3. tétel. (Generációk, PC-k, programozási nyelvek)

Átírás

1 3. tétel Az informatika fejlődésének története (Generációk, PC-k, programozási nyelvek) Kezdet: A számolást az emberiség történetében mindig alkalmazták, az első számológép, amit létrehoztak az abakusz volt. Az abakuszt némi módosítással a XVI. század legfontosabb számoló eszköze volt. Nagy áttörést jelentett a logaritmus megjelenése, amit John Napier 1-1 pálca segítségével valósított meg. Mechanikus számológépek: Az első mechanikus számológépet Blaise Pascal között készítette el. A számológéppel csak az összeadást és kivonást lehetett elvégezni, a szorzást és az osztást nem lehetett. Pascal számológépét Gottfried Wilhelm von Leibniz, fejlesztette tovább. Ez a gép volt az első, amely közvetlenül végezte el az osztást és a szorzást, valamint kiegészítő művelet nélkül a kivonást ban Charles Babbage elkezdte az analitikus gép elkészítését.joseph Marie Jacquard a szövőszék továbbfejlesztésekor találta ki a lyukkártyát. Herman Hollericht átvette a lyukkártya ötletét. Alkalmazásához egy adatrendező gépet dolgozott ki melyet népszámláláshoz használt Amerikában. Elektromechanikus gépek: Németországi számítógépgyártás meghatározó egyénisége Konrad Zuse mérnök ben készült el az első mechanikus rendszerű számítógépe, a Z1. Ez az első gép, mely már a bináris számrendszerre épült. Külön volt a tár és az aritmetikai egység, az utasításokat beviteléhez mikronyelvet alkalmazott. Ezt követte a Z2, mely igazolta Zuse programvezérlési elgondolásainak helyességét. A Z2 továbbfejlesztésnek eredményeképpen megszületett a Z3. Az 1900-as években a számítógépek fejlődésének meghatározó személyei közé soroljuk Wallace J. Eckert, valamint Howard Hathaway Aikent. Aiken kutatása a számítógépekben alkalmazott aritmetikai elemek számának jelentős növelésén keresztül a lyukkártyás gépek hatékonyságának növelésére irányult. Aiken és az IBM 1939-ben megállapodást kötött a közös fejlesztő munkára, amelynek eredményeképpen 1944-ben elkészült az elektromechanikus elven működő Mark-I. 1 / 7

2 A gépet egy papírszalagra sorosan felvitt utasítássorral lehetett vezérelni. A készülék kb. százszor volt gyorsabb, mint egy jó kézi számolókészülék, megállás nélkül dolgozott, egy nap alatt hat hónapi munkát végzett el. A Bessel-függvények értékeit számították ki vele táblázatos formában, de más területen mint például közönséges és parciális differenciál-egyenletek megoldására nem alkalmazták. Elektronikus gépek: A háború alatt a haditechnika fejlődésével felmerült az igény a számítások precizitásának növelésére. Több gépet is kifejlesztettek, de ezek egyike sem bírta felvenni a versenyt a náluk kb. 500-szor gyorsabb ENIAC-kel. A gép 30 egységből állt, minden egység egy meghatározott funkciót végzet el. A főleg aritmetikai műveletek végrehajtására tervezett egységek között 20 úgynevezett akkumulátor volt az összeadáshoz és kivonáshoz, továbbá egy szorzó, egy osztó és egy négyzetgyökvonó egység is. A számokat egy IBM kártyaolvasóval összekapcsolt ún. Konstans átviteli egységgel lehetett bevinni. Az eredményeket egy IBM kártyalyukasztóval kártyára lyukasztva adta ki. Ezt a gépet a Princeton egyetemen Neumann János vezette csoport működtette. Számítógépes generációk: Első generáció: Az ötvenes években kezdték el építeni az első generációs számítógépeket. Az első elektronikus digitális számítógép az ENIAC. Meg kell említenünk az EDVAC és az UNIVAC gépeket is. működésük nagy energiafelvételű elektroncsöveken alapult, terem méretűek voltak gyakori volt a meghibásodásuk, műveleti sebességük alacsony, néhány ezer elemi művelet volt másodpercenként, üzemeltetésük, programozásuk mérnöki ismereteket igényelt. Második generáció: A tranzisztor feltalálása az ötvenes évek elején lehetővé tette a második generációs számítógépek kifejlesztését. az elektroncsöveket jóval kisebb méretű és energiaigényű tranzisztorokkal helyettesítették, Neumann elveket alkalmazták helyigényük szekrény méretűre zsugorodott, kialakultak a programozási nyelvek, melyek segítségével a számítógép felépítésének részletes ismerete nélkül is lehetőség nyílt programok készítésére, (Pl. Fortran) tárolókapacitásuk és műveleti sebességük jelentősen megnőtt. 2 / 7

