A
Elektronikus számítógépek fejlődése napjainkig
A generációk
jellemzése, perifériák változása
Neumann-elvek
•
Neumann
János (1903-1957): 1945. június 24-én EDVAC-JELENTÉS ELSŐ VÁZLATA
•
Haditechnika fejlődése
•
Tartalma:
–
számítógép felépítése
–
részegységekhez szükséges
logikai áramkörök
–
gép kódja
Alapelvek
(Neumann elvek):
–
A számítógép legyen
teljesen elektronikus, külön vezérlő és végrehajtó egységgel rendelkezzen
–
Kettes
számrendszert használjon
(elektronikus működést könnyebb 2állapotú eszközökkel megvalósítani,
egyszerűsödnek az aritmetikai műveletek, nő a sebesség, csökken a tárolási
igény, probléma: átváltás)
–
Szekvenciális,
soros végrehajtás: A
végrehajtási utasítások pontosan határozzák meg, hogy egy lépés után melyik
lépés következik.
–
Az adatok és a
programok ugyanabban a belső tárban legyenek (memória),Tárolt program elve
Innen veszi a központi egység az utasításokat és az azokhoz szükséges adatokat,
ide helyezi vissza az eredményt, nő a műveleti sebesség
–
A számítógép
legyen univerzális Turing-gép:
Turing(1912-1954): bebizonyította, hogyha egy gép el tud végezni néhány
alapműveletet, akkor bármilyen számításra képes. Ez az aritmetikai egység
beiktatásával érhető el. Turing kutatása teremtette meg a programozható
számítógép matematikai modelljét és a digitális számítások elméleti alapját.
1936-ban leírta a tetszőleges matematikai problémák megoldására szolgáló
számítógép matematikai modelljét.
–
Külső rögzítőközeg
alkalmazása: a
számítógépnek a bemeneti és kimeneti egységeken keresztül befelé és kifelé
irányuló kapcsolatot kell fenntartani elektronikus vagy mágneses
tárolóeszközökkel. Az információ gépbe jutására és onnan kivételére szolgál.
SZÁMÍTÓGÉPGENERÁCIÓK
A
digitális számítógépeket a bennük alkalmazott logikai áramkörök fizikai működési
elve és integráltsági foka szerint is osztályozhatjuk.
ENIAC
•
Megalkotói: J.P Eckert, J.W Mauchly, H.H Goldstine
•
Felépítése:
–
17468
elektroncső, 10000 kondenzátor, 70000 ellenállás, 4100 relé helyezkedett el 40
szerelvényfalon. Össztérfogat 85m3, 30 tonna,
elhelyezéshez 30m-nél hosszabb terem kellett.
–
3-5 napig működött
megbízhatóan, 150-175kWh energiát fogyasztott.
–
10-es számrendszerben
számolt 10 tizedes pontossággal, memben 20 db 10 jegyű számot tárolhatott.
–
Programozása huzalos
dugaszoló táblával történt
Első generáció
•
40-50-es években
Neumann-elveket felhasználva kezdték építeni:
•
EDVAC (Electronic Discrete Variable Calculator), UNIVAC 1950 (Universal
Automatic Computer )
•
(Legelső: Angliában megépített Colossus: titkos katonai kódfejtő gép, 1975-ig
titokban tartották.)
–
Működésük nagy
energia felvételű elektroncsöveken alapult,
–
terem méretűek
voltak,
–
gyakori meghibásodás
–
alacsony műveleti
sebesség: 300 szorzás/sec, fixpontos aritmetika
–
üzemeltetésük,
programozásuk mérnöki műveleteket igényelt, kapcsolók beállításával vezérlik a
gépeket
–
háttértár:
mágnesszalag, mágnesdob
–
adatbevitel:
lyukszalag, lyukkártya
–
adatkivitel:
lyukkártya, nyomtatott lista
–
szoftver: gépi kód
Második
generáció
•
50-es évek,
tranzisztor feltalálása tette lehetővé a kifejlesztésüket
–
Az elektroncsöveket
jóval kisebb méretű és energiaigényű tranzisztorok helyettesítették,
–
szekrény méretűek,
–
javult az
üzembiztonságuk, az operátor a lyukkártyákat adagolja
–
programozási nyelvek
kialakulása,FORTRAN(nem kellett mérnöki ismeret programok készítéséhez)
–
nőtt a
tárolókapacitás, műveleti sebesség: 200 000 szorzás/sec, lebegőpontos aritmetika
–
háttértár:
mágnesszalag, mágnesdob
–
adatbevitel:
lyukkártya, mágnesszalag
–
adatkivitel:
lyukkártya, nyomtatott lista
–
szoftver: assembly
nyelv és magasszintű nyelvek
Harmadik
generáció
•
60-as
évek, integrált áramkör (IC) létrejötte: tranzisztorok sokasága egy lapon.
–
Asztal méretű gépek,
–
operációs rendszerek
megjelenése
–
programnyelvek használata
általánossá válik, magasszintű programnyelvek megjelenése: COBOL, ALGOL, BASIC
–
csökkenő ár, sorozatgyártás
megindulása
–
műveleti sebesség: 2 millió
szorzás/sec
–
háttértár: mágnesszalag,
mágneslemez
–
adatbevitel: billentyűzetről
–
adatkivitel: nyomtatott
lista, képernyő
–
párhuzamos műveletvégzés,
–
időosztás, multiprogramozás,
virtuális memória megjelenése
Negyedik
generáció
•
70-es évek,
1971-ben az Intel cég bemutatja mikrochip-et, mikroprocesszort:
CPU részeinek összeépítése egy lapra.
