaKarakter típusú adatok
tárolása
Karakternek nevezzük a betűket, írásjeleket, számjegyeket, stb.
Ezek ábrázolását is meg kellett oldani, természetesen bináris
alakban. Azaz
minden karakterhez rendelni kell egy bináris számot, ezt
nevezzük kódolásnak. Ma a legelterjedtebb kódolási rendszerekben 1
byte-on
kódolják a karaktereket, ami 256 féle jel megkülönböztetését
teszi lehetővé. Azt a táblázatot, amely leírja ezt a kapcsolatot
kódtáblázatnak
nevezzük.
Kódrendszerek (karakterek ábrázolása)Kódrendszerek (karakterek
ábrázolása)Kódrendszerek (karakterek ábrázolása)Kódrendszerek
(karakterek ábrázolása)
A kódoláskódoláskódoláskódolás nem más, mint jelátalakítás. Egy
adott jelsorozatnak
valamilyen más jelformába történő átalakítása. A
számítástechnikában a kódolásnak kulcsfontossága van, hiszen
köztünk és a számítógép processzora között az információt át
kell
alakítani, vagyis kódolni kell. Az IBM kompatibilis
számítógépek
világában a legfontosabb az ASCII kódrendszer. Elterjedt a BCD
kód
is, ez utóbbi jelentése binárisan kódolt decimális szám. A BCD
kód
hátránya, hogy a kisbetűket nem tudja ábrázolni. Ennek
kiküszöbölésére vezették be a kiterjesztett BCD kódot az
EBCDIC-t.
Összetett adattárolási egységekÖsszetett adattárolási
egységekÖsszetett adattárolási egységekÖsszetett adattárolási
egységek Az adatok mennyiségének növekedésével szükségszerűen
alakultak ki.
Bennük az egyes adategységek szervezési módja különböző lehet,
annak felhasználási módjától függően megkülönböztetjük a
következőket. TömbTömbTömbTömb
A tömb adatelemei általában egyforma típusúak. Ezek lehetnek
akár
bájtnyi elemek, akár ennél hosszabbak is. Az egyes elemeket az
ún.
index-szel azonosítjuk. Az index olyan változó, amely ún.
felsorolható
típus, azaz az elemek sorrendje egyértelmű. (Legtöbbször az
egész
számokat használjuk.) Szokásos jelöléssel például: A(3), az A
tömb
harmadik eleme. Többfajta tömböt szokás megkülönböztetni:
Egydimenziós tömbEgydimenziós tömbEgydimenziós tömbEgydimenziós
tömb: (Szokás vektornak is nevezni.) Azért nevezzük
egydimenziósnak, mert egy index alkalmas az elemek
megkülönböztetéséhez.
-
3. Adatábrázolás, számrendszerek
41
Kétdimenziós tömb:Kétdimenziós tömb:Kétdimenziós
tömb:Kétdimenziós tömb: (Szokás mátrixnak is nevezni.) Ez
tulajdonképpen nem más, mint egy táblázat. Az elemek egyértelmű
azonosításához két
indexre van szükség. (Ha táblázatnak képzeljük az egyik index a
sor, a másik az oszlop azonosítására szolgál.)
Háromdimenziós tömbHáromdimenziós tömbHáromdimenziós
tömbHáromdimenziós tömb: (Ezt szokás valódi tömbnek nevezni.)
Elképzelhetjük egymás fölé rétegzett táblázatnak. Ekkor a három
index
sorra a réteget, sort és oszlopot azonosítja.
Több dimenziós tömbökTöbb dimenziós tömbökTöbb dimenziós
tömbökTöbb dimenziós tömbök: Definiálhatunk magasabb
dimenziószámú
tömböket is. Ekkor természetesen a dimenziószámnak megfelelő
számú
indexre van szükség az egyes adatelemek azonosításához. Ezeknek
a tömböknek már nehezebb szemléletes jelentést adni.
RekordRekordRekordRekord Ez az adatszerkezet az
adatbázis-kezelésben kapott igen nagy
szerepet. Lényege, hogy különböző típusú, de egy, egyedhez
tartozó adatokat egy egységként kezeljük. A rekord részeit
mezőknek
nevezzük.
(A tömböket és a rekordokat a szerkezetük definiálja.)
SorSorSorSor (angolul: queue.)
Ennek a szerkezetnek a kezelése úgy történik, hogy a
következő
tárolandó elemet az előzőleg tárolt elem után helyezzük el.