3 Harmadik generáció: Az ötvenes évek végén a technika fejlődésével lehetővé vált a tranzisztorok sokaságát egy lapon tömöríteni, így megszületett az integrált áramkör, más néven IC (Integrated Circuit). A hetvenes évek számítógépei már IC-k felhasználásával készültek. jelentősen csökkent az alkatrészek mérete és száma, így a gép elemeineknagysága már csak asztal méretű volt, megjelentek az operációs rendszerek, a programnyelvek használata általánossá vált, Elterjedteka magas szintű programnyelvek (FORTRAN, COBOL,PASCAL), műveleti sebességük megközelítette az egymillió elemi műveletet másodpercenként, csökkenő áruk miatt egyre elterjedtebbé váltak, megindult a sorozatgyártás. Negyedik generáció: A hetvenes évek elején az integrált áramkörök továbbfejlesztésével megszületett a mikrochip és a mikroprocesszor, melyet elsőként az Intel cég mutatott be 1971-ben. Ez tette lehetővé a negyedik generációs személyi számítógépek létrehozását. Ebbe a csoportba tartoznak a ma használatos számítógépek is. asztali és hordozható változatban is léteznek, hatalmas mennyiségű adat tárolására képesek, műveleti sebességük másodpercenként több milliárd is lehet, alacsony áruk miatt szinte bárki számára elérhetőek, megjelentek a negyedik generációs programnyelvek (pl. ADA, Modula2). Ötödik generáció: Az ötödik generációs számítógépek létrehozására irányuló fejlesztési kísérletek a nyolcvanas évek elején Japánban kezdődtek meg. a mesterséges intelligencia megjelenése, felhasználó-orientált kommunikáció, már tenyérben is elférnek, többprocesszoros. Magyarok az informatika történetében: Neumann Jánost a modern számítógép atyjának tekinthetjük. Neumann azonban több más amerikai magyar emigráns tudóssal is együtt dolgozott, akik szintén szerepet vállaltak a számítástechnika fejlődésében. Ezek közé sorolható Kemény János ( ), aki a Dartmouth Kollégium rektoraként kötelezővé tette a számítógépek (terminálok) használatát a bölcsész és jogi karon is, és e célból megalkotta az elvont gépi programozás helyett a BASIC nyelvet. Szintén Kemény János nevéhez fűződik az osztott idejű számítógép hálózat is, melyet az IBM első Robinson-díja ismert el. Kemény munkájában a fizikus Szilárd Leó közreműködött, ő vezette be az információ elemi kvantumát (igen/nem), amit ma a bit néven ismerünk. Megemlítendő még a Time hetilap által 1997-ben az év emberének nevezett Andrew Grove (Gróf András) is, aki az INTEL vezéreként évente megtöbbszörözte a 3 / 7

