A számítástechnika története a kezdetektől napjainkig

Átírás

1 A számítástechnika története a kezdetektől napjainkig

2 TARTALOMJEGYZÉK 1. Bevezetés A számítástechnika kialakulása, fejlődése Neumannig Számolási segédeszközök Mechanikus számológépek Elektromechanikus számítógépek Az I. generáció: Elektroncsöves számítógépek ( ) Neumann hatása a számítástechnikára A számítástechnika fejlődése napjainkig Az I. generáció : Elektroncsöves számítógépek (folytatás) A II. generáció: Félvezető alapú gépek ( ) A III. generáció: Integrált áramkörös gépek ( ) A IV. generáció: Magas integráltsági fokú áramkörök, a mikroprocesszorok elterjedése ( ) Az analóg és a digitális elven működő gépek közötti különbség A számítástechnika fejlődésének jövőbeni kilátásai Irodalomjegyzék

3 1. Bevezetés Mint, ahogy a cím is mutatja a számítógép kialakulásának történetét igyekeztem feldolgozni az egyszerű számolási segédeszközöktől egészen a mai modern asztali számítógépekig. Én inkább a digitális számítógépekre helyeztem a hangsúlyt. Bevezetésként leírnám Makkai László gondolatait és megpróbálnám átültetni a számítástechnika kialakulásának történetére. Makkai László megpróbálta képlet formájában leírni a technika fejlődésének lépéseit : I-T-E-D-R Ebben az I a szerszám (instrumentum), a T az erőátvitel (transzmisszió), az E az energia, a D a vezérlés (ductor) és az R az emberi értelem (ratio) jele. Makkai a sémát a kalapács használatának kialakulására ültette át. Először az öklöt a marokra fogott kő (I), azt a nyelezett kalapács (T), ezt a gőzkalapács követi (E), ennek munkáját pedig algoritmus által determinált programmal lehet vezérelni (D). Ha ezt megpróbálom átültetni a számítógép technikai fejlődésére, akkor ilyen lehet a sorrend, de ez nem biztos. Először az ember tíz ujját váltották ki a számolólécek vagy számolópálcák (I); majd jött az abakusz (T); utána következtek a különböző mechanikus számológépek (E); ezeket később felváltották az elektromechanikus már valamilyen szinten programozható számítógépek (D); az utolsó lépcső a tisztán elektronikus, szabadon programozható számítógépek (R). A munka bonyolultabb volt mint látszik hiszen néha az egyik forrás munka homlok egyenesen mást írt mint a másik adott esemény kapcsán. A dolgozatom felosztását fejezetekre így gondoltam ahogy olvasható, de más felosztás is lehetséges. 3

4 2. A számítástechnika kialakulása, fejlődése Neumannig 2.1. Számolási segédeszközök A számolás igénye már az ősidőkben felmerült; valószínűleg a tulajdon megjelenésével egy időben jelentkezett ez az igény is. A számoláshoz segédeszközökre volt szükség. Eleinte elegendő volt a legkézenfekvőbb segédeszköz, az emberi kéz tíz ujja. Feltételezhetően ezért alakult ki a tízes számrendszer. Ugyanakkor más számrendszerek is kialakultak: a tizenkettes, a tizenhatos és a kettes. A kettes számrendszert már az ősidőkben is használták egyes területeken, ez az ember testrészeinek párosságából adódott. Később, amikor a tulajdonban lévő tárgyak és állatok megszámlálására, nyilvántartására már nem volt elegendő a tíz ujj, más segédeszközöket kellett alkalmazni a számolás megsegítésére: például kavicsokat, vesszőket. Nagy számok esetén szükségessé vált a segédeszközök fejlesztése. A fejlődés első fokát jelentették a számolólécek és a számolópadok. A tíznél nagyobb számjegyek összeadását könnyítették meg a számolólécek. A legrégebbi kínai számjelek jól észrevehetően még erre a segédeszközre utalnak. A másik, a fejlődés első fokát jelentő segédeszköz a számolópad (számolódeszka), amelynek a felülete sorokra és oszlopokra volt beosztva. A számolódeszka minden sora a számolópfenniggel megjelölt szám oszlopának egy-egy sokszorosát jelölte. A kereskedők útjaikra számolódeszka helyett ugyanilyen elven működő számolókendőt vittek magukkal. A Püthagorasz-féle számolódeszka az ókori Görögországban kifejlesztett számolási segédeszköz, a már említett számolópadok egyik tovább fejlesztett változata volt. A gyakran szükséges számításokat táblázatba foglalta, amelyből az eredményeket egyszerűen leolvashatták. A Phütagoraszféle számolódeszka a matematikai táblázatok ősének tekinthető. A fejlődés következő állomása az abakusz volt. Valószínűleg kínai eredetű, és a XIII. sz.-ban az egész világon elterjedt és még napjainkban is használják. Kínában: szuan-pan -nak, Japánban szorobán -nak hívják. Japánban még ma is használják és gyorsabban képesek elvégezni vele a négy alapműveletet, mint más egy zsebszámológéppel. Ez a szerkezet rudakon, drótokon vagy hornyokon ide-oda mozgatható golyókat tartalmaz. A golyók 4

5 helyzete a rudakon számokat, a rudak pedig egy-egy helyi értéket jelentenek. Az abakusz legegyszerűbb változatán minden rúdon tíz golyó található. Az elválasztó lécet is tartalmazó abakusz esetén az elválasztó léc alatti részen öt (egyeseket jelölő), a felső részen pedig kettő (ötösöket jelölő) golyó elegendő a számok ábrázolására. Ennél is kevesebb golyót tartalmaz a (4+1) -es abakusz, amely azt használja ki, hogy minden számjegy ábrázolásához csak 1 ötösöket és 4 egyeseket jelölő golyóra van szükség, a kerethez ütköző golyó pedig mindig nulla helyzetet jelöl (lásd 1. ábra). Az összeadás és a kivonás az abakusszal egyszerűen elvégezhető, viszont a szorzás és az osztás több gyakorlatot és időt igényel ábra A szorzás és az osztás elvégzéséhez egy külön segédeszköz vagyis inkább módszer is elterjedt. Az abakusszal párhuzamosan. Ez módszer a gelosia-módszer (rácsos módszer, lásd 2. ábra). A középkor kezdete óta széles körben alkalmazták. Először Indiában, Perzsiában, Kínában és az arab kultúrában jelent meg. Európában a 14. sz. elején vált ismertté. A felépítése és a használata a következő: Függőleges és vízszintes vonalak egy mátrixot alkotnak. Minden mezőt egy átló két részre oszt. A szorzáshoz a szorzandó számjegyeit oszlopról oszlopra haladva a legfelső sorba, a szorzó számjegyeit pedig a legkülső oszlop egymás utáni kockáiba kell írni. A felhasználó a mátrix minden egyes mezejét a hozzátartozó oszlop és sor szorzatát jelentő számmal 5

