Mark I...17 Számítógépes generációk generáció: 1943 előtt generáció: Neumann János...18 Neumann-elvek

Átírás

1 Tartalomjegyzék A helyes számítógépes környezet, az ergonómiai szempontok...5 Ergonómia...5 Egészségmegőrzés számítógépes környezetben...5 Az egészség megőrzése...5 Testtartás, bútorzat...5 A jó szék...5 A jó asztal...6 A helyes számítógép-használat...6 Alapszabályok...6 Munkaasztal...6 Szék...7 Megvilágítás...7 Billentyűzet és egér...8 Monitor...8 Ergonomikus eszközök...8 Szoftver ergonómiája...8 Számítógép veszélyei és káros hatásai...8 Függőség...9 Mozgásszegény életmód...9 Egészségügyi problémák...9 Az internet veszélyei...9 Széteső család...9 Internet emberekre irányuló veszélyei...9 Számítástechnika története...10 Ősember...10 Egyiptom...10 Babilon...10 Inka eszköz kipu...11 India - hindu...11 Kína...11 Arab...11 Római számok...12 Magyarok...12 Számolási segédeszközök...12 Európa középkori számlálóeszköze, az abakusz...12 Püthargosz-féle számolótáblák...13 Gelosia-módszer...13 Napier-pálcák...13 Schikard számológépe...14 Logaritmus...14 Logarléc...14 Mechanikus számológépek korszaka...15 Pascal összeadó gépe...15 Leibniz számológépe...15 Jacquard automata szövőgépe...15 Babbage munkássága...15 Ada Byron...16 Elektromosság kora...16 Boole...16 Hollerith lyukkártyás adatfeldolgozása...16 Turing-gép...17 Konrad Zuse

2 Mark I...17 Számítógépes generációk generáció: 1943 előtt generáció: Neumann János...18 Neumann-elvek generáció: generáció: generáció: generáció: 1990-től...21 A jövő...21 Kommunikáció...22 Kommunikáció fogalma...22 Csoportosítása...22 Kommunikáció tényezői...22 Redundancia...23 Informatikai alapfogalmak...23 Informatika...23 Információ...23 Jel...23 Jelek csoportosítása...23 Analóg és digitális jel...23 Jelrendszer...23 Adat...24 Az adattárolás és adatátvitel mértékegységei...24 Digitalizálás...24 A digitalizálás fogalma...25 Veszteségmentes és veszteséges digitalizálás...25 Szöveg digitalizálása...25 Hang, zene digitalizálása...25 Képi információ digitalizálása...26 Kódolás...26 Kódolás és dekódolás...26 Karakterkódolások...26 ASCII kód...27 Unicode...28 Magyar nyelvű szövegekhez használt kódolások...28 Dokumentumformátumok...29 Hang kódolása...29 Hangformátum...29 Kép kódolása...30 Alapfogalmak...30 Színmodellek...30 Ponttérképes képábrázolás - rasztergrafikus...30 Vektoros képábrázolás - vektorgrafikus...31 Képformátumok csoportosítása...31 Fájlformátumok...31 Számrendszer...32 Számrendszer fogalma...32 Számrendszerek...32 Számrendszer átváltás általánosan...32 Átváltás 10-es számrendszerből 2-es számrendszerbe...33 Átváltás 10-es számrendszerből 16-os számrendszerbe...33 Átváltás 2-es számrendszerből 10-es számrendszerbe

3 Átváltás számrendszerből 10-es számrendszerbe...34 Számítógép...34 Számítógép...34 Algoritmus és program...34 Hardver, szoftver...35 Számítógépek csoportosításai...35 Számítógép jellemzői...35 Számítógép felépítése...36 Neumann-elvű számítógép felépítése...36 Központi egység - alaplap...37 Központi feldolgozó egység...37 Operatív tár (memória)...38 Be- és kiviteli vezérlő egység...39 Bővítőkártyák...39 Perifériák...39 Monitor...39 Billentyűzet (keyboard)...43 Egér(mouse)...45 Nyomtatók...45 Plotter...47 Lapolvasó szkenner...47 Multifunkcionális nyomtató...48 Digitális fényképezőgép...48 Webkamera...48 Modem...48 További perifériák...48 Háttértárak...48 Mágneses elvű tárolók...48 Floppy...48 Winchester...48 Optikai elvű tárolók...50 CD...50 DVD...50 Blu-ray...50 Elektronikus elven működő háttértárak...50 Pendrive, memória-kártyák...50 Szoftverek...51 Szoftver fogalma...51 Szoftverek csoportosítása...51 A felhasználó szerződés...52 Operációs rendszer...52 Operációs rendszer fogalma...52 Feladatai...53 Csoportosítás...53 Felhasználói felület szerint...54 Felhasználók száma szerint...54 Feladatok száma szerint...54 Jogállás szerint...54 Ismertebb operációs rendszerek...54 Fájlok (állományok)...54 Fájlrendszer...54 Könyvtár...55 Fájlok azonosítása...55 Azonosítási szabályok

4 Elérési út...56 Könyvtárszerkezetek...56 Könyvtár-, fájlkezelés...57 Hálózatok...57 Hálózat fogalma...57 Hálózatok előnyei...58 Hálózat hátrányai...58 Hálózat céljai, feladatai...58 Mi kell a hálózathoz...58 Hálózat csoportosításai...58 Kiterjedés szerint...59 Az átvitel iránya szerint...59 Az átvitel sebessége szerint...59 Kapcsolat módja szerint...59 Az erőforrásokhoz való hozzáférés módja szerint...60 A hálózat tulajdonosa szerint...60 Hálózati topológia...60 Hálózati modellek...61 Hálózat felhasználói...61 Vírusok...61 Mi a vírus?...61 Vírusjelenségek...61 Vírus-rokon program...62 Vírustípusok...62 Vírus-rokon programok...62 Honnan jönnek, kik írnak vírusokat?...62 Védekezés ellenük...62 Az internet és szolgáltatásai...63 Mi az internet?...63 Internet rövid története...63 Az Internet lehetőségei...64 Szerzői jogok...64 Az internet működési elve...64 Számítógépek azonosítása...65 Szolgáltatások...65 WWW működése...65 Webcím URL...65 Böngészők...66 Elektronikus levelezés...66 Az cím felépítése...66 Postafiók létrehozása...66 Levelezés kezelése...66 Az felépítése...67 Netikett...67 Keresés az Interneten...67 A tematikus keresők...67 Kulcsszavas keresők

5 A helyes számítógépes környezet, az ergonómiai szempontok Ergonómia Az ergonómia két szóból tevődik össze: ergosz = munka és a nomosz = törvény szavakból. Az ergonómia a munkavégzés környezetével, az ember és az alkalmazott eszközök közötti kapcsolatokkal, és ezek egymásra hatásával foglalkozó tudomány. Fő kérdése: Milyen legyen a gép,hogy legjobban illeszkedjen az ember fizikai és szellemi adottságaihoz, képességeihez, lehetőségeihez? A munkapszichológia, a formatervezés és a belsőépítészet is foglalkozik vele. Célja a munka kellemesebbé tétele, a munkafeltételek javítása illetve a termelékenység növelése. Ugyanis a rossz munkafeltételek csökkenthetik (akár %-kal) a termelékenységet. Egészségmegőrzés számítógépes környezetben Az intenzív számítógépes munka során időnként előfordulhatnak egészségügyi panaszok. A problémák megjelenését a megfelelően kialakított munkakörnyezet kialakításával megelőzhetjük. Az egészség megőrzése Következőkre kell figyelnünk: testtartás, világítás, bútorzat, ergonómiai eszközök. Testtartás, bútorzat A számítógép előtt ülve terhelésnek van kitéve a derék, a hát, a nyak, a csukló és az ujjak. Ha a számítógépezés és tanulás közben helytelen testtartást veszünk fel, hosszú távon számos, egész életre kiható betegségeket szerezhetünk. A görnyedt testtartás miatt gerincbántalmaink lesznek, púpos" lehetünk, életünk során egyre erősödő hátfájdalmaink lesznek. Gerincferdülést is kaphatunk. A helytelen testtartás következménye lehet az állandó fáradságérzet, a szem romlása és az erős vállfájdalom. A hibás testtartás elsősorban a nem megfelelően beállított asztal, szék, és a rosszul elhelyezett számítógép következményeként alakul ki. A jó szék A szék közvetlenül érintkezik a testtel, meghatározza a helyes testtartást, a kényelmes ülést és a hatékony munkavégzést. A szék beállítása A comb közel vízszintes helyzetben van, és a lábszárak függőlegesen helyezkednek el. A talpak kényelmesen támaszkodnak a padlón. A nyak és a váll laza tartásban helyezkedik el. Az ülőfelület és a háttámla egymástól függetlenül mozgatható legyen, és a deréktámasz magassága és dőlési szöge állítható legyen. A széktámla dőlésszöge az ülőfelülethez képest fok legyen. A szék alkalmazkodjon a gerinc görbületeihez, és azokat megfelelő helyen támassza meg. Az ülőfelület elég széles és mély legyen ahhoz, hogy minél nagyobb felületen érintkezzen az ember ülőfelületével. 5

6 Az ülőfelület elülső pereme lefelé görbülő legyen. A jó asztal Ideális esetben a képernyőt és a billentyűzetet tartó asztal magassága 65 és 72 cm között változtatható a tanuló igénye és testmérete szerint. A helyes számítógép-használat A képernyő felső széle a szemvonal magasságában legyen, az ideális nézési szög a szemsíktól számított mínusz fok, ehhez fokos szögre állítjuk a képernyőt. A képernyő optimális nézési távolsága 50 cm vagy több. A monitor szemben legyen, az állandó oldalirányú nézés terheli a nyaki izmokat. A billentyűzet optimális magasságban legyen, hogy a vállakat kényelmesen leengedve, lazán tartsuk. Kezünket tartsuk lazán a billentyűzeten, ne üssük erősen. Az egér használata közben a csuklót egyenesen tartsuk. Az egeret tartsuk a billentyűzet közvetlen közelében a vállmozgást elkerülendő. Alapszabályok Óránként tíz perc szünetet tartsunk, és mozogjunk egy kicsit. A medence az ülőgumók felett úgy helyezkedjen el, hogy az ágyéki homorulat megtartott legyen. Ülőgumóinkat egyenletesen terheljük meg. A lapockákat közelítsük a gerincünk felé, vállunkat ne engedjük passzívan előreesni, mellkasunkat kiemelve tartsuk meg. Figyeljünk arra, hogy a vállakat ne húzzuk fel, hogy a nyak és a vállizmok lazák maradjanak. Lábunkat ne keresztezzük egymáson, mindig csípőszélességű terpeszben üljünk, a lábakat megfelelően megtámasztva. Munka előtt állítsuk be a szék ülőfelületének magasságát és a háttámla dőlési szögét. Hátunk és derekunk legyen megtámasztva. A képernyő 50 vagy több cm távolságban legyen. Ellenőrizzük a számítógép, a billentyűzet és az egér elhelyezkedését. Munkaasztal A munka jellegétől függően az asztalon különböző iratokat, irattartót, laptartót 6

7 helyezünk el. Fontos ezek rugalmas elrendezése. Annak érdekében, hogy ezek is optimálisan elérhetők legyenek, bizonyos térbeli határokat be kell tartani. Normális munkazóna: Van a normálisan befogott tartomány. E terület lényegében a vállszélesség és az alkarok hosszúságának összege. A normális munkazónában kell elhelyezni a leggyakrabban használt tárgyakat. Maximális munkazóna: A két kinyújtott kar által leírt, egymást metsző félkörök határolják a maximális munkazónát. Ide helyezzük el azokat a tárgyakat, melyeket csak ritkábban használunk. A munkaasztal magasságának állíthatósága sem elhanyagolható. Biztosítani kell a lábak szabad mozgását az asztallap alatt. Illetve, a magassága függ attól,hogy a billentyűzet az asztallapon vagy alatta egy billentyűzet tartó fiókban helyezkedik el. Előbbi esetnél az asztal magassága alacsonyabb, utóbbinál magasabb. Az utóbbi években kialakítottak egy új asztaltípust a képernyős munkához. Ez az asztal elég nagy, hogy ráférjen a számítógép monitorja és mindaz, ami egy íróasztalon szokásos. Hajlított nagy L alakú, egy fiókja van (a billentyűzet számára), alatta gurulós kis szekrények férnek el és a magassága állítható. Szék A munkaszék legyen stabil ( az öt láb biztosítja), biztosítsa a használó szabad mozgását és kényelmes testhelyzetét. A kereskedelemben kapható, a képernyős munkához kialakított székek többsége ezeket az igényeket kielégíti: az alsó lábszárak kényelmesen,a combra merőlegesen helyezkednek el a talpak kényelmesen megtámaszkodnak a padlón, vagy a lábtámaszon, a felkarok laza tartásban közel függőlegesek, az alkarok vízszintesen helyezkednek el rendelkezik derék illetve gerincmegtámasztással magassága állítható a széktámla magassága és dönthetősége állítható görgőkön gurul (5-7 db) az ülőfelület hátul kicsit lejt, elől ívelten lehajlik rendelkezik karfával az ülőlap, a karfa és a széktámla párnázott Megvilágítás Egy szobában szükséges a megfelelő megvilágítás, ami egy általános ( egész szobára vonatkozó) és egy helyi (külön a munkaasztalhoz tartozó pl.: munkalámpa) megvilágításból áll. Ezek mellett figyelembe kell venni,hogy a szobában a mesterséges fényforrások mellett legyen természetes fény is. Fontos még,hogy megfelelő kontraszt legyen a képernyő és a háttérkörnyezet között, tekintetbe véve a munka jellegét és a használó látási követelményeit. A számítógépes helyiségben lehetőleg ne legyen jó fényvisszaverő képességű, fényes felület (tükör, fényesre mázolt ajtó, ablaktok, ablakkeret, lakkozott bútor, lámpabura, csempe vagy olajfesték, a szobába mélyebben belógó világítótest). A padló ne legyen lakkozott, előnyös a szőnyegpadló, de csak a sima felületű, mert a szék csak ezen gurul. Az asztal vagy munkafelület is matt tónusú legyen illetve az asztalon ne legyenek fényes irattartók. A káprázást és a vakítást megelőzendő a képernyős munkahely megvilágítására új módszert alakítottak ki, a közvetett, azaz alulról a mennyezet felé irányuló általános megvilágítást. 7

8 Billentyűzet és egér A billentyűzet előtt 8-10 cm szabad helynek kell lennie ahhoz, hogy a kezünk és csuklónk egy puha alátéten megtámaszthassuk. Az ergonómiai követelményeknek jobban megfelel az osztott billentyűzet - mint a hagyományos billentyűzet, amelyen a két kéz működési felülete egymástól elkülönül. A bal és jobb betűtartomány egymással tompaszöget bezárva, ferdén helyezkedik el a természetes kéztartáshoz igazodva. Ez a fajta billentyűzet viszont csak azok számára praktikus, akik a 10 ujjas gépelést alkalmazzák. Ha az asztal kicsi, hasznos a billentyűzettartó fiók, amely az asztal lapja alatt helyezkedik el. Az egér használatakor a karunk az asztalon pihenjen és csak a csuklónk mozogjon. Érdemes beállítani úgy az egérmozgató szoftvert, hogy az egér 5*5 cm-es mozgása lefedje a képernyőt. Monitor A monitornak minden irányban mozgathatónak kell lennie és 20 fokban hátra kell dönteni a helyes testtartás érdekében. Ne állítsuk ablakkal szembe illetve háttal az ablakon bejövő fény miatt. Sarokban ablak és fal találkozásánál elhelyezhetjük 45 -os szögben. Fontos még figyelni a felbontásra, valamint a betűméretre. Kétféle monitort különböztetünk meg: katódsugárcsöves CRT, folyadékkristályos LCD. Mindkettőnek megvan az a hátránya, hogy a szemnek folyamatosan fókuszálnia kell rá, hogy ne homályosodjon el, valamint hogy az erős odafigyelés miatt az ember kevesebbet pislog, így kiszáradhat a szem. Ergonomikus eszközök Szoftver ergonómiája A számítógépes rendszer és alkalmazói közötti találkozási felület iránti követelményeket kutatja a szoftver ergonómia tudománya. A szoftver ergonómia összekapcsolja a programtervezést és a külalakot a felhasználó elvárásaival és igényeivel. Tárgya az információ fogadás és közlés módjának illetve tartalmának kialakítása úgy, hogy az ember és a számítógép közötti interakciót az ember igényeihez igazítsa. Célja irányítható, átlátható és könnyen kezelhető szoftverek és weblapok kialakítása. Egy szoftvernél fontos az hogy felhasználóbarát ( vagyis egyszerű, könnyen áttekinthető és kezelhető) legyen és megbízhatóan működjön. Egy szoftvernek legyen "barátságos" felülete, keltsen megfelelő komfort érzetet, csökkentse a helytelen adatbevitelből, kezelésből eredő hibák valószínűségét és biztosítsa a szolgáltatások teljes körű felhasználását. Legyen könnyű a karbantarthatósága és továbbfejlesztése. Illetve a program alkalmazkodjon a felhasználókhoz. Pl.: a menükben a gyakran használt elemek jelennek meg elsődlegesen. Számítógép veszélyei és káros hatásai Számos kutatás és mindezek mellett a saját tapasztalatok is kimutatják, hogy a számítógép inkább káros a szervezetünkre,mint hasznos. Nem csak mentális, hanem fizikális problémákról illetve betegségekről 8

9 beszélhetünk, bár sokkal több mentálisan károsító hatása van. Tagadhatatlan, hogy a mai, gyorsan fejlődő világban fontos szerepet játszik az emberek életében és ezáltal elkerülhetetlen a használata, de mindig tudnunk kell : hol a határ. Függőség A számítógépes játékokat rendszeresen sok ideig játszó emberekben függőség alakulhat ki játékszenvedély (egyre élet hűbb). Ugyanúgy jelentkezhet függőség internet felhasználóknál, a chat felhasználóknál illetve manapság egyre gyakoribb a közösségi oldalaktól való függés (pl.: facebook). Mozgásszegény életmód A mozgáshiány következményei közül a legfontosabb a testsúlynövekedés és az összes elhízással járó szövődmény. A gyermekkorban kialakuló súlyfölösleg növeli a felnőttkori magas-vérnyomás, cukorbetegség lehetőségét, illetve károsan befolyásolja az ízületek, csontok állapotát, számos mozgásszervi betegséget okozva később. Egészségügyi problémák Gerincferdülés, látásromlás, pszichés problémák, betegségek felerősítése, stb. Az internet veszélyei Ha nem figyelünk oda kisebb gyermekeknél, hogy milyen weboldalakon böngészik, könnyen erőszakos képek áldozatává válhat. Szintén fiataloknál veszélyesebb még a chatelés. Sok fiatal nem tudja felmérni a veszélyét és könnyen bajba kerülhetnek ezáltal. Széteső család A túlzott számítógép használat miatt a család közötti viszony is könnyen megromolhat. Sokan és nem csak fiatalok! inkább a számítógép előtt töltik idejüket, mint a családjukkal. Ugyanekkor, a barátok elhanyagolása is ebbe a kategóriába tartozik. Internet emberekre irányuló veszélyei Az interneten keresztül sok embert átvernek vagy becsapnak. Egyes emberek, esetenként szervezetek könnyen le tudnak nyomozni minket 9