4 mikroprocesszorok sebességét. Vagy akár ide sorolhatnánk Kozma László matematikust, aki a hálózatok terén fejlesztett(elsősorban a távbeszélő-hálózati kapcsolástechnika automatizálásának kérdéseivel foglalkozott) vagy Kamár Lászó aki megalkotta a játékelméletet és az algoritmusokat. A Neumann elvek: Soros utasításvégrehajtás (az utasítások végrehajtása időben egymás után történik. Ellentéte a párhuzamos utasításvégrehajtás, amikor több utasítás egyidejűleg is végrehajtható) Kettes (bináris) számrendszer használata Belső memória (operatív tár) használata a program és az adatok tárolására Teljesen elektronikus működés Széles körű felhasználhatóság Programozási nyelvek: A programozási nyelv: A program tulajdonságainak, működési szabályainak összessége. A program utasítások véges sorozata, amivel közvetlenül, vagy közvetve (például: gépi kódra fordítás után) közölhetjük a számítógéppel egy adott feladat elvégzésének módját. A programozási nyelvek története: Elterjedt nézet, hogy Charles Babbage készítette az első számítógép-szerű gépet, amire különböző programokat írt (az assemblyvel egyenértékben) Ada LovelaceByron. Alan Turing felhasználta az elméleti konstrukciót a Turing-géphez, amely általános alapelveiben már úgy viselkedik, mint egy mai modern számítógép, összhangban az input, alacsony szintű programmal. Az 1940-es években, amikor az első számítógépet megalkották, programozókra volt szükség, akik a saját kezükkel működtették a gépeket. Ebben az időben a számítógépek hihetetlenül nagyméretűek és drágák voltak. A robbanásszerű elektrotechnikai fejlődés a 20. század végén elősegítette a felhasználóbarát számítógépek elterjedését. Csak Konrad Zuse képzelte el az általa kifejlesztett Plankalkül használatát úgy, ahogy azokat napjainkban használjuk problémáink megoldására. Az ezt követő fejlődés (tranzisztorok, integrált áramkörök és chipek) a számítógépeket sokkal megbízhatóbbá, könnyebben kezelhetővé tette, s a legkülönbözőbb programozási nyelvek is futtathatóvá váltak. Ez vezetett az exponenciálisan növekvő fejlődéshez, amely az Internetet, a mindenütt előforduló számítógépeket eredményezte, és megnövelte a hozzáférhetőséget olyan programozási nyelvekhez, mint például a Python, a Visual Basic stb. Ahogyan a számítógépek ára drasztikusan csökkent, úgy nőtt a programok komplexitása és jelentősége, ami magával hozta azt, hogy a számítógép-időnél kétségtelenül sokkal fontosabbá vált a fejlesztési idő. 4 / 7

5 Az újonnan beépített, vizuális fejlesztői környezet (IDE Integrated Desktop Environment) nyilvánvaló fejlődést hozott. Ezt a II. generációs nyelvekhezfejlesztették ki. Csökkentették az idő-, pénz- (és idegesség-) ráfordítást. A képernyő területei, melyek végrehajtják a programvezérlést, gyakran interaktívan átrendezhetőek. A kód-részleteket a 4GL-ben már egy egérkattintással is előhívhatjuk. A munkát tehát előre gyártott komponensek és újra felhasználható kódokkal operáló eljáráskönyvtár teszik könnyebbé. Cserébe a programok mérete egyre nagyobb és nagyobb. A korszerű nyelvek új fejlesztéseket tartalmaznak, mint például felhasználói jogok meghatározása; szabadon variálható, testhezálló telepítés és kinézet. Az objektum-orientált módszertan képes lényegesen csökkenteni a programok elkészülési idejét, kódjának olvashatóságát, ugyanakkor (mint minden újabb absztrakciós szint). Programozási nyelvek kategóriái: I. generáció: Gépi kód A gépi kód valójában nem nyelv, mivel az a gép számára közvetlenül értelmezhető adatsort jelenti. A gépi kódhoz legközelebb álló nyelv az assembly nyelv. Ha egy assembly vagy mnemonik nyelv és az általa előállított gépi kód között egy-az-egy megfeleltetés van, akkor mondhatjuk, hogy az adott nyelv gépi kód szintű. II. generáció: Assembly A gépi kódhoz, vagyis az adott számítógép saját nyelvéhez legközelebb álló nyelveket nevezzük assembly nyelveknek: ezen a nyelven a legnehezebb programot írni, mert azt teljesen a gép architektúrájához alakítva, gépi logika szerint kell elkészíteni. Cserébe az assembly nyelven írt programok a leggyorsabbak. Az assembly nyelven írt programot gépi kódra az assembler (fordítóprogram) fordítja le. (Ebből látható, hogy igazából az assembly is egy fordított nyelv, de mégsem soroljuk a fordított nyelvek közé, mivel a legtöbb esetben a fordított nyelvek az adott nyelvről assembly-re fordítanak (belsőleg), és utána azt alakítják át gépi kóddá.) Minden egyes processzor-családnak saját assembly nyelve van (vagy nyelvei vannak). III. generáció: Magas szintű A magas szintű nyelvek esetén valamilyen absztrakció segítségével az emberi logikához vagy a problématérhez közelebb eső nyelven fejezzük ki a programunkat. IV. generáció:specializált nyelvek A negyedik generációs nyelvek speciális feladatkörre készült nyelvek. Ezen nyelvek jellemzője, hogy nagyon kevés nyelvi elemmel dolgoznak, és nagyon egyszerű, szinte mondatszerűen olvasható utasítások fogalmazhatók meg. Erre jó példa az SQL nyelv, amely elsősorban adatbázis-kezelésre van felkészítve. 5 / 7

