A számítástechnika története Tárgya: a matematikai és logikai műveletek elvégzését segítő eszközök tervezésének, gyártásának, működésének és célszerű használatának ismeretei.
Számolás, számolást segítő eszközök Ősember Ujjak digitus digit Első számolóeszközei: Kavicsok Fadarabok Zsinórra kötött csomók.
Abakusz Az emberek kezdettől fogva törekedtek olyan eszközök előállítására, amelyek magát a számolást teszik könnyebbé.
Vágatokba helyezett kövekből állt. calculus kalkulátor Hasonló eszközök fejlődtek ki Európában és a Távol-Keleten. Kína szuanpan Japán szoroban
John Napier (1550-1617) Csont illetve falécek használatával gépiesítette a számolást. 1617-ben készítette el a Napiér-pálcák elnevezésű számológépét, amellyel gyorsan lehetett nagy számokat is szorozni és osztani. Logaritmus elv Tizedespont használat.
Wilhelm Schickard (1592-1635) 1623: mechanikus számológép 4 alapművelet A gép megsemmisült. Az IBM által 1960- ban elkészített modell működött.
Blaise Pascal (1623-1662) 1642-1644 között építi meg számológépét, hogy megkönnyítse apja munkáját. 7 példányban készült el. 2 alapműveletet tudott (+, -)
pascaline
Gottfried Wilhelm Leibniz (1646-1716) 1672: mechanikus számológép. Szorzás, osztás, gyökvonás. A gép alapelve a változó foghosszúságú bordástengelyen alapult.
Gottfried Wilhelm Leibniz (1646-1716) Nevéhez még két felfedezés fűződik, melynek nagy szerepe van a számítások korszerűsítésében: 1666: bebizonyította, hogy egy számolási művelet egymás után elvégezhető, egyszerűbb lépések sorozatára bontható. 1679: ismertette a kettes számrendszert.
Joseph Marie Jacquard (1752-1834) 1810: automatikus szövőszék Vezérlés: fából készült, kilyuggatott lapok ( kártyák )
Charles Babbage (1791-1871) 1820-as évek eleje: Difference Engine (differenciagép) Logaritmus táblázatok pontos és gyors elkészítését teszi lehetővé.
1853: első működő darab. Pehrl Scheutz és fia Edward Scheutz készíti el. 1940-ig használják. 1833: Analitical Engine (analitikus gép) Differenciagép
Teljes differenciagép
Charles Babbage Előre elkészített program által vezérelt számológép. Babbage-et a modern számítógépgyártás megalapozójának tekintjük ennek megalkotásáért.
Hermann Hollerith (1860-1929) Először alkalmazta a lyukkártyát információtárolóként és ezzel a gépi adatfeldolgozás megalapítójának tekinthető. 1896: Tabulating Machine Company 1924: International Business Machines Company (IBM)
Hollerith rendezőgépe 1880-as népszámlálás eredménye 7 év elteltével születik meg. 1890-es népszámlálás adatainak feldolgozására rendezőgépet dolgozott ki. Eredmény két év alatt.
Lee DeForest A modern elektronika alapítója. 1906-ban feltalálta az elektroncsövet, majd a Palo Alto-i Stanford Egyetem 1909-ben megtette az első 500$-os kutatási beruházást az elektroncsőnek a hangtovábbításhoz történő felhasználására.
Az első generációs számítógépekben az elektronikus áramköröket elektroncsövek alkották.
Elektroncső
Colossus A II. világháborúban tudósok és matematikusok egy csoportja Bletchley Parkban (Londontól északra) létrehozta az első teljesen elektronikus digitális számítógépet. 1943 decemberére készült el. Összesen 10 darab készült belőle.
Colossus 1500 elektroncsövet tartalmazott. 5 khz-es órajel. 25000 karakter/másodperc feldolgozás. A németek Enigma nevű rejtjelét fejtették meg vele.
Howard H. Aiken (1900-1973) 1939-1944: Mark I. Cambridge-ben az IBM laboratóriumában épült meg a Babbage elven működő gép, az ASCC, más néven Mark I. 1948: Mark II. Ezek még elektromechanikus (relés) működésű, külső vezérlésű gépek voltak.