10 Számítástechnika története A civilizációval egyidős a körülöttünk lévő dolgok megszámolására való törekvés, a számolást segítő eszközök története. Ősember A késői jégkortól a kb. Kr. e. 10. évezredig terjedő időszakban keletkeztek a barlangrajzok: készítésükkel kapcsolatban több elmélet is született. Az ábrázolások túlnyomórészt zsákmányállatokat mutatnak. A Lascaux-barlangban található ábrázolások vizsgálata során vetődött fel, hogy az ábrázolt állatok sorrendje és mennyisége is jelentéssel bírt a korai ember számára. Az ősember az ujjait használta a számoláshoz. Később a számoláshoz köveket, fonalakat használtak, az eredményt a barlang falába, csontba vagy falapokba bevésve rögzítették. A nagy folyó menti kultúrák (Egyiptom, Mezopotámia, az Indus és a Sárga folyó völgye) kialakulása az időszámításunk előtti ötödik évezredben kezdődött. Itt rabszolgatartó államok jöttek létre, fejlett városi élettel, közigazgatással, társadalmi rétegződéssel. Volt kincstár és adó. Számolni kellett, mégpedig elég nagy mennyiségeket is kellett használni és rögzíteni kellett azokat. Az írás már a III. évezred elején ismert volt. A számok leírása, illetve az erre szolgáló külön jelek, a számjegyek kialakulása az írással egy időben történt. Egyiptom Az egyiptomi matematikai ismeretekről szóló tudásunk egyik forrása a Rhind-papirusz. Feltehetőleg i.e körül keletkezett, de a benne szereplő ismeretek minden valószínűség szerint sokkal régebbiek. Az egyiptomiak tízes számrendszert használtak. Külön számjegyük volt tíz minden hatványának jelölésére, tehát 1-re, 10-re, 100-ra, stb., milliós nagyságrendű számokkal is dolgoztak. A megfelelő jelek ismételt leírásával jelölték az egyéb számokat, tehát pl. a 7 leírásához az 1 jelét írták le hétszer, nem is rögzített elrendezésben. Az írás jobbról balra történt és először a nagy helyi értékeket írták le, tehát ezek a számok jobb végén találhatók. Ismerték a közönséges törteket. Ezek előállításában az egész számok reciprok értékei, tehát az 1 számlálójú törtek fontos szerepet játszottak. Táblázataik voltak arra, hogy az egyéb törteket hogy lehet ilyen reciprokok összegeként előállítani. Ismerték pl. az alábbi előállítási módokat: az egész számok reciprokként előállítható törtek leírásánál a nevezőként szolgáló szám fölé a rész jelét írták. A nem ilyen alakú törtek közül csak a 2/3nak van külön jele. Az egyiptomiak tudtak szorozni és osztani is. Az egyiptomi matematika csúcsteljesítménye a moszkvai papiruszon található: egy csonka gúla térfogatának kiszámítása. Babilon A babiloniak két legnagyobb, máig élő hozzájárulása a matematikához a 60- as számrendszer és a helyi érték bevezetése. Nádpálcával puha agyagtáblákba írtak, majd azt kiégették. A pálca alakja okozza az ékírás jellegzetes formáját. 10

11 Az első kilenc számjegyet megfelelő számú vonással jelölték. A 10-re külön jelük volt, annak ismétlésével írták le a 20-at, 30-at, 40-et és 50-et. A 60 jelölésére újból az 1-es jelét használták (helyi érték!). Így tehát 60-as számrendszerben dolgoztak, de nem volt 60 különböző számjegyük, ahogy azt az ember elsőre elvárná. Nem használták a nullát, így aztán leírva pl. az 1 és a 60 ugyanúgy nézett ki. Csak a szövegkörnyezetből lehetett következtetni rá, hogy pontosan melyikről van szó. Az 1-nél kisebb helyi értékeket is használták, hatvanados törteket írtak. Így maradt fent a négyzetgyök 2 értéke alakban, 4 tizedesjegy pontossággal (1,4142). A hatvanas számrendszer és a helyi értékes számábrázolás aztán elkerült Alexandriába, ahol Ptolemaiosz is ezt használta. Ő már a nulla jelölésére üres helyet hagyott ki a számok leírásakor, de a 0 mint számjegy még nem jelent meg. Ehhez a hindu kultúra kellett. Inka eszköz kipu Az inka birodalom Kr. e tól a 16. századi spanyol hódításig állt fent az Andok magasföldjein. Mai tudásunk szerint írásrendszerük nem volt. Gyapot vagy gyapjú fonálból sodort bonyolult képlet, a kecsua nyelven csomót jelentő kipu használatával egyes feltételezések szerint hétbites, bináris jelrendszerrel rögzítették mondanivalójukat. Ezen elmélet szerint a fonal vastagsága, színe, anyaga, sodrásiránya és csomózottsága mind-mind információkat hordozott. India - hindu A hindu matematika virágkorát 200 és 1200 között élte. Legfontosabb érdeme a tízes számrendszer és a helyi érték együttes, letisztult használata és ennek során a nullának mint számjegynek a bevezetése. Mai számírási módszerünk egyértelműen innen származik, csak a számjegyek formája változott egy kicsit. A hinduk a III. sz. táján kezdték az úgynevezett brahmi jelölést használni a számok írására. Itt már minden számjegynek 1-től 9-ig külön jele volt. Aztán 500 körül ezeket a jeleket használták különböző helyi értékkel, a kihagyandó helyekre pedig bekerült a nulla. A nullának ez a helykitöltő szerepe jól érzékelhető a jelenleg is használt arab számoknál, ahol csak egy kis ponttal jelölik. A hinduk azonban nemcsak ezt a szerepet adták neki, hanem számnak tekintették és a vele való számolás szabályait is megadták. Brahmagupta (598-) megállapította, hogy a nullával való szorzás eredménye nulla; ha egy számhoz nullát adunk vagy nullát vonunk ki belőle, akkor az értéke nem változik; sőt a nullával való osztást is értelmezte oly módon, hogy az így kapott szám értéke nem változik, bármilyen számot is adunk hozzá vagy vonunk ki belőle. A hinduk ismerték a negatív szám fogalmát és a negatív számokra vonatkozó műveleti szabályokat is. Ők vezették be a műveleti jeleket és a zárójelet. A hindu matematika eredményei arab közvetítéssel kerültek Európába. Kína A kínai az egyik legősibb civilizáció. Többfajta jelölésrendszer alakult ki a nyelv írásos rögzítésére. A számolásra való pálcikák használatának Kr. e. 5. századból van nyoma. A kínai pálcika számjegyek alakjukban ezt idézik. A szorzást elősegítő rácsos módszernek (gelósia-módszer) is vannak kínai gyökerei. Arab Az arab matematika erőssége az algebra volt, bár készítettek szinusz táblázatot is 1 -es lépésközzel, kilenc jegy pontosságra. Számunkra mégis a legfontosabb a közvetítő szerepük, melynek révén eljutott hozzánk a hindu számábrázolási módszer. E közvetítő útvonalból fakad, hogy ezeket a számjegyeket ma arab számoknak nevezzük (a középkorban még indiai számjegyekről beszéltek). 11

12 Római számok Speciális számábrázolás, néhány betűhöz számértéket rendel. Ezek kombinációival, bizonyos szabályok betartásával lehetett számértéket ábrázolni. Tízes számrendszer, de ebben nincs helyi érték és nulla. Nehéz vele a számolás. A reneszánsz idején épületek homlokzatán, könyvekben szerepeltek. A 14. századtól az arab számok szinte teljesen kiszorították a használhatóságuk miatt. Manapság könyvek fejezeteinek és uralkodói nevekben sorszámozásra használatos. Magyarok A nyelvészek szerint az ősmagyarok először hatos számrendszert használtak. A két, három, négy, öt, hat és száz tőszámneveknek a finnugor nyelvekben közös gyökere van, ekkor ezek a népek még együtt voltak. Későbbi a hét szó, ez már csak a szűkebb ugor nyelvcsaládra jellemző és a hetes számrendszer használatára mutat. A hetes számrendszerre utal a hétfejű sárkány, a hetedhét ország, a hétpecsétes titok, stb. A történelmi időkben már tízes számrendszert használtak a magyarok. A legrégibb, a XII. századból megmaradt ilyen emlék is helyi érték nélküli tízes számrendszer használatára utal. A számok rögzítésére valószínűleg rovásírást használtak. A rovásírás számjegyeinek többfajta változata van. Mivel a megmaradt emlékek több száz évvel a honfoglalás után keletkeztek, feltételezhető, hogy a római számokkal való hasonlóság nem pusztán a véletlen műve. A legrégibb magyar arab számjegyes emlék 1407-ből származik. Arra is van példa a XV. sz. elejéről, hogy az arab és a római számjegyeket vegyesen használták. Mennyiségek rögzítésére sokáig használták Európa-szerte az úgynevezett rovásfákat. Ezeken már külön jele van az 5-nek, 10-nek, stb. Angliában egészen 1812-ig rováspálcán nyugtázták az adózók által befizetett összeget. A legeltető állattartásban a gazda és a pásztor elszámolása még a múlt század végén is rovásfával történt: tavasszal felvésték a fára a legeltetésre átadott állatok számát, majd a pálcát hosszában kettéhasították. Egyik fele az egyik, másik fele nyugtaként a másik félnél maradt, kizárva így a bármelyikük által elkövetendő hamisítást. Számolási segédeszközök A számoláshoz az első segédeszközt a kéz ujjai jelentették. Ezért volt kézenfekvő a tízes számrendszer használata. Később köveket, fadarabkákat is használtak a számolás segítésére alkalmi eszközként. Azután jelentek meg a már kimondottan számolás céljára készített, megmunkált, tartós használatra szánt kövek és pálcikák. A számolópálcák használatának az Kr. e. V. századból is van nyoma Kínában. Koreában még a XX. sz. elején is ilyen pálcikákkal tanították a gyerekeket számolni. A régi kínai ún. pálcikaszámjegyek világosan magukon viselik a számolópálcák használatának nyomát. Európa középkori számlálóeszköze, az abakusz A görög abax szó jelentése táblácska. A számolóeszköz sokkal régebbi, feltehetően mezopotámiai. Kis rudakon mozgatott fa vagy kődarabok, fa vagy kőtáblácska hornyaiban csúsztatott fa, kő vagy csontdarabok mind egyazon alapötlet megvalósítása. (Kavics latin neve calculus.) Egy-egy horony helyi értéket jelöl. Összeadni és kivonni nagyon gyorsan, és egyszerűen lehet. Európában a kora középkorig általánosan elterjedt a használata. Több formában máig fennmaradt, egyik ma is használt változata a szorobán. 12

13 Püthargosz-féle számolótáblák Az ókori Görögországban alakult ki. A gyakran szükséges számítások eredményét egy-egy táblázatba foglalta, az eredményt erről csak egyszerűen leolvasták. Ezek a számolótáblák a matematikai táblázatok ősének tekinthetők. A felső soron az egyik szorzótényezőt kell kikeresni, az első oszlopon pedig a másikat. A szorzat a kiválasztott sor és oszlop metszéspontjában leolvasható: az ábrán a 6 8=48 szorzás elvégzése látható. Gelosia-módszer A gelosia-módszer (rácsos módszer) a középkor kezdete táján széles körben elterjedt a szorzás elősegítésére (emlékezzünk rá, az összeadásra és a kivonásra igen hatékony eszköz az abakusz). Először Indiában, Perzsiában, Kínában és az arab országokban jelent meg. Európában a XIV. sz. elején vált ismertté. Nevét a korai olasz építészet geometrikus, osztott rácsos ablakkereteiről kapta. Az eszköz már az arab számok használatára épül. Egy négyzetrácsot kell készíteni. Az egyik tényezőt a legfelső sorba kell írni, a másikat pedig a jobb szélső oszlopba (a legnagyobb helyi érték kerül felülre, a legkisebb alulra. A táblázat maradék részén a négyzeteket átlósan kétfelé kell osztani. Az egyes négyzetekbe az adott oszlop tetején és az adott sor jobb végén álló számjegy szorzatát írjuk, mégpedig a tízeseket az átló fölé, az egyeseket az átló alá. A teljes szorzatot úgy kapjuk meg, hogy az ábrán látható ferde sávok mentén összeadjuk a számjegyeket (az egyes sávokban összeadandó számjegyek felváltva kékkel és pirossal írva láthatók). A jobb alsó sáv adja az eredmény legkisebb helyi értékű számjegyét, a bal felső sáv pedig a legnagyobbat. Ha egy sávban az összeg két számjegyű, akkor az első számjegyet a felette (és tőle balra lévő) sáv összegéhez adjuk. Ha jól belegondolunk, ez a módszer megfelel annak, ahogy mi végezzük írásban a szorzást és a rész-szorzatokat egy-egy hellyel jobbra tolva írjuk le. Napier-pálcák A gelosia-módszer egyszerűsítésére John Napier (vagy latinosan Neper) skót tudós kis rudacskákat készített. A készlet tíz darab pálcából állt, mindegyik számjegynek volt egy pálca. Egy pálcára egy számjegy többszöröseit írta a gelosia-módszernél szokott módon. Szorzás elvégzéséhez az egyik tényezőnek megfelelő pálcákat rakták egymás mellé, majd a másik tényezőnek megfelelő sorokból a gelosiamódszernél megszokott módon leolvasták a szorzatot. Napier kortársa, Gaspard Schott jezsuita szerzetes henger alakú számolópálcákat esztergált, és mindegyiknek a felületére a teljes Napier-féle pálcakészlet tartalmát felírta (tehát több egyforma hengert készített). Több ilyen hengert egymással párhuzamosan forgatható módon egy keretbe erősített. Az egyes hengerek elforgatásával elérte, hogy ott az egyik szorzótényező számjegyeinek megfelelő számoszlopok kerüljenek felülre, tehát ekkor úgy nézett ki, mintha a megfelelő Napierpálcákat tették volna egymás mellé. A készülék nem terjedt el a gyakorlatban, alig volt hatékonyabb számolási eszköz, mint az abakusz. 13

14 Schikard számológépe 1623-ban Wilhelm Schikard professzor a Napier-pálcák felhasználásával a négy alapművelet elvégzésére alkalmas számológépet készített. A gép elkészítésére a késztetést valószínűleg a Keplerrel folytatott beszélgetései jelentették. A gépről is csak Kepler iratai között maradt egy vázlat, az eredeti gép a harmincéves háborúban eltűnt, a Kepler számára készített másodpéldány még a műhelyben elégett, Schikard pedig egész családjával együtt meghalt pestisben, mielőtt még egyet készíthetett volna. A vázlat alapján 1960-ban sikerült egy jól működő rekonstrukciót készíteni. A számológép felső része hat darab függőlegesen elrendezett, Gaspard Schott megoldásához hasonló hengeres Napier-pálcát tartalmaz, így legfeljebb hatjegyű számokkal való műveletvégzésre alkalmas. Az egyes számjegyeket a pálcák megfelelő elforgatásával lehet beállítani. A pálcák alatt fogaskerekekből készített számlálómű található. A felhasználónak a pálcákról leolvasott részeredményeket kézzel kellett bevinni a számlálóműbe és azzal összeadni. A számlálómű elvégezte a kétjegyű összeg első jegyének átvitelét is a következő nagyobb helyi értékre: az egyik kerék egy teljes körülfordulása egy külön fog segítségével a következő helyi értéknek megfelelő fogaskereket egy számjeggyel elforgatta (hasonló megoldás látható pl. a jelenleg is használt villanyórákban, gázórákban, kilométer-órákban, stb.). A végeredmény a gép alján lévő kis nyílásokban jelent meg. Schikard külön számtárcsákat is felszerelt a gépre, amelyek megfelelő elforgatásával a legfeljebb hatjegyű részeredményeket lehetett tárolni, megkímélve ezáltal a felhasználót a leírástól. A gép jelezte a túlcsordulást is: ha a hetedik helyi értékre is szükség lett volna, megszólalt egy csengő. Logaritmus A XVI-XVII. században a hajózási és a csillagászati térképek készítése, az ehhez szükséges számítások elvégzése hosszadalmas és idegőrlő munkát jelentett. A XVI. sz. vége felé találták fel a logaritmust. Az első logaritmus-táblákat egymástól függetlenül készítette 1588-ban Jost Bürgi és 1594-ben a már említett John Napier. A tízes alapú logaritmust 1615-ben vezette be Henry Briggs. A logaritmustáblák alkalmazásával a szorzást és az összeadást összeadásra és kivonásra lehetett egyszerűsíteni, nagyban meggyorsítva ezáltal a műveletek elvégzését. A módszert még ma is tanítják a középiskolákban. Logarléc 1622-ben William Oughtred alkalmazott elsőként logaritmikus skálát a vonalzókon: a vonalzókra logaritmusokat mért fel, de az eredeti számokat írta melléjük. Így a vonalzók elcsúsztatásával két szám logaritmusát tudta összeadni és kivonni, a vonalzóról viszont maga az eredmény, a két szám szorzata vagy hányadosa volt leolvasható. Összeadásra és kivonásra a logarléc nem alkalmas ben készítette Pattridge az első mai formájú logarlécet: egy nyelv csúszik a léctestben. A logarlécre egyéb skálabeosztásokat is készítettek, pl. a hatványozás, gyökvonás, reciprok értékek és szögfüggvények leolvasására ben vezették be a csúsztatható ablakot, aminek segítségével több skálát is lehet egyszerre használni. Készültek speciális célokra alkalmas logarlécek is. A logarléccel való számolásnak két hátránya van: egyrészt a számolás (a skálák beállításának és leolvasásának) pontosságát a logarléc hossza határozza meg (a klasszikus 25 cm-es logarléccel kb. 1% pontosság érhető el), másrészt az eredményben a tizedesvessző helyét külön nagyságrend-számítással kell megállapítani. Ennek ellenére az 1970-es évekig a munkaköpeny zsebéből kikandikáló logarléc a mérnökök státusszimbóluma volt és ennek megfelelően használatát a középiskolában is tanították. A zsebszámológépek megjelenése azonban véget vetett a 350 éves (!) logarléc-korszaknak. 14

15 Mechanikus számológépek korszaka Pascal összeadó gépe Az első, egységes egészként működő összeadó gépet Blaise Pascal francia filozófus tervezte 1642-ben. A munkát Schikardtól függetlenül végezte és gépe nem is volt olyan fejlett, mint Schikardé. A gépet Rouenben adóbeszedőként dolgozó apja számára készítette az akkor 19 éves Pascal, hogy megkönnyítse annak munkáját. A számológép megmaradt az utókornak. A számokat a gép elején lévő kerekeken kell beállítani, az eredmény pedig a gép tetején lévő kis ablakokban látszik. Ez az eszköz tízfogú fogaskerekeket tartalmaz. A fogaskerekek minden foga egy-egy számjegynek felel meg 0-tól 9-ig. Minden helyi értéknek megfelel egy ilyen fogaskerék (hatjegyű számokat lehet a géppel összeadni). A kerekek úgy kapcsolódnak össze, hogy számokat lehet összeadni vagy kivonni a fogaskerekek megfelelő számú foggal történő elforgatásával: ha a legkisebb helyi érték fogaskerekét egy foggal (36 fokkal) elfordítjuk, az a mozgásiránytól függően 1 hozzáadását vagy levonását jelenti a gépben éppen látható számból. Ebben a gépben is működik a tízes átvitel: ha az egyik helyi érték kereke a 9-es állásból a 0-ba fordul, akkor a következő nagyobb helyi érték kerekét egy foggal elfordítja. Leibniz számológépe Az 1670-es években Gottfried Wilhelm Leibniz német filozófus és matematikus Pascal gépét továbbfejlesztette ben (más forrás szerint 1671-ben, illetve 1673-ban) készítette el gépét, amivel már szorozni, osztani és gyököt vonni is lehetett. Ez volt az első olyan számológép, amellyel mind a négy alapműveletet el lehetett végezni. Tulajdonképpen két külön részből állt: az összeadómű Leibniz szerint is megegyezett Pascal megoldásával, a szorzómű tartalmazott új megoldást. A gép nyolcjegyű számokkal való számoláshoz készült, de a tízes átvitel során felmerülő mechanikus problémák miatt sosem működött kielégítően. A bordás henger jelentette egészen a XIX. sz. végéig az egyetlen gyakorlatban is kivitelezhető mechanikus megoldást a szorzás gépesítésére és A XX. században is alkotórésze maradt az összes mechanikus számológépnek. Jacquard automata szövőgépe Folyamatok vezérlésére már évszázadok óta alkalmaztak különböző vezérlési módokat. Joseph Marie Jacquard ( ) francia feltaláló 1810-ben olyan automatikus szövőszéket tervezett, amelynél fából készült vékony, megfelelően kilyuggatott lapok ( kártyák ) vezérelték a bonyolult minták szövését. A lyukkártyákat láncra fűzte, ezzel lehetővé téve a minták (azaz a szövőszék vezérlésének) gyors és könnyű megváltoztatását. Babbage munkássága A XIX. században Charles Babbage brit matematikus és feltaláló kidolgozta a modern digitális számítógép alapelveit. Több új típusú gépet is kigondolt. Ilyen volt a Difference Engine (differenciagép), amit logaritmustáblázatok készítésére tervezett az 1820-as évek elején. A gép 20 jegyű számokkal dolgozott volna. Babbage csak a gép egyes részeit tudta elkészíteni, a munkát azonban nem tudta befejezni: részben anyagi okok miatt, részben pedig a kor technikai lehetőségei nem 15