Adatot
előhívni mindig a sor elejéről lehet. Ezt szokás az angol
elnevezés
alapján FIFO szerkezetnek nevezni. (First In First Out, azaz
amit
elsőnek tettünk bele, azt elsőnek vegyük ki.) Ilyen módon
működik
például nyomtatási sor, ahol a nyomtatóra küldött adatokat
ideiglenesen
tároljuk, majd az érkezés sorrendjében történik a tényleges
nyomtatás.
39. ábra: Sor adatszerkezet
VereVereVereVerem m m m (angolul: stack) Ennek a szerkezetnek a
kezelése úgy képzelhető el, mint egy a földbe
vájt verem feltöltése, ürítése. (innen a neve.) Az
egyes elemeket sorra rakjuk bele a verembe, majd
ugyanott vesszük ki. Ennek megfelelően az
utolsónak elhelyezett elemet emelhetjük ki
legelőször. Angol elnevezés alapján szokás ezt
LIFO szerkezetnek nevezni. (Lasit In First Out,
azaz amit utoljára tettünk be, azt elsőnek vegyük
ki.) Ilyen módon működik például a felhasználói
programokban megszokott visszavonás művelete. Mindig az utoljára
elvégzett műveletet lehet elsőnek visszavonni.
40. ábra: Verem
-
I. Információ-technológiai alapismeretek
42
Láncolt listaLáncolt listaLáncolt listaLáncolt lista
A láncolt lista lényege, hogy a listaelemek helyzetét egymáshoz
képest határozzuk meg. Egy elem legalább két részből áll: egy
adatrészből és
egy mutatóból
(pointer). Az
adatrész
tartalmazza a
tárolni kívánt információt,
míg a pointer a következő
elemre mutat. Az ilyen szerkezetet egyirányban láncolt
listának
nevezzük.
Két irányban is összekapcsolhatjuk az elemeket, ha egy
adatrészhez
két mutatót
kapcsolunk.
A kezdő
elemet
listafejnek
szokás
nevezni,
ennek helye
rögzített. Az
utolsó elem valamilyen null értékre mutat. A lista nagy előnye,
hogy
könnyen bővíthető, módosítható, csak a pointereket kell
változtatni
egy-egy elem beszúrásához, vagy törléséhez.
(A sort, a vermet és a listát a kezelési módja definiálja.) Az
összetett adattípusok osztályozásaAz összetett adattípusok
osztályozásaAz összetett adattípusok osztályozásaAz összetett
adattípusok osztályozása A kezelés módja szerint kétféle lehet az
adatszerkezet: Statikus szerkezetekStatikus szerkezetekStatikus
szerkezetekStatikus szerkezetek: Amikor előre tudjuk a tárolandó
adatok hosszát, ismerjük a memória igényt, előre lefoglalhatjuk a
szükséges tárhelyet. A sor és a verem ilyen szerkezet. Előnye a
könnyebb kezelhetőség, hátránya, hogy ritkán lehet egészen pontosan
előre megjósolni a memória igényt, így vagy fölösleges helyfoglalás
történik, vagy kevés lesz a hely. Dinamikus szerkezeDinamikus
szerkezeDinamikus szerkezeDinamikus szerkezetektektektek: A
dinamikus kezelés során nincs előre lekötött tárhely, folyamatosan
lefoglalásra a memória, éppen annyi, amennyi szükséges. Tipikusan
ilyen szerkezet a láncolt lista. Általában is a pointerek nagy
szerepet játszanak a dinamikus tárkezelésben. Az adatokhoz való
hozzáférés szerint szintén két csoportba oszthatjuk az
adatszerkezeteket: Soros (szekvenciális) hozzáférés: Soros
(szekvenciális) hozzáférés: Soros (szekvenciális) hozzáférés: Soros
(szekvenciális) hozzáférés: Az ilyen adattípusoknál az egyes
elemekhez a fizikai elhelyezés sorrendjében férhetünk hozzá.
Ilyenkor az adatelérés lassú, de könnyű a szervezés. A
szekvenciális szervezés esetén az adatoknak a fizikai
rendezettségen túl van egy az adatfeldolgozást segítő logikai
sorrendisége is.
41. ábra: Egyirányban láncolt lista
42. ábra: Kétirányban láncolt lista
-
3. Adatábrázolás, számrendszerek
43
Direkt hozzáférésDirekt hozzáférésDirekt hozzáférésDirekt
hozzáférés: Az ilyen adattípusnál, az adatok pontos helyét meg kell
tudni határozni. Nem mindig egyszerű a hozzárendelést elvégezni. Ez
a módszer mindenképpen gyorsítja az adatelérést, de nehéz a
szervezés és sokszor fölösleges helyfoglalással jár. Sokszor a két
elérést kombinálják: az adat helyét egy nagyobb területre
korlátozzák (direkt hozzáférés), majd ezen belül sorosan, vagy
szekvenciálisan keresik ki az adatot.
