Computer history 2

A számítástechnika története

Számolás, számolást segítő eszközök

• Zsinórra kötött csomók.

Ősember Ujjak

digitus digit

Első számolóeszközei:

• Kavicsok• Fadarabok

Az emberek kezdettől fogva törekedtek olyan eszközök előállítására, amelyek magát a számolást teszik könnyebbé.

Abakusz

Vágatokba helyezett kövekből állt.

calculus kalkulátor

Hasonló eszközök fejlődtek ki Európában és a Távol-Keleten.

Kína → szuanpan

Japán → szoroban

John Napier (1550-1617)

• Tizedespont használat.

Csont illetve falécek használatával gépiesítette a számolást.

1617-ben készítette el a „Napiér-pálcák” elnevezésű számológépét, amellyel gyorsan lehetett nagy számokat is szorozni és osztani.

• Logaritmus elv

Wilhelm Schickard (1592-1635)

Az IBM által 1960-ban elkészített modell működött.

• 1623: mechanikus számológép

4 alapművelet

• A gép megsemmisült.

Blaise Pascal (1623-1662)

2 alapműveletet tudott (+, -)

1642-1644 között építi meg számológépét, hogy

megkönnyítse apja munkáját.

7 példányban készült el.

pascaline

Gottfried Wilhelm Leibniz(1646-1716)

1672: mechanikus számológép.

Szorzás, osztás, gyökvonás.

A gép alapelve a változó foghosszúságú bordástengelyen alapult.

Gottfried Wilhelm Leibniz(1646-1716)

1679: ismertette a kettes számrendszert.

Nevéhez még két felfedezés fűződik, melynek nagy szerepe van a számítások korszerűsítésében:

1666: bebizonyította, hogy egy számolási művelet egymás után elvégezhető, egyszerűbb lépések sorozatára bontható.

Joseph Marie Jacquard(1752-1834)

1810: automatikus szövőszék

Vezérlés: fából készült, kilyuggatott lapok („kártyák”)

Charles Babbage (1791-1871)

1820-as évek eleje: Difference Engine (differenciagép)

Logaritmus táblázatok pontos és gyors elkészítését teszi lehetővé.

Differenciagép

1853: első működő darab.Pehrl Scheutz és fia Edward Scheutz készíti el.

1940-ig használják.

1833: Analitical Engine (analitikus gép)

Teljes differenciagép

Charles Babbage

Előre elkészített program által vezérelt számológép.

Babbage-et a modern számítógépgyártás megalapozójának tekintjük ennek megalkotásáért.

Hermann Hollerith (1860-1929)Először alkalmazta a lyukkártyát információ-tárolóként és ezzel a gépi adatfeldolgozás megalapítójának tekinthető.

1896: Tabulating Machine Company

1924: International Business Machines Company (IBM)

Hollerith rendezőgépe

Eredmény két év alatt.

1880-as népszámlálás eredménye 7 év elteltével születik meg.

1890-es népszámlálás adatainak feldolgozására rendezőgépet dolgozott ki.

Lee DeForest

A modern elektronika alapítója.

1906-ban feltalálta az elektroncsövet, majd a Palo Alto-i Stanford Egyetem 1909-ben megtette az első 500$-os kutatási beruházást az elektroncsőnek a hangtovábbításhoz történő felhasználására.

Az első generációs számítógépekben az elektronikus áramköröket elektroncsövek alkották.

Elektroncső

Colossus

A II. világháborúban tudósok és matematikusok egy csoportja Bletchley Parkban (Londontól északra) létrehozta az első teljesen elektronikus digitális számítógépet. 1943 decemberére készült el.

Összesen 10 darab készült belőle.

Colossus

1500 elektroncsövet tartalmazott.

5 kHz-es órajel.

25000 karakter/másodperc feldolgozás.

A németek Enigma nevű rejtjelét fejtették meg vele.

Howard H. Aiken (1900-1973)

1939-1944: Mark I.Cambridge-ben az IBM laboratóriumában épült meg a Babbage elven működő gép, az ASCC, más néven Mark I.

1948: Mark II.

Ezek még elektromechanikus (relés) működésű, külső vezérlésű gépek voltak.

ASCC (Mark I)

• Logaritmus-, az exponenciális és a szinusz/koszinusz-függvény értékeit is lehetett vele számítani.

• 760ezer elemet;

• 800km-nél több vezetéket tartalmaz;

• 200 művelet/perc;

• 2 szám összeadása 1/3mp alatt;

• Szorzáshoz 6 mp;

• Osztáshoz 12 mp-re volt szüksége de a számok akár 23 jegyűek is lehettek.