16 voltak elegendőek ben a differenciagép előállítási költségeit fontra becsülték (egy gőzmozdony ugyanekkor 1000 fontba került). A londoni Science Museumban 1991-ben Babbage részletes rajzai alapján megépítették az eredeti differenciagép egyszerűsített változatát korszerű anyagokból. A gép négyezer alkatrészből áll, méretei is tekintélyesek: 3,4 m 0,5 m 2,1 m. A berendezés tökéletesen működött: hibátlanul kiszámította a 7. hatványok táblázatának első száz értékét ban a differenciagép elveinek továbbfejlesztésével tervezte meg Babbage az Analytical Engine-t (analitikus gépet). A gép elkészítéséhez a kormánytól kapott előlegként font támogatást, de a saját tőkéjéből is ráköltött mintegy fontot (más forrás szerint a támogatást nem az analitikus géphez, hanem a differenciagéphez kapta). A kormány 1842-ben, miután még mindig nem voltak látható eredmények, megvonta támogatását Babbage munkájától. Ez a gép teljes egészében sohasem épült meg, pedig a modern számítógépek sok sajátságával rendelkezett. Babbage univerzális gépet tervezett, amely adatbeviteli és eredmény-kiviteli egységből, számolóműből és részeredmény-tárolóból állt volna. A gép lyukkártyákról olvasta volna be az információkat, tudott volna utasításokat és adatokat tárolni, matematikai műveleteket végrehajtani és adatokat kinyomtatni. A tárolómű 200 részeredmény tárolására lett volna alkalmas. Erre a célra 1000 db, egyenként 50 fogaskereket tartalmazó oszlopot tervezett Babbage. Haláláig ezen a gépen dolgozott, bár az építése már kezdetben megakadt: a kor finommechanikai lehetőségeivel ezt a gépet nem lehetett elkészíteni. Ha megépült volna, egy futballpálya területét foglalta volna el és öt gőzgép energiája kellett volna a működtetéséhez. Ada Byron Babbage általános célú számoló berendezésének tervei annyira jól meghatározottak voltak, hogy Ada Byron a gép működését meghatározó utasítássorozatokat készített el, holott maga a gép soha nem épült meg. Ezt tekintjük az első ismert számítógépes programnak, Ada pedig az első programozó ( Ada programozási nyelv!) Elektromosság kora Boole George Boole angol matematikus, tudását önképzés útján szerezte, tanárként dolgozott. Az általa bevezetett, azóta Boole-algebrának nevezett terület célja, hogy egyesítse a matematikát és a logikát. Munkássága sokáig visszhang nélkül maradt, halála után C. E. Shannon doktori értekezése tárgyalta, hogy az elektromechanikus relék rendszerével logikai műveletek sorát lehet elvégezni. Hollerith lyukkártyás adatfeldolgozása Az Egyesült Államok 1880-as népszámlálásán 55 millió ember adatait gyűjtötték össze. Az adatokat 500 ember összesítette 36 szempont szerint 7 éven keresztül. Herman Hollerith német származású amerikai statisztikus ennek láttán találta ki, hogy a Jacquard deszkalapjaihoz hasonló perforált kártyákat adatfeldolgozásra is lehet használni. Egy kártyára egy ember adatait lyukasztotta. Maga a lyukasztás kézi munkával történt. Az adatok feldolgozására olyan rendszert használt, ahol a lyukkártyák elektromos érintkezők között mentek át. Ahol a kártyán lyuk volt, az áramkör bezárult. Így a lyukakat meg lehetett számolni. Miután készülékére 1889ben szabadalmat kapott, ezzel dolgozta fel az USA 1890-es népszámlálási adatait mindössze négy hét alatt! 1896-ban alapította a Tabulating Machine Company nevű céget, amelyből aztán 1924-ben megalakult az IBM. 16

17 Turing-gép Alan Turing ( ) 1936-ban az On Computable Numbers című művében leírta egy olyan számítógép matematikai modelljét, amely mint a lehető legegyszerűbb univerzális számítógép bármilyen véges matematikai és logikai problémát meg tud oldani. Ez a ma Turing-gép néven ismert eszköz fontos volt a digitális számítógépek kifejlődésében. Tevékenysége fontos részét képezte a második világháború alatt az angol titkosszolgálati munkának, a kódfejtésnek. Fontos szerepet játszott az Enigma kód feltörésében. Számítógépek és gondolkodás című tanulmányában vezette be a róla elnevezett, Turing-teszt fogalmát, aminek célja eldönteni, hogy a velünk kommunikáló partner számítógép vagy ember. Konrad Zuse Konrad Zuse 1936 és 1938 között otthon, szülei lakásának nappalijában épített Z1 néven az első olyan szabadon programozható számítógépet, amely kettes számrendszerben működött és lebegőpontos számokkal dolgozott. Az adatbevitelre billentyűzet szolgált, az adatkivitel pedig kettes számrendszerben egy világító tábla (fénymátrix) segítségével történt. A számolómű és a tároló telefonrelékből készült. A gép 24 bites szavakkal dolgozott, a memóriája 16 adat tárolását tette lehetővé. A gép tartalmazott decimális-bináris és bináris-decimális átalakítót is. Ilyen eszközt Zuse készített először. A következő modell, a Z2 már lyukfilmes adatbeviteli egységet tartalmazott. Ez a gép 16 bites fixpontos adatokkal dolgozott és 16 szavas tárolója volt. Az első teljesen működőképes, szabadon programozható, programvezérlésű számítógépet, a Z3-at Zuse 1941-ben fejezte be. Ez a gép 22 bites szavakat használt és lebegőpontos számokkal dolgozott. A tárolóegység 1600 mechanikus reléből állt, 64 szám tárolására volt képes. A számolómű 400 relé felhasználásával készült. A műveletek jellemző végrehajtási ideje 3 másodperc. Zuse felajánlotta Hitlernek, hogy két év alatt elkészíti a hadsereg számára a gép javított változatát elektroncsövek felhasználásával. Hitler az ajánlatot azzal utasította vissza, hogy még a gép elkészülte előtt meg fogják nyerni a háborút. A Z ben készült el és 1954-ig használták. Mark I Az első teljesen automatikusan működő általános célú digitális számítógépet az Egyesült Államokban, a Harvard egyetemen fejlesztették ki Howard Aiken vezetésével. A tervezéshez az IBM 5 millió dollárral járult hozzá és a gép megépítését is az IBM végezte. Ez volt a Mark I., vagy más néven Automatic Sequence Controlled Calculator (ASCC). Relékből épült fel, 3304 db kétállású kapcsolót tartalmazott, összesen kb alkatrészből állt és 500 mérföld (800 km) huzalt használtak fel hozzá. A gép kb. 15 m hosszú és 2,4 m magas volt. A memóriája a mechanikus számológépekhez hasonlóan fogaskerekekkel, tízes számrendszerben tárolta az adatokat, 72 db 23 jegyű számnak volt benne hely. Az adatbevitel lyukkártyákkal történt. A programot lyukszalag tartalmazta, ez vezérelte a gép működését kezdték el építeni, 1944-ben készült el és 1959-ig használták. 17

18 Számítógépes generációk 0. generáció: 1943 előtt Az elektromechanikus megoldás, pl. relék jellemzik az ide sorolt gépeket. Az adattárolás fontos eszköze a lyukkártya vagy lyukszalag. Ilyen gépek pl. Konrad Zuse jelfogós Z-1, Z-2, stb. gépei. 1. generáció: Az elektroncsövet 1904-ben találták fel. Felfedezték azt is, hogy nemcsak erősítőként, hanem kapcsolóként is alkalmazható. Az elején azonban a csövek drágák, megbízhatatlanok és rövid életűek voltak, csak az 1940-es évektől használták őket számítógépek készítésére. Az elektroncsövek sokkal gyorsabb gépek építését tették lehetővé, mint a relék tól, az első elektronikus számítógép, az ENIAC megalkotásától számítjuk ezt a szakaszt. Jellemző áramköri eleme az elektroncső. A programozása kizárólag gépi nyelven történt (gépi kód). Az ENIAC tervezését a második világháború alatt kezdte el katonai célokra John Presper Mauchly és John William Eckert. A gépet a Pennsylvania egyetemen építették, a munkát 1946-ban fejezték be. Ezt a számítógépet már szabadalmaztatták. Az ENIAC elektroncsövet tartalmazott, több mint 100 kw elektromos energiát fogyasztott és 450 m2 helyet foglalt el (több mint 30 m hosszú termet építettek az elhelyezéséhez). A gép tömege 30 tonna volt, megépítése tízmillió dollárba került. Háromszor gyorsabb volt, mint a relés számítógépek: az összeadást 0,2ms, a szorzást 3ms alatt végezte el. A programja azonban fixen be volt drótozva a processzorba és csak mintegy kétnapos kézi munkával, villamos csatlakozások átkötésével lehetett megváltoztatni. A gép memóriája 20 db tízjegyű előjeles decimális számot tudott tárolni. Az ENIAC utóda, az EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Calculator) ugyancsak Mauchly és Eckert vezetésével épült 1944-től 1948-ig (véglegesen csak 1951-ben helyezték üzembe). Ez a gép már Neumann János ( ) magyar matematikus elvei alapján úgy készült, hogy a programot és az adatokat a memóriában tárolta. Az első kereskedelmi forgalomban is kapható, sorozatban gyártott univerzális számítógép a UNIVAC (UNIVersal Automatic Calculator) volt. Ez volt az első számítógép, amely a számok mellett már szöveges információt is tudott kezelni. Többen ezt a gépet tekintik az első generáció igazi kezdetének. ezt is John Presper Eckert és John Mauchly tervezte. A gép 5600 elektroncsövet és diódát tartalmazott, 19 tonnát nyomott és egymillió dollárba került. A memóriája higany-késleltető vonalas megoldású volt, háttértárként itt használtak először mágnesszalagot. Neumann János december 28-án született Budapesten. Már egész kisgyermekként rendkívüli nyelvtehetségnek számított és kivételesen jó emlékezőtehetségű volt. Hat éves korában már folyékonyan tudott ógörögül, apjával e nyelven viccelődött. Tudott latinul is, anyanyelvi szinten beszélt németül től a budapesti Evangélikus Gimnázium tanulója volt egészen 1921-ig, amikor is leérettségizett. Ez az iskola volt ez időben az ország egyik legjobb középiskolája as tanévben elnyerte az V. osztály legjobb matematikusa címet, 1920ban pedig az ország legjobb matematikus-diákja kitüntetést szeptemberétől beiratkozott a Budapesti Tudományegyetem bölcsész karára, ahol a fő tárgya a matematika volt, melléktárgyai a fizika és a kémia március 12-én - 22 éves korában - a Budapesti Tudományegyetemen doktorált matematikából. Hiába ajánlották azonban jelentős tudósok, pályázatát a szegedi és a budapesti egyetemen is elutasították. Így külföldön alkotott. Göttingenben, majd Berlinben és Hamburgban dolgozott ban, Hitler hatalomra kerülése után az Egyesült Államokba költözött. Neumann János figyelemre méltó képessége volt, hogy nagyon bonyolult számításokat volt képes meglepően gyorsan fejben elvégezni. Emiatt igen tisztelték és csodálták. Remek előadó volt, tisztán és világosan adott elő. Ez főleg annak volt köszönhető, hogy nem csak a bizonyításokat mondta el, hanem a bizonyításhoz vezető útról is beszámolt, a kitérőket is megemlítette. 18

19 A második világháború elejére a lökés- és robbanási hullámok vezető szakértője lett végén csatlakozott az atombomba előállításán dolgozó csoport munkájába től a princetoni Elektronikus Számítógép projekt igazgatója lett. Neumann az elektronikus számológépek tervezése terén fontos újítást vezetett be. Olyan jelöléseket vezetett be, amely alkalmas volt arra, hogy konkrét műszaki megoldástól függetlenül a számítógép logikai felépítését teljes részletességgel ábrázolja (Neumannféle vázlat). Gondolatai alapvetően hozzájárultak a modern digitális számítógép kialakulásához ben megjelent írásában foglalta össze a Neumann-elveket ben bal vállában súlyos fájdalmak léptek fel, csontrákot állapítottak meg nála. A betegség kialakulását nagy valószínűséggel az atombomba előállításakor szerzett sugárfertőzése okozhatta február 8-án halt meg. Neumann munkásságából nem a számítástechnikára vonatkozó rész a leggyümölcsözőbb, hanem közgazdasági vonatkozású játékelmélete és a matematikai gondolkodás egyik legabsztraktabb vidékén mozgó operátorelmélete. Neumann-elvek A mai értelemben vett számítógépek működési elveit a haditechnikában megszerzett tapasztalatok felhasználásával dolgozta ki június 24-re készült el az a kivonat - First Draft of a Report on the EDVAC (Az EDVAC-jelentés első vázlata) címmel -, amely teljes elemzését adta az EDVAC tervezett szerkezetének. Tartalmazta a számítógép javasolt felépítését, a részegységek megépítéséhez szükséges logikai áramköröket és a gép kódját. A legtöbb számítógépet napjainkban is a jelentésben megfogalmazott elvek alapján készítik el. Fő tételeit ma Neumann-elvekként ismerjük. A számítógép olyan matematikai problémák megoldására szolgál, amelyekre az ember önállóan is képes lenne. A cél a műveletek végrehajtási idejének meggyorsítása. Ennek érdekében minden feladatot összeadások sorozatára kell egyszerűsíteni, ezután következhet a számolás mechanizálása. Soros működésű, teljesen elektronikus, automatikus gép Neumann János rámutatott a mechanikus eszközök lassúságára és megbízhatatlanságára, helyettük kizárólag elektronikus megoldások használatát javasolta. A gép a műveleteket nagy sebességgel, egyenként hajtja végre, melynek során a numerikusan megadott adatokból - az utasításoknak megfelelően - emberi beavatkozás nélkül kell működnie, és az eredményt rögzítenie. Kettes számrendszer használata A kettes számrendszer használatának alapja az a tapasztalat, hogy az elektronikus működést könnyebb hatékony, kétállapotú eszközökkel megvalósítani. Ehhez elegendő egy olyan rendszer használata, mely két értékkel (igen/nem) dolgozik. A tízes számrendszert a kettessel felváltva az aritmetikai műveletek egyszerűsödnek, nő a sebesség, csökken a tárolási igény, így az alkatrészek száma is, megoldandó feladat marad viszont a folyamatos átváltás. Megfeleljen az univerzális Turing-gépnek Az univerzális gép elvi alapja A. M. Turing ( ) elméleti munkásságának eredménye, aki bebizonyította, hogyha egy gép el tud végezni néhány alapműveletet, akkor bármilyen számításra képes. Ez az aritmetikai egység beiktatásával érhető el, amelynek az összes számítási és logikai művelet végrehajtása a feladata. A műveleti sebesség fokozása érdekében került alkalmazásra a központi vezérlőegység, amely meghatározza a program soron következő utasítását, szabályozza a műveletek sorrendjét, és ennek megfelelően vezérli a többi egység működését. Turing kutatása megteremtette a programozható számítógép matematikai modelljét és a digitális számítások elméleti alapját. Belső program- és adattárolás, a tárolt program elve A legfontosabb újítás a belső program- és adattárolás elve, melynek segítségével a műveletek automatikusan következnek egymás után, lassú emberi beavatkozás nélkül. A külső tárolás és szakaszos betöltés helyett az adatok és a programok egy helyen, a belső memóriában kerülnek tárolásra. Innen veszi a központi egység a végrehajtandó utasításokat és az azokhoz szükséges adatokat, valamint ide helyezi vissza az eredményt is, így a műveletvégzés sebessége nagyságrendekkel nőhet. Külső rögzítő közeg alkalmazása A számítógépnek a bemeneti (input) és kimeneti (output) egységeken keresztül befelé és kifelé irányuló kapcsolatot kell fenntartani a - lehetőleg - elektronikus vagy mágneses tárolóeszközökkel. A bemenő egység a 19

20 külső tárolóeszközről beolvassa a memóriába a szükséges adatokat, majd a műveletvégzések után a kimenő egység átviszi az eredményeket egy leolvasható tároló közegre. Neumann idejében a programtárolás és végrehajtás mechanikus úton - például lyukkártyák vagy tárcsák segítségével - történt. Az elektronikus programtárolás és végrehajtás, valamint a kettes számrendszer használatának bevezetése áttörést jelentett mind a sebesség, mind pedig a felhasználási lehetőségek tekintetében. 2. generáció: Jellemzőjük a félvezető alkalmazása: az elektroncsövet felváltotta a tranzisztor (William Shockley). Az első tranzisztor 1947-ben készült el, lehetővé tette az energiafogyasztás és a méret csökkenését, emellett sokkal üzembiztosabb építőelemnek bizonyult. Lényegesebben olcsóbbak lettek a tranzisztorra épülő számítógépek. A memória tipikus alkotóeleme a ferritgyűrű, háttértáraként pedig mágneslemezt, később mágnes dobot használtak. Fontos fejlődési lépcső, hogy megjelentek a magasszíntű programnyelvek, pl. Fortran. Az 1950-es évek közepén építették az első különlegesen nagy és különlegesen gyors számítógépeket, népszerű nevükön a szuperszámítógépeket. 3. generáció: Az integrált áramkört (IC-t) 1958-ban fedezte fel Jack 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 távadatátvitelben. Az integrált áramkörök tovább csökkentették a számítógépek árát, méretét és meghibásodási gyakoriságát. Ez tovább növelte a számítógépek iránti keresletet: az 1970-es évek elejére több mint nagyszámítógépet és ugyancsak több mint miniszámítógépet helyeztek üzembe. Megjelenik a monitor és a billentyűzet, a lyukkártya kezd visszaszorulni ben ennél a gépcsaládnál választották szét először a hardvert és a szoftvert: külön tételként jelentek meg számlázáskor (ez tovább növelte a szoftver jelentőségét) és nem volt kötelező együtt megvásárolni őket. A gépek operációs rendszereket használta. Továbbra is jellemző a ferritgyűrűs operatív tár, de már megjelennek a félvezetős, IC-kből felépülő memóriák. Terjedtek az időosztásos rendszerek is, amik lehetővé tették, hogy interaktív, párbeszédes üzemmódban egyidejűleg több felhasználó férhessen a számítógéphez. 4. generáció: Az 1970-es évek közepe óta számíthatjuk az idejét és a mai napig tart. A gépek igen nagy integráltságú (VLSI) 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 távadatátvitel lehetővé teszi gyakorlatilag bármelyik két gép összekapcsolását és napjainkra már szinte mindegyik számítógép kapcsolódik valamilyen hálózathoz. Megjelenik a mikroprocesszor, majd ezt felhasználva megjelenik és rohamosan elterjed a személyi számítógép. Általánossá válik használatuk szövegszerkesztésre, táblázatkezelésre, grafikára, adatbázis-kezelésre, stb. A korszak általános jellemzői : Az operatív tár mérete jelentősen nő: egy közepes második generációs gép (IBM 1401) memóriájának mérete jellemzően 4 és 16 Kb között volt, a negyedik generációs IBM 4341-nek már ezerszer akkora, 4-16 Mb volt a memóriája. A gépek mérete, energiafogyasztása és ára jelentősen csökken, a teljesítményük és megbízhatóságuk nő. Általános a másodpercenkénti néhány millió utasítás végrehajtása. Általánossá váltak a közvetlen géphozzáférést lehetővé tevő perifériák: billentyűzetek, képernyők, fényceruzák, egerek, vonalkódolvasók. Az operációs rendszerek ennek a felhasználási módnak megfelelően fejlődnek tovább. 20