6 kell, hogy kitöltse. Az egyeseket az alsó, a tízeseket a felső háromszögbe írva. A teljes szorzatot úgy kapja meg, hogy a jobb alsó saroktól indulva a bal felső sarok felé haladva összeadja a felrajzolt, egymással szomszédos átlókon elhelyezkedő számokat. Ha valamelyik átlós összeg kétjegyű szám, annak első jegyét a felette álló átlós összeghez adja. Az eljárás nemcsak szorzásra, hanem osztásra is alkalmazható, de nagyon sok írást igényel. 2. ábra A technikai eszközök fejlődését elősegítette a matematika, az elmélet fejlődése. Az egyik ilyen fontos lépés a XVI. században John Napier ( ), latinosan Neper, skót tudós és matematikus felfedezése a logaritmusfüggvény, amely lehetővé tette, hogy a szorzást összeadásra lehessen visszavezetni ben elkészítette az első logaritmus táblázatot. Emellett a nagyszerű matematikai felfedezés mellet számolópálcákkal egyszerűsítette a rácsos 6

7 módszert. A pálcákat Neper-pálcáknak vagy Neper-csontoknak is nevezik, mivel a tartósabb darabok csontból készültek. Minden pálca a rácsos (gelosia-) módszer mátrixának egy lehetséges oszlopát, tehát egy számjegy egész számú többszöröseit ábrázolja (lásd 3. ábra). A számolópálcákat a misszionáriusok még Napier életében egészen Kínáig terjesztették el. 3. ábra Napier kutatásait - a logaritmus terén - felhasználva alkotta meg William Oughtred ( ) tiszteletes a logarléc ősét ben, amelyet 1650-ben tökéletesítették, és a közelmúltig segítette a számolást végző ember munkáját. 7

8 2.2. Mechanikus számológépek A XVII. században az órásmesterség, és a mechanika fejlődése, illetve a különböző matematikai és csillagászati táblázatok elkészítésének igénye az embereket mechanikus számológépek megszerkesztésére késztette. Az első mechanikus számológépek szerkesztői között említjük Wilhelm Schickard, Blaise Pascal és Leibniz nevét. Az első számológépet 6 évvel Napier halála után készítette el egy tübingeni professzor és sokoldalú zseni Wilhelm Schickard ( ) a harmincéves háború alatt. A Neper-pálcák segítségével egy olyan gépet épített 1623-ban Württembergben, amely automatikusan összeadott, kivont, szorzott és osztott. A készülék összeállítására valószínűleg a híres csillagásszal, Johannes Keplerrel folytatott beszélgetései és levelezése ösztönözte. Az első levél szept. 20-án kelt, amelyben leírta, hogy a gép az adott számokkal automatikusan számol: összead, kivon, szoroz és oszt. Bizonyára örülne, ha látná, hogyan gyűjti össze a gép a tízes és százas maradékokat, vagy kivonáskor hogyan vesz el belőlük... A második levelében, amely február 25-én kelt, arról tájékoztatja Keplert, hogy a számára épített gép a műhelyben kitört tűzben elégett. A gépnek egyetlen példánya sem maradt fenn, de a levélbeli információk alapján 1960-ban sikerült egy jól működő konstrukciót létrehozni: A számológép felső része függőlegesen elrendezett hengeres, forgatható Neper-pálcákat tartalmaz. Ezeken legfeljebb hatjegyű számokat lehet beállítani. Alatta fogaskerekekből készített számolómű található. A felhasználó a Neper-pálcákról leolvasott részeredményeket kézzel viszi át a számolóműbe. A végeredmény a készülék alján lévő kis nyílásokban jelenik meg. A gép alapzatában elhelyezett számlapok hatjegyű szám tárolását teszik lehetővé, valószínűleg azért, hogy a felhasználónak ne kelljen a részeredményeket külön leírnia (lásd 4. ábra). Az összeadást végző számolóműben a szomszédos számjegyek fogaskerekei közé elhelyezett egy járulékos fogaskereket, amely elvégzi a kétjegyű összeg első jegyének átvitelét a következő helyértékre. A számjegyek fogaskerekeinek minden teljes körbefordítása után egy külön beépített fog a járulékos fogaskereket 36 fokkal 8

9 elfordítja, ami viszont a következő számjegy fogaskerekét eggyel magasabb számértéknek megfelelő helyzetbe fordítja tovább. A számolómű működésének következtében Schickard hat jegyre korlátozta számológépét. Határesetben, pl összeadásakor ugyanis az egyes számjegyhez kapcsolódó egyetlen fogaskerékfognak kellene a teljes számolóművet mechanikus úton átfordítania. Schickard gépe volt az első, amely a számolási tartomány túllépését (azaz az overflow -t) is jelezte a felhasználónak (Csengővel). A zseniális szerkezet létezéséről annak idején nem szerezhetett tudomást a világ, mert Schickard és családja elpusztult egy pestisjárványban. így soha nem tudhatjuk meg, hogy hogyan befolyásolta volna ez a találmány Pascalt és Leibnizet. 4. ábra A számítástechnika történetének következő nagy alakja Blaise Pascal ( ) között húszéves korában tervezett és épített egy kicsi és egyszerű gépet (lásd 5. ábra). A szorzást és az osztást nem tudta elvégezni, így Schickard gépéhez képest visszalépés volt. Pascal gépe tízes számrendszerbeli számjegyekkel számol. Az egyes számjegyek 0-tól 9-ig fogaskerekek meghatározott beállításának felelnek meg. A számok ábrázolásához annyi, azonos tengelyen elhelyezett fogaskerékre van szükség, ahány számjegyből áll a szám. Az egy fogaskerék foggal történő elfordítás a 9

10 forgási iránytól függően az egy hozzáadását vagy kivonását jelenti. A 9-ről a következő 0-ra való átmenet során a gép a legközelebbi helyértéken álló számot automatikusan eggyel megnöveli, ez a folyamat a tízes-átvitel. 5. ábra Körülbelül tíz évvel Pascal halála után Gottfried Wilhelm Leibniz ( ) - aki minden idők legnagyobb polihisztora volt - szerkesztett egy eszközt, amely Leibniz-kerék néven ismeretes. Ez tulajdonképpen egy bordáshenger, amely megoldja két szám osztását és szorzását egyetlen körülfordulással (lásd 6. és 7. ábra). A Leibniz -kereket még századunk közepéig is használták asztali mechanikus számológépekben. A gépet először Londonban láthatták 1673-ban. Az es években megépíti gépének harmadik példányát is Nagy Péter számára. Leibniz megelőzte kora gondolkodóit, ennek ellenére mikor 1716-ban meghalt csak a titkára gyászolta, aki így írt erről: Sokkal inkább úgy temették el, mint egy rablót, semmint azt, aki valójában volt : hazájának ékessége. Számítógépét még ma is őrzik, inkább kuriózumként, sem mint a modern számítógépek korai előfutáraként. Leibniz két elmélettel is hozzájárult a számítástechnika fejlődéséhez: 1666-ban bebizonyította, hogy minden bonyolult számolási művelet lebontható elemi lépések sorozatára, ezzel megteremtette az algoritmizálás alapjait ben pedig ismertette a kettes számrendszert. Továbbá Leibniz írta le először azt a gondolatot, hogy:... Kiváló emberekhez valóban nem méltó, hogy rabszolga módra órákat vesztegessenek el olyan számítások elvégzésével, amelyeket bárkire nyugodtan rá lehetne bízni, ha gépet használna. 10

