A számítógép

Neumann elvek

1. A számítógép legyen soros működésű:

A gép az egyes utasításokat egymás után, egyenként hajtja végre.

2. A számítógép a kettes számrendszert használja, és legyen teljesen elektronikus:

A kettes számrendszert és a rajta értelmezett aritmetikai ill. logikai műveleteket könnyű megvalósítani kétállapotú áramkörökkel. (pl.: 1- magasabb feszültség, 0 - alacsonyabb feszültség).

3. A számítógépnek legyen belső memóriája:

A számítógép gyors működése miatt nincs lehetőég arra, hogy minden egyes lépés után a kezelő beavatkozzon a számítás menetébe. A belső memóriában tárolhatók az adatok és az egyes számítások részeredményei, így a gép bizonyos műveleteket automatikusan el tud végezni.

4. A tárolt program elve:

A programotalkotó utasítások kifejezhetők számokkal, azaz adatként kezelhetők. Ezek a belső memóriában tárolhatók, mint bármelyik más adat. Ezáltal a számítógép önállóan képes működni, hiszen az adatokat és az utasításokat egyaránt a memóriából veszi elő.

5. A számítógép legyen univerzális:

A számítógép különféle feladatainak elvégzéséhez nem kell speciális berendezéseket készíteni. Ugyanis, Turing angol matematikus bebizonyította, hogy az olyan gép, amely el tud végezni néhány alapvető műveletet, akkor az elvileg bármilyen számítás elvégzésére is alkalmas.

Számítógép generációk

Nulladik generáció (…-1945)

Mechanikus, elektromechanikus eszközök.

Első generáció (1945-1958)

Az első generációt 1943-tól, vagyis az első elektronikus számítógép, az ENIAC megalkotásától számítjuk. Jellemző áramköri eleme az elektroncső. A programozása kizárólag gépi nyelven történt (gépi kód).
Jellemző volt a nagy energia-felhasználás, gyakori meghibásodás és az 1.000 - 5.000 művelet/másodperc sebesség. A gép súlya 30 tonna volt, és 18 ezer rádiócsövet tartalmazott. A rádiócsövek nagy hő termel­nek, ez a hő elég lenne New York bel­városa fűtéséhez. Átlagosan 15 percenként hibásodott meg egy rádiócső. A programozáshoz 6000 kapcsolót kellett átál­lítani.

A számítástechnika korszaka hiva­talosan 1951 június 5-én kezdődött, amikor az első UNIVAC-ot (Universal Automatic Compu­ter) leszállították az Egyesült Államok Nép­számlálási Hivatala számara. Ez volt az első kereskedelmi forgalomban elérhető számítógép.

Második generáció (1958 - 1965)

Ezek a számítógépek kezdték meg a technológiai átalakulást. A népszerű gé­pek közé tartoztak pl. az IBM7090, 7070 és 1410
Jellemző áramköri eleme az elektroncsövek helyett a tranzisztor (félvezető), így lecsökkent a méretük. Memóriaként mágnes gyűrű tárat használtak, a háttértár mágnesszalag, majd mágneslemez.
Megjelennek a magasabb programozási nyelvek (pl.:FORTRAN).
Ezek a gépek 50.000-100.000 művelet/másodperc sebességet értek el.

Harmadik generáció (1965 - 1972)

Jellemző áramköri eleme az 1965-ben feltalált integrált áramkör (IC).
További magas szintű programozási nyelvek jelennek meg (pl.: ALGOL, BASIC). Műveleti sebességük elérték az 1 millió művelet/másodperc értéket.
Megjelennek az első operációs rendszerek, valamint a multiprogramozás és az időosztásos technika, a grafikus monitorok. Árban egyre elérhetőbbek.

Negyedik generáció (1972 - 1990)

Jellemző áramköri eleme a CHIP, vagyis az egy szilárd testben megvalósított teljes működési egység.
Az 1971-ben feltalált első, Intel 4004 jelzésű mikroprocesszor indította el a mai tömegméretekben gyártott számítógépek (PC-k) fejlesztését.
Első személyi számítógép az Altair8800 Lásd kép!
Megjelent egy új magas szintű programozási nyelv a PASCAL
1997-ben megjelenik az Apple

1980-ban megjelenik az első személyi számítógép (ZX-81)

1982 IBM XT, 1984 IBM AT

Kifejlesztik az első, számítógépekből álló hálózatokat.

Hajlékonymágneslemezes tárolók, PC az irodákban.

1989 Számítógépvírusok megjelenése

Az 1980-as években a számítógépek rohamléptekkel váltak egyre kisebbé, jobbá és olcsóbbá. A nagyobb teljesítményű hardver összetettebb, könnyebben kezelhető programok készítését tette lehetőé. Ezért a számítógépek egyre gyorsabb processzorokkal, egyre nagyobb háttértárakkal és egyre nagyobb memóriával készültek.

Ötödik generáció (1991 - ????)