21 Egyszerűbbé válik a gépek használata. Elterjednek az adatbázis-kezelők, táblázatkezelők, szövegszerkesztők. Az 1980-as évek közepére már több millió számítógépet használnak világszerte. Ezek nagy része személyi számítógép. Mikroprocesszor: olyan integrált áramkör, amely betölti a központi egység szerepét. 1971: az Intel elkészíti az első mikroprocesszort 4004 néven. Másodpercenként mindössze 60 ezer művelet elvégzésére volt képes, és csak 4 bites adatokkal tudott dolgozni. A 4040-est követték a 8 bites Intel 8008 és 8080-as processzorok. Ezeknek a processzoroknak a tömeggyártása tette lehetővé az első home computerek megjelenését. Az első gépek egyike az 1975-ben az USA-ban megjelent MITS cég gyártotta ALTAIR 8800-as számítógép. Ez egy lemeztelenített, házilag összeszerelhető gép, amely egy Intel 8080-as mikroprocesszort és 256 bájtnyi memóriát tartalmazott az alaplapon. Hamarosan megszülettek az olcsó perifériák és szoftverek is. Az Altair mintájára sorban készültek az otthoni számítógépek. A gyártók sorába beállt a Tandy, Commodore, Sinclair, Apple, az IBM. 5. generáció: 1990-től Jellemzőjük a Neumann - elvtől 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 óriási méreteket ölt. Másik meglévő trend a számítógépes hálózatok fejlődése. Ezekben a hálózatokban már mű is felhasználnak a számítógépek világhálózatának működtetésére. Folynak kutatások az optikai számítógépek kifejlesztésére is. Ezekben nem elektromos, hanem sokkal gyorsabb fényimpulzusok hordoznák az információt. A jövő Fejlődés ellen nincsen gyógymód Neumann János 21

22 Kommunikáció Kommunikáció fogalma A kommunikáció egyfajta információ csere, mely mindig valamely jelrendszer segítségével jön létre. Ilyen jelrendszer például az emberi nyelv. Tágabb értelemben a kommunikáció jelent tájékoztatást és közlést is. Csoportosítása 1. résztvevők száma szerint interperszonális (2 személyes pl.: párbeszéd) csoport kommunikáció (1 ember és 1 csoport közt pl.:újság, könyvkiadás) tömegkommunikáció (a hallgatóság tagjai egymástól és az üzenet küldőjétől térben és időben távol vannak egymástól pl.:reklámok) 2. résztvevők távolsága szerint közvetlen (a kommunikáció személyesen történik) közvetett (időben vagy térben egymástól távol vannak pl.: chatelés, telefonálás) 3. alkalmazott kódrendszer szerint verbális (nyelvi jelek használatával történő kommunikáció) nem verbális (nem nyelvi jelek használatával történő kommunikáció pl.: testbeszéd) 4. kölcsönösség szerint egyirányú (a fogadó fél nem küld semmiféle visszajelzést a küldő félnek) kölcsönös (oda-vissza ható folyamat, a befogadó ill. küldő szerepek fel is cserélődhetnek) 5. résztvevők viszonya szerint egyenrangú nem egyenrangú Kommunikáció tényezői 1949-ben Claude Shannon és Warren Weaver publikálták kommunikációs modelljüket, melyet később minden emberi kommunikációs szituációra elfogadhatónak tartottak. Céljuk a telefonkábelen való üzenet átadás minél hatékonyabb módjának kidolgozása volt. Adó: Akitől az üzenet ered, az üzenet küldője. Ő szeretne közölni valamit. Kódolás: Az adó átalakítja az üzenetet, hogy az a csatornán való áthaladásra alkalmas jelformát öltsön. Csatorna: Melyben az üzenet eljut az adótól a vevőig. Közvetíti az üzenetet. Ilyen például a telefonkábel. Zaj: Zavaró tényező, mely csökkenti az üzenet befogadásának hatékonyságát. Csoportosítása: - csatorna zaj (pl.: mikrofon hiba, térerő hiány, telefonkábel hiánya) - környezeti zaj (pl.:külső zaj) - szemantikai zaj (pl.:akcentus, fogalmazási- és beszédhibák) Dekódolás: A vevő visszakódolja az üzenetet, hogy megértse. Vevő: Aki fogadja az üzenetet. 22

23 Redundancia Köznyelvi értelemben bőbeszédűség, terjengősség, felesleges elemeket tartalmazó közlemény. Azonban a redundancia fogalma nem mindig negatív. Ugyanis egy szövegnél a redundancia biztosíthatja a jobb megértést. Ugyanakkor a redundancia teszi lehetővé, hogy felfogjunk, megértsünk pontatlanul v. hiányosan közvetített jelsorozatokat (helyesírási hibákat, hiányzó betűket tartalmazó szövegek, rosszul hallható beszéd) is lényeges információk elvesztése nélkül. Például a magyar nyelv redundáns. Információelméleti értelemben a redundancia több jel felhasználása, mint amennyire adott információ közvetítéséhez feltétlenül szükség van. Azaz egy redundáns közegben nagyobb az adatmennyiség, mint az információ. A számítástechnika területén a redundancia mindig valamiféle megbízhatóságot növelő többszörözést jelent (p.: mentés két merevlemezre). Ezt csökkenteni lehet adattömörítéssel. Informatikai alapfogalmak Informatika Az informatika az információ megszerzésével, tárolásával, feldolgozásával és továbbításával foglalkozó tudomány. Az informatikában manapság a legtöbb feladatra számítógépeket alkalmaznak, mindazonáltal az informatika tudománya nem kizárólag a számítógépekkel foglalkozik. Információ Az információ az informatika alapfogalma, sokféle meghatározása létezik. Ezek közösek abba, hogy az információ valamivel kapcsolatban csökkenti a bizonytalanságunkat, és új ismerettel szolgál számunkra. Az információ valamely jelenségre vonatkozó értelmes közlés, amely új ismereteket szolgáltat az információ felhasználójának. Valójában információnak tekinthető minden inger, amely a környezetünkből hozzánk érkezik. A hangok, a látvány, az ízek, a hőérzet, továbbá a gondolatok, amelyeket hallunk, vagy olvasunk stb. Jel A jel érzékszerveinkkel vagy műszereinkkel felfogható-mérhető jelenség, amelynek jelentése van, ezt a jelentést valamilyen egyezmény, szabály rögzíti. Jelek csoportosítása Érzékszervi szempont szerint: vizuális jel(minden ami látható és jel szerepet tölt be legtöbbször 2D rajzok, képek, szimbólumok, de lehetnek 3D tárgyak vagy virtuális tárgyak is (pl. hologram)) vagy audiojelek (az információközlés szempontjából a beszéd és a zene a legfontosabb.) A jeleket a lehetséges értékei alapján is csoportosíthatjuk, így megkülönböztetünk analóg és digitális jelet. Analóg és digitális jel Egy jelet analógnak nevezünk, ha két érték között tetszőleges értéket felvehet. Ilyen például az ember magassága vagy tömege. A digitális jel csak előre meghatározott számú, véges sok értéket vehet fel. Ilyen például egy felnőtt ember gyerekeinek a száma, vagy a boltban kapható cipők mérete. Ugyanaz az információ megjelenhet akár mindkét módon is: például az analóg és a digitális órák esetén az idő jelzése. Az analóg jel mindig digitálissá alakítható (digitalizálható). Jelrendszer A jelek a használati szabályaikkal együtt jelrendszert alkotnak. Ahhoz, hogy az információt tárolhassuk, feldolgozhassuk, és továbbíthassuk, valamilyen jelrendszer segítségével rögzítenünk kell. Ilyen jelrendszerek például az írás különféle változatai, vagy a zenei kotta. Az információt mindig jelek, jelsorozatok hordozzák. Fontos, hogy a jeleket értsük, különben nem kapunk információt. Nem minden jel hordoz számunkra információt, ennek az okai, hogy nem értjük, vagy már ismerjük a tartalmát. Az üzenet információtartalmát számítással meghatározhatjuk. A problémát az okozza, hogy az információk sokfélék lehetnek. 23

24 A feldolgozandó információ lehet egy kép, egy szöveg, egy elektronikus jel is. Jellemzőik megmérése után a számítógép számára fogadható jellé kell alakítani az információkat. Ha az adatot kétféle jellel tudjuk leírni, akkor a két jelet együtt bináris jelnek nevezzük. Pl.: világít a lámpa nem világít a lámpa férfi nő A számítógépek mindenféle információt számok formájában írnak le, azaz rögzítenek. Így válik az információ a számítógép által feldolgozható adattá. Adat Azokat az információkat, amelyekből valamilyen konkrét tényt tudunk meg adatnak is nevezzük. Az információ értelmezett adat. Az adat elemi ismeret. Az adat tények, fogalmak olyan megjelenési formája, amely alkalmas emberi eszközökkel történő értelmezésre, feldolgozásra, továbbításra. Az adatokból gondolkodás vagy gépi feldolgozás útján információkat, azaz új ismereteket nyerünk. Az adat az információnak a számítógépes rendszerben való megjelenési formája. A feldolgozásban az információ helyett az adatokkal végezzük el a kívánt műveleteket. Az első számítógépekben az adatokat tízes számrendszerben tárolták. Később azonban Neumann János javaslatára áttértek a kettes számrendszerre. Manapság a legtöbb számítógép a kettes számrendszert használja. Az adattárolás és adatátvitel mértékegységei Az informatika világában éppoly fontos szerep jut a mértékegységeknek, mint a többi tudományban. A számítógépen leggyakrabban az adatok mennyiségét és a mozgatásuk gyorsaságát (sebességét) mérjük. A betáplált adatok a lehető legkisebb egységekre lebontva kerülnek tárolásra a számítógépben. Ez a legkisebb adategység a bit (Binary Digit). A bit az információmennyiség alapmértékegysége. A binary digit kifejezés szó szerinti jelentése: kettes számrendszerbeli számjegy. 1 bit az az információmennyiség, amely egy kettes számrendszerbeli számmal kódolható. A bitnek két állapota lehetséges: 0 vagy 1. Egy bitnyi információ nagyon kevés: egy igen-nem válasz, egy fejbólintás, kacsintás. Ennél kisebb mennyiségű információ már nem jelent semmit. A számítógép minden adatot egyesek és nullák sorozataként ábrázolva (kódolva) tárol. A tárolandó adat mennyiségétől függően több-kevesebb bitből álló sorozat szükséges a tároláshoz. A számítógépek a biteket nyolcas csoportokba szervezve kezelik. Egy ilyen nyolcas csoport egy nyolcjegyű kettes számrendszerbeli (bináris) számnak felel meg, a neve pedig Bájt (Byte). A számítógéppel végzett munkánk során több ezer (millió) bájtból álló adathalmazokkal találkozhatunk. Ezért az adatmennyiségek mérésének megkönnyítéséhez a mértékváltásnál megismert előtagokat, (az ún. prefixumokat) használjuk. A mértékegységek váltószámait az alábbi táblázat foglalja össze. Adatátviteli sebesség Amennyiben az adatokat egyik számítógépről a másikra kívánjuk átjuttatni, fontos jellemző lehet az adatátviteli csatorna sebessége. Adatátviteli sebesség alatt az időegység alatt átvitt adatmennyiséget értjük, amelyet leginkább a bit/s ban, illetve többszöröseiben (kbit/s, Mbit/s, kbyte/s) szokás megadni. A hagyományos (analóg) telefonvonal adatátviteli sebessége például 56 kbit/s, ami azt jelenti, hogy egy másodperc alatt bitnyi adatot képes átvinni. Digitalizálás Analóg jel: Makroszkopikus fizikai jel, általában folytonos vagy annak tekinthető (bármilyen értéket felvehet két határérték között, például idő, szín, áramerősség, feszültség, hőmérséklet, óramutató szöge). 24

25 Digitális jel: Számjegyekkel leírható binárisan kódolható (diszkrét jelek halmaza, amelyeket számokkal jelölünk). A gyakorlatban az analóg jelet elegendően sok számmal jól lehet közelíteni amelyekből nagy pontossággal vissza is állítható az eredeti analóg jel. A digitalizálás fogalma A digitalizálás az információ számokká ("digitekké") alakítása. Erre az átalakításra azért van szükség, mert a számítógép számokat tárol és dolgoz fel. A digitalizálás általában egy analóg - digitális átalakítás. Különböző típusú információkat digitalizálhatunk: szöveg, kép, hang. Veszteségmentes és veszteséges digitalizálás A digitalizálással szemben támasztott egyik fontos követelmény, hogy az információ minél kisebb mértékben torzuljon, vagy vesszen el. Ennek megfelelően kétféle digitalizálást különböztethetünk meg. A veszteség mentest és a veszteséggel járót. Veszteségmentes digitalizálásról akkor beszélünk, ha a digitalizálás után a teljes információ tartalom megmarad. Például, amikor a levélborítékra írt irányítószámot a postai elosztórendszer automatikusan felismeri. Ehhez úgy kell digitalizálnia az írott számokat, hogy egyértelműen el lehessen dönteni, hogy milyen irányítószámot írt rá a feladó. A valóságban ez nem mindig sikerül. Veszteséges a digitalizálás, ha a digitalizálás után az információnak csak egy részét kapjuk meg. A zene digitalizálása mindig veszteséggel jár, legalábbis a ma rendelkezésre álló eszközökkel, csak közelíteni lehet azt a zenei élményt. Ebben az esetben kompromisszumokat kell kötni, például abban, hogy milyen minőségben elegendő a hangot digitalizálni. Például a mobiltelefonos beszélgetés esetén elegendő, ha felismerhető a telefonálók hangja, de például ha zenét akarunk hallgatni, igény van a minél jobb hangminőség elérésére. Hasonlóan a képi információnál, az okmányirodában készített digitális arckép (igazolványkép) minősége sokkal alacsonyabb, mint például egy fotókiállításon szereplő portréé. Minél több információt őrzünk meg a digitalizálás során, annál nagyobb adatmennyiség keletkezik. A digitalizálás során keletkezett adatmennyiség tárolása és kezelése további feladatokat vet fel. A nagy mennyiségű adat tárolásának egyik lehetséges megoldása az adattömörítés. Szöveg digitalizálása A szöveg szó szerinti visszaadása fontos, de lehet fontos az az információ is, hogy egy adott nyomtatott szöveg milyen tipográfiával készült. (betűtípus, sortávolság, margók, stb.) Tehát az alapfeladat a nyomtatott vagy írott formában rendelkezésre álló szöveg karaktersorozattá alakítása, és ezen felül bizonyos alkalmazások a tipográfiai információk felismerésére is képesek. Nyomtatott (írott) szövegek digitalizálása OCR technológiával történik. OCR: Optical Character Recognition, magyarul optikai karakterfelismerés. Ez a technológia az egyes betűk optikai képét próbálja felismerni és a betűknek megfelelő karakterekké alakítani. A kifinomultabb OCR eljárások a minél pontosabb felismerés érdekében nem csak az egyes betűket veszik figyelembe, hanem a szöveg nyelvét illetve a megadott nyelv szavainak ismeretét is felhasználják a felismerésben. Az OCR programok egy fajtája a kézírás felismerő, aminek a szerepe olyan adatbevitelnél fontos, amikor az adatbevitelnél nem, vagy nem minden esetben használunk billentyűzetet, például digitális tábla, érintő képernyős eszközök. A felismerési folyamat részei az írás képének beolvasása (scanning); a képen szereplő szövegblokkok, szövegsorok vizsgálata; a blokkokban, sorokban szereplő betűk vagy betűpárok felismerése; a felismert szöveg ellenőrzése (például helyesírás- vagy nyelvtani ellenőrzés). Hang, zene digitalizálása A hang A hang a légnyomásváltozás hullámszerű terjedése. Ha nem lenne levegő, nem hallanánk hangokat. Az űrben nincs hang. Azért hallunk, mert a fülünk érzékeny a légnyomásváltozásra. A gyakoribb hangok periodikus hullámmal adhatók meg. Az amplitúdó a hangerőt, a frekvencia pedig a hangmagasságot határozza meg. 25

26 A normál zenei A hang frekvenciája 440 Hz. Az egy oktávval feljebb lévő A hangé kétszer ennyi, azaz 880 Hz. Mintavétel Az átlagember 20 és Hz közötti hangokat érzékel, ezért például zene esetében elegendő ebben a tartományban digitalizálni a hangot. A zenei CD (Compact Disc) szabványa 20 és Hz közötti frekvenciákat tárol. A digitalizálás mikrofonnal történik. A mikrofon egy olyan membránt tartalmaz, ami a levegő rezgését elektromágneses hullámokká alakítja. Tipikusan magasabb légnyomásértékhez nagyobb feszültség tartozik, alacsonyabbhoz kisebb. Digitális hangrögzítéskor a mikrofon által felvett analóg jelet egy analóg-digitális átalakító diszkrét számsorozattá alakítja. A diszkretizálás úgy történik, hogy az analóg jelet valamilyen gyakorisággal megmérjük, és a mért értékeket tároljuk. A digitális felvétel minősége két paramétertől függ: A mintavételi frekvencia azt rögzíti, hogy másodpercenként hányszor mérjük meg az analóg jelet. A kereskedelmi forgalomban kapható hangfelvételek általában 44 khz-esek. A minta formátum (bitmélység) azt adja meg, hogy a mért értékeket hány bites számokkal ábrázoljuk. Az audio CD-k minta formátuma 16 bites. A digitalizált hangot tárolhatjuk tömörítetlenül (pl. WAV, AIFF) és tömörítve (MP3, OGG, WMA). Képi információ digitalizálása Képi információ digitalizálásánál a két legfontosabb jellemző a képfelbontás és a színmélység. Képfelbontás A digitális kép pixelekből (képpontokból) áll. Minél több pixel alkot egy képet, annál finomabb rajzolatú (részletesebb) lesz a kép. Színmélység A színmélység egyetlen pixel lehetséges színeinek számát adja meg. Például, ha a színmélység 1 bites, azaz ezt az információt egy biten ábrázoljuk, ennek csak két értéke lehet (0, 1), ezért ez csak tipikusan fekete vagy fehér képpontot reprezentálhat (szürke árnyalatosat még nem). Ez elegendő lehet vonalas rajzok (kifestő), illetve nyomtatott szöveg képi digitalizálásánál. Minél több bit tartozik egy képponthoz, annál több színárnyalatot (mint információt) lehet megőrizni. A tipikus digitális fényképek 24bites színmélységgel kódolják a képeket. A képi információ digitalizálása leggyakrabban szkennerrel vagy digitális fényképezővel történik. Kódolás Kódolás és dekódolás A kódolás olyan eljárás, amelynek során a kiindulási adatokat más formátumúvá alakítják át. (Általában tárolás, vagy adatátvitel céljából.) Ehhez szükség van egy kódrendszerre, illetve egy kódolási eljárásra. A kódolt információból aztán a dekódoló eljárás segítségével kapjuk meg az eredeti adatokat. Kódolás például az a művelet, amikor egy zene hangjait hangjegyekkel leírjuk (kottában), vagy amikor egy verset leírunk a papírra. Kódolás történik akkor is, amikor egy digitális fényképezőgép számok formájában rögzíti a képet. Dekódolás történik akkor, amikor a zenész a kotta alapján eljátssza a zenét, felolvassák a verset, vagy a nyomtató kinyomtatja a képet. A kódolást gyakran azért végzik, hogy az adatátvitel során esetleg lehallgatott üzenetet illetéktelen személy ne tudja elolvasni. Ezt a fajtakódolást titkosításnak nevezzük. Máskor azért végeznek kódolást, hogy az adatok tárolásához kisebb tároló helyre legyen szükség. Ezt a fajta kódolást tömörítésnek nevezzük. Karakterkódolások Szövegek bináris alapú kódolása A szöveg karakterek sorozata, minden karaktert egy-egy (bináris) számmal kódolunk. A kódtábla írja le, hogy melyik karakterhez, melyik számot rendeltük. Ha egy szöveget helyesen szeretnénk megjeleníteni, tudnunk kell a kódolását, hiszen különböző kódtáblák léteznek. Kezdetben 7-bites ASCII kódolás volt az elterjedt, ez 128 (=27) karaktert jelent. A legtöbb fontosabb karakter benne volt, de a különböző nyelvek sajátos karakterei nem voltak megjeleníthetőek (pl. a magyar ő betű). Erre jött létre a 8-bites ASCII kódolás, ez 256 karaktert jelent, a második 128 karaktert minden nyelv a saját ka26