ASCC (Mark I)
760ezer elemet; 800km-nél több vezetéket tartalmaz; 200 művelet/perc; 2 szám összeadása 1/3mp alatt; Szorzáshoz 6 mp; Osztáshoz 12 mp-re volt szüksége de a számok akár 23 jegyűek is lehettek. Logaritmus-, az exponenciális és a szinusz/koszinusz-függvény értékeit is lehetett vele számítani.
A gépet egy papírszalag segítségével lehetett vezérelni, amelyre sorosan vitték fel a gépnek szóló utasításokat vagy parancsokat. Minden utasítás 3 részből állt: 1. Az első azt mutatta hol található az adat; 2. Hol kell tárolni a végeredményt; 3. Milyen műveletet kell végezni.
M a r k II
Aiken 1950-ben elkészíti a Mark III.-at és 1952-ben a Mark IV.-et, amelyek már elektronikus működésű gépek voltak.
M a r k I I I
A valódi áttörést az IBM azon felismerése hozta meg, hogy a tudományos társadalomnak nem bonyolult számításokat gyorsan végző gépek, hanem elektronikus úton, digitális számjegyekkel dolgozó valódi gondolkodó számítógépek kellenek.
Alan Mathison Turing (1912-1954) Az 1930-as években elsőként adta meg a program és a programozható számítógép modelljét /absztrakt számítógép/. Ez a modell lett a róla elnevezett Turing-gép melynek 3 fő része: Munkatárszalag; Író/olvasó fej; Vezérlőegység.
ENIAC 1946. Február 15-én jelentették be J.W. Mauchly, H.G.Goldstine és J.P.Eckert által készített első elektronikus működésű számítógépet az ENIAC-ot. Ennek alapján dolgozta ki Neumann János a tárolt program elvű digitális számítógépek felépítésének elveit.
18000 elektroncső, 6000 kapcsoló, 1500 relé, 70000 ellenállás 10000 kondenzátor volt a gépben. 333 szorzást, 5000 összeadást tudott mp-enként. ENIAC 30 m hosszú, 3 m magas, 1 m széles, Tömege: 30 t, Teljesítményfelvétel: 140 kw Építési költség: 10 M$ 9 év után 1955-ben múzeumban állították ki.
Neumann János (1903-1957) Neumann, Goldstine és Burks 1946-ban publikálták a 2-es számrendszer használatának és a programok tárolásának elvét. Elgondolásaik alapján a Pennsylvania Egyetemen építették meg az EDVAC-ot, a Neumann elven működő elektronikus számítógépet 1949-ben. Az első tárolt programozású számítógép pedig az EDSAC volt, melyet M. V. Wilkes 1949-ben a cambridge-i egyetemen helyezett üzembe pár hónappal az EDVAC előtt. Úgyhogy befejezését tekintve ez volt az első tárolt programú számítógép.
Neumann-féle számítógép struktúra Vezérlő egység (Control Unit - CU); Aritmetikai és logikai egység (ALU); Tár (memória); Ki/bemeneti egységek.
Neumann elvek 1. Elektronikus felépítés: a számítógép teljesen elektronikus felépítésű és működésű legyen. 2. Soros működés: egymás után dolgozza fel a program által meghatározott utasításokat. (bináris számrendszert használjon)
Neumann elvek 3. Belső programvezérlés és tárolt program: a vezérlő egység határozza meg a működést a tárból kiolvasott utasítások alapján, emberi beavatkozás nélkül. A programok és az adatok ugyanabban a belső tárban tárolódnak. 4. Többcélú felhasználás: legyen univerzális Turing-elvű gép, tetszőleges feladat elvégzésére alkalmas legyen.
I. Generációs IBM gépek 1953: IBM 701 1954: IBM 650 Az első generációs gépek közül az IBM 650 volt a legelterjedtebb.
IBM 650
Tranzisztor A Bell Laboratóriumban 1947-ben W.H. Bratain, J.Bardeen és W. Schockley feltalálta a tranzisztort. Alkalmazásával fejlesztették ki az ún. 2. generációs számítógépeket. A korszak nagyjából 1959-1965-ig tehető.
2. Generációs számítógépek Méretük (1m 3 alá) és hőhatásuk lényegesen kisebb. Sebességük és tárolókapacitásuk nagyobb volt elődeiknél (1millió művelet/mp) A gépek üzembiztonsága lényegesen javult. Megjelentek az első szoftvertermékek Programozásuk Assembly nyelven történik. Olcsóbbá, jobban elérhetővé váltak.