3.2. Számrendszerek3.2. Számrendszerek3.2. Számrendszerek3.2.
Számrendszerek
A számrendszerek közül a kettes (binárisbinárisbinárisbináris)
és a tizenhatos
(hexadecimálishexadecimálishexadecimálishexadecimális) számrendszer
bír kiemelkedő fontossággal a
számítógépek világában. A mai számítógépek a Neumann-elveknek
megfelelően bináris kódolást használnak. Ezt a legkönnyebb
megvalósítani elektronikai szempontból. A hexadecimális
számrendszer könnyen átalakítható kettessé és viszont, és ebben
felírva a számok
sokkal rövidebbek.
Alapismeretek:Alapismeretek:Alapismeretek:Alapismeretek:
A kettes számrendszerben használható számjegyek: 0, 1
Helyiértékei: 2 hatványai.
A 16-os számrendszerben használható számjegyek:
0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F
Helyiértékei: 16 hatványai
Általánosan: "p" helyiértéken ábrázolható legnagyobb szám
2p-1, ill. 16p-1 , "x" helyiértéken felírható összes szám
2x,ill. 16x db.
Átszámítás egyik számrendszerből a másikba:Átszámítás egyik
számrendszerből a másikba:Átszámítás egyik számrendszerből a
másikba:Átszámítás egyik számrendszerből a másikba:
a) 10a) 10a) 10a) 10----ből 2ből 2ből 2ből 2----be, és 2be, és
2be, és 2be, és 2----ből 10ből 10ből 10ből 10----be!be!be!be!
Feladat: Számoljuk át a 201-et!
Megoldás:
A feladatot ún. maradékos osztással oldjuk meg! Az eljárás
lényege,
hogy a számrendszer alapszámával, 2-vel osztjuk a számot, a
maradékot leírjuk. Addig ismételjük az eljárást, amíg megkapjuk
az
utolsó maradékot.
201|
100|1
50|0
25|0
12|1
6|0
3|0
1|1
0|1
-
I. Információ-technológiai alapismeretek
44
A kettes számrendszerbeli számot úgy kapjuk meg, hogy a
maradékokat fordított sorrendben, hátulról előre felé haladva
leírjuk. Ellenőrizzük le a számítás helyességét!
110010012 Mennyi a tízes számrendszerben?
Helyiérték táblázat:
27=128 26=64 25=32 24=16 23=8 22=4 21=2 20=1
1 1 0 0 1 0 0 1
1*128 1*64 0*32 0*16 1*8 0*4 0*2 1*1
128+ 64+ 0+ 0+ 8+ 0+ 0+ 1= 201
Feladat: Számítsuk át tízes számrendszerbeli számokra! 111010102
10001112
Megoldás:
Egy szám valódi értékét megkaphatjuk a helyiérték, és a
helyiértéken
található értékek szorzatainak összegeként, ahogyan az előző
feladat
ellenőrzés részében láthattuk!
b) 10b) 10b) 10b) 10----ből 16ből 16ből 16ből 16----ba, és 16ba,
és 16ba, és 16ba, és 16----ból 10ból 10ból 10ból
10----be!be!be!be!
Feladat: Számítsuk át a 23210-et!
Megoldás: Most is maradékos osztást végzünk!
23210|
1450|A
90|A
5|A
0|5
5AAA16 Ellenőrizzük le!
Helyiérték táblázat:
163=4096 162=256 161=16 160=1
5 A A A
5*4096 10*256 10*16 10*1
20480+ 2560+ 160+ 10= 23210
Feladat: Számítsuk át 16-ból 10-be a következő számokat!
2AFD16, BCE216
Megoldás: Teljesen analóg az előzővel!
c) Átszámítás 2c) Átszámítás 2c) Átszámítás 2c) Átszámítás
2----ből 16ből 16ből 16ből 16----ba, és viszont!ba, és viszont!ba,
és viszont!ba, és viszont! A két számrendszerből közvetlenül
számolhatunk át egymásba a 10-es
számrendszer érintése nélkül. Figyeljük meg a következő
szabályosságot!