27 raktereivel "töltötte fel", létrehozva sok-sok kódtáblát. Emiatt viszont, hogy többféle kódtábla jött létre, ügyelni kell, hogy milyen szöveget milyen kódtáblával nyitunk meg, mert ha nem a megfelelőt választjuk, akkor nem azt a szöveget kapjuk vissza, amit szerettünk volna, pl. webböngészésnél, olvasásnál. (Ennek kiküszöbölésére, segítésére jött létre pl. a HTML-ben a META tag-ek között a charset beállítás, amely tudatja a böngészővel, hogy milyen kódolást/kódtáblát használjon, így az olvasónak nem kell foglalkoznia vele.) Manapság már szinte mindenhol az UTF-8 kódolást használják, hiszen egy kódoláson belül a legtöbb nyelvet meg tudjuk jeleníteni, így egy dokumentumon belül többféle nyelvű szöveget is el tudunk olvasni, és nem kell figyelni, hogy ide-oda konvertáljunk. Tipográfiai követelmények Ha szövegeinket a szigorúbb tipográfiai elvárásoknak megfelelően szeretnénk elkészíteni, akkor az ékezetes karaktereken kívül további "speciális" karakterekre is szükségünk lehet. Például a "vízszintes vonal" karakter több különböző formája létezik, ezeknek más-más jelentése van, máskor kell használni őket. A kötőjel rövid és tömzsi, ezt használjuk elválasztásra, toldalék illesztéséhez, szóösszetételeknél stb. Ezzel szemben nagykötőjel jóval hosszabb és vékonyabb, ezt használjuk például tulajdonnevek kapcsolatának jelölésére, illetve intervallumok megadásakor. A nagykötőjellel azonos írásjel funkcionál gondolatjelként is, ekkor azonban előtte szóköz, utána pedig szóköz vagy írásjel található. pl. Fő u ben Boyle Mariotte törvénye (két ember) Gay-Lussac törvényei (egy ember) További speciális jelek a pénznem megjelölése: pl., matematikai szimbólumok: pl. π. ASCII kód (American Standard Code for Information Interchange) A számítástechnika történetének kezdetén, a '60-as években megalkották az ASCII kódkészletet, ami még 7 biten kódolta az amerikai ABC kis- és nagybetűit, a számjegyeket és írásjeleket valamint különböző vezérlőjeleket. A karakterek különböző jellemző csoportokba rendezhetők. Ezek: vezérlőjelek, írásjelek, számjelek, kis- és nagybetűk. 27

28 Az első oszlop jelentése: LSB = Least Significant Bits, ez az utolsó 4 bitet adja meg. A táblázat első sora: MSB = Most Significant Bits az első három bitet tartalmazza. Például az 'A' karakter kódja kettes számrendszerben: " ", ami tízes számrendszerben "65", tizenhatosban pedig "41". Az ASCII kiterjesztései Mivel az adatok tárolásának alapegysége a 8 bites "bájt" (byte), célszerű a 8. bitet is felhasználni karakterek kódolásakor. Az ASCII kiterjesztései olyan kódok, ahol 0-tól 127-ig az ASCII kód szerepel, a 128 és 255 közötti kódok pedig speciális karakterek, nemzeti írásjelek megadásához használhatók. A magyar nyelvterületen használatos ASCII kiterjesztések: ISO (latin1), ISO (latin2), CP 1250 (winlatin), IBM 852. Unicode 1987-ben a XEROX cég egy új 16 bites kód fejlesztésébe kezdett. Meg is született, sőt, állandóan fejlődésben van egy ilyen kódkészlet, a Unicode, UCS (Universal Character Set), avagy ISO szabvány amely egymagában képes az összes nyelv összes karakterét ábrázolni. Az Unicode elnevezést az egyik fejlesztő javasolta, mivel: unique (egyedi), universal (univerzális) és uniform (egységes) karakterkódolást biztosít. Eleinte még úgy képzelték, hogy 216 (65536) elég lesz, de 231 (bő kétmilliárd) az elvi határ, ugyanakkor a becslések szerint 221 (bő kétmillió) fölé nem fognak eljutni a számokkal, elég lesz az összes elő, halott és mesterséges kultúra írásjeleinek ábrázolására. Az összes korábbi 8 bites kódkészletben megtalálható karakter belefért a Unicode kezdeti alsó os tartományába, amelyet Basic Multilingual Plane-nek (BMP) is neveznek. Az alsó 128 érték megegyezik a hagyományos ASCII-val. Sőt, az alsó 256 megegyezik a Latin-1-gyel. A magyar ő és ű betűk tehát 256-nál nagyobb azonosítót kaptak. Önálló azonosítót kapott minden egyes írásjel, így például van alsó 99-es idézőjel, van felső 99-es, felső 66-os stb., mind-mind különböző azonosítóval. A Unicode értékeket általában hexadecimálisan, nagy ritkán decimálisan adjuk meg. Sokszor U+ bevezetés után írjuk le a hexa értéket legalább 4 számjegyen. Például az ó betű kódja U+00F3 (decimális 243), az ő betűé pedig U+0151 (decimális 337). A kifejlesztett kezdeti specifikációkat tartalmazó Unicode 1.0 kódrendszer a világ összes írott ABC-jének kódolását tartalmazza. A fejlesztés során követett alapelvek a következők voltak: Teljesség: A Unicode-t úgy tervezték, hogy a szövegek létrehozásához használt összes karaktert tartalmazza, ebbe még olyan "holt" nyelvek is beletartoznak mint pl. a szankszkrit. Egyszerűség és hatékonyság: Minden Unicode kód azonos, 16 bites hosszúságú és mindegyik egy tényleges létező karaktert reprezentál. Nincsenek sem vezérlő kódok sem vezérlő kódsorozatok. Ezek mind bonyolultabbá teszik a számítógépes szövegkezelést és feldolgozást. Egyértelműség: Minden kód egyértelműen egy karaktert jelent. Ezért egy karakter hibás olvasásakor csak egy a hibás és nincs előre mutató következménye. Pontosság: Minden kódolt karakter szabványos, a nyelvi szakértők által ismert és elfogadott. Magyar nyelvű szövegekhez használt kódolások latin1 ISO Nyugat-európai latin karakterkészlet (Microsoftéknál néha Western European ISO). Egy igen elterjedt kódolás. Nem tartalmazza a magyar-umlautos (hosszú-umlautos) betűket, mint amilyen a hosszú ö és a hosszú ü. Eredendően ez volt a HTML kódolása. Később az alap CCS az UCS lett, a használt kódolást pedig a dokumentumhoz explicit meg kell(ene) adni. Az UCS első 256 karaktere megegyezik az ISO el. latin2 ISO Kelet-európai (Microsoft-éknál néha közép-európai, azaz Central European ISO névre hallgat) latin karakterkészlet. Ide tartozunk mi, magyarok. A magyar és német szöveg az elterjedtebb ISO kódolással értelmezve is olvasható marad, csak a magyar-umlautos betűk helyett más karakter jelenik meg: ő és Ő helyett õ és Õ (tildés o), ű és Ű helyett û és Û (kúpos ékezetes u) lesz látható. utf-8 UCS Transformation Format 8, egy UCS CCS-en alapuló charset. A kódolt szöveg egész byte-okból (8 bit) 28

29 áll. A 128 alatti kódú karakterek ábrázolása megegyezik az ISO szerintivel (1 byte, ami a karakter kódját tartalmazza), így egy csak 128 alatti kódú karaktereket tartalmazó szöveg egyben szabályos ISO szöveg is. A 127-nél nagyobb kódú karakterek ábrázolása több byte-on történik, minél nagyobb a szám, annál több byte-on. Dokumentumformátumok A szöveg- és dokumentumszerkesztő programok sokféle dokumentum formátumot használnak a szöveg tárolására, ez sokszor problémákhoz vezet, főleg ha a formátum leírása nem nyilvános. A dokumentumformátum dönti el, hogy milyen módon kell kódolni a karaktereket, a szöveg formai tulajdonságait, a beágyazott objektumokat és grafikai elemeket. Néhány elterjedt formátum (szokásos kiterjesztésükkel címkézve őket): TXT, RTF, TEX, ODT, PDF, HTML, XML, DOC, DOCX..TXT Egyszerű és platformfüggetlen dokumentumformátum, formázást, beágyazott objektumokat és grafikai elemeket nem tartalmaz..rtf Formázott szöveget, képeket és más objektumokat tartalmazhat. A Microsoft fejlesztette ki, kifejezetten a platformfüggetlen dokumentcsere céljára..odt Az OpenOffice és a LibreOffice használja.pdf Az Adobe Systems által kifejlesztett PDF formátum formázott szöveget, képeket és más objektumokat (például interaktív mezőket) tartalmazó dokumentum leírására szolgál, eszköz- és felbontásfüggetlen formában. Az irodai programcsomagokban készített dokumentumokat gyakran PDF formátumban publikálják. Előnye a platformfüggetlen megjelenítés, továbbá nyomtatáskor is változatlanul jelenik meg a dokumentum..html A Tim Berners-Lee által fejlesztett leíró nyelv a mai napig a weboldalak szabványos nyelve..doc,.docx A Microsoft dokumentumformátumai. Az első zárt (propietary) a második részben nyílt, és már XML-alapú. Hang kódolása A hang (hanghullám) analóg jel. Ahhoz, hogy a számítógépben ábrázolni tudjuk, a hanghoz bináris kódot kell hozzárendelni (digitálissá kell alakítani), ezt a hangkártya végzi el. A hanghullám szinuszgörbék összege. A kódoláshoz időnként megállapítjuk a görbe amplitúdóját és ezt egész számra kerekítve, bináris számmá alakítjuk, és az kapott számsorozattal ábrázoljuk a hangot. Ezt az átalakítást (és a fordítottját) végzi a hangkártya. Hangformátum WAV tömörítetlen állomány, pl.cd MP3 (Motion Picture Expert s Group), CD minőség,12-96%-os tömörítés ASF (Microsoft) Interneten, Windows Media Player (8 KHZ) ADPCM, IMA (Microsoft) jó minőségű, 4:1 arányú, videóra ideális, 44.1 KHZ DSP beszédhangokra, 8 KHZ PCM tömörítetlen hangot ad, 8-48 KHZ Számos egyéb formátum. Wav: A fájl digitális hanghullámokat ("Wave") tartalmaz, melyek azonban különböző mintavételi fokozatúak lehetnek (11,025 khz, 22,05 khz, 44,1 khz; mono vagy sztereo), bár sok fajtája van általában tömörítésmentes, minden kezeli. MIDI: A MID fájlok MIDI (Musical Instrument Digital Interface) utasításokat tartalmaznak, egy MIDI-szekvencer program és megfelelõ hardvereszközök segítségével lehet õket lejátszani. A MIDI egy szabványosított hangszerkészletbõl építkezik. Ez a készlet minden számítógépen közel ugyanúgy kell, hogy megszólaljon. Hátránya a korlátozott hangkészlet, előnye, hogy kis helyen tárolható. 29

30 Mp3: Az MP3 egy tömörített verziója a digitális hangnak. Különféle kódolási eljárásokkat használnak az eredeti hanganyag méretének csökkentésére, úgy hogy az érzékelhető minőség minél kevésbé romoljon. Meghatározó adata a kódolásnak a bit-ráta, vagyis a lejátszó egységnek másodpercenként küldött hangadat. Ogg: A Vorbis egy szabad és nyílt hangtömörítési eljárás (kodek), amit a Xiph.org Alapítvány fejleszt. Általában az Ogg konténerrel használják, ezért gyakran nevezik nem teljesen pontosan Ogg Vorbisnak vagy még kevésbé pontosan Oggnak is. Kép kódolása Alapfogalmak Pixel: Nem osztható, önálló képelem, más néven képpont. Egy pixelt meghatároz elhelyezkedése (két koordinátával), illetve információtartalma (színe, az intenzitása és a köztük lévő kontrasztarány, összefoglalva a denzitás-értéke). Felbontás: a képet alkotó pontoszlopok és pontsorok száma pl. 300 x 200. Mértékegysége a képpont/hüvelyk (pixels per inch, ppi). Ha egy kép felbontása 72 ppi, az azt jelenti, hogy egy négyzethüvelyknyi területen 72 X 72 = 5184, nagyobb felbontás esetén arányosan több képpont található. Színmélység: a pontok színét leíró bitsorozat hossza, azaz a képernyőn megjeleníthető színek száma Színmodellek RGB (vagy 24 Bit Color): Egy képpont a piros, a kék és a zöld féle árnyalatából áll össze, összesen 16 millió színárnyalattal. 24 biten tárolja az információt. Ez additív színrendszer, tehát a három alapszín egyforma keverése fehér, hiányuk fekete színt eredményez. Ezeket a színeket használja minden elektronikus kivetítőeszköz (monitor, kivetítő). CMYK(Cyan Magenta Yellow Black): A színes képek nyomtatásakor a CMYK modellt alkalmazzák. Ez az RGB-vel szemben nem additív, hanem CYM szubtraktív, vagyis kivonó színkeverés. Nem a színelméleti alapszíneket veszik alapul, hanem amelyek a legpontosabb gyakorlati színeket eredményezik. Ezek a cián, lila, sárga, és egy előre meghatározott szín, mely általában a fekete. Ha ebben a színrendszerben is minden alapszínre 1 bájtot szánunk, az összesen 4 byte=32 bit, 232 féle színárnyalat, pedig az emberi szem már 16 millió árnyalatot sem tud megkülönböztetni! (Technikai szempontból mégis így használjuk, hiszen az 1 bájt olyan egység, aminél a számítógép kisebb egységet nem kezel egy lépésben. CYM: Ugyanaz, mint az előző, csak fekete nélkül. A fekete nehezen keverhető ki (ezért veszik bele gyakran az alapszínek közé). A CYM alapszínei az RGB alapszíneinek komplemens színei. Ez szubtraktív színrendszer. A színek hiánya fehéret eredményez. Ponttérképes képábrázolás - rasztergrafikus A kép képpontok (pixelek) oszlopokba és sorokba rendezett halmazából épül fel. Az oszlopok és sorok száma adja a kép felbontását (pl.: 512 x 320 esetén a kép szélessége 512, magassága 320 képpont). Minden egyes képpontról tárolni kell a színét. A kép minőségére jellemző, hogy mekkora a színmélysége, azaz mennyi színt tartalmazó palettából került ki a képpontok színe. A legegyszerűbb eset, amikor a kép fekete-fehér, azaz kétszínű. Ilyenkor a minden egyes képpont 1 bittel jellemezhető (és tárolható): pl. fekete pont esetén a bit értéke 0, fehér pont esetén pedig 1. Mentéskor azonban a kép formátumára (BMP,GIF, JPG, stb.), méretére, színmélységére vonatkozó információk is a fájl fejrészébe íródnak, így a tényleges helyfoglalás ennek megfelelően nagyobb. A mai grafikai igényeket azonban nem elégítik ki a kétszínű képek. A következő fokozatot a 4 bites színmélységű képek jelentik, ahol a használható színek száma 16 (24). Már elfogadható látványt eredményez, ha a képen a színek száma 256 (28) lehet, ez a színszám 8 biten kódolható. Igazi megoldást az RGB színmodell jelent, ahol minden képpont színe három összetevő, a vörös (Red), a zöld (Green) és a kék (Blue) adott kombinációjából alakul ki. Mindegyik összetevő erőssége között állítható, tehát 1 bájton (8 biten) kódolható. Így minden képpont színe 3 bájton (24 biten) tárolódik. Ezt a színmélységet 30

31 true color-nak (valódi szín) is nevezik. Így egy képen akár 16 millió (224) féle szín is megjeleníthető. Vektoros képábrázolás - vektorgrafikus A grafikus állományok másik típusa a vektorgrafikus kép, amely elsősorban rajzok megjelenítésére használt, mértani képletekkel leírható vonalakból és görbékből álló kép. A képfájl csak a kép előállításához szükséges információkat tartalmazza. Előnye a kis fájlméret és a minőségromlás nélküli nagyíthatóság (mivel nem egy fix koordináta-rendszerben kerülnek ábrázolásra). A vektorgrafikus képek jobb minőségűek, jobban szerkeszthetőek, kevés helyet foglalnak, de fényképszerű képek készítésére nem alkalmasak. A legfőbb különbség a raszteres és vektoros képek között az, hogy a vektoros képek szabadon nagyíthatóak, a raszteres képek nem. Képformátumok csoportosítása tömörítés nélküli (BMP, TIFF) tömörített veszteséges (JPEG) veszteségmentes (PNG, GIF) Fájlformátumok Bmp (bitmap): ez a hagyományos Windows-féle képábrázolás, melynél képpontonként közöljük az adott képpont színkódját. 4 színmélység létezik ebből a fajtából: 256 féle szín, fekete-fehér árnyalatos, 16 és 32 bites színmélység. Hátránya, hogy semmiféle összefüggést nem használ ki a képpontok hasonló részletei vagy azonos színű pontjaiból. Ez az egyik legnagyobb méretű, viszonylag kisebb az információvesztés, nem tartalmaz tömörítést, a képfelbontás a létrehozáskor megadható, az azonos képfelbontású képek mérete egyenlő, feltéve, ha azonos a színmélység. Jpg, jpeg: az interneten elterjedt képfájltípus, az egyes képeknek állítható a tömörítési aránya, nem érdemes 100%-ot beállítani, mivel a 80%-os tömörített kép is jó minőségű. A tömörítés azon az elven működik, hogy feltételezi, hogy két szomszédos pixel nem tér el oly jelentős mértékben egymástól, ami főleg fényképekre abszolút igaz is. A képet felbontják négyzetekre, és egy/néhány megkülönböztetett képkockát lekódolnak teljesen az összes szükséges biten, majd a többi pixelre csak azt mondjuk meg, hogy mennyivel tér el szomszédjától, vagyis a relatívan a változást adjuk meg neki csak. Mivel feltételezzük, hogy két szomszédos pixel között kicsi az eltérés, ezért sokkal kevesebb biten kell ábrázolni az eltérést, mint a teljes színt. Amennyiben mégis hirtelen nagy változás van két pixel között, az sem probléma, hiszen az emberi szemnek a túl közeli pontok összemosódnak, vagyis az, hogy a színváltás 1 vagy több pixel alatt zajlik, többnyire nem számít, esetleg kicsit kevésbé lesz éles a kép. Gif: tömörített fájlformátum, főleg rajzok ábrázolására használják. A módszer lényege, hogy feltételezzük, hogy adott színmélység mellett nem fog előfordulni az összes létező szín. Vagyis amikor beolvasunk egy képet, akkor a kép készít magának egy színpalettát, amelyben részletesen leírja, hogy az első, második sokadik szín milyen komponensekből áll, ekkor a szükséges összes bitet felhasználja. Utána az egyes pixelekbe már nem a teljes szín kódját írja be, hanem csak az adott szín pozícióját. Ezt főleg akkor érdemes alkalmazni, amikor valóban nem túl sokféle szín létezik, pl. számítógépes grafikáknál, rajzoknál, rajzfilmeknél. Fényképek kódolására kevésbé hatékony vagy jelentősen veszteséges. PNG: W3C konzorcium szabványa, kifejezetten internetes alkalmazásra. Rendkívül hatékony, veszteségmentes tömörítés. 1 bitestől 16 bitesig bármilyen kép tárolására képes. Átlátszóság maszkját is képes tárolni. Szöveges adatokat, színkorrekciós adatokat is meg tud őrizni. Beépített átviteli hibaellenőrzés, interlace megjelenés. Régebbi böngészők nem támogatták. Mozgóképek tárolására is képes. 31