3. Milyen műveletet kell végezni.

A gépet egy papírszalag segítségével lehetett vezérelni, amelyre sorosan vitték fel a gépnek szóló utasításokat vagy parancsokat.

Minden utasítás 3 részből állt:

1. Az első azt mutatta hol található az adat;

2. Hol kell tárolni a végeredményt;

Mark

II

Aiken 1950-ben elkészíti a Mark III.-at és 1952-ben a Mark IV.-et, amelyek már elektronikus működésű gépek voltak.

Mark

III

A valódi áttörést az IBM azon felismerése hozta meg, hogy a tudományos társadalomnak nem bonyolult számításokat gyorsan végző gépek, hanem elektronikus úton, digitális számjegyekkel dolgozó valódi „gondolkodó” számítógépek kellenek.

Alan Mathison Turing (1912-1954)

Az 1930-as években elsőként adta meg a program és a programozható számítógép modelljét /absztrakt számítógép/.

Ez a modell lett a róla elnevezett Turing-gép melynek 3 fő része:

• Munkatárszalag;

• Író/olvasó fej;

• Vezérlőegység.

ENIAC

Ennek alapján dolgozta ki Neumann János a tárolt program elvű digitális számítógépek felépítésének elveit.

1946. Február 15-én jelentették be J.W. Mauchly, H.G.Goldstine és J.P.Eckert által készített első elektronikus működésű számítógépet az ENIAC-ot.

ENIAC

• 5000 összeadást tudott mp-enként.

• 30 m hosszú,• 3 m magas,• 1 m széles,• Tömege: 30 t,• Teljesítményfelvétel:

140 kW• Építési költség: 10

M$

9 év után 1955-ben múzeumban állították ki.

• 18000 elektroncső,

• 6000 kapcsoló,

• 1500 relé,

• 70000 ellenállás

• 10000 kondenzátor volt a gépben.

• 333 szorzást,

Neumann János (1903-1957)

Úgyhogy befejezését tekintve ez volt az első tárolt programú számítógép.

Neumann, Goldstine és Burks 1946-ban publikálták a 2-es számrendszer használatának és a programok tárolásának elvét.

Elgondolásaik alapján a Pennsylvania Egyetemen építették meg az EDVAC-ot, a Neumann elven működő elektronikus számítógépet 1949-ben.

Az első tárolt programozású számítógép pedig az EDSAC volt, melyet M. V. Wilkes 1949-ben a cambridge-i egyetemen helyezett üzembe pár hónappal az EDVAC előtt.

Neumann-féle számítógép struktúra

• Ki/bemeneti egységek.

• Vezérlő egység (Control Unit - CU);

• Aritmetikai és logikai egység (ALU);

• Tár (memória);

Neumann elvek

2. Soros működés: egymás után dolgozza fel a program által meghatározott utasításokat. (bináris számrendszert használjon)

1. Elektronikus felépítés: a számítógép teljesen elektronikus felépítésű és működésű legyen.

Neumann elvek

3. Belső programvezérlés és tárolt program: a vezérlő egység határozza meg a működést a tárból kiolvasott utasítások alapján, emberi beavatkozás nélkül. A programok és az adatok ugyanabban a belső tárban tárolódnak.

4. Többcélú felhasználás: legyen univerzális Turing-elvű gép, tetszőleges feladat elvégzésére alkalmas legyen.

I. Generációs IBM gépek

1953: IBM 701

1954: IBM 650

Az első generációs gépek közül az IBM 650 volt a legelterjedtebb.

IBM 650

Tranzisztor

A Bell Laboratóriumban 1947-ben W.H. Bratain, J.Bardeen és W. Schockley feltalálta a tranzisztort.

A korszak nagyjából 1959-1965-ig tehető.

Alkalmazásával fejlesztették ki az ún. 2. generációs számítógépeket.

2. Generációs számítógépek• Méretük (1m3 alá) és hőhatásuk lényegesen

kisebb.

• Olcsóbbá, jobban elérhetővé váltak.

• Programozásuk Assembly nyelven történik.

• Megjelentek az első szoftvertermékek

• A gépek üzembiztonsága lényegesen javult.

• Sebességük és tárolókapacitásuk nagyobb volt elődeiknél (1millió művelet/mp)

Gyors fejlődés, új korszak!