-
3. Adatábrázolás, számrendszerek
45
2 16 2 16 2 16 2 16
0000 0 0100 4 1000 8 1100 C
0001 1 0101 5 1001 9 1101 D
0010 2 0110 6 1010 A 1110 E
0011 3 0111 7 1011 B 1111 F
Négyes csoportokra bontva a kettes számrendszerbeli számot
közvetlenül átírhatjuk tizenhatosba, és viszont.
Feladat: Írjuk át a következő számot 16-os számrendszerbe! 1101
0101 0100 11002
Megoldás: Használjuk az előző táblázatot! D 5 4 C
Az ellenőrzés is egyértelmű! Ebből az utolsó feladatból látszik,
hogy miért használják a
számítástechnikában a 16-os számrendszert is. Óriási előnye,
hogy
pillanatok alatt átszámítható a 16-osban megadott szám a 2-esbe.
Az
emberek számára általában a 2-es számrendszer használata
idegen,
nehézkes. Viszont a 16-ossal könnyen elboldogulnak.
Törtszámok ábrázolása kettes számrendszerbenTörtszámok
ábrázolása kettes számrendszerbenTörtszámok ábrázolása kettes
számrendszerbenTörtszámok ábrázolása kettes számrendszerben
A "kettedes" törtek ábrázolása tulajdonképpen következik az
eddigiekből. A "kettedes" vessző utáni helyiértékek 2
negatív
hatványai.
0
,
0 1 1 0 1 0 12
2-
1
2-
2
2-
3
2-
4
2-
5
2-
6
2-
7
Nézzük az átváltást:
0,01101012 = 0*2-1 +1*2-2 +1*2-3 +0*2-4 +1*2-5 +0*2-6
+1*2-7=0,4140625 Egyszerűbben felírva:
0,01101012 =0,25+0,125+0,03125+0,0078125=0,4140625
Tizedes tört átváltásakor az egész részt a fentebb tanultak
szerint kell
átváltani binárisba. A törtrész különválasztva a következő
szabály
szerint váltjuk át: A számot szorozzuk kettővel, az egész részét
írjuk ki,
a törtrészével folytatjuk a műveletet addig, amíg a törtrész
nulla nem lesz, vagy amíg el nem értük a kellő számú
"kettedes"-jegyet. Nézzük a
példát!
-
I. Információ-technológiai alapismeretek
46
0,4140625
0,828125 0 0,4140625 szorozva kettővel 0,828125, egészrésze
0
1,65625 1 0,828125 szorozva kettővel 1,65625, egészrésze 1
1,3125 1 0,65625 szorozva kettővel 1,3125, egészrésze 1
0,625 0 0,3125 szorozva kettővel 0,625, egészrésze 0
1,25 1 0,625 szorozva kettővel 1,25, egészrésze 1
0,5 0 0,25 szorozva kettővel 0,5, egészrésze 0
1 1 0,5 szorozva kettővel 1, egészrésze 1
0
Az egész részeket felülről lefelé haladva kell a "kettedes"
vessző után
írni:
0,4140625=0,01101012
AlapműveletekAlapműveletekAlapműveletekAlapműveletek
Összeadás kettes számrendszerbenÖsszeadás kettes
számrendszerbenÖsszeadás kettes számrendszerbenÖsszeadás kettes
számrendszerben
A kettes számrendszerben az összeadáshoz csak néhány
műveleti
szabályt kell ismerni, sokkal kevesebbet, mint bármely más
számrendszerben.
02 +02 =02 12 +02 =02 +12 =12
12 +12 =102 12 +12 +12 =112
E szabályok alkalmazására nézzünk egy újabb példát:
1 0 0 1 1 02
1 0 0 1 1 12
1 0 0 1 1 0 12
-
3. Adatábrázolás, számrendszerek
47
Szokás szerint balról jobbra haladunk. A 0. biten 02 +12 =12
nincs átvitel, mert az eredmény egyjegyű. Az első biten 12 +12 =102
átvitel 1,
a következő bitre.
-
I. Információ-technológiai alapismeretek
48
A második biten 12 +12 +12 =112 a harmadik egyes, az előző
bitről lett
áthozva, az átvitel 1. A harmadik biten 02 +02 +12 =1, nincs
átvitel. A negyedik biten 02 +02 =02 nincs átvitel. Az ötödik biten
12 +12 =102,
ahol mind a két számjegyet le kell írni, mivel elfogytak az
összeadandók.