32 Számrendszer Számrendszer fogalma A számábrázolási rendszer vagy számrendszer meghatározza, hogyan ábrázolható egy adott szám. A számjegy egy szimbólum (vagy azok csoportja), ami egy számot ír le. A számjegyek éppen úgy különböznek az általuk leírt számtól, mint egy szó attól a dologtól, amit valójában jelent. A "11" jelek a "tizenegy" és a "XI" különbözőek, de ugyanazt a számot írják le. Egy számrendszer (vagy számábrázolási rendszer) egységes szabályok alapján meghatározza, hogy számjegyek sorozata milyen számokat jelenít meg. A használt ábrázolási rendszer meghatározza, hogy a "11" számot a a bináris háromnak, vagy a decimális tizenegynek, vagy a hexadecimális tizenhétnek, vagy a használt számrendszer alapszámának függvényében más számnak kell érteni. Elméletileg egy számrendszernek meg kell határoznia: A használt számok egy csoportjának ábrázolási szabályait; Egy egyedi ábrázolást (vagy ábrázolási szabályt) minden számhoz; Az aritmetikai szabályokat. Például, a leggyakrabban használt decimális számábrázolás minden számhoz egy egyedi, a jegyek egy véges sorozatát rendeli, megadja a megfelelő aritmetikai műveletek szabályait (összeadás, kivonás, szorzás és osztás) illetve meghatároz egy algoritmust a számláláshoz. Egy helyi értékes számrendszerben, aminek alapszáma b, ennyi szimbólumot vagy számjegyet használnak az első b természetes szám leírására, beleértve a nullát is. A többi szám előállításában a szimbólumok helyének is szerepe van. Az utolsó pozícióban álló számjegy megegyezik a saját értékével, a tőle balra lévő pedig a b alapszámmal meg van szorozva. Ezzel a módszerrel véges számú szimbólummal bármely szám leírható. Számrendszerek Használt számrendszerek: 10-es számrendszer: (Decimális) alapszám: 10, számjegyek: 0; 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9. 2-es számrendszer: (Bináris) alapszám: 2, számjegyek: 0; os számrendszer: (Hexadecimális) alapszám: 16, számjegyek: 0; 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9, A (10), B (11), C (12), D (13), E (14), F (15). Számrendszer átváltás általánosan Átváltás menete 10-ből X számrendszerbe: 1. Készítsünk egy két oszlopos táblázatot. 2. Írjuk fel a szám számjegyeit a bal felső sarokba. 3. Osszuk el a számot X-szel. 4. Az osztás eredményét írjuk a szám alá. 5. Az osztás maradékát írjuk a szám mellé a jobb oszlopba. 6. Az osztást ismételgessük, amíg a bal oldalon 0-t nem kapunk. 7. A jobb oldali oszlop számjegyeit olvassuk össze lentről felfelé, ez az X számrendszerbe átváltott szám. Átváltás menete X-ből 10-es számrendszerbe: 1. Írjuk fel az átváltandó számot. 2. Írjuk a számjegyek fölé X hatványait, jobbról kezdve növekvően.. 3. Szorozzuk össze a számjegyeket a fölöttük lévő hatványokkal. 4. Adjuk össze a szorzatokat. 5. Az összeg lesz a végeredmény. 32

33 Átváltás 10-es számrendszerből 2-es számrendszerbe 1. Készítsünk egy két oszlopos táblázatot. 2. Írjuk fel a szám számjegyeit a bal felső sarokba. 3. Osszuk el a számot 2-vel. 4. Az osztás eredményét írjuk a szám alá. 5. Az osztás maradékát (0 v. 1) írjuk a szám mellé a jobb oszlopba. 6. Az osztást ismételgessük, amíg a bal oldalon 0-t nem kapunk. 7. A jobb oldali oszlop számjegyeit olvassuk össze lentről felfelé : = Átváltás 10-es számrendszerből 16-os számrendszerbe 1. Készítsünk egy két oszlopos táblázatot. 2. Írjuk fel a szám számjegyeit a bal felső sarokba. 3. Osszuk el a számot 16-tal. 4. Az osztás eredményét írjuk a szám alá. 5. Az osztás maradékát (0,1,..,9,A,,F) írjuk a szám mellé a jobb oszlopba. 6. Az osztást ismételgessük, amíg a bal oldalon 0-t nem kapunk. 7. A jobb oldali oszlop számjegyeit olvassuk össze lentről felfelé. : D A =A1D016 Átváltás 2-es számrendszerből 10-es számrendszerbe 1. Írjuk fel az átváltandó számot. 2. Írjuk a számjegyek fölé 2 hatványait, jobbról kezdve növekvően. 3. Szorozzuk össze a számjegyeket a fölöttük lévő hatványokkal. 4. Adjuk össze a szorzatokat. 5. Az összeg lesz a végeredmény *25+0*24+1*23+0*22+0*21+1*20= =

34 =4110 Átváltás számrendszerből 10-es számrendszerbe 1. Írjuk fel az átváltandó számot. 2. Írjuk a számjegyek fölé 16 hatványait, jobbról kezdve növekvően. 3. Szorozzuk össze a számjegyeket a fölöttük lévő hatványokkal. 4. Adjuk össze a szorzatokat. 5. Az összeg lesz a végeredmény F C *164+15*163+12*162+2*161+8*160= = = = Számítógép Számítógép Számítógépnek nevezzük azokat az elektronikus gépeket, amelyek program által vezérelve adatok befogadására, tárolására, visszakeresésére, feldolgozására és az eredmény közlésére alkalmasak. A számítógépeket eredetileg bonyolult számítások elvégzésére fejlesztették ki innen ered az elnevezés. Manapság azonban sokkal többféle feladatra használhatjuk a számítógépeket. Például: Szövegszerkesztés (írógép helyett) Adattárolás (nyilvántartás, könyvelés, katalógus...) Mérnöki segédeszköz (tervezés, műszaki rajz) Közgazdasági, pénzügyi segédeszköz (táblázatkezelés) Vezérlési feladatok (robotok, űrhajók) Nyomdai grafika Filmipar (animáció, trükkök) Reklámok, marketing (Internet) Oktatás (multimédia, repülőgépszimulátor) Tudományos kutatás (természet és társadalomtudományok) Személyes kommunikáció ( , chat) A számítógép használatának készsége manapság már az általános műveltség része. Algoritmus és program A számítógép tehát a benne tárolt program által vezérelve végzi az információfeldolgozást. Mit is jelent ez pontosan? A program nem más, mint a számítógépnek szóló utasítások sorozata. Ha egy problémát számítógéppel szeretnénk megoldani, meg kell adnunk a megoldás menetét, szakszóval algoritmusát, a számítógép számára érthető utasításokkal. A megoldás módját tehát nekünk kell kitalálni, mert a számítógép nem tud gondolkozni. A gép csak a neki adott utasítások pontos végrehajtására képes. Algoritmusnak nevezzük azt a véges számú lépésből álló utasítássorozatot, amely egy feladat megoldásához vezet. Az algoritmus fogalma még nem kötődik szorosan a számítógéphez. Algoritmusokat már mindenki látott az iskolában, például a merőleges szerkesztésének algoritmusa, a papíron való szorzás algoritmusa, az egyenletek megoldásának algoritmusa, stb. A számítógép azonban csak nagyon egyszerű utasításokat tud végrehajtani. A számítógépeknek is megvan a saját nyelvük, pontosabban nyelveik. Az algoritmust a számítógéppel valamilyen programozási nyelv segítségével kell közölni. Azt a folyamatot, amelynek során egy feladat megoldási algoritmusát megalkotjuk, majd az algoritmus lépéseit egy programnyelv utasításaival leírjuk, programozásnak nevezzük. Az így létrejött utasítássorozat a program. Programnak nevezzük tehát egy algoritmus valamelyik számítógépes programozási nyelven való leírását, amely a számítógép működését a kívánt feladat megvalósításának megfelelően vezérli. 34

35 Hardver, szoftver A hardver (hardware) a számítógép fizikailag létező, kézzelfogható alkatrészeinek összessége. Ebbe a fogalomkörbe beletartoznak a különféle kiegészítő eszközök és tartozékok is. A hardver tehát az, amit kiveszünk a dobozból és összeszerelünk, miután hazahoztuk az áruházból. A szoftver (software) a számítógépet működtető programok és a számítógépen tárolt adatok összessége. Mondhatjuk azt is, hogy a szoftver a számítógépben lévő szellemi termék. A szoftver tehát első ránézésre nem látszik, nincs súlya, nem lehet összetörni. Ha a két fogalmat egy verseskötetre szeretnénk értelmezni, akkor a szoftver az, amit a költő alkotott, a hardvert pedig a nyomda készítette. Számítógépek csoportosításai A számítógép kifejezést többféle számítógéptípus összefoglaló neveként használjuk. Méret és teljesítmény szerint az alábbi csoportokba sorolhatjuk őket. Szuperszámítógép A leggyorsabb és legdrágább számítógéptípus. Nagy, akár szobányi méretűek lehetnek. Használják pl.: időjárás előrejelzés, mozifilm animációk, szimulációk elkészítéséhez. Egyik ismert típus a Cray. A Cray a kiépítéstől függően akár több millió dollárba is kerülhet. Nagyszámítógép (mainframe) Nagy cégeknél (bankok, kereskedő és gyártó cégek, kormányhivatalok) ezek végzik az adatfeldolgozást. Nagyszámú terminál kapcsolódhat hozzájuk. Üzemeltetésük általában klimatizált helyiségben történik. Sok program gyors futtatására képesek. Áruk megközelítheti a szuperszámítógépekét. Általánosságban igaz, hogy a szuperszámítógépek a korlátozott számítási kapacitások miatti problémák, a nagyszámítógépek pedig a megbízhatósággal és korlátozott kibevitelből adódó problémák megoldására készülnek. Miniszámítógép (szerver) Hasonló a mainfremehez, de kisebbek, lassabbak és olcsóbbak azoknál. Nincs különleges környezeti működési feltételük, az iroda sarkában is állhatnak. Kis- és középvállalatoknál, iskolákban használják őket szerverként. Pl.: HP Proliant szerverek, IBM szerverek,... Mikroszámítógép Mikroprocesszort használó eszközök. Asztali számítógépek: Személyi számítógépnek (Personal Computer - röviden PC) is nevezik. Nagy valószínűséggel ez a géptípus található meg egy átlagos család otthonában. Jó mert: relatíve olcsó (sorozatgyártás), mindenki számára elérhető. Egy ideig nagyon népszerű géptípus volt, de napjainkban a hordozható eszközök térnyerésével népszerűségük csökkent. Hordozható számítógépek: Laptop (nagyobb), notebook (kisebb), netbook (legkisebb), tablet (érintőképernyős kivitel). Hordozható kivitelük miatt nehezebben bővíthetők, mint az asztali gépek. Napjainkban egyre népszerűbbek (Japánban már 2003 óta több notebookot értékesítenek, mint asztali gépet. Az USA-ban 2005-ben már volt olyan hónap, hogy több laptop került eladásra, és a történelemben először a kiskereskedelem egész évben többet forgalmazott, mint asztali PC-t. Kéziszámítógépek: PDA-k, okostelefonok, navigációs rendszerek, stb. Olyan kézi eszközök, melyek számítógépes funkciókat nyújtanak. Számítógép jellemzői A számítógépet kapacitásával és teljesítményével tudjuk jellemezni. 35

36 Kapacitás: A számítógép tároló képességét jelenti. Megadja, hogy a memóriák és háttértárolók mekkora menynyiségű adatot, programot tudunk tárolni. Teljesítmény: A számítógép azon adata, amely megadja, hogy egy adott időegység alatt hány elemi utasítást képes végrehajtani. Processzor határozza meg, tulajdonképpen a processzor sebessége a teljesítmény. Konfiguráció: Egy számítógép különféle részegységekből épülhet fel, különböző eszközöket csatlakoztathatunk hozzá. A számítógép-konfiguráció a különböző részegységeket tartalmazó számítógép összefoglaló neve, hardver-összeállítása. A felhasználási cél határozza meg, milyen elemeket tartalmaz. Pl. alapkonfiguráció (csak a szükséges: monitor, billentyűzet, egér), irodai (nyomtatót is tartalmazza). Kompatibilitás: A számítógépes piac elképzelhetetlen méretű. A gyártók oldaláról a kompatibilitás azt jelenti, hogy egy termék (szoftver,hardver) fejlesztésekor tekintettel kell lenniük a már meglévő termékekre. Az új eszköz együtt tudjon működni a korábbiakkal. A felhasználó részéről a jelentése, hogy egy új eszközt, a már kialakított rendszerbe be tudja illeszteni. Számítógép felépítése Neumann-elvű számítógép felépítése 36

37 Központi egység - alaplap Az alaplap egy nyomtatott áramköri lap, amely tartalmazza a számítógép bizonyos alapvető áramköreit, és amelyen különböző méretű és alakú csatlakozók helyezkednek el, melyek biztosítják az összeköttetést az egyes alkatrészek között. Valójában az alaplap foglalja egységbe a számítógép alkatrészeit. Az alaplapon található csatlakozók határozzák meg, hogy milyen alkatrészekkel bővíthető a számítógép. Az alaplap típusa meghatározza a hozzá csatlakoztatható processzor és memória típusát is. Részei: központi feldolgozó egység, operatív tár (memória), be- és kiviteli vezérlő egység. Központi feldolgozó egység A központi feldolgozó egység, processzor (CPU) végrehajtja minden utasításunkat. A processzor egy viszonylag nagy, általában négyzet (vagy téglalap) alakú chip, melyből alul apró fémtűk állnak ki. A chip-en belül egy kis szilíciumlapka található, melyre akár több millió elektronikus elemet is beépíthetnek. Legfontosabb feladatai: a számítógép működésének vezérlése, kapcsolattartás a perifériákkal, matematikai műveletek végzése, memórián belüli adatforgalom lebonyolítása, adatforgalom lebonyolítása a perifériákkal. A legjelentősebb processzorgyártó cégek: Intel, Centaur, AMD, Cyrix. Részei: vezérlőegység(cu), aritmetikai és logikai egység (ALU) Vezérlőegység (CU) A vezérlőegység (angolul: Control Unit) szerepe a számítógép működésének, tehát a műveletek program szerinti végrehajtásának az irányítása is. Ez az egység rendszerint a következő négy részegységből épül fel: Programszámláló A programszámláló (PC Program Counter) a soron következő utasítás címét jelöli ki. Minden egyes utasítás kiolvasása után az órajel generátor a programszámláló tartalmát eggyel megnöveli. A programszámláló így biztosítja az utasítások lépésről lépésre való elérését. Veremtár- (memória-cím) mutató A veremmutató (SP Stack Pointer) és a veremtár (Stack) szerepe alprogramok (más néven szubrutinok) alkalmazása esetén nyilvánul meg. A programozás egyszerűsítésének legfontosabb segédeszköze a szubrutin. Különböző vagy azonos feladatot leíró programban megtörténhet, hogy azonos részek többször fordulnak elő. Ezeket úgy célszerű felállítani, hogy a program bármelyik részén közvetlenül fel lehessen használni. Azt a programrészt, amelyet a program különböző helyein használnak fel, de csak egyszer programoznak be, szubrutinnak nevezik. Utasításdekódoló Az utasításdekódoló (angolul: Instruction Decoder) a vezérlőegység legfontosabb része. Szerepe abban nyilvánul meg, hogy az utasításokat ábrázoló kódszámokat megfelelő vezérlőjelekké alakítja át. A vezérlőjelek egy része közli az aritmetikai és logikai egységgel a végrehajtandó művelet típusát. A vezérlőjelek másik része a számítógépen belüli információáramlást ellenőrzi és szabályozza. Órajel generátor Az órajel generátor (Clock Generator, Timing Unit) állítja elő a gép időbeni működéséhez szükséges vezérlőjeleket. Ezek rendeltetései a következők: az aritmetikai és logikai egység vezérlése (az utasításdekódoló által jelzett művelet elvégzése), az információk kiolvasása és beírása a memóriába, a ki/beviteli egység működésének vezérlése és a vezérlőegység időbeni működésének irányítása. Aritmetikai és logikai egység (ALU) Az aritmetikai és logikai egység (ALU Arithmetic and Logic Unit), amint az elnevezése is mutatja, azon aritmetikai és logikai műveletek végrehajtását teszi lehetővé, amelyekkel a program által meghatározott számolási és logikai műveletek sorozata végezhető el. Minél többféle művelet elvégzésére képes egy számítógép aritmetikai és logikai egysége, annál könnyebben tudja megoldani a bonyolultabb feladatokat. 37