11 6. ábra 7. ábra Charles Babbage ( ) vallotta magáénak elsőként Leibniz gondolatát, az unalmas, de egyszerű feladatok automatizálásával kapcsolatban. A róla írt életrajz címe: A lobbanékony géniusz szintén kulcs a jelleméhez. Felsőközéposztálybeli angol családban született, mindazzal az intellektuális és társadalmi előnnyel, amelyet az ilyen háttér általában biztosít. Az egyetemi évei alatt került kapcsolatba a csillagászattal, és egyik alapító tagja lett a Royal Astronomical Society-nek (Királyi Csillagászati Társaságnak), és őt tüntetik ki elsőnek a Társaság aranyérmével az Observations on the Application of Machinery to the Computation of Mathematical Tables (Gépek matematikai táblázatok kiszámításánál való alkalmazásának tapasztalatai) című munkájáért. Az aritmetikai táblázatok kiszámítására tervezte gépét - a differencia gépet - Babbage, de ez a gép még mindig nem volt, olyan gyors és főleg pontos, hogy forradalmasítsa a táblázatok készítésével kapcsolatos számításokat. A technika még nem volt, olyan fejlett, hogy a tárcsákat, fogaskerekeket a szükséges pontossággal lehessen elkészíteni és legyártani. 11

12 Tehát a differenciagép (lásd 8. ábra) nem számolt több nagyságrenddel gyorsabban mint az ember, viszont sosem fáradt el és állandó sebességgel tudott számolni. A gépet 1823-ban kezdte el építeni állami támogatásból, de 1833-ban végleg abbahagyta. A gép úgy ahogy Babbage abbahagyta a délkensingtoni Természettudományi Múzeumban található. Pehr Georg Scheutz nevű svéd nyomdász megépítette a differenciagépet és 1854-ben Londonban be is mutatta. A gép a következő táblázathoz hasonló táblázatok készítését tette lehetővé : N N 2 +N+41 D 1 D A D 1 oszlop az N 2 +N+41 jelzésű oszlop egymás után következő elemeinek különbségeit tartalmazza. A D 2 oszlop a D 1 oszlop egymás utáni elemeinek különbségéből áll. Miután a D 2 oszlop minden eleme azonos így könnyen lehet folytatni a táblázatot. Nézzük meg például a N=10 esetre. Tudjuk, hogy a D 2 oszlopban megint csak 2-es szám lesz, a D 1 oszlopba tehát 18+2=20 fog kerülni. Az N 2 +N+41 jelzésű oszlop következő eleme tehát = 151; ezt úgy lehetett kiszámolni, hogy közben egyetlen osztást vagy szorzást sem kellett elvégeznünk, csak összeadást. A fent kiszámolt értékek pontosságát alátámasztja Karl W. T. Weierstrass berlini professzor tétele. Ez a tétel kimondja, hogy bármely folytonos függvény egy adott intervallumon megközelíthető tetszőleges mértékben polinommal. A polinom egy a+bx+cx dx n alakú kifejezés. Minden polinom fölépíthető differenciál táblázatok segítségével. Akárhányad fokú polinomnak van olyan differencia oszlopa, amely már konstans, és így a polinom fölépíthető összeadások egymásutánjával. A harmadfokú polinom 12

13 esetén a D 3, negyedfokúnál a D 4 oszlop lesz konstans. Babbage differenciagépe hatodfokú a+ bn+ cn 2 + +dn 3 + en 4 +fn 5 +gn 6 polinomok kezelésére készült. 8. ábra 1833-ban amikor a differenciagép fejlesztésével felhagyott, Babbage kigondolta főművét az analitikus gépet. Ez elvileg egy általános célú számítógép volt, majdnem modern értelemben. Ez a gép életcéljává vált, és egészen 1871-ben bekövetkezett haláláig dolgozott rajta. Halála után fia dolgozott rajta, és maga építette meg a gép egyes darabjait, és a londoni Természettudományi Múzeumnak ajándékozta őket. A gép alapötletét a Jacquard féle szövőszék működéséből merítette. Jacquard egy kártya sorozat segítségével automatizálta a szövés folyamatát. A kártyákon lyukak vannak elhelyezve, mégpedig úgy, hogy azok a kívánt mintát rajzolják ki. Az analitikus gép ugyanezt a folyamat irányítási módszert használta fel. Az analitikus gép két részből állt: 1. A tárolóból, ahol azok a változók helyezkednek el, amelyekkel műveleteket kell végezni, illetve a műveletek eredményei. 13

14 2. A malomból, amelybe mindig azokat a mennyiségeket visszük be, amelyeken éppen valamilyen műveletet kell végezni. A gép felépítéséből következően két kártyacsomag van: az első a végrehajtandó műveleteket határozza meg - ezek a műveleti kártyák, a másik meghatározza azokat a speciális változókat, amelyeken az előzőeknek a műveleteket végre kell hajtani - ez utóbbiak a változókártyák. Ha bármilyen formulát ki akarunk számítani, a műveleti kártya csomagját úgy kell egymás után elhelyezni, hogy azok a műveleteket olyan sorrendben tartalmazzák, ahogy a formulában előfordulnak. Ezután egy másik kártyacsomagot kell összeraknunk, amely a változókat behívja a malomba, abban a sorrendben, ahogy dolgozni kívánunk velük. További három kártyára is szükség van: kettő azokat a változókat és konstansokat, ill. ezek numerikus értékeit tartalmazza, amelyekre az előző műveleti kártya hatással van, a harmadik jelzi azt a változót, amelyben a művelet számszerű eredményeit el kell helyezni. Az eddigiekből látszik, hogy az analitikus gép rendkívül általános jellegű. Bármilyen formula értékét ki lehet vele számítani, ha már egyszer összeállítottuk a kártyacsomagokat, akkor azokat később még egyszer felhasználhatjuk más értékekkel. A számológépek fejlődésével egy időben fejlődött a matematika illetve a csillagászat. A matematika fejlődéséhez járult hozzá a formális logika atya: George Boole ( ). Az ő nevéhez fűződik a formális logika kialakítása és fejlesztése ban kiadott egy könyvecskét The Mathematical Analysis of Logic (A logika matematikai elemzése) címmel, amely 1854-ben kiadott nagy művét készíti elő, amelynek címe az An Investigation of the Laws of Thought, on which are founded the Mathematical Theories of Logic and Probabilities (A gondolkodás törvényeinek kutatása, amelyen a logika és a valószínűség matematikai elmélete alapul). E műveiben a logikát precíz matematikai formába öntötte, és elsőként állított fel axiómákat, és posztulátumokat a logika számára. Ezeket hívjuk összefoglaló néven Boolealgebrának. Akkoriban ennek az új logikának nem tulajdonítottak akkora jelentőséget, ez inkább később vált fontos tényezővé, mind a matematika, mind a számítástechnika területén. A csillagászatnak fontos szerepe volt a számítástechnika fejlődésének ezen időszakában, mert ez volt az egyik vezető tudományág, mégpedig a 14