–
Asztali, hordozható
változatok, írógép méret
–
hatalmas mennyiségű
adattárolás
–
alacsony ár
–
műveleti sebesség: 20 millió
szorzás/sec
–
háttértár: mágneslemez,
hajlékonylemez
–
adatbevitel: egér, szkenner,
optikai karakterfelismerés
–
adatkivitel: képernyő,
hangszóró, nyomtatott lista
–
szoftver: PC-s
programcsomagok, adatbázis-kezelők, szövegszerkesztés, negyedik generációs
nyelvek (ADA, PASCAL)
Ötödik generáció
•
80-as
években Japánban kezdődtek meg a fejlesztések
–
Nem követi a soros működés
elvét (emberi agyhoz hasonló neurális hálókként működnek majd)
–
mesterséges intelligencia
megjelenése, öntanuló, problémamegoldó gépek.
–
felhasználó-orientált
kommunikáció: hagyományos emberi kommunikáció révén hajtják végre a feladatokat.
B
Az elektronikus számítógépek fejlődése napjainkig (a
generáció jellemzése, perifériák váltása).
Az elektronikuseszközök megjelenésétől beszélünk
számítógépekről. Ezeke az eszközök alkották a számítógép első generációját. Az
ENIAC (Electonic Numerical Integrator And Calculator) 1946-ban készült el
Amerikában. A gépben több tízezer alkatrész működött megbízhatóan. A gép tízes
számrendszerben dolgozott, két szám összeadását 0,2 ms altt végezte el, a
kivonáshoz pedig több mint tízszer ennyi időre volt szüksége. Neuman János
(1903- 1957) az ENIAC tapasztalatai alapján a számítógépek működésének. Ezen
elvek alapján kezdte meg működését 1949-ben a következő gép, az EDVAC
(Elektronic Discrete Variable Computer). 1951-ben elkészült az UNIVAC (Universal
Automatic Coputer), amelyből már többet is gyártottak. A gépek vezérlésére,
vagyis programozására huzalozásos módszert alkalmaztak, vagy pedig az ún.
Assembly nyelvet. Ez a nyelv az elemi, gépi műveletek leírásához számok helyett
a műveletek funkciójára emlékeztető betűcsoportokat (mnemonikokat) használtak.
Az elektronikus számítógépek második generációját a
tranzisztorok megjelenésétől (1948), pontosabban alkalmazásuktól (1958)
számítjuk. A tranzisztorok alkalmazásával megnőtt a gépek élettartama, csökkent
a méret, a ferritgyűrűs tárolók használatának bevezetésével lyukkártyák
háttérszerepét átvették a mágnesszalagok és a mágneslemezek. A gépek működésénél
megjelent az első magas szintű programozási nyelv, a FORTRAN (Formula
Translation).
A harmadik generációt az integrált (összetett,
egybeépített) áramkörök megjelenésétől (1965) számítjuk. Ekkor jelent meg
Amerikában az IBM 360-as és a 370-es sorozat, amelyeket Európában a hasonló
felépítésű ESZR gépcsalád (R10- R55) követett. Kialakult az első tudományos
feladatokra szánt magas szintű programozási nyelv, az ALGOL (Algorithmic
Language), majd pedig a házi számítógépek körében népszerűvé vált BASIC
(Beginners All-purpose Symbolic Intruction Code). A BASIC nyelv fejlesztését
Kemény János (1900 – 1988) vezetésével kezdték meg 1964-ben.
A negyedik generációs számítógépek a még nagyobb
integráltásgú alkatrészekekből épültek fel. Megnőtt a gépek működési sebessége
adattárolási képessége. A magas szintű progtamozási nylevek fejlesztése tovább
folytatódott. Nicklaus Wirth olyan új nyelvet fejlesztett ki 1968-ban, amely a
strukturált programok készítését alpozta meg és, amit- a számítógépek
fejlősétörténetében már említett Blaise Pascalról – PASCAL nyelvnek nevezett
el. Az új alkatrészek és gépek megjelenésével együtt tovább fejlődött az
Assembly programozás, kialakult a C programozási nyelv, és megjelent a
kisgyermekek számára is könnyen tanulható LOGO nyelv.
Az ötödik generáció számítógépek működési jellemzői tovább
javulnak a technikai fejlődés következtében. Ez a gyártástechnológia tovább
fejlődése mellett újszerű logikai megoldásokat is jelent a gépek működésében (
pl. párhuzamosan feldolgozás, hálozatok alkalmazása). A számítógépek fejlesztése
következtében jelentősen megnőtt a feldolgozási sebesség és mennyisége. Ez a
hatás a második világháború alatt erősödött meg igazán. Ekkor vált szükségessé a
haditechnika fejlőséveé a nagy mennyiségű adat gyors és biztonságos
feldolgozása. Norbert Wiener matematikai munkásságtól és következtetéseitől
számítjuk az informatika, mint önálló tudomány kialakulását. Wiener a
légelhárítás radarkövetéses módszereinek kidolgozásaival foglalkozott, miközben
arra a következtetésre jutott, hogy az automatizálás és a hírközlés egyre inkább
szétválaszthatatlanná válik. Felismerte, hogy a bonyolult technikai berendezések
működésének hatékonyságát az eszközök közötti kommunikáció alapvetően
meghatározza. Más szavakkal egy szervezet ( akár egy biológiai lény, akár egy
gép) nem csupán a rászelemek öszetett halmazát jelenti, hanem az azok között
állandóan fenálló információs kapcsolatot is magában foglalja. Az ilyen
feladatok megoldásához nyűjtittak igen jó alapot az elektronikus számítógépek,
és ezt igazolják a napjainkban használatos számítógépek is az élet szinte minden
területén.