38 Általában az aritmetikai és logikai egység a következő alapvetőnek számító bináris műveleteket végezheti el: két szám összeadása, valamint kivonása, egy szám jobbra vagy balra léptetése (helyérték eltolás), két számmal végzett logikai ÉS, VAGY, valamint KIZÁRÓ-VAGY művelet, egy szám komplemensének képzése és két szám összehasonlítása. E műveletek segítségével más komplexebb műveletek is elvégezhetők. Például a szorzást ismételt összeadás és helyérték eltolás segítségével, az osztást pedig ismételt kivonás és helyértékeltolás segítségével lehet elvégezni. A számok összehasonlítása, valamint az aritmetikai és logikai műveletek együttese a legbonyolultabb döntést (feltételes ugrást) meghatározó műveletek elvégzését teszi lehetővé. A döntési műveletek a számítógép intelligens működésének alapját képezik. Operatív tár (memória) A memória vagy táregység (angolul: Memory Unit, Store Unit) nagy funkcionális fontosságú, és rendszerint a számítógép legnagyobb egységének tekinthető. Memórián azokat az eszközöket értik, amelyek az információkat tetszés szerinti ideig megőrzik. A memória a program és az adatok tárolását teszi lehetővé. A programmemóriában található a programot alkotó utasítássorozat. Az adatmemóriában találhatók a feladat megoldásához szükséges kezdeti adatok, a program futtatása során keletkezett részeredmények, valamint a program befejezése utáni végeredmények. Memória paraméterei: Memóriakapacitás: Az adott memóriamodulban tárolható adatok és programok maximális mérete bájtokban. Jellemző értékek: 64 MB, 128 MB, 256 MB, 512 MB, 1024 MB. Memóriaszervezés: Az adatok bájtonként, kétbájtonként vagy négybájtonként érhetők-e el? Elérési idő: Az az idő, amely a CPU által kibocsátott memóriacím megjelenésétől az adott címen tárolt információ eléréséig eltelik. Jellemző értékek 100 ns-tól 10 ns-ig. Memória fajtái: ROM és RAM. A ROM (Read-Only Memory) csak olvasható memória. A tartalmát a gyártáskor építik be, többé nem változtatható meg. ROM típusai: ROM (Read Only Memory) - tartalmát a gyártáskor kapja meg és ez nem változtatható meg. PROM (Programmable ROM) - tartalmát a felhasználó írhatja, ezután viszont nem módosítható. EPROM (Erasable PROM) - tartalmát a felhasználó írja be, majd ha szükséges, speciális eljárással (UV fény segítségével) törölheti és újraírhatja (a módosítása csak teljes újraírással lehetséges). EEPROM (Electronic Erasable PROM) - tartalmát a felhasználó adja meg elektronikus beégetéssel (mint a többinél) de ennek a tartalmát más feszültségű beégetéssel lehet törölni. A RAM (Random Access Memory) tetszőleges elérésű memória, ami annyit jelent, hogy írható és olvasható. A számítógép. Kikapcsolásakor vagy áramkimaradás esetén a RAM tartalma elvész! RAM típusai: Dinamikus RAM (DRAM) - a benne levő adatokat egy áramkörnek rendszeresen frissítenie kell (a benne lévő kondenzátorok kisülése miatt az adatok elvesznének) FPM RAM (Fast Page Mode RAM) Régebbi memóriatípus, amely az azonos sorban lévő adatokhoz gyorsabb hozzáférést kínál. EDO RAM (Extended Data Out RAM) Gyorsított kiolvasási sebességű memória. SDRAM (Synchronous DRAM) DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM) Kétszeres adatsebességű memória, amely az órajel fel- és leszálló élén is képes az adattovábbításra. Statikus RAM(SRAM) tartalmát nem szükséges állandóan frissíteni, törlésig ill. a gép kikapcsolásáig azt megőrzi. Gyorsabb, de drágább és nagyobb helyet foglal el, mint a DRAM. Aszinkron SRAM (386-os gépektől kezdve másodlagos CACHE memóriákra használják) Szinkron SRAM PB SRAM (Pipelined Burst Static RAM ) Cache: gyorsítótár. Általában a CPU-ba integrált nagyon gyors memória, amely a leggyakrabban használt adatokat tárolja a minél gyorsabb elérés végett. A cache egy olyan nagyon gyors működésű tároló, amelyben a gyakran használni kívánt adatokat átmenetileg tároljuk azért mert így azokhoz sokkal gyorsabban hozzáférhetünk mintha mindig az eredeti, lassabb elérésű forráshoz kellene nyúlnunk. 38

39 Be- és kiviteli vezérlő egység A be- és kimeneti egységek illesztő áramkörei (pl. videó kártya) lehetővé teszik a perifériák (be- és kimeneti egységek) csatlakoztatását. A perifériák a számítógép központi egységéhez kívülről csatlakozó eszközök, amelyek az adatok ki- vagy bevitelét teszik lehetővé. Általában a ki/beviteli egység felelős a számítógép és a külvilág közti információcseréért. A beviteli egység segítségével visszük be a számítógép operatív memóriájába a megoldandó feladatot leíró programot és az ehhez szükséges adatokat. A kiviteli egységnek a számítási folyamat eredményeit további felhasználásra is alkalmas formában kell megadnia. A számítógép ki/beviteli egységéhez kapcsolt ki-, illetve beviteli készülékeket perifériáknak nevezik. A perifériák egy sajátos illesztőegységen, ún. interfészen keresztül csatolódnak a ki/beviteli egységhez, típusaik: soros illesztők (soros port): bitenkénti adatátvitelre alkalmas (pl: egér illesztése), párhuzamos illesztők (párhuzamos port): egyszerre 8 bit átvitelére alkalmas (pl: nyomtató illesztése). Bővítőkártyák Egyéb elnevezések: vezérlőkártyák, illesztőkártyák, adapterek, csatolókártyák. A processzornak nem csak a memóriával, hanem a perifériákkal is kapcsolatot kell létesítenie. Ez sok problémával jár, mivel a processzor sokkal gyorsabb, és a perifériák nagyon eltérő típusúak lehetnek. Ezért van szükség a különböző vezérlőkártyákra. A vezérlőkártyák feladata tehát a különböző perifériák csatlakoztatása a számítógéphez. A buszrendszerhez többnyire az alaplapon lévő bővítő helyeken keresztül csatlakoznak, de a csatlakozási hely lehet az alaplapba beépített is. Az alaplapon lévő üres bővítőhelyekre, azaz ezekre a keskeny aljzatokra azért van szükség, hogy legyen hova dugni a később vásárolt eszközök vezérlőkártyáit. A legfontosabb bővítő helyek az alaplapon: monitorvezérlő, lemezvezérlő, multi I/O kártya, hálózati kártya, hangkártya, stb. Perifériák Azok a hardver eszközök, melyek lehetővé teszik, hogy kommunikáljunk a számítógéppel. Csoportosításuk: bemeneti: a számítógépbe történő adatbevitelt biztosítják, az információ a külvilág felől a számítógép központi egysége felé áramlik. kimeneti: a kimeneti perifériák láthatóvá teszik az ember számára az információ számítógépes feldolgozásának eredményét. be- és kimeneti: mindkét irányba képes az adat haladni, adatbevitelt és az adatmegjelenítést is biztosítja az ilyen eszköz. háttértárak: azok az eszközök, melyek alkalmasak arra, hogy programokat, nagy mennyiségű adatok tároljunk, hosszú ideig, a számítógép kikapcsolása után is. Monitor (Diplay, kérernyő) Elsődleges kimeneti periféria A monitor az információk megjelenítésére szolgál. Alaphelyzetben minden szöveg, ábra és egyéb megjeleníthető információ a képernyőre kerül. A gép a memóriájából viszi át az adatokat a monitorra, tehát az adatáramlás egyirányú, a géptől a felhasználó felé közvetítenek információkat. Monitorok csoportosítása 1. Színek szerint: színes 39

40 monochrom (háttérszín, előtérszín) 2. Működési elv szerint: katódsugárcsöves (CRT) folyadékkristályos (LCD) gázplazmás (PDP) 3. Megjelenített kép típusa (üzemmód) szerint: karakteres: csak karaktereket képes megjeleníteni. grafikus: bonyolult ábrák, képek megjelenítésére is alkalmas. Monitorok főbb jellemzői Képátló: A monitor egyik sarkától a szemközti sarkáig terjedő távolság, hüvelykben (inch 2,54 cm) mérik. pl. 15 Képarány: A kijelző oldalhosszúságainak aránya. A hagyományos a 4:3 arány (ez a digitális fényképezőgépek aránya is), szélesvásznú képernyőnél pedig a 16:10-hez vagy mostanság a 16:9-hez arány. Kontrasztarány: Megadja, hogy a képernyő milyen árnyalatkülönbséget képes létrehozni két szomszédos képpont között, a legsötétebb (fekete) és legvilágosabb (fehér) árnyalatai közötti arány viszonyszámmal kifejezve. Minél nagyobb az arány, annál kevésbé terheli a szemet a számítógéppel végzett munka. pl :1 Válaszidő: Folyadékkristályos monitorok jellemzője, ezredmásodpercben (ms) mért időegység. Azt az időt jelöli, amennyi ahhoz kell, hogy egy képpont fényereje megváltozzon. A lassú válaszidő akkor lehet zavaró, ha a monitoron gyors változásokat kell megjeleníteni (filmek, játékok). Minél kisebb legyen. Fényerő: A monitor fényességét jellemzi. Főként világos térben, nagy távolságról nézve kell a nagy fényerő. Maximális felbontás: Maximálisan mekkora felbontásra állítható. Optimális felbontás: Folyadékkristályos monitorok tulajdonsága. A LCD-panel fizikailag kialakított felbontását jelöli. Erre a felbontásra állítva adja a monitor a legjobb képminőséget. (Többnyire ez a felbontás egyben az ilyen monitorok maximális felbontása is.) Látószög: Az a paraméter mely megadja, hogy a monitoron lévő kép milyen szögtartományból látható. Általában két adattal jellemzik, az első a horizontális (vízszintes), második a vertikális (függőleges) adat. Pl. H:160 / V:150 Megjeleníthető színek száma: Megjeleníthető színárnyalatok száma. Általában 16,7 millió (224), de gyakran csak 16,2 millió. Képfrissítési frekvencia: Minden monitor a működési elvétől és a technikai megvalósításától függő módon másodpercenként többször is megjeleníti a képet, ezt nevezzük képfrissítésnek. A képfrissítési frekvencia megadja, hogy 1 másodperc alatt hányszor történik meg a képfrissítés. Pl.: 60 Hz esetén 60-szor, 85 Hz esetén 85-ször. Képpont A képernyőn megjelenő kép képpontokból, pixelekből áll. Minden képpont színe és fényereje külön beállítható. Színes képernyő estén minden képpont 3 alképpontból (subpixel) áll össze. Egy-egy apró piros, zöld és kék pontból. Színkezelés A különböző hullámhosszú fénysugarakat különböző színűnek látjuk. A fekete a szín a fény teljes hiányát jelenti. A fehér színnél a fénysugarak a spektrumon azonos intenzitásúak. Két fajta színkeverés létezik. Additív: piros (Red), zöld (Green), kék (Blue), az alapszínek egymásra vetítésével (összeadásával) tetszőleges szín előállítható. Szubsztraktív: cián (Cyan), bíborvörös (Magenta), sárga (Yellow), fekete (BlacK). A fekete a színek összességét, a fehér a színek hiányát jelenti. A színek keverését úgy lehet elképzelni, mintha újabb és újabb színű áttetsző fóliákat helyeznénk egymásra. 40

41 Monitor és a számítógép kapcsolódása ALAPLAP VGA kártya VGA kábel MONITOR A mikroprocesszor a videó kártyán keresztül küldi a jeleket a monitor felé a kábelen keresztül. Ma a VGA rendszerű monitorokat használjuk. Minden új monitor típust VGA videó kártyán keresztül illesztenek a számítógéphez. Minden monitoron és videó kártyán van szabványos VGA csatlakozó. Monitor csatlakozók A monitorokat típustól függetlenül többféle porton keresztül köthetjük a számítógéphez. VGA: Ez egy régebbi típusú csatlakozó, nevezik még D-SUB -nak is. DVI: Az újabb monitoroknak már ilyen a csatlakozója. Előnye, hogy nem nekünk kell kézzel beállítani a monitor felbontását és frissítési frekvenciáját, hanem automatikusan megtörténhet mindez. S-Video: Ezen port segítségével nem monitort, hanem televíziót csatlakoztathatunk a számítógéphez. HDMI: nagy felbontású eszköz (pl. televízió) csatlakoztatható ezen keresztül a számítógéphez. VGA S-Video DVI port Katódsugárcsöves monitorok Nevezik még CRT monitornak is az angol Cathod Ray Tube rövidítésből. Ezt a típust használjuk legrégebb óta. Felépítése: 1.elektronágyú 2. elektronnyalábok (színenként egy) 3. fókuszáló, gyorsító tekercsek 4. eltérítő tekercsek 5. anódcsatlakozó 6. képernyőmaszk a megjelenítendő kép vörös, zöld és kék (RGB) részének szétválasztásához 7. foszforréteg vörös, zöld és kék zónákkal 8. a képernyő foszforborítású belső rétegének közel képe Működési elve Az elektronágyúból kilőtt elektronsugár gyorsítás, fókuszálás, és eltérítés után a monitor elejében található foszforrétegbe csapódik. Minden becsapódás egy képpont felvillanását okozza. Ezekből a gyors felvillanásokból áll össze a kép. A képernyő piros (Red), zöld (Green), kék (Blue) képpontokból áll. Bizonyos távolságból ezek a képpontok már nem különböztethetőek meg egymástól. A szemünk nem különálló pontoknak érzékeli őket, hanem összemossa eggyé. Attól függően, hogy milyen erős volt az egyes színeknél a becsapódás nagysága különböző színt látunk megjelenni helyettük a képernyőn. Ahhoz, hogy a képet folyamatosnak, és ne villogónak lássuk egy másodperc alatt több elektronnak is be kell csapódnia ugyanabba a pontba. Azt, hogy másodpercenként mekkora ez az érték a frissítési frekvenciával tudjuk beállítani. 41

42 Folyadékkristályos monitor Nevezzük még LCD (Liquid Crystal Display), vagy a modernebbeket TFT (Thin Film Transistor) monitornak is. Működési elve Itt is (mint a CRT-nél) apró pontokból áll össze a látható kép. Az LCD monitorban minden egyes képpont egy-egy folyadékkristályt tartalmaz. Erre a kristályra feszültséget kapcsolva megváltoztatható a fényáteresztő képessége. A kristály mögött egy apró "lámpa", előtte pedig egy (piros, zöld, vagy kék) színszűrő van. A lámpából kilépő fény először áthalad a folyadékkristályon, ahol szabályozzák az erősségét, majd a színszűrőn, ahol pedig a színét. Az így megjelenő pixelekből áll össze a monitoron megjelenő kép. Erős nagyítás mellett láthatóvá válnak ezek a pontok. Gázplazmás monitor Ez a típus monitorként nem használatos a magas költségek miatt. Nagyképernyős televízióknál viszont előszeretettel alkalmazzák jó minősége miatt. Működési elve Itt a képpontokban apró gázzal töltött kamrák vannak, amelyek energia hatására fényt sugároznak ki. Ezt a fényt látjuk megjelenni a kijelzőn. Ennek a típusnak az előnyei közé tartozik a villódzásmentes kép, nagy kontrasztarány, és hogy oldalról is jól látható. 42

43 Monitor fajták összehasonlítása Katódsugárcsöves (CRT) Előny Színhű megjelenés, viszonylag olcsó. Nagyméretű, nehéz, Hátrány villódzó képernyő. Folyadékkristályos (LCD) Kicsi helyigény, alacsony energia felhasználás. Gázplazmás (PDP) Nem villódzik, tökéletes színeket ad, oldalról is jól látható. Drágább a CRT típusúaktól, Fogyasztása a CRT kevésbé szín hű, mint a CRT monitorhoz hasonló. monitorok. Billentyűzet (keyboard) Legfontosabb bemeneti periféria. Felépítésében nagyon hasonlít egy hagyományos írógéphez a betűk elhelyezkedése nagyjából azonos, a különbség annyi, hogy a számítógép billentyűzetén több, speciális jellel és funkcióval ellátott billentyű van. Egy billentyű lenyomása úgynevezett billentyűkódot állít elő. E kódot a billentyűzet vezérlője alakítja át számmá amely bekerül a gép memóriájába. Típusait a billentyűk száma és azok nyelvi kiosztása alapján szokás megkülönböztetni. A szabványos angol billentyűzet 101, míg a magyar 102 vagy 105 gombos, de tetszés szerint válogathatunk a számtalan további billentyűzettípus közül is. Csatlakozás a számítógéphez Egy PS/2 vagy USB nevű csatlakozón keresztül kapcsolhatjuk a számítógéphez és a hagyományos vezetékes mellett megjelent a rádiós (vezeték nélküli) billentyűzet is, aminek előnye, hogy csökkenti az asztalunkon az ide-oda lógó vezetékekből adódó rendetlenséget. Hátránya viszont, hogy általában elemmel vagy akkumulátorral működik (amit meg kell venni/fel kell tölteni), míg a vezetékes a számítógéptől kapja a szükséges feszültséget. Billentyűzet felépítése A billentyűzet gombjait elhelyezkedésük alapján több csoportra oszthatjuk. Karakteres billentyűk: Ez a rész hasonlít legjobban az írógép billentyűzetére Segéd vagy módosító billentyűk: Önmagukban nem generálnak kódot. Másik billentyű lenyomásával hatásosak. Ilyenek a Shift, Ctrl, Alt. Vezérlő billentyűk: Ezek valamilyen vezérlő funkciót töltenek be. Pl Enter billentyű. Funkcióbillentyűk: Olyan billentyűk amelyekhez gyakran kiadott parancsokat szoktak rendelni az alkalmazások készítői. Numerikus billentyűzet: Egységes nemzetközi tizedes billentyűzet, ami pénztárgépeken, zsebszámológépeken megszokott elrendezésben biztosítja a számok és az alapműveletek elérését. 43

44 44

45 Egér(mouse) Bemeneti periféria, a számítógépes egér egy kézi mutatóeszköz számítógépekhez. Az egér mozgatása többnyire a monitor képernyőjén megjelenő kurzor helyzetét befolyásolja. Gombjainak használatát kattintásnak nevezik. Fajtái Mechanikus egér: Az egér belsejében található érzékelő (golyó) felismeri és továbbítja a számítógép felé az egér mozgását egy sima felületen. Optikai egér: A mozgásokat egy optikai szenzor segítségével ismerte fel, mely egy fénykibocsátó diódát használt a megvilágításhoz. Nyomtatók A nyomtató kimeneti periféria, a szöveges és grafikus információk papíron történő megjelenítésére szolgál. A modern nyomtatóknak saját memóriájuk van, hogy ne tartsák fel a náluk nagyobb sebességen működő processzort. Nyomtatók paraméterek A nyomtatási sebesség: Egy nyomtató sebességét rendszerint a percenként kinyomtatott lapok (lap/perc) vagy a másodpercenkén nyomtatott karakterek számával szokták megadni (karakter/másodperc). A nyomtatási minőség: A nyomtatott kép minősége annál jobb, minél sűrűbben vannak és minél kisebbek a rajzolatot felépítő pontok. Ezt jellemzi a DPI, (Dot Per Inch, azaz hogy egy hüvelyk hosszú vonal hány pontból áll). Kapcsolat a számítógéppel A nyomtatók a számítógéppel többféle módon léphetnek kapcsolatba. LPT csatlakozó Régebben a legelterjedtebb a párhuzamos porton, az LPT (Linear Print Terminal) jelű csatlakozón való kapcsolódás volt, de még ma is megtalálhatjuk egyes nyomtatók opciójaként ezt a lehetőséget, hiszen direkt nyomtatókhoz tervezték a PC-k eme kimenetét. A kép baloldalon látható részét kellett a nyomtatóhoz, jobboldalon látható végét pedig a PC párhuzamos portjához csatlakoztatni. USB (Universal Serial Bus). Az univerzális soros busz manapság nagyon elterjed számítógépes csatlakozó. Előnyös tulajdonsága, hogy teljeskörűen Plug and Play, az összes modern operációs rendszer részére is. Működés közbeni csatlakozás, és a csatlakoztatott eszköz automatikus felismerése (Plug and play) is lehetséges. Az A típusú csatlakozó az alaplapon található USB vezérlőhöz, vagy a hub-ba csatlakoztatható. A B típusú csatlakozó a perifériák csatlakozója. Vezeték nélküli csatlakozás is lehetséges. Régebben IrDA (infravörös) csatlakozás volt elterjed. Később Bluetooth-on teremthettünk kapcsolatot, míg manapság a Wi-Fi van erőteljes fejlesztés alatt. Ezzel a módszerrel könnyen tudjuk például kábelezés nélkül megosztott hálózati nyomtatóként használni a printerünket. Nyomtatók csoportosítása Alkalmazott technika szerint: ütős: kalapács vagy tű segítségével egy festékszalagon keresztül nyom a papírra egy karaktert vagy jelet. Több példány egyszerre. nem ütős: ezek a festéket a papír érintése nélkül juttatják a lapra (a nyomtatók többsége ebbe a csoportba tartozik). Egy példány egyszerre. Egyszerre kinyomtatható karakterek száma szerint: pontnyomtató: pontonként nyomtat. karakternyomtató: betűnként nyomtat. 45