15 kereskedelem, ezen belül is a hajózás fejlődése miatt. A hajózás fejlődése egyre tökéletesebb térképeket, illetve egyre tökéletesebb navigálási módszereket igényelt, és egyre tökéletesebb helyzet meghatározást is, ami természetesen szorosan kapcsolódott a csillagok, égitestek helyzetéhez (konkrétan a Hold pozíciójáról kellett egy pontos táblázat). így egyre tökéletesebb csillagászati táblázatokra volt szükség, ehhez viszont egyre tökéletesebb és gyorsabb számológépekre. Ebből következően a Leibniz-kerék elvén alapuló több más feltaláló által tervezett gép is megjelent, és ezek egyre tökéletesedtek. Az egyik feltaláló Philipp Matthäus Hahn ( ) volt, aki 1770-ben a bordáshengereket egy központi tengely körül kör alakban helyezte el. Ez a számolómalom megbízhatóan dolgozott és hamarosan széles körben elterjedt. Az előbbi példát kivéve általában a 17., 18. században épített számológépek drágák és megbízhatatlanok voltak. A helyzet csak 1820-ban változott meg Charles-Xavier Thomas de Colmar "Arithrometre" nevű gépével, amely egy Leibniz-féle bordáshengerrel működött. Pontos összeadásra, kivonásra, osztásra, szorzásra és gyökvonásra is képes volt. Az első 50 évben 1500 darab került forgalomba. De nem csak a csillagászatnak voltak nagy számolás igényű feladatai, hanem egyre inkább a közigazgatáshoz és az államapparátus fenntartásához is szükség volt komoly számításokra. Konkrétan a népszámlálás adatainak feldolgozásának esetenkénti 3-4 évét kellett kiváltani valamilyen gyorsabb eljárással. Az Egyesült Államok Belügyminisztériumának Népszámlálási Hivatala 1880-as években lépett fel azzal az igénnyel, hogy a népszámlálás adatainak feldolgozását legalább részben automatizálni kéne. 15

16 2.3. Elektromechanikus számítógépek Herman Hollerith ( ) aki a Columbia Egyetem bányászati szakán szerzett diplomát, a szakdolgozatában egy saját maga szerkesztette táblázatkészítő rendszert ismertetett től 1883-ig a Népszámlálási Hivatalnál dolgozott. Ez alatt az idő alatt érlelődött meg benne a lyukkártyán alapuló számláló berendezés terve, amelyet 1889-ben már szabadalmaztatott is (lásd 9. ábra). A gépet az 1890-es népszámláláson már használták. A gép megtervezésének gondolata részben John Shaw Billingsé volt, aki az 1880-as népszámlálás felügyelője volt. A gép működése a kártyákon alapult. A kártyán minden lyuk egy-egy adatot jelentett. A kártyák érintkezőkefék alatt futottak el, amelyek akkor zárták az áramkört ha lyukat találtak. A záródott áramkörök azután számlálókat aktivizáltak, amelyek minden egyes észlelt lyuk esetén egy pozícióval előbbre léptek. A számlálókat elektromechanikus jelfogók (1844-ben találta fel William Fardely és tőle függetlenül Samuel Morse) működtették. Hollerith rájött, hogy a kártyákat egy adott szempontnak megfelelően sorba lehet rendezni, ez felmérhetetlen jelentőségű volt, ugyanis lehetővé vált annak megállapítása, hogy egy adott populációban hányan rendelkeznek az A, B, C jellemzőkkel és hányan nem. A kártyák mérete egy dolláros bankjegy méretének (6 5/8-szor 3 1/4 hüvelyk = 16,5 cm-szer 8,2 cm) feleltek meg, és 288 helyen lehetett kilyukasztani őket. Az 1890-es népszámlálás sikere után, más országokban is bevezették Hollerith gépeit ban Hollerith létre hozta a Tabulating Machine Companyt (az adatrendező gépeket gyártó társaságot), ahol gépeket és kártyákat gyártottak. Ebből a társaságból lett később ben az International Business Machine Company, azaz az IBM. Térjünk vissza a lyukkártyás gépektől és nézzük meg milyen változásokat okozott a tudomány és a műszaki élet területén az elektromosság széleskörű elterjedése. Hiszen már Hollerith is elektromechanikus jelfogókat használt gépéhez. Így a XX. sz. elejére a mechanikus számológépeket felváltották az elektromechanikus számítógépek. Ezeket azért nevezték elektromechanikusnak, mert tartalmaztak reléket (=elektromechanikus jelfogó). A relék olyan mechanikus szerkezetek voltak, amelyeket egyenáram 16

17 segítségével lehetett működtetni, lényegében egy elektromos úton vezérelhető kétállású kapcsolót jelentettek.. 9. ábra Az I. és a II. világháború alatt ugrásszerűen megnőtt az érdeklődés a számítógépek tervezése és felhasználása iránt. Az I. és II. világháború alatt főleg a ballisztika, ezen belül a nagy távolságú ballisztika területén történik változás. Ez a tudomány a lövedék mozgását vizsgálja az ágyúcső elhagyásától a célba csapódás pillanatáig. A ballisztika egyik központi problémája volt, hogy hogyan határozzuk meg a levegő közegellenállását a sebesség függvényében. E probléma megoldására két csoport is alakult az egyiket Forest Ray Moulton vezette, akit 1918-ban bízták meg a Hadianyagellátási Főnökség ballisztikai részlegénél lévő csoport vezetésével. A másikat, amely Aberdeeni Kísérleti Lőtérre helyezett csoport volt, Oswald Veblen 17

18 irányította. E két csoport a ballisztikai kutatások terén fontos eredményeket ért el, de mégsem ezért fontos ez a két csoport, hanem a vezetőik miatt. Ugyanis a két vezető később a számítástechnika történetében fontos szerepet játszó két különböző társaság vezetője lett. Forest Ray Moulton ben az AAAS (American Association for the Advencment of Science - a természettudományok fejlődésének elősegítésére alakult amerikai szövetség) állandó titkára lett. Ez szövetség később még fontos szerepet fog betölteni a számítógép fejlesztés területén. Oswald Veblent és Albert Einsteint 1932-ben nevezik ki a Princetonban május 20-án megalapított Institute for Advanced Study =IAS (Felsőfokú Tanulmányok Intézete) első professzorainak. Többek között ebben az intézetben dolgozott Neumann János is 1930-tól és ebben az intézetben építették meg Neumann tervei alapján az IAS vagy princentoni gépet. De ezekről az intézetekről majd később bővebben is lesz szó. A mai számítógépek kettes számrendszerben dolgoznak illetve lebegőpontos számábrázolást használnak. A lebegőpontos számábrázolást ben Leonardo Torres y Quevedo vezette be a számítógép - építésben. Ő volt az első aki ban Babbage ötletének (analitikus gép) elektromechanikus úton történő megvalósítására tett javaslatot. Egy kis kitérőt kell tennem Németországba ahol dolgozott egy nagyon tehetséges mérnök Konrad Zuse (1910- ), aki az első jelentős sikerű jelfogókkal működő, mechanikus rendszerű számítógépet alkotta meg. Az első gépe még mechanikus volt, ez a Z1, A második a Z2 már jelfogókkal is el volt látva. Az ben készült Z3 már tisztán jelfogókkal működött. Most részletesen a Z1 -ről. A Z1 az első szabadon programozható számítógép, kettes számrendszerben lebegőpontos ábrázolású számokkal (Leonardo Torres y Qevedo ben vezette be a lebegőpontos számábrázolást a számítógép építésben.) működött. Az adatbevitelre billentyűzet szolgált, az adatkivitel kettes számrendszerben egy világító tábla segítségével történt. A számolómű és a tároló telefonrelékből készült. A Z2 lyukfilmes adatbeviteli egységet tartalmazott ben fejezte be az első teljesen működőképes, szabadon programozható, programvezérlésű számítógépet a Z3-at. A Z3 lebegőpontos számábrázolást használt, 1600 relét a tároló egységben és 400-at a 18