Jellemzőjük a Neumann - elvtő eltérő, párhuzamos vagy asszociatív működésű mikroprocesszorok alkalmazása
Az eljárás-orientált programozási nyelvek helyett a problémaorientált nyelvek megjelenése várható. Erre egy kezdeti kísérlet a PROLOG programozási nyelv.
Az egyik jelenlévő trend a számítógépek fejlesztésében a mikrominiatürizálás, az az igyekezet, hogy mind több áramköri elemet sűrítsenek mind kisebb és kisebb méretű chipekbe.

   

Az ötödik generációs számítógép létrehozására irányuló kutatás egy másik trend. Ezek a gépek már komplex problémákat tudnának alkotó módon megoldani. Ennek a fejlesztésnek a végső célja az igazi mesterséges intelligencia létrehozása lenne. Az egyik aktívan kutatott terület a párhuzamos feldolgozás, azaz amikor sok áramkör egyidejűleg különböző feladatokat old meg. A párhuzamos feldolgozás alkalmas lehet akár az emberi gondolkodás utánzására is. Robottechnika fejlődése méreteket ölt.

Másik meglévő trend a számítógépes hálózatok fejlődése. Ezekben a hálózatokban már műholdat is felhasználnak a számítógépek világhálózatának működtetésére.
Folynak kutatások az optikai számítógépek kifejlesztésére is. Ezekben nem elektromos, hanem sokkal gyorsabb fényimpulzusok hordoznák az információt.

A számítógép belső felépítése

A digitális számítógép olyan elektronikusan működő berendezés, amely az adatok bevitelét, feldolgozását, tárolását és az adatok kivitelét tárolt program alapján automatikusan végzi.
A számítógép elektronikus áramkörök milliárdja, amelyek információ-feldolgozásra szerveződtek. Rendelkezik inputtal (bemenet) a bemenő információ számára és outputtal (kimenet) az információ-feldolgozás eredményének közlésére.
A számítógépet alkotó fizikai elemek összességét hardware-nek nevezzük, a számítógépen futó programok összességét pedig software-nek.
Mivel a számítógépben az adattárolás eszközei többnyire kétállapotú fizikai elemek, ezért a legcélszerűbb az adatokat kettes számrendszerben tárolni.
A számítógépben az információ alapegysége a bit. Egy bit (BInary digiT) 0 vagy 1 értékű lehet melynek 1 - 1 feszültségi szint felel meg. A byte 8 bitből áll. A tárolókapacitást általában byte-okban szoktuk megadni.

• vezérlő egység (Control Unit)
• központi feldolgozó egység (Central Processing Unit)
• memória egység (Memory Unit)
• be- és kimeneti egység (Input/Output Unit)
• háttértárolók

A program egy adott feladat megvalósítására szolgáló utasítássorozat. A végrehajtás ideje alatt a program a számítógép memóriájában helyezkedik el. A memória az adatok és az utasítások tárolására szolgál. ROM (Read Only Memory) - memóriát, amelynek tartalmát egyszer lehet beírni, ezután változatlan marad. A tápfeszültség megszűnése esetén (pl.kikapcsoláskor) sem felejti el azt. Az írható, olvasható RAM (Random Access Memory) memóriában, amely elfelejti a tartalmát a tápfeszültség megszűnésekor, az éppen futó programokat és adataikat tárolják.

• A vezérlő egység végzi a különböző gépi utasítások ütemezését, a fizikai egységek közötti szinkronizációt.
• A központi feldolgozó egységben megy végbe az utasítások feldolgozása. A CPU fontos része az aritmetikai, logikai egység. Ez végzi el a négy alapműveletet, a logikai műveleteket, valamint a relációk kiértékelését. Az ALU alapműveletként többnyire az összeadást, kivonást, az ÉS és a VAGY műveleteket tudja elvégezni.
• Az I/O egység a külső perifériákkal (printer, billentyűzet, stb.) történő kapcsolattartásra szolgál.

A számítógép két részből áll: a hardver és a szoftver.

*****************************************************************************************

A hardver felépítése

A hardver két alapvető funkcionális egységre osztható: az ún. központi egységre és a perifériákra. A központi egység a gép "agya", amely az összes tevékenységét irányítja. A perifériák a számítógép azon részei, amelyek a központi egység számára lehetővé teszik, hogy a környezettel kapcsolatot tartson.

Központi egység:

- CPU (Központi vezérlő egység)
- Memória

- Alaplap
- Ház

Bemeneti perifériák:

- Billentyűzet
- Botkormány, joystick
- Egér
- Fényceruza
- Fényképezőgép
- Mikrofon
- Szkenner (Kézi, Lap)
- Trackball (fordított egér)
- Touchpad (érintőpad)
- Videókamera
- Vonalkód olvasó
- Webkamera

Kimeneti perifériák:

- Képernyő (monitor)
- Nyomtató (printer)
- Projektor
- Rajzgép
- Hangszóró

Háttértárolók:

- Hajlékonylemez (floppy)
- Memóriakártya
- Merevlemez (winchester)
- CD
- DVD
- USB pen drive

Ki és bemeneti perifériák:

- Headset
- Érintőképernyő

Egyéb perifériák: (Egyik sem)

- Tápegység
- Router
- Alaplap
- Gépház

Processzor (CPU)

A processzor(angolul Central Processor Unit, röviden CPU) a számítógép központi vezérlő egysége. Ez hajtja végre minden utasításunkat.