Gyors fejlődés, új korszak! 1950: BINAC 1951: UNIVAC már mágnesszalagos háttértárral is rendelkezett. 5600 elektroncső; 18000 dióda; 19 t súly; 1 M $-ba került. Az UNIVAC az első sorozatban gyártott számítógép. Szaporodtak a számítógépgyártással foglalkozó cégek is.
Dióda
II. Generációs IBM gépek IBM 1620 IBM 1401 Az 1400-as sorozatból 17000 db.-ot helyeztek üzembe! IBM 7090-7094
IBM 1620 képek
IBM 1401 Képek
IBM 7090 Képek
IBM 7094 Képek
Integrált Áramkörök (IC) Új korszak nyílt meg, a mikroelektronika korszaka, amikor 1958-ban J. Kilby és R. Noyce feltalálta az Integrált Áramkört (IC). (3. Generáció (1965-1971)) Az IC szilíciumlapra helyezett apró áramköri elemeket tartalmaz. Számítógépek mérete csökkent
Integrált Áramkörök (IC) A gépek gyorsabbak (10-15M művelet/mp), Több adatot tárolhatnak Többféle periféria csatlakoztatható (megjelenik a monitor és a billentyűzet) Megjelennek az első valódi operációs rendszerek.
III. Generációs IBM gép 1964-ben készítették el az első integrált áramkört tartalmazó számítógépet, az IBM 360-at. A mágnesdob helyére a mágneslemez került.
IBM 360 öröksége Több szempontból is a korszak legnagyobb hatású számítógépe volt az IBM 360-as, sok jellegzetessége gyakorlatilag szabvánnyá vált a számítógépiparban. 1969-ben ennél a gépcsaládnál választották szét először a hardvert és a szoftvert.
Az 1960-as évek végén, a 70-es évek elején megszülettek azok a nagymértékében integrált (LSI) áramkörök, amelyek felhasználásával sikerült előállítani zsebszámológépeket, digitális órát, videojátékokat. Emellett megjelentek a dinamikus RAM-tárak. 1980-ra megépült az IBM 3081 számítógép. Megszülettek a mini- és mikroszámítógépek.
IBM 3081
4. generáció A mikroprocesszor megjelenéstől számítjuk. A számítógép alapelemeit (processzor, memória) néhány integrált áramkör tartalmazza. Méretcsökkenés, nagy megbízhatóság jellemzi ezeket a gépeket. Az operatív tár mérete jelentősen nő: egy közepes 2. generációs gép (IBM 1401) memóriájának mérete 4 és 16kbájt között volt, a 4. generációs IBM 4341-nek már ezerszer akkora, 4-16Mbájt volt.
4. generáció A gépek mérete, energiafogyasztása és ára jelentősen csökken, Teljesítményük nő: több millió utasítás/mp Általánossá váltak a közvetlen géphozzáférést lehetővé tevő perifériák: billentyűzetek, képernyők, fényceruzák, egerek, vonalkód-olvasók. Az operációs rendszerek ennek a felhasználási módnak megfelelően fejlődnek tovább. Elterjednek az adatbázis- és táblázatkezelők, szövegszerkesztők.
Átmeneti korszak: Miniatürizálás 5. generáció Teljesítmény, tárolókapacitás növekedés Többprocesszoros gépek Internet, multimédia és telekommunikáció dinamikus fejlődése, térhódítása. Öntanuló, önfejlesztő-karbantartó programok. Fő irányzat: A mesterséges intelligencia létrehozása.
Magyar tudósok a számítástechnikában
Neumann János (1903-1957) 1903. december 28-án született Budapesten Nagy nyelvtehetség volt. Budapesti Evangélikus Gimnázium
5. osztály legjobb matematikusa címet elnyerte. 1920-ban az ország legjobb matematikus-diákja kitüntetést is kiérdemelte. Budapesti Tudományegyetem bölcsész karán tanult tovább, matematika szakon. Itt is doktorált. 1933-ig Németországban dolgozott, majd az USA-ba költözött.