19 számolóműben elején mutatta be a Z4 nevű számítógépét, amely től a Zürichi Műszaki Egyetemen működött mint Európa egyetlen számítógépe. Térjünk vissza Amerikába, ahol Babbage elképzelését egymástól függetlenül két kutató csoport is megvalósította, de ennek történetéről később lesz szó még. Egyelőre térjünk vissza Hollerith lyukkártyás gépéhez, illetve a csillagászat fejlődéséhez ugyanis ez a kettő szorosan összefüggött az as évek végén as évek elején. A csillagászat fontos kérdés volt a XVIII. században, de fontos kérdés maradt a XIX. - XX. sz. -ban is. Egyre pontosabb és bonyolultabb képleteket, egyenleteket dolgoztak ki a bolygók (főleg a Hold) mozgásával kapcsolatban. E mellett rájöttek arra, hogy Hollerith gépét nem csak a népszámlálásnál lehet használni hanem a különböző csillagászati táblázatok készítésénél is. Hollerith gépeit 1928-ban kezdték széles körben alkalmazni csillagászati táblázatok készítéséhez. Ez a fejlesztés az új-zélandi Leslie John Comrie ( ) nevéhez fűződik, aki 1928-ban a Hollerith-féle géppel a Hold pozíciójáról készített táblázatokat. Ez nagy áttörést jelentett, hiszen kiderült, hogy az eddig csak statisztikai és üzleti célokra használt lyukkártyás készülék alkalmasnak, sőt szükségesnek bizonyult magasabb tudományos célokra is. Ez a számítógépek intenzív fejlesztését indította el. Ennek fejlesztésnek nagy vezéregyénisége volt Wallace J. Eckert ( ), aki tól kezdve a Columbia Egyetemen egy nagy számítástechnikai laboratórium létrehozásán, illetve fejlesztésén dolgozott ben létrejött Eckert munkásságának eredményeképpen a Csillagászati Számítási Iroda (Astronomical Computing Bureau). Ez volt az első olyan laboratórium, amelyben lyukkártyás és egyéb gépeket használtak fel csillagászati számításokra. Itt természetesen számítógép fejlesztés is folyt. Angliában is foglalkoznak ezekben az években a számítástechnika kérdésével. Egyike a nagy angol gondolkodóknak Alan M. Turing ( ), aki ban leírta egy olyan számítógép matematikai modelljét, amely mint legegyszerűbb lehetséges univerzális számítógép-automata véges matematikai és logikai problémákat tud megoldani. A Turing-gép három részből áll: egy mindkét oldalon végtelen hosszúságú munkatárszalagból, egy vezérlő egységből és egy olvasó/írófejből. A szalag olyan mezőkre oszlik, amelyek csak egy jelet képesek 19

20 befogadni. Csak a fej alatt elhelyezkedő mező olvasható vagy írható. A gép működése a következő: Kezdetben a gép meghatározott kiindulási állapotban van. A beolvasott jelektől függően végrehajt valamilyen eljárást, ezután a gép új állapotba jut. A fej a következő jelre kerül, beolvassa azt, és így tovább, egészen addig, amíg az olvasófej alatt a "stop" utasítás jelenik meg. Ilyen módon elvileg minden algoritmus kivitelezhető. Ezen az elméleten kívül fontos azt megemlíteni, hogy Turingtól származik a computer (számítógép) kifejezés. Turing elméletét fejlesztette tovább Neumann János re az Egyesült Államokban két további emberben is érdeklődés alakult ki az elektromechanikus digitális számítógépek iránt. Howard Aikenben, aki akkoriban a Harvard Egyetem továbbképzős fizikus hallgatója volt, illetve George R. Stibitzben aki ekkor a Bell Telephone Laboratories munkatársa volt (mint matematikus). Aiken ben írott memorandumában kifejti a számítógéppel kapcsolatos nézeteit. Ebben leírja, hogy négy fő különbség van a lyukkártyás könyvelő gépek és a tudományos célokra alkalmas számológépek között. A tudományos számológéppel szembeni követelmények: 1. Legyen képes a pozitív és negatív számok kezelésére. 2. M űködése legyen teljesen automatikus. 3. Használjon különböző matematikai függvényeket. 4. Egy számítást a matematikai műveletek természetes sorrendjében végezzen el. Szerinte ezt a négy követelményt figyelembe véve kell átalakítani a lyukkártyás IBM gépeket és akkor egy általános célú számítógépet kapunk. Ez az elképzelése megtetszett Eckertnek és munkatársainak illetve az IBM -nek. így egy mérnök csoport alakult Aiken illetve az IBM munkatársa Clair D. Lake vezetésével. Fejlesztő munka indult meg a Harvard Egyetem laboratóriumában ben kezdődik és 1944-ben fejeződik be az Automatic Sequence Controlled Calculator (Automatikus Sorosan Vezérelt Számológép) építése. Ez a gép a MARK I. (lásd 10. ábra). Ez az elektromechanikus gép a számok tárolására 72 darab számlálót tartalmazott, ezek mindegyike 23 tizesszámrendszerbeli számjegyet és egy előjelet tudott tárolni. 60 további regiszter is volt benne az állandók tárolására, ezeket kézi vezérlésű kapcsolókkal lehetett beállítani. A gép körülbelül hat másodperc alatt hajtott végre egy szorzást, és mintegy tizenkettő alatt egy osztást. További három 20