Az UNIVAC az első sorozatban gyártott számítógép.Szaporodtak a számítógépgyártással foglalkozó cégek is.

1950: BINAC

1951: UNIVAC → már mágnesszalagos háttértárral is rendelkezett.

5600 elektroncső;

18000 dióda;

19 t súly;

1 M $-ba került.

Dióda

II. Generációs IBM gépek

IBM 1620

IBM 1401

IBM 7090-7094

Az 1400-as sorozatból 17000 db.-ot helyeztek üzembe!

IBM 1620 képek

IBM 1401 Képek

IBM 7090 Képek

IBM 7094 Képek

Integrált Áramkörök (IC)

Számítógépek mérete csökkent

Új korszak nyílt meg, a mikroelektronika korszaka, amikor 1958-ban J. Kilby és R. Noyce feltalálta az Integrált Áramkört (IC). (3. Generáció (1965-1971))

Az IC szilíciumlapra helyezett apró áramköri elemeket tartalmaz.

Integrált Áramkörök (IC)

A gépek gyorsabbak (10-15M művelet/mp),

Több adatot tárolhatnak

Megjelennek az első valódi operációs rendszerek.

Többféle periféria csatlakoztatható (megjelenik a monitor és a billentyűzet)

III. Generációs IBM gép

1964-ben készítették el az első integrált áramkört tartalmazó számítógépet, az IBM 360-at.

A mágnesdob helyére a mágneslemez került.

IBM 360 öröksége

• Több szempontból is a korszak legnagyobb hatású számítógépe volt az IBM 360-as, sok jellegzetessége gyakorlatilag szabvánnyá vált a számítógépiparban.

• 1969-ben ennél a gépcsaládnál választották szét először a hardvert és a szoftvert.

Az 1960-as évek végén, a 70-es évek elején megszülettek azok a nagymértékében integrált (LSI) áramkörök, amelyek felhasználásával sikerült előállítani zsebszámológépeket, digitális órát, videojátékokat. Emellett megjelentek a dinamikus RAM-tárak.

1980-ra megépült az IBM 3081 számítógép.

Megszülettek a mini- és mikroszámítógépek.

IBM 3081

4. generáció

A mikroprocesszor megjelenéstől számítjuk.

Az operatív tár mérete jelentősen nő: egy közepes 2. generációs gép (IBM 1401) memóriájának mérete 4 és 16kbájt között volt, a 4. generációs IBM 4341-nek már ezerszer akkora, 4-16Mbájt volt.

Méretcsökkenés, nagy megbízhatóság jellemzi ezeket a gépeket.

A számítógép alapelemeit (processzor, memória) néhány integrált áramkör tartalmazza.

4. generáció

A gépek mérete, energiafogyasztása és ára jelentősen csökken,

Elterjednek az adatbázis- és táblázatkezelők, szövegszerkesztők.

Az operációs rendszerek ennek a felhasználási módnak megfelelően fejlődnek tovább.

Általánossá váltak a közvetlen géphozzáférést lehetővé tevő perifériák: billentyűzetek, képernyők, fényceruzák, egerek, vonalkód-olvasók.

Teljesítményük nő: több millió utasítás/mp

5. generációÁtmeneti korszak:

Fő irányzat: A mesterséges intelligencia létrehozása.

Öntanuló, önfejlesztő-karbantartó programok.

Internet, multimédia és telekommunikáció dinamikus fejlődése, térhódítása.

Többprocesszoros gépek

Teljesítmény, tárolókapacitás növekedés

Miniatürizálás

Magyar tudósok a számítástechnikában

Neumann János (1903-1957)

1903. december 28-án született Budapesten

Nagy nyelvtehetség volt.

Budapesti Evangélikus Gimnázium

5. osztály legjobb matematikusa címet elnyerte.

1920-ban az ország legjobb matematikus-diákja kitüntetést is kiérdemelte.

Budapesti Tudományegyetem bölcsész karán tanult tovább, matematika szakon.

Itt is doktorált.

1933-ig Németországban dolgozott, majd az USA-ba költözött.

A II. világháború elejére a lökés- és robbanási hullámok vezető szakértője lett.

1943 végén csatlakozott az atombomba előállításán dolgozó csoport munkájához.

1945-től a princetoni Elektronikus Számítógép projekt igazgatója lett.

1945-ben megjelent írásában foglalta össze a Neumann-elveket.

1955-ben rákot diagnosztizáltak nála, és rá két évre elhunyt.

