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