21 egység tartozott hozzá ezekkel a logaritmus-, az exponenciális és szinuszfüggvény értékeit lehetett kiszámítani. A gépet egy papírszalag segítségével lehetett vezérelni, amelyre sorosan vitték fel a gépnek szóló utasításokat vagy parancsokat. Minden utasítás három részből állt: az első azt mutatta, hol található az az adat, amelyen a műveletet el kell végezni; a második azt, hogy az eredményt hol kell tárolni; a harmadik, hogy milyen műveletet kell elvégezni. Továbbfejlesztett változatai : a Mark II 1948-ban, már lebegőpontos számábrázolással; a Mark III 1950-ben pedig már elektroncsövek felhasználásával készült. Ezek a gépek már későn épültek ahhoz, hogy nagy változást hozzanak, hiszen a Mark II és a Mark III előtt már elkészült az ENIAC. A másik csoport a Bell Telephone Laboratories munkatársai alkotta csoport. George R. Stibitz (1903- ) és a Bell Telephone Laboratories munkatársai ben és utána több jelfogós, digitális működésű számítógépet építettek. Ilyen volt a Relay Interpolator vagyis a jelfogós interpolátor, amelynek fő részei 500 darab telefonjelfogó és egy fajta távíróberendezés voltak. A következő megépült gép a Ballisztikus számítógép (Ballistic Computer) volt jelfogót tartalmazott, de működését tekintve hasonló volt a jelfogós interpolátorhoz. Viszont a Harvardon és a Bell Telephone Laboratoriesban kifejlesztett gépek már időben annyira közel estek az ún. ENIAC -hoz, az első elektronikus számítógéphez, hogy valójában már nagy áttörést nem jelentettek. Miközben a reneszánszukat élték az elektromechanikus számítógépek (Z3, Z4, MARK I, MARK II., stb.), közben ban már megjelent a tömeggyártásban az elektroncső (1906-ban Lee De Forest szabadalmaztatta az elektroncsövet.), amely sokkal gyorsabb és pontosabb működésű számítógépek létrehozását tette lehetővé. Az első tisztán elektronikus úton működő, speciális feladatra tervezett (lineáris egyenletrendszerek megoldása) számítógépet ben Angliában John Atanasoff és Clifford Berry építették meg. Ez a gép még csak kísérleti példány volt, de mégis csak úttörő szerepet töltött be. Ezt a gépet ABC (Atanasoff Berry Computer) gépnek is hívták. A gép alapműveletei az összeadás és a kivonás, a szorzást és az osztást ezekből öszzeállítva végezte el. Az adatbevitel, és az adatkivitel lyukkártyákon történt. A gép a kettes számrendszerben dolgozott. Az ötven szavas tárolóegységet 21

22 egy kondenzátorokkal felszerelt forgó dob alkotta. A gép sosem vált a számítások komoly segédeszközévé, ennek ellenére a jövőbe tett hatalmas lépésnek tekinthetjük. Mégpedig azért mert nagy hatást gyakorolt egy másik fizikus John W. Mauchlynak a gondolkodására. Mauchly egy kis Philadelphia melletti főiskolán oktatott és ben egy hetes látogatást tett Atanasoffnál. A látogatás alatt a két férfi nyilván meglehetősen részletesen megvitatta Atanasoff ötletét. Ez a beszélgetés nagyban befolyásolta Mauchlyt, rajta keresztül pedig az elektronikus számítógépek egész történetét. Még a tényekhez tartozik, hogy Mauchly ebben az időben foglalt el egy állást a Pennsylvania Egyetem Moore Villamosmérnöki Intézetében. 22

23 2.4. Az I. generáció: Elektroncsöves számítógépek ( ) A II. világháború hatása váltotta ki a Ballisztikai Kutató Laboratórium megalakítását, amelyet ban hoztak létre különböző ballisztikai problémák megoldására. Ezeknek a problémáknak a megoldása rengeteg számolást igényelt és természetesen ez magával hozta egy számítógép kifejlesztését. Ez volt az első teljesen elektronikus általános célú számítógép az ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Calculator) ban készült el és ig működött. Az Egyesült Államokban készült a Pennsylvania Egyetem Moore Intézetében, tervezői : John Mauchly és John Eckert (lásd 11. ábra). Természetesen nem véletlen, hogy pont itt készült el az ENIAC hiszen itt dolgozott Mauchly is aki az Atanasofftól szerzett gondolatait használta fel a gép tervezésénél. A Ballisztikai Kutatólaboratórium számára fejlesztették ki. A gépet ballisztikai és szélcsatornaszámítá- sokra használták. Az ENIAC párhuzamos működésű volt. A gép egy 40 panelből álló, nagy, U alakú építmény, e panelek mintegy elektroncsövet és 1500 jelfogót tartalmaznak. A panelekből 30 egységet alakítottak ki, amelyek mindegyike egy automatikus számítógéptől megkövetelhető funkciók közül lát el egyet vagy többet. A főként aritmetikai műveletek végrehajtására tervezett egységek között 20 akkumulátor található (az összeadáshoz és a kivonáshoz), továbbá egy szorzó- és egy kombinált osztó- és négyzetgyökvonó egység. Ezekben az akkumulátorokban kerülnek tárolásra azok a számok amelyekkel műveleteket végzünk. A számokat az ENIAC -ba egy ún. konstans átviteli egységgel lehet bejuttatni, amely egy IBM kártyaolvasóval összekapcsolva működik. Az olvasó szabvány lyukasztott kártyákat tapogat le (a kártyák legfeljebb 80 számjegyet és 16 jelet tartalmazhatnak), és a leolvasott adatokat a konstans átviteli egységben elhelyezett jelfogókkal tárolja. A konstans átviteli egység ezeket a számokat bármikor elérhetővé teszi, amikor szükség van rájuk. Az eredményeket hasonlóképpen kártyára lyukasztja az ENIAC nyomtatója, amely egy IBM kártyalyukasztóval összekapcsolva működik. A kártyákról egy IBM nyomtató segítségével lehet automatikusan táblázatokat nyomtatni. Három 23

24 függvénytábla-egység tárolja a táblázatok adatait. Mindegyik egy-egy hordozható kapcsolókkal ellátott függvénymátrixszal van kapcsolatban, ezeken egy független változó 104 értékének mindegyikét 12 számjeggyel és 2 előjellel be lehet állítani. A számítások során kapott és később még szükséges számok akkumulátorokban tárolhatók. Ha e számok mennyisége meghaladja az akkumulátorok kapacitását, kártyákra lehet lyukasztani őket, és később a kártyaolvasó és a konstans átviteli egység segítségével újra be lehet vinni a gépbe. 11. ábra 24

25 Az ENIAC számlálói mind gyűrűsszámlálók voltak, ami egyszerűen annyit jelent, hogy az első és az utolsó hely megfelelő összekapcsolása révén a számláló, ha az utolsó állapotban volt és áramimpulzust kapott, ismét visszatért az első állapotba, azaz az utolsó hely után az első következett. Az ENIAC decimális gép volt azaz tízes számrendszerben számolt. 10-jegyű előjeles számokkal tudott dolgozni, minden akkumulátor 10 darab 10-fokozatú és egy 2-fokozatú gyűrűsszámlálót tartalmazott, ez utóbbit a szám előjelének jelzésére. A 10-fokozatú számláló állapotai feleltek meg rendre a 0, 1,..., 9 számjegyeknek. Valamennyi akkumulátorban átviteli áramkörök kötötték össze a számlálókat úgy, hogy ha valamelyik számláló a 9. fokozatról visszaváltott a 0-ra, a következő tőle balra elhelyezett számláló egy áramimpulzust kapott, jelezve, hogy maradékátvitel történt. A számokat áramimpulzusok sorozatával lehetett bevinni. Egy adott d jegyet (0 d 9) a megfelelő vezetéken át a gépbe küldött d számú áramimpulzusból álló sorozat jelentette. Az előjelvezetéken nem küldtek impulzust a pozitív, 9 impulzust küldtek a negatív előjel jelzésére. A gép egy összeadást vagy kivonást 200 μs alatt végez el, egy osztást pedig 3 ms alatt. A gépet igen bonyolult módon lehetett egy adott feladat elvégzésére utasítani. Ez az egyik oka annak, hogy a gépből nem készült több. A felhasznált irodalomban a négyzetszámokat tartalmazó táblázat elkészítését hozták fel példának így én is azt teszem, de nem a teljes példát ismertetem mert az elég bonyolult és hosszú lenne. Kezdetnek föltételezzük, hogy az 1. akkumulátor n-et tartalmaz, a 2. pedig n 2 -et, és megmutatom, hogyan alakítható ki ebből n+1 és (n+1) 2. Ez a folyamat látható az alábbi 12. ábrán. 12. ábra 25