John George Kemény (1926-1992)

1926. május 31.-én született Magyarországon, ám gyermekévei után a szüleivel együtt 1940-ben az USA-ba emigrált.

Középiskola: New York-ban végezte

Egyetem: Princeton

’45-46 között Los Alamosban dolgozott az atombomba tervén Neumann Jánossal és Szilárd Leóval együtt.

1948-49-ben Albert Einstein kutató asszisztense volt.

Ragyogó feladatmegoldó volt

Munkatársaival együtt megalkotta a BASIC programozási nyelvet.

Az első BASIC nyelvű program 1964. május 4.-én hajnali 2 órakor futott le Dartmouth-ban.

Számítástechnikusok gépkezelés-oktatására szánták és alkalmazták.

1992. december 26.-án halt meg az amerikai Hannoverben.

Kozma László (1902-1983)

1902. november 28.-án született Miskolcon.

1921-ben az Egyesült Izzóban, mint villanyszerelő helyezkedett el.

1925-től a század első felének egyik legjobb műegyetemének, a brünni német műszaki egyetemnek a hallgatója lett.

Szenvedélyesen érdeklődött minden telefonos áramköri rajz iránt.

1930: az antwerpeni Bell Telphone cég mérnöke

1942 visszajött Magyarországra

1945 és 1949 között a budapesti Standard Villamossági RT. Műszaki igazgatója.

1949-től a budapesti Műszaki Egyetem tanára, a villamosmérnöki kar egyik alapítója.

1957: MESZ-1: ország első programvezérelt jelfogós számítógépe

1959: M-3: első magyar elektronikus számítógépelső magyar elektronikus számítógép

1960 és 1963: BME villamosmérnöki kar dékánja.

1976: MTA tagja.

1983. november 9.-én halt meg Budapesten

MESZ-1

Kalmár László (1905-1976)

1905. március 27.-én született a Somogy megyei Edde-ben.

5 éves kora előtt iskolás lett.

Középiskola: I. kerületi Magyar Királyi Állami Főgimnázium

Egyetem: Budapesti Királyi Magyar Pázmány Péter Tudományegyetem Bölcsészettudományi Kar - matematika-fizika szak.

Matematikai és Fizikai Társulat által rendezett matematikai tanulóverseny első díját elnyerte.

1927: ledoktorált.

A szegedi egyetemre került, ahol intézeti tanár (1946), majd egyetemi tanár (1947) lett. 1961-ben az MTA tagjává választották.

1956-ban a számítástudomány felé fordult, szervezett egy kis csoportot melynek a kutatási tárgya a matematikai logika és alkalmazásai.

modell

machina docilis (tanulékony gép)

Szegedi katicabogár

József Attila Tudományegyetemen megkezdődött a programozó matematikus képzés (1957)

1976. augusztus 2-án halt meg.

A számológépek elméletében Kalmár érte el az első hazai eredeti tudományos eredményeket.

Nemes Tihamér (1895-1960)

1895-ben született Budapesten.

A harmincas években a Posta Kutató Intézetében dolgozott.

Olyan berendezéseket tervezett, amelyek az emberi tevékenységet modellezték.

Érdekelte, ami elektrotechnikai, logikai, szimuláció, modellezés, de legjobban a logikai gép.

Egyike volt azoknak, akik a magyar televíziózást megteremtették.

1953-ban készítette az első magyar kísérleti tv-adó berendezést.

A nevéhez fűződő alkotások joggal teszik őt nemcsak a kibernetika, hanem a magyar számítástechnika egyik jeles úttörőjévé is.

1962-ben megjelenik „Kibernetikai gépek” c. könyve, két évvel halála után.

Processzorok fejlődése (INTEL)

Az Intel (INTegrated ELectronics) 1981-ben az első IBM PC megjelenésekor az egyike volt a világ 5-6 vezető mikroprocesszor-gyártó cégnek.

Noyce kifejlesztett egy olyan eljárást, amivel számtalan tranzisztort lehetett egyetlen chipre építeni.

A céget 1968. augusztusában alapította meg Andrew Grove, Gordon Moore és Robert Noyce.

Ma már a világ legnagyobb gyártója.

Az IBM 1981. júliusában jelentette be az első IBM PC-t, amibe az Intel 8088-as processzora került.

Az új gép neve az IBM PC/XT (eXtended Technology)

Az IBM hamarosan kiküszöbölte a PC hibáit, pl. a szalagos lemezegységet lecserélte floppyra. Az MDA típusú monitorokat pedig CGA v. Hercules monitorokra.