6 V. generáció:mesterséges Intelligencia nyelvek és Problémaorientált nyelvek A mesterséges intelligencia programozási nyelvekkel elvileg az emberi gondolkodás leírása történne meg, gyakorlatilag e nyelvek kutatása, fejlesztése még folyamatban van.pllips nyelv Ebben a korszakban jelentek meg a problémaorientált nyelvek is: ebből született meg pl a PROLOG nyelv. A programozási nyelveket más szempontból vizsgálva egy másik csoportosítás fedezhető fel: Imperatív (procedurális) nyelvek: Ezen nyelvek közös jellemzője, hogy a program fejlesztése értékadó utasítások megfelelő sorrendben történő kiadására koncentrálódik. Az értékadó utasítás baloldalán egy változó áll, a jobb oldalán pedig egy megfelelő típusú kifejezés. A szelekció (elágazás) csak azt a célt szolgálja, hogy bizonyos értékadó utasításokat csak adott esetben kell végrehajtani. A ciklusok pedig azért vannak, hogy az értékadó utasításokat többször is végrehajthassunk. Az értékadó utasítások során részeredményeket számolunk ki végül megkapjuk a keresett végeredményt. Applikatív (funkcionális) nyelvek: A funkcionális nyelveken a kiszámolandó kifejezést adjuk meg, megfelelő mennyiségű bemenő adattal. A programozó munkája a kifejezés kiszámításának leírására szolgál. A program futása közben egyszerűen kiszámítja a szóban forgó kifejezést. Egy funkcionális nyelvben nincs változó, általában nincs ciklus (helyette rekurzió van). Értékadó utasítás sincs, csak függvény visszatérési értékének megadása létezik. A funkcionális nyelvek tipikus felhasználási területének a természettudományos alkalmazások tekinthetőek. Logikai nyelvek: Az ilyen jellegű nyelveken tényeket fogalmazunk meg, és logikai állításokat írunk le. A program ezen kívül egyetlen logikai kifejezést is tartalmaz, melynek értékét a programozási nyelv a beépített kiértékelő algoritmusa segítségével, a tények és szabályok figyelembevételével meghatároz. A logikai nyelvek tipikus felhasználási területe a szakértői rendszerek létrehozásához kapcsolódik. Objektum-orientált nyelvek: Az OOP nyelveken a program működése egymással kölcsönhatásban álló objektumok működését jelenti. Az objektumok egymás műveleteit aktiválják, melyeket interface-ek írnak le. Ha egy művelet nem végrehajtható, akkor az adott objektum a hívó félnek szabványos módon (kivételkezelés) jelzi a probléma pontos okát. 6 / 7

7 Források: odese_generaciok_osztalyozasok Holczer József: Informatika szóbeli érettségi közép és emelt szinten (ISBN / 7