26 Egy gomb lenyomására az indítóegység egy olyan áramimpulzust küld, amelynek hatására az 1. akkumulátor kétszer egymás után átviszi tartalmát, a 2. akkumulátor pedig kétszer egymás után befogadja azt. E művelet végrehajtását követően a 2. akkumulátor n 2 +2n-et fog tartalmazni, az 1. akkumulátor pedig kibocsát egy jelet, amelynek hatására a konstans átviteli egység kiad egy 1-est, és mindkét akkumulátor befogadja azt. Ily módon az 1. akkumulátorban n+1 van, a 2. akkumulátor pedig n 2 +2n+1=(n+1) 2 -t fog tartalmazni. E ponton a program leáll, további vezérlő impulzusok kibocsátására nem kerül sor. 13. ábra Beállítják az ENIAC kapcsolóit. 26

27 Mielőtt folytatnám az elektronikus digitális számítógépek történetét. Neumann Jánosról kell írnom részletesen, hiszen a számítógépek további fejlődése szorosan kapcsolódik a személyéhez. 27

28 3. Neumann hatása a számítástechnikára Neumann János ( ) magyar-amerikai matematikus, vegyészmérnök és feltaláló volt December 28 -án született Budapesten. Már érettségi bizonyítványának megszerzésekor hivatásos matematikusként tartották számon, mégis berlini és zürichi egyetemi évei után 1925-ben vegyészmérnöki oklevelet szerzett. Majd 1926-ban Budapesten matematikából doktorált Fejér Lipótnál től a hamburgi, 1929-től a berlini egyetemen oktatott ban hívták meg Princetonba, az Egyesült Államokba ben kapta meg az amerikai állampolgárságot től foglalkozott a számítógépek fejlesztésével. Az ENIAC tervezésébe és építésébe 1945-ben csatlakozik, és az ENIAC hibái alapján elkészíti a First Draft of Report on the EDVAC by John von Neumann (Az EDVAC-ról szóló jelentés első vázlata) című munkáját, amelyben leírja a mai modern számítógép felépítésével illetve a működésével szembeni követelményeket : 1. Teljesen elektronikus számítógép. 2. Kettes számrendszer alkalmazása. 3. Aritmetikai egység alkalmazása (univerzális Turing-gép). 4. Központi vezérlőegység alkalmazása. 5. Belső program- és adattárolás. Ezek az elvek új fejezetet nyitottak a számítástechnika történetében. Neumann elvei alapján készülnek a mai modern számítógépek is. Az első Neumann elvei alapján működő számítógép az EDSAC volt, amelyet az angliai Cavendish Laboratóriumban építettek. Ezt követte az EDVAC. 28

29 4. A számítástechnika fejlődése napjainkig 4.1. Az I. generáció : Elektroncsöves számítógépek (folytatás) Mielőtt rátérnék Neumannak az EDVAC -kal kapcsolatos munkásságára, még el kell magyaráznom mi az a késleltető művonal, és hogy lehet ezt felhasználni egy elektronikus számítógépben. Ez nagy jelentőségű eszköz volt, ugyanis nagyban hozzájárult a számítógép méretének csökkentéséhez. Ezek olyan eszközök voltak, amelyek bizonyos előre meghatározott hosszúságú idővel tudták késleltetni az elektromos jeleket. Ezek működhetnek ultrahangos alapon. Ezek az ultrahangos eszközök úgy működnek, hogy a késleltetni kívánt elektromos jelet ultrahangjellé alakítják át; ezt valamilyen folyadékon keresztülvezetik, majd ismét visszaalakítják elektromos jellé. A késés abból a tényből fakad, hogy a jelek a folyadékon sokkal lassabban haladnak át, mint az elektromosság a vezetéken. Higanyban például egy ilyen jel sebessége 1450 m/s, míg az elektromos jel sebessége a vezetékben a fény m/s-os sebességéhez áll közel. Ha tehát megfelelően választjuk meg a folyadékot tartalmazó edény hosszát, akkor előre meghatározott nagyságú késleltetés érhető el. Higany Bemeneti kristály Kimeneti kristály Piezo kristályok A működése a következő: ha a cső elején elhelyezett kristályt elektromos impulzus éri, a kristály rezgésbe jön, ennélfogva hanghullámokat küld a higanyon keresztül, másodpercenként 1450 méteres sebességgel. Ha e hanghullám megérkezik a cső másik végére, ott nyomást gyakorol a kimeneten levő kristályra, amire az elektromos jelet bocsát ki. Ez a bemenő jel d/1450 másodperccel késleltetett pontos másolata, ahol a d a cső méterben kifejezett hossza. 29

30 Az a kérdés, hogy ez hogyan használható információk tárolására. Képzeljük el, hogy a bemenő és kimenő vezeték össze van kötve. Ekkor elvileg bármilyen hangminta periodikusan ismétlődik a higanyban. Ez abból következik, hogy a kimeneti kristályt elérve a hangminta átalakul megfelelő elektromos jellé és ekként ismét megjelenik a bemeneti kristályon, ahol visszaalakul eredeti hangmintává. Azonban ez a modell irreális, minthogy a vezetékben és a higanyban fellépő veszteség megakadályozza, hogy a készülék időtlen időkig működjék. Az energiaveszteség pótlására szükség van egy erősítőre (tíz elektroncsőből áll). Ez a rendszer látható a következő ábrán. Késleltető művonal Erősítők Kimenet stb. Bemenet Tegyük fel, hogy az 1-es bináris számjegyet egy 0,5 μs -os jel képviseli, a 0-t pedig egy szünet. Egy 1,45 m hosszú cső ezek szerint ezer bináris számjegyet tartalmazhat, és képes mindaddig tárolni, amíg az áram be van kapcsolva. Az EDVAC (Electronic Discrete Variable Calculator : diszkrét változós elektronikus számítógép) volt az egyike első gépeknek amely az adatokat és a programokat is maga tárolta. Az ENIAC-kal ellentétben nem párhuzamos hanem soros működésű volt, és kettes számrendszerben dolgozott. Minden utasítás két részből állt: a memória vagy az aritmetikai egység egyik pozíciójából és annak jelzéséből, hogy melyik műveletet kell végrehajtani. A memóriapozíciókat a 0, 1, 2, számokkal lehet megjelölni, a műveleteket úgyszintén. Egy utasítás ennélfogva kifejezhető egy számmal, amely tehát éppúgy tárolható a memóriában, mint bármilyen más numerikus adat. így a Neumann-féle tárolt program elve megvalósult. Az EDVAC végül 1948-ra készült el. Hogy jobban érthető legyen az ENIAC és az EDVAC kapcsolata, ahhoz mindenképpen világosnak kell lennie annak, hogy a két gép tervezése és építése szinte egy időben zajlott. Miközben az ENIAC épült már tisztában voltak a hibáival és a hiányosságaival. Ezért Neumann gondolatai és tervei 30