A II. világháború elejére a lökés- és robbanási hullámok vezető szakértője lett. 1943 végén csatlakozott az atombomba előállításán dolgozó csoport munkájához. 1945-től a princetoni Elektronikus Számítógép projekt igazgatója lett. 1945-ben megjelent írásában foglalta össze a Neumann-elveket. 1955-ben rákot diagnosztizáltak nála, és rá két évre elhunyt.
John George Kemény (1926-1992) 1926. május 31.-én született Magyarországon, ám gyermekévei után a szüleivel együtt 1940-ben az USA-ba emigrált.
Középiskola: New York-ban végezte Egyetem: Princeton 45-46 között Los Alamosban dolgozott az atombomba tervén Neumann Jánossal és Szilárd Leóval együtt. 1948-49-ben Albert Einstein kutató asszisztense volt. Ragyogó feladatmegoldó volt
Munkatársaival együtt megalkotta a BASIC programozási nyelvet. Az első BASIC nyelvű program 1964. május 4.- én hajnali 2 órakor futott le Dartmouth-ban. Számítástechnikusok gépkezelés-oktatására szánták és alkalmazták. 1992. december 26.-án halt meg az amerikai Hannoverben.
Kozma László (1902-1983) 1902. november 28.-án született Miskolcon. 1921-ben az Egyesült Izzóban, mint villanyszerelő helyezkedett el.
Szenvedélyesen érdeklődött minden telefonos áramköri rajz iránt. 1925-től a század első felének egyik legjobb műegyetemének, a brünni német műszaki egyetemnek a hallgatója lett. 1930: az antwerpeni Bell Telphone cég mérnöke 1942 visszajött Magyarországra 1945 és 1949 között a budapesti Standard Villamossági RT. Műszaki igazgatója.
1949-től a budapesti Műszaki Egyetem tanára, a villamosmérnöki kar egyik alapítója. 1957: MESZ-1: ország első programvezérelt jelfogós számítógépe 1959: M-3: első magyar elektronikus számítógép 1960 és 1963: BME villamosmérnöki kar dékánja. 1976: MTA tagja. 1983. november 9.-én halt meg Budapesten
MESZ-1
Kalmár László (1905-1976) 1905. március 27.-én született a Somogy megyei Edde-ben. 5 éves kora előtt iskolás lett. Középiskola: I. kerületi Magyar Királyi Állami Főgimnázium
Egyetem: Budapesti Királyi Magyar Pázmány Péter Tudományegyetem Bölcsészettudományi Kar - matematika-fizika szak. Matematikai és Fizikai Társulat által rendezett matematikai tanulóverseny első díját elnyerte. 1927: ledoktorált. A szegedi egyetemre került, ahol intézeti tanár (1946), majd egyetemi tanár (1947) lett. 1961-ben az MTA tagjává választották.
1956-ban a számítástudomány felé fordult, szervezett egy kis csoportot melynek a kutatási tárgya a matematikai logika és alkalmazásai. modell machina docilis (tanulékony gép) Szegedi katicabogár
József Attila Tudományegyetemen megkezdődött a programozó matematikus képzés (1957) 1976. augusztus 2-án halt meg. A számológépek elméletében Kalmár érte el az első hazai eredeti tudományos eredményeket.
Nemes Tihamér (1895-1960) 1895-ben született Budapesten. A harmincas években a Posta Kutató Intézetében dolgozott. Olyan berendezéseket tervezett, amelyek az emberi tevékenységet modellezték. Érdekelte, ami elektrotechnikai, logikai, szimuláció, modellezés, de legjobban a logikai gép.
Egyike volt azoknak, akik a magyar televíziózást megteremtették. 1953-ban készítette az első magyar kísérleti tv-adó berendezést. A nevéhez fűződő alkotások joggal teszik őt nemcsak a kibernetika, hanem a magyar számítástechnika egyik jeles úttörőjévé is. 1962-ben megjelenik Kibernetikai gépek c. könyve, két évvel halála után.
Processzorok fejlődése (INTEL)
Az Intel (INTegrated ELectronics) 1981-ben az első IBM PC megjelenésekor az egyike volt a világ 5-6 vezető mikroprocesszor-gyártó cégnek. Ma már a világ legnagyobb gyártója. A céget 1968. augusztusában alapította meg Andrew Grove, Gordon Moore és Robert Noyce. Noyce kifejlesztett egy olyan eljárást, amivel számtalan tranzisztort lehetett egyetlen chipre építeni.