• a számítógép működésének vezérlése,
• kapcsolattartás a perifériákkal,
• matematikai műveletek végzése,
• memórián belüli adatforgalom lebonyolítása,
• adatforgalom lebonyolítása a perifériákkal.

Memória

A memória tárolja a CPU által végrehajtandó programokat és a feldolgozásra váró adatokat. A memóriaelemek rendeltetés szerint két fő csoportra oszthatók.

ROM (Read-Only Memory=csak olvasható memória).
A memóriaelemek nagy csoportja, a tápfeszültség megszűnése után is őrzi a tartalmát. Hátránya viszont, hogy a processzor számára csak olvashatóak. Innen kapták a nevüket: ROM (Read-Only Memory) azaz csak olvasható memória. Tartalmát a gyártáskor építik be, többé nem változtatható. Léteznek a felhasználó által írható típusok is.(PROM. EPROM). PROM: Programozható ROM. EPROM: Törölhető PROM.

RAM (Random Access Memory=tetszőleges elérésű memória). Tetszőleges elérésű, írható és olvasható memória, amely a végrehajtás alatt álló program vagy programok utasításait és adatait tartalmazza. A számítógép kikapcsolásakor vagy áramkimaradás esetén a RAM tartalma elvész. Jellemző mérete (személyi számítógépekben): 256 MB, 522 MB, 1 GB, 2 GB, 4 GB, 8 GB, 16GB.

Alaplap:

Ezen helyezkedik el a CPU és a memória Itt találhatóak a csatlakozók a különböző perifériákhoz, bővítőkártyákhoz (pl. PS/2-egér, billentyűzet; PCI - hangkártya, modem, hálózati kártya)

Számítógép házak:

Billentyűzet (keyboard)

• Írógépbillentyűk (alfanumerikus billentyűk): lenyomásukkor karakternyomtatást eredményeznek.
• Numerikus billentyűk: bekapcsolni Num Lock-kal
• Vezérlő billentyűk: Enter, Esc
• Váltó billentyűk: nyomva tartásuk esetén módosítják a más billentyű jelentését: Shift, Alt gr
• Funkcióbillentyűk: F1-F12
• Kurzormozgató billentyűk: nyilak, Home, End, Page Up, Page Down
• Törlő billentyűk: Backspace, Delete

Az egér (mouse)

Leggyakrabban a bal gomb használatos. Kezelési funkciók: Mutatás Kattintás Kettős kattintás Mozgatás

Képernyő (monitor, screen, display)

Méret: kép átlója (pl. 15", 17", 19", 22" 24" 25" 27" 34"coll)
Felbontás: egy kép vízszintes. és függőleges képpontjainak száma. Minél nagyobb a felbontás, annál apróbb képpontokból áll a kép (pl. 800 x 600, 1024 x 768, 1280 x 720, 1440 x 900, 1920 x 1080, 2560 x 1440, 3480 x 1440, 3480 x 1980) Színmélység: minél több a megjeleníthető szín, annál élethűbb a kép. (pl. 16 bites, 24 bites) Képfrissítési frekvencia: >=85 Hz Kategóriák: CRT, TFT, LCD, LED. Típusok: Hercules, CGA, EGA, VGA, SVGA

Nyomtató (printer):

• Mátrixnyomtató(elavult)
• Tintasugaras
• Lézer

Jellemzők: Felbontás: mértékegysége a DPI (DOT PER INCH) pontok száma inch-enként. Minél több pont van inch-enként, annál szebb a nyomtatás. Tipikus értékek: 120, 180, 300, 600 x 1200, 1200 x 2400 ... (DPI)

A hajlékonylemez (floppy)

• Mágneses elvű adattárolás
• Átmérő: 3,5 inch (hüvelyk) (1 inch=2,54 cm)
• Tárolókapacitás: 1,44 MB
• Meghajtó: FDD (Floppy Disk Drive)
Régebben használták:

• Átmérő: 5,25 inch

A merevlemez (winchester)

• Mágneseselvű adattárolás
• Merevlemezes meghajtó: HDD (Hard Disk Drive)
• Tárolókapacitás: 500GB - 16 TB...
• Fixen rögzített, ha mégis szállítani kellene: Mobil Rack

SSD

• Kapacitás: 500 GB, 1 TB, vagy több.
• Sebesség: Az SSD gyorsabb, mint a HDD. Nem tartalmaz mozgó alkatrészt.

Optikai lemezek (CD, DVD)

Működési elv: a fényvisszaverő réteg alatt levő mélyedések (pit-ek) hordozzák az információt. A felületet lézerfénnyel világítják meg.

• CD (Compact Disk)
• Kapacitás: 640 MB, 700 MB.
• Fajtái: CD-ROM, CD-R, CD-RW.
• DVD (Digital Versatile Disc)
• Kapacitás: 4,7-17 GB.
• Fajtái: DVD-ROM, DVD-Video, DVD-Audio, DVD-R, DVD-RW.