31 alapján, már el kezdték tervezni az EDVAC -ot, mind ez a Moore Intézetben folyt a Pennsylvaniai Egyetemen ban John Eckert és John Mauchly (Részt vettek az ENIAC és az EDVAC tervezésében) elhagyták a Moore Intézetet és együtt vállalatot alapítottak Philadelphiában az Electronic Control Co. -t, és szinte azonnal hozzáfogtak a BINAC (Binary Automatic Computer- automatikus bináris számítógép) elnevezésű, higanyos késleltető művonalakkal működő számítógép megtervezéséhez és kifejlesztéséhez ben helyezték üzembe. Majd ben elkészül az EDVAC mintájára az UNIVAC (Universal Automatic Computer - univerzális automatikus számítógép), ez az első kereskedelemben is kapható számítógép ban Wallace Eckert megépítette az SSEC -et (Selective Sequence Electronic Calculator - szelektív soros, elektronikus számológép) az IBM részére jelfogót és rádiócsövet (elektroncsövet) tartalmazott. Az aritmetikai műveleteket az elektroncsövek segítségével végezte el és így szor gyorsabb volt, mint a MARK I. Hierarchikus memóriaelrendezése volt : volt egy kis kapacitású, elektroncsövekkel működő, nagy sebességű tárolója; egy nagyobb kapacitású, amely jelfogókat használt; és egy rendkívül nagy, ahol az információk tárolására 80-oszlopos papírszalagokon történt. A gép 14 tizedesjegyű számokat 20 ms alatt szorzott össze. E két kiváló tudós távozása (Eckert és Mauchly) a Moore Intézetből és az, hogy Neumann is visszatért a Felsőfokú Tanulmányok Intézetébe, e két esemény megpecsételte a Moore Intézet sorsát abból a szempontból, hogy elveszítette a vezető szerepét a számítógép fejlesztés területén. Ezt a szerepet a princetoni Felsőfokú Tanulmányok Intézete (Institute for Advanced Study =IAS) vette át. Itt épült meg Neumann vezetésével az IAS számítógép (lásd 14. ábra). Hívták még princetoni gépnek vagy Neumann féle gépnek. A gép re készült el. A gépnek négy fő része volt : az aritmetikai egység, a memória, egy vezérlőegység és egy be-, ill. kiviteli egység. A memória hierarchikus felépítésű volt. A legbelső(központi) egy elektronikus sebességű memória, amelyben 1000 darab 40 digitális jegyből álló számot lehetett tárolni. A második szintű egy sokkal nagyobb kapacitású mágnesdobos memória ( ban G. Tauschek osztrák mérnök szabadalmaztatta) volt. A harmadik szintű pedig a lyukszalag vagy lyukkártya volt. 31

32 14. ábra Neumann János (balra) és J. Robert Oppenheimer a Felsőfokú Tanulmányok Intézetében épült számítógép felavatásán ben A vezérlőegység létrehozása volt a legnehezebb. Illetve a gép kódrendszerének kidolgozása is okozott gondokat. Olyan kódra volt szükség, amelynek tartalmaznia kellett minden elemi aritmetikai művelethez egy utasítást, és létezniük kellett olyan utasításoknak, amelyek a memória és az aritmetikai egység közötti összeköttetést biztosították. Biztosítani kellet az információ átvitelének két módját : az egyik a teljes, amikor egy számot átviszünk a memóriába; a másik a részleges, amely lehetővé teszi, hogy a berendezés módosítsa saját utasításait. Szükség volt még vezérlésátadó utasításokra. Ez kétféle lehet: feltételes vagy feltétel nélküli. Végül létezniük kellett olyan utasításoknak, amelyek a be-, ill. kiviteli egységet a berendezéshez csatlakoztatják. A gép kettes számrendszert használt, amely természetesen nem jelentette azt, hogy az adatokat kettes számrendszerben kellett begépelni, hanem a gép automatikusan átváltotta a tízes számrendszerű számokat kettesbe. A számok tárolása párhuzamosan történt, vagyis ez azt jelenti, hogy a szám számjegyeit egy-egy párhuzamosan elhelyezett tárolóeszközben tárolták. így az IAS egy párhuzamos működésű gép volt. 32

33 Minden utasítás csak egy memóriapozíció sorszámát, azaz címét tartalmazta. Így egy összeadáshoz legfeljebb három különböző utasításra volt szükség. Először egy mennyiséget át kellett vinni az egyik címről az aritmetikai egységbe, másodszor el kellett hozni egy mennyiséget egy másik címről és hozzáadni ahhoz, amelyik már az aritmetikai egységben volt, harmadszor pedig az eredményt egy harmadik címen kellett tárolni. A memória nem késleltető művonalas volt hanem, Williams katódsugárcsöveiből épült fel. Ezek a következőképpen voltak felhasználhatók információ tárolás céljára. Pontosan annyi cső volt ahány bináris jegyből állt egy szó. Valamennyi cső eltérítő rendszerét párhuzamosan kapcsolták össze, így az elektronnyaláb minden csőben ugyanarra a pozícióra irányult. Ily módon egy szót úgy tároltak a memóriában, hogy annak egy - egy jegyét az egyes csövek megfelelő pozíciójára írták fel. Ha az információt egy fluoreszkáló ernyőn elektromos töltés formájában tároljuk, az fokozatosan elszivárog. Ha viszont az információt bizonyos időközönként ismételten kiolvassuk aztán újra tároljuk, akkor az lényegében örökké megmarad. Ezt a folyamatot meg lehetett szakítani és a gépet hasznos munkára utasítani. IAS gép ezen az elven felépülő memóriája 60-szor gyorsabb tárolási műveleteket tett lehetővé mint, az EDVAC típusú gépek memóriája. A Williams csöveknek voltak elég komoly hibái is, ilyen volt például, hogy ha egy adott pont kiolvasására vagy beírására túl sokszor került sor anélkül, hogy annak egész környezetét regenerálni kellett volna, előfordulhatott, hogy eltévedt elektronok átszivárogtak a szomszédos pontokra és azok bináris állapotát a helyesről hibásra változtatták át. A Williams -féle csöveket Jay Wright Forrester találmánya a ferritgyűrűs memória szorította ki. A ferrit egy mágnesezhető kerámia anyag. Egy aprócska (0,25-0,5-2 mm, lásd 15. ábra) gyűrű ebből az anyagból egy bitet tud tárolni, amelyet ha a mágnesezett állapota az egyik irányba mutat, akkor egynek, ha a másik irányba, akkor pedig nullának értékelik. A ferritgyűrűs tároló működési elve a következő: minden bináris szónak egy ferritgyűrűkből álló mátrix felel meg, amelynek száma a címszóhosszal egyenlő. A gyűrűket sakktáblaszerű koordinátahálóba rendezték. Minden egyes sor valamennyi gyűrűjén keresztül egy-egy közös drótszál húzódik, hasonlóan minden egyes oszlop valamennyi gyűrűjén is egy közös drótszál vezet keresztül. Végezetül még egy külön drótot hurkolnak át valamennyi gyűrűn. Ha például az első sor és a második oszlop 33