Az IBM 1981. júliusában jelentette be az első IBM PC-t, amibe az Intel 8088-as processzora került. Az IBM hamarosan kiküszöbölte a PC hibáit, pl. a szalagos lemezegységet lecserélte floppyra. Az MDA típusú monitorokat pedig CGA v. Hercules monitorokra. Az új gép neve az IBM PC/XT (extended Technology)
MDA monitor
8088-as Alaplap
8088-as Processzor
Nagy siker lett, de előbújtak a hátrányai: Egy ember csak egyetlen programmal tudott foglalkozni egyszerre. Az USA-ban 1983-ban megjelent az Apple Lisa nevű gépe, amelyik az első grafikus felhasználói felülettel rendelkezett. Ehhez persze kellett Douglas Englelbart által 1980 körül feltalált egér.
Apple Lisa
Egér
PC/AT Minden mai számítógép atyja: Az Intelnek 1982-ben jelent meg a 80286- os CPU-ja. 1982.-ben szövetséget kötött az AMD-vel (Advanced Micro Devices) Lehetővé vált egyszerre több program egymás melletti működése. Az IBM 1984 augusztusában kihozta a 80286-ra épülő gépét, az IBM PC/AT-t. (Advanced Technology)
286-os Alaplap
286-os Processzor
EGA monitor bevezetése. 84 gombos billentyűzet helyett a mai 101-102 gombos. Szükség volt Operációs Rendszerre. Megszületett pár a Xerox cég rendszeréről koppintva.
1985 októberére készült el az Intelnél a 80386-os, amelynek tervezésénél már figyelembe vették a menet közben software-nagyhatalommá növekedett Microsoft tanácsait. Ekkoriban jelentek meg a komolyabb nyomtatók (tintasugaras és pár színes), valamint a VGA képernyők első típusai. 1988: 386-SX 386 386-DX
386-os Alaplap
386-os Processzor
A hordozható gépek megjelenése és rohamos elterjedése megszülte az igényt az alacsony fogyasztású processzorok iránt. Ezt az igényt 1990-ben fedte le az Intel 386SL processzorral. Energiafogyasztása az alkalmazott technológia miatt drasztikusan csökkent, viszont az órajele eredeti maradt.
Felmerült az igény gyorsabb processzor iránt. Az Intel 80486-os megjelenése 1989. áprilisában azonban óriási csalódást okozott. Gyakorlatilag nem változtattak a 386-os modellen. 1991: 486-SX 486 486-DX
486-os Alaplap
486-os Processzor
Órajel 8088: 5MHz; 286: 16-20MHz; 386: 40 MHz; 486: 50MHz. Gyors sebességnövekedés nagy hőterhelés órajel duplázás. 1992 : 486-DX-2 órajel duplázás már hűtés kellett rá 1993: 486-DX-4 órajel triplázás
Az egyre újabb és újabb processzorok megjelenése elbizonytalanította a felhasználókat. Mindig ki kellett szedni az előző processzort és helyére egy újat rakni. (ez nem mindig volt elegendő.) OverDrive (speciális processzor) 1995: Intel-AMD per vége.
Overdrive Processzor
Hőterhelés és órajelnövelés
Intel Pentium 1993: az Intel bejelenti sorozata következő darabját, az Intel Pentium-ot. Az első verziók melegedtek, és egy hibát is felfedeztek ingyen csere. Kisebb tápfeszültséget, jobb hűtés alkalmaztak. Sokáig fejlesztgették egyre gyorsabb és gyorsabb teljesítményre sarkallva a CPU-t.
Pentium I Alaplap
Pentium I Processzor
A klón-gyártók számára fejtörést jelentett, hogy ezt a minőséget lemásolják. Ráadásul az áraikat szerették volna az Intel processzorok árainak 20-70%-ában maximálni. Első klónok: 1995. október: Cyrix: 6x86 1996. március: AMD K5 Ezek a klón-cpu-k lényegében Pentiumok, de jogi védelem miatt nem szabad őket így nevezni.
A felhasználók igénye a multimédiás felhasználások irányába tolódik el. 1997. január: Intel Pentium MMX (Multi Média extension: multimédiára kihegyezett processzor) A klón-gyártók gyors kapcsolása miatt: 1997. nyara: Pentium II egyesíti a Pentium Pro erejét az MMX