Szorzás kettes számrendszerbenSzorzás kettes
számrendszerbenSzorzás kettes számrendszerbenSzorzás kettes
számrendszerben
A többjegyű számok szorzását gyakorlatilag ugyanúgy kell
elvégezni,
mint a tízes számrendszerben, azonban mivel csak 0 és 1 létezik,
vagy
nulla az eredmény, vagy az eredeti számot kell leírni. Nézzük a
példát!
1 0 12 * 1 1 02
0 0 0
1 0 1
1 0 1
1 1 1 1 02
A részsorok összeadásához a már megismert módszert kell
követni!
Negatív számok ábrázolNegatív számok ábrázolNegatív számok
ábrázolNegatív számok ábrázolása kettes számrendszerbenása kettes
számrendszerbenása kettes számrendszerbenása kettes
számrendszerben
A számítógép előjeles számok ábrázolására az ún. kettes
komplemens
képzést használja. Az előjel a legelső biten jelenik meg, ez
"elvész " a
számábrázolás számára. 0 a pozitív, 1 a negatív előjel bit.
Legegyszerűbb lenne, ha a pozitív megfelelőben az előjelet
kicserélve képeznénk a negatív számot. Ez a módszer azonban nem jó.
Helyette
használatos a fentebb említett kettes komplemens. A kettes
komplemens működéséhez nézzük meg "ugyanezt" tízesben
először.
Tegyük fel, hogy csak egy számjegyet használunk.
8 8
-3 7
5 1 5
Majdnem ugyanaz az eredmény a második esetben is, de nem kell
tudni
kivonni hozzá. Persze kérdés, hogy a 15-ben az egyessel mi lesz.
Azt
mondjuk túlcsordult. Az ötlet tehát az, hogy a negatív számhoz
adjuk
hozzá a legnagyobb ábrázolható számot (9) és még egyet
(9+1=10).
-
3. Adatábrázolás, számrendszerek
49
Ez a szám a jótékony túlcsordulás miatt pont úgy viselkedik,
mint a negatív szám. Sajnos a kettes komplemensben adódnak még
némi
problémák, de az elv ugyanaz. Nézzük hogyan kell kettes
komplemensben ábrázolni a számokat!
Példáinkban nyolc bitet használunk, azaz az első bit az előjel
és 7 bit marad a számábrázolásra. Ilyen módon a legnagyobb pozitív
szám 127,
a nullánál nagyobb számoknál csak annyi a feladat, hogy eléírjuk
a 0
előjel bitet.
Pl.: 115=011100112
A negatív számok felírása kicsit bonyolultabb. Három módszert is
mutatunk. Próbáljuk ki őket a -115-tel.
I. módszer I. módszer I. módszer I. módszer (Ez nem más, mint
amit a tízes számrendszerben csináltunk.):
A legnagyobb ábrázolható pozitív szám a 127. Plusz 1-et adjunk
hozzá, a -115-höz. Az eredmény 13. Ez binárisban: 0001101, eléírva
az 1-es
előjel bitet a következő lesz:
-115=100011012
II. módszer: II. módszer: II. módszer: II. módszer:
Először írjuk fel a szám abszolút értékét binárisan!
011100112
Váltsuk át az összes bitet ellenkezőjére, azaz az egyeseket
nullára, a
nullákat egyesre!
100011002
Adjunk hozzá egyet a számhoz!
100011012 III. módszer: III. módszer: III. módszer: III.
módszer:
Először írjuk fel a szám abszolút értékét binárisan!.
011100112
Jobbról indulva az első 1-ig (az 1 is) hagyjuk változatlanul, a
többit
pedig váltsuk ellenkezőjére.!
100011012
Mindhárom módszer ugyanazt az eredményt adja. Próbáljuk ki, hogy
ez a szám valóban úgy viselkedik, mintha negatív lenne. (Például
adjuk
hozzá a 115-höz. Az eredmény valóban nulla lesz.) Ha látunk egy
kettes komplemens számot hogyan alakíthatjuk át tízes
számrendszerbe? Ha az előjel bitje nulla, tehát a szám pozitív a
már ismert módszert alkalmazhatjuk a maradék hét bitre. Ha azonban
az
előjel bit 1, vagyis a szám negatív az átváltás nem ennyire
egyszerű. Tulajdonképpen a fenti három módszer visszafelé
eljátszásával
próbálkozhatunk. (A harmadik módszert nem lehet megfordítani
csak az első kettőt!)
1. Válasszuk le az előjel bitet és vonjunk ki a számból egyet.
2. Vonjuk ki a kapott számot 128-ból, így megkapjuk a negatív
számunk abszolút értékét.