MDA monitor

8088-as Alaplap

8088-as Processzor

Ehhez persze kellett Douglas Englelbart által 1980 körül feltalált egér.

Nagy siker lett, de előbújtak a hátrányai:

Egy ember csak egyetlen programmal tudott foglalkozni egyszerre.

Az USA-ban 1983-ban megjelent az Apple Lisa nevű gépe, amelyik az első grafikus felhasználói felülettel rendelkezett.

Apple Lisa

Egér

PC/AT – Minden mai számítógép atyja:

Az Intelnek 1982-ben jelent meg a 80286-os CPU-ja.

Az IBM 1984 augusztusában kihozta a 80286-ra épülő gépét, az IBM PC/AT-t. (Advanced Technology)

Lehetővé vált egyszerre több program egymás melletti működése.

1982.-ben szövetséget kötött az AMD-vel (Advanced Micro Devices)

286-os Alaplap

286-os Processzor

EGA monitor bevezetése.

Szükség volt Operációs Rendszerre.

Megszületett pár a Xerox cég rendszeréről koppintva.

84 gombos billentyűzet helyett a mai 101-102 gombos.

1985 októberére készült el az Intelnél a 80386-os, amelynek tervezésénél már figyelembe vették a menet közben software-nagyhatalommá növekedett Microsoft tanácsait.

1988: 386-SX

386 → 386-DX

Ekkoriban jelentek meg a komolyabb nyomtatók (tintasugaras és pár színes), valamint a VGA képernyők első típusai.

386-os Alaplap

386-os Processzor

A hordozható gépek megjelenése és rohamos elterjedése megszülte az igényt az alacsony fogyasztású processzorok iránt.

Energiafogyasztása az alkalmazott technológia miatt drasztikusan csökkent, viszont az órajele eredeti maradt.

Ezt az igényt 1990-ben fedte le az Intel 386SL processzorral.

Felmerült az igény gyorsabb processzor iránt.

1991: 486-SX

486 → 486-DX

Az Intel 80486-os megjelenése 1989. áprilisában azonban óriási csalódást okozott. Gyakorlatilag nem változtattak a 386-os modellen.

486-os Alaplap

486-os Processzor

Órajel

• 8088: 5MHz;

• 1993: 486-DX-4 → órajel triplázás

• 1992 : 486-DX-2 → órajel duplázás→ már hűtés kellett rá

Gyors sebességnövekedés → nagy hőterhelés → órajel duplázás.

• 486: 50MHz.

• 386: 40 MHz;

• 286: 16-20MHz;

• Az egyre újabb és újabb processzorok megjelenése elbizonytalanította a felhasználókat.

1995: Intel-AMD per vége.

OverDrive (speciális processzor)

• Mindig ki kellett szedni az előző processzort és helyére egy újat rakni. (ez nem mindig volt elegendő.)

Overdrive Processzor

Hőterhelés és órajelnövelés

Intel Pentium1993: az Intel bejelenti sorozata következő darabját, az Intel Pentium-ot.

• Sokáig fejlesztgették egyre gyorsabb és gyorsabb teljesítményre sarkallva a CPU-t.

• Kisebb tápfeszültséget, jobb hűtés alkalmaztak.

• Az első verziók melegedtek, és egy hibát is felfedeztek → ingyen csere.

Pentium I Alaplap

Pentium I Processzor

A klón-gyártók számára fejtörést jelentett, hogy ezt a minőséget lemásolják. Ráadásul az áraikat szerették volna az Intel processzorok árainak 20-70%-ában maximálni. Első klónok:

Ezek a klón-cpu-k lényegében Pentiumok, de jogi védelem miatt nem szabad őket így nevezni.

1996. március: AMD K5

1995. október: Cyrix: 6x86

A felhasználók igénye a multimédiás felhasználások

irányába tolódik el.

• 1997. január: Intel Pentium MMX (Multi Média eXtension: multimédiára kihegyezett processzor)

1997. nyara: Pentium II → egyesíti a Pentium Pro erejét az MMX multimédiás képességeivel.

• A klón-gyártók gyors kapcsolása miatt:

A nagy kereslet és az árak letörése miatt az Intel kettéosztotta a Pentium II-es sorozatát.

A „lebutított” Pentium II-es lett a Pentium Celeron, míg a kihegyezett, profi Pentium II-es neve ezentúl: Pentium Xeon.

Pentium MMX Pentium II Pentium III

Kétprocesszoros P4-es Alaplap