46 sornyomtató: egyszerre egy sort nyomtat ki, miután a memóriájában összegyűjti az egy sorhoz tartozó információkat, és a kinyomtatandó karaktereket összegyűjti egy betűhengeren, vagy betűláncon. Lapnyomtató: a nyomtatás előtt az egész laphoz tartozó információt összegyűjti a memóriájában, majd a teljes lapot nyomja ki. Funkció szerint: csak nyomtató multifunkciós (szkenner, fénymásoló, fax, multifunkcionális nyomtató) Működési elv szerint: leütéses tintasugaras nyomtató lézernyomtató hőnyomtató Leütéses (mátrixnyomtató) Ez a nyomtató is az ütős kategóriába tartozik, más néven mátrix nyomtatók. Nyomtatandó karakterek képét egy ponthálózat (pontmátrix) segítségével alkották meg. Ezeket a pontokat festékszalagra ütött vékony, hosszú acél rudak segítségével hozzák létre, amelyeket elektromágnes mozgat. Az acél rudakat hosszú alakjuk miatt inkább tűként (pin) emlegetik (nincsenek tűszerűen kihegyezve,kiszúrnák a festékszalagot). A tűk egymás alatt, egy oszlopban vannak elhelyezve, legtöbbször 9, vagy 24 darab, de ezektől eltérő tűszámú nyomtatófejek is léteznek. Minél több pontból van összeállítva a betűkép, annál finomabb rajzolatú vonalakat kapunk. Bár a fizikai méretből adódóan nem tudunk nyomdai minőséget elérni (a túl vékony tűk elgörbülnének), mégis kedvelt eszköz lett ez a nyomtatótípus, mert olcsó nyomtatást tett lehetővé, és a grafikák megjelenítése is lehetővé vált. Továbbá, manapság ez az egyedüli mátrix nyomtatótípus, amely segítségével egy menetben többpéldányos nyomtatást végezhetünk. A tintasugaras nyomtatók megjelenéséig szinte egyeduralkodó volt a személyi számítógépek kimeneti perifériái között. Előnyök: - Durva íráskép. - Alacsony ár. - Színes nyomtatás csak szalagcserével lehetséges, így kevés - Kis üzemeltetési költség. szín áll rendelkezésre. - Többpéldányos nyomtatás. - Kis nyomtatási sebesség. - Nagy zajszint. Hátrányok: Tintasugaras nyomtatók Apró fúvókákból kilövellő tintacseppek segítségével állítják össze a képet a papíron. Egy nyomtatófej akár több száz fúvókát is tartalmazhat. Előnyök: - Alacsony ár. - Nagy felbontás. - Színes nyomtatás jó minőségben (papírminőségtől függően). - Csendes. - Nyomtatási sebességük igen nagy is lehet. 46 Hátrányok: - Üzemeltetési költségük ugyan egyre csökken, de még mindig drágák a tintapatronok. - Csak egypéldányos nyomtatás lehetséges.

47 Lézernyomtatók A nyomtató egy fényérzékeny hengert tartalmaz, amelyet kezdetben pozitív elektromos töltéssel töltenek fel. A forgó hengerre a képet lézersugár rajzolja. Az érintett pontokban negatív töltés jön létre, amely magához vonzza a pozitív töltésű festékport. A kép átkerül a henger alatt áthaladó, és előzőleg pozitívra töltött papírra. Végül egy fűtőhenger a papírra égeti a festékszemcséket. Színes lézernyomatók: Az egyetlen fényérzékeny hengeren a lézersugár négyszer fut végig. A színek (cián, bíbor, sárga és fekete) egymás után kerülnek fel hengerre, majd onnan a papírra. Színes lézernyomatók fotóminőségű képek állíthatók elő. Előnyök: - Nagy felbontás. - Színes nyomtatás is, jó minőségben. - Csendes. - Igen gyors nyomtatás. Hátrányok: - Költség a fénymásolóéhoz hasonlóan néhány forint oldalanként, a színes drága. - Csak egypéldányos nyomtatás lehetséges. Hőnyomtatók A hőnyomtatók típusai: Hagyományos hőnyomtató - Speciális hőérzékeny papír szükséges, amely hő hatására elszíneződik. Alacsony nyomtatási sebesség. Idővel a papír elszíneződik ill. a szöveg kihalványul. Modern hőnyomtatók - Hőérzékeny festékszalag alkalmazása, melyet a nyomtatófej a papírhoz szorít. A fejben keltett hő hatására a szalagra felhordott festékréteg megolvad és nyomot hagy a papíron. Előnyök: - grafika nyomtatható, - jó nyomtatási minőség, - nagyon jó színes nyomtatási lehetőség, Hátrányok: - lassú, - drága anyagfelhasználás, - speciális festékek szükségesek. Plotter Kiviteli periféria, magyarul rajzgép. Segítségével ábrákat, mérnöki rajzokat lehet előállítani, de ilyet használnak EKG görbék rajzolására, és a földrengésjelző készülékek is. Ezekbe az eszközökbe egy (vagy több) toll van befogva, amelyet a papír fölött mozgatva (van ahol a papírt is mozgatják) rajzolják ki az ábrát. Előnye, hogy nagyméretű rajzok készíthetőek vele. Lapolvasó szkenner Segítségével a nyomtatott dokumentumokat bevihetünk a számítógépbe, bemeneti periféria. 47

48 Multifunkcionális nyomtató Egyben lapolvasók is, fénymásolhatunk, esetleg faxolhatunk is az eszközzel. Be- és kiviteli periféria. Digitális fényképezőgép Bemeneti periféria. Olyan fényképezőgép, ami egy elektromos érzékelővel a fényjeleket elektronikus jelekké alakítja, ezután a processzor segítségével feldolgozza, digitális formában a memóriában tárolja. Webkamera Bemeneti periféria. Internetkapcsolattal rendelkező számítógéphez kapcsolt kis képminősége jóval gyengébb a kézi videokameráknál. Modem Az internethez való kapcsolódást teszi lehetővé. bemeneti periféria. További perifériák Mikrofon, rajzolótábla(tablet), botkormány, autós kormány, ujjlenyomat-olvasó, vonalkódolvasó, tapipad (touchpad), játékvezérlő, digitalizáló tábla, fényceruza, grafikus tábla, stb. Háttértárak Adatok tárolására szolgáló eszközök gyűjtőneve. Tartalmukat áramellátás nélkül is megőrzik. Ha az dokumentumainkat, adatainkat, gyűjtőnéven állományainkat vagy más néven fájljainkat a gép kikapcsolása után is szeretnénk megőrizni akkor a programjainkat célszerű háttértárakra írni. 2 alapvető csoportra szokás bontani az egyik a mágneses elvű tárolók, a másik az optikai elvűek. Mágneses elvű tárolók Floppy Néhány éve hajlékonylemezeket, vagy más néven floppy-kat használtak a gépek között adathordozóként. A 3,5 coll-os floppy meghajtó még ma is megtalálható akinek 10 éves körüli gépe van, de mivel csak 1-2MB tárolására alkalmas az adatokat lassan elérve, ezért gyakorlatilag teljesen visszaszorult. Winchester A sérülékeny mágneses elven történő rögzítés technikáját használó floppy-nál és a kevésbé sérülékeny de szintén mágneses elven működő winchester/merevlemeznél, a (szalagos) magnókban található fejhez hasonló író-olvasó fejekkel írják fel és olvassák le a jeleket. Különbség annyi, hogy a floppy lemezben csak 1db 1 vagy 2 oldalas mágnesezhető hajlékony korong van. A winchesternél pedig merev mágneses fémkorongok egymás felett helyezkednek el. A korong koncentrikus gyűrűkben tartalmazza az adatokat, ezeket a gyűrűket nevezzük sávoknak angolul track-nek. A merevlemeznél az egymás felett elhelyezkedő korongok azonos sávjait nevezzük cilindereknek. A merevlemeznél természetesen minden koronghoz külön író-olvasó fej tartozik. A merevlemez főbb tulajdonságai Tárolókapacitás: ez jellemzi a winchestert abból a szempontból, hogy mennyi adat fér rá: kezdetekben csak pár MB volt, manapság már 40 GB 2 TB között mozog. Írási és olvasási sebessége: ezt nagyban befolyásolja a lemez forgási sebessége, amely jellemzően 5400, 7200, vagy fordulat/perc (rpm). A merevlemez átviteli sebességének növelésének érdekében beépítenek egy gyorsítótárat (cache). Mivel általában szekvenciális írásról és olvasásról van szó, a merevlemez elektronikája a gyorsítótárba gyűjtögeti a kiírandó adatokat, majd ha elegendő összegyűlt, egyszerre kiírja a lemezre. Olvasásnál a lemezről többet beolvas, mint amennyire szükség van az adott pillanatban, arra a statisztikai tényre építve, hogy úgy is kérni fogjuk az utána lévő adatokat (előreolvasás). Nem kevésbé fontos szerepe még, hogy a csatolófelület felé szakaszosan is, de állandó sebességgel küldje és fogadja az adatokat. A gyorsítótárnak köszönhetően a HDD elérési ideje lényegesen lecsökken. A gyorsítótár lehetőségeinek kihasználása érdekében a 48

49 nagyobb adatsűrűségű tárolókhoz nagyobb méretű szokott lenni. Régebben 2-4 MB-os, manapság a nagyobb kapacitású HDD-k mellé 8, 16 vagy 32 MB-os gyorsítótárat szoktak rakni. Csatolófelület: ezen keresztül történik az adatátvitel, több fajta létezik: ATA (PATA), SATA (SATA I és SATA II), SCSI, SAS (Serial Attached SCSI), FC (Fiber Channel). Merevlemezzel kapcsolatos fogalmak Particionálás: a merevlemezt particionálással több logikai meghajtóra oszthatjuk fel. Ezek a partíciók fizikailag egy lemezen vannak, ám az operációs rendszer több meghajtóként érzékeli, és kezeli őket. Tehát a partíció a merevlemez egy logikailag különálló darabja, melyet az adatok szervezésére használunk. A particionálás műveletét a rendszerprogram telepítése kezdetén szokták végrehajtani. Formattálás/Formázás: ahhoz hogy a mágneslemezeken lévő mágneses réteg alkalmas legyen adatok tárolására, létre kell hozni a tároláshoz szükséges rendszert. Ezt formattálásnak vagy formázásnak nevezzük. Formázáskor jönnek létre a sávok, szektorok. A formattálást egy bizonyos partícióra hajtjuk végre. Formattáláskor az adott partíción lévő fájlok törlődnek, bár egyes technikákkal visszaállíthatóak. Fájlrendszer: ahhoz, hogy fájlokat tároljunk egy merevlemezen, a számítógépnek fájlrendszerre van szüksége, amely megadja a fájl nevét, helyét. Hasonlít egy katalógusra. Minden partíciónak megvan a saját személyi katalógusa, az állománykiosztási tábla (File Allocation Table, FAT vagy Master File Table, (MFT)). A számítógépeken a legkorábbi fájlrendszer a FAT16 volt, még DOS operációs rendszer alá. Ezt követte a FAT32, ez a Windows 95, Windows 98 fájlrendszere volt, ezt pedig az NTFS (New Technology File System) követte. Ez a Windows NT-alapú rendszerek fájlrendszere: a Windows é, a Windows XP -é, a Windosw Server é, illetve a Windows Vistáé. Unix és Linux operációs rendszerek alatt ettől eltérő fájlrendszereket használnak. A FAT fájlrendszerek hátránya az NTFS-szel szemben, hogy egy fájl mérete maximum 4 GB lehet. Töredezettség: a merevlemezen lévő fájlok egy idő után logikailag töredezetté válnak. Oka az, hogy a merevlemez nem tud egy szektornál kisebb egységet címezni, így amikor ír egy fájlt, és az nem tölti be teljesen a szektort, kihasználatlan hely keletkezik. A merevlemez lassulását az okozza, hogy amikor ír egy adott információt, de a következő szektor foglalt, akkor ettől a szektortól egy távolabbi üres szektorba kell raknia a fájl további részét az író/olvasó fejnek mozognia kell, hogy elérje és ez lassabb elérési időt okoz. Ezt az állapotot töredezettségnek, vagy fragmentáltságnak nevezzük. Ezt különböző szoftverek segítségével, töredezettségmentesítő, defragmentáló programokkal könnyen lehet orvosolni. Több merevlemez használata: ha több merevlemezünk is van egy csatornán, akkor be kell állítani, hogy melyik legyen az elsődleges (master), és melyik legyen a másodlagos (slave, azaz a szolga). Jellemzően a masteren van a boot szektor, az a szektor, ami az operációs rendszer betöltését szolgálja. Merevlemez mobilitása: a merevlemez mobilitását több módon próbálták elérni: Egyfajta megoldás a külső merevlemez, melynek kulturált külső borítása van, valamint a számítógép általános célú interfészei közül valamelyikre csatlakoztatható (esata, USB, párhuzamos port, SCSIport, Firewire port). A külső merevlemez valamivel drágább, és csatlakozástól függően általában lassabb is, mint a belső. A merevlemezek közül már gyártanak strapabíróbbakat is: gumiburkolattal, és ezek kisebb ütődéseket is kibírnak. A mobilerack a másik megoldás: ekkor a merevlemez könnyen kihúzható a gépből, és átvihető másikba, és sebességbeli csökkenés sincs. Ez notebookoknál nem alkalmazható. Biztonság: a merevlemez ugyan viszonylag hosszú élettartamú eszköz, ám meghibásodások itt is előfordulhatnak: a biztonságra megoldás a HDD-k RAID-be szervezése. Az adatvesztés előrejelzésére több technikát is kifejlesztettek: egy ilyen például a SMART is. Alkalmazásuk: az 5400 fordulatos merevlemez jellemzően 2,5 hüvelykes méretben kerül piacra, és általában notebookokban alkalmazzák alacsony fogyasztása miatt, illetve külső rackekben csekély fizikai mérete és elhanyagolható tömege miatt. A 7200 rpm-es lemezek általában 3,5 colos méretben képviseltetik magukat az asztali gépekben, illetve merevlemezes DVD-írókban. A fordulatos merevlemezek többsége SCSI vagy Fibre Channel csatolóval kapható, szintén 3,5 colos méretben. Gyorsasága, megbízhatósága és nem utolsósorban ára miatt leginkább a szerverpiacon alkalmazzák, valamint nagy adatbiztonságot igénylő rendszerekben (leginkább RAID tömbként). A merevlemezek ATA, SATA, SCSI, SAS vagy Fibre Channel csatlakozó porttal készülnek. 49

50 Optikai elvű tárolók CD A másik csoport a optikai elvű tárak, ilyen a CD (Compact Disk) a DVD (Digital Video Disk). A CD egy 12 centiméter átmérőjű, tükröző alumínium réteggel bevont polikarbonát korong amely megabyte információtárolására alkalmas. Hang, kép, adat tárolását teszi lehetővé digitalizált formában. Itt nem koncentrikus körök hanem spirális (csigavonalszerű) alakban tároljuk az adatokat. Adattárolás esetén egy 12 cm-es korongon jellemzően a kapacitás: 650 MB (74perc), 700 MB (80 perc). A lemezen spirális vonal mentén "gödrök" (pit-ek) és "dombok" (land-ek) találhatók mikroszkópikus méretben. A land elválasztó funkciót lát el. Felvételnél a korongon leheletvékony fémtellúr réteg van, ebbe a piteket lézersugár égeti be. A lemezt a mechanikai sérülések elleni védelem céljából átlátszó lakkréteggel vonják be. A CD általában egyoldalas lemez, kiolvasás az átlátszó védőlakk felől lehetséges. Megkülönböztetünk 3 fajta optikai lemezt: -préselt lemez (gyárban sokszorosított) ezt akár egy CD olvasóval is használhatjuk (CD-ROM). -írható lemezt (ezt egy CD íróval mi magunk is megírhatjuk) (CD-R). -újraírható lemezt (ez egy speciális többször írható lemezt jelent, amit CD író/újraíró berendezéssel mi magunk írhatunk akár több ezerszer (CD-RW). DVD Az optikai lemezek egy újabb, nagyobb kapacitású változata a DVD (digital video disc; 1995), amelyet eredetileg nagy felbontású videofilmek tárolására fejlesztettek ki (innen a neve). A nagyobb kapacitás elsősorban annak köszönhető, hogy rövidebb hullámhosszú lézerfényt használ, amely lehetővé teszi a kisebb adattárolási méret alkalmazását. Így a lemezen a lyukak sűrűbben helyezkednek el, mint a CD esetén. A DVD lemezek maximális kapacitása 4,7 GB. További újításként bevezették a kétrétegű írást, ennek megfelelően a szabvány méretű lemezek kapacitását 8,5 GB-ra növelték. A DVD fizikai mérete megegyezik a CD lemez méretével, így a DVD meghajtók alkalmasak CD lemezek kezelésére is. A DVD lemezeknek létezik egy és kétoldalas változata is. A CD-hez hasonlóan itt is van egyszer írható (DVD-R, DVD+) és újraírható (DVD-RW, DVD+RW). Blu-ray Az ún. Blu-ray lemez a DVD lemezek továbbfejlesztett változata. Lényege, hogy amíg a szabványos DVD lemezek olvasására vörös fényű lézert használnak, addig ezeket a lemezeket rövidebb hullámhosszú ibolyaszínű lézerfénnyel lehet írni/olvasni, így az információ tárolásra szolgáló lyukacskák közti távolság tovább csökkent, ami adattároláskor jóval nagyobb adatsűrűséget jelent. Az egyrétegű BD-lemez kapacitása 25GB, a kétrétegűé 50GB. Mivel az optikai háttértárak írása lassú folyamat, az adatok törlése pedig csak korlátozott mértékben lehetséges (az egész lemez törölhető egyszerre), ezért optikai lemezeken olyan adatokat szokás tárolni, amelyek nem változnak: fényképek, filmek, programfájlok. Elektronikus elven működő háttértárak Pendrive, memória-kártyák A legújabb típusú számítógépes adattároló technológia az ún. flash-memória, amelyet (nevével ellentétben) általában nem a számítógép operatív táraként alkalmaznak, hanem háttértárként. A flash-memória teljesen elektronikus elven működik, nem tartalmaz mozgó alkatrészt, ezért jobban ellenáll a mechanikai behatásoknak (pl. a rázkódásnak), mint a merevlemez. A flash-memória a (RAM-mal ellentétben) nem felejtő, megmaradó, amely azt jelenti, hogy nincs szüksége tápfeszültségre ahhoz, hogy a benne tárolt információt megőrizze. (Az adatok rögzítéséhez és olvasásához természetesen szükséges az elektromos áram, de a tárolt adat az áramellátás megszűnése után is megmarad.) A flash-memória adattárolási és elérési sebessége viszont jelentősen elmarad a RAM sebességétől, ezért nem alkalmas arra, hogy operatív tárként alkalmazzák. Tárolókapacitás tekintetében nem veheti fel a versenyt a merevlemezekkel. Ráadásul az ismételt írást / törlést kevésbé jól bírja, mint a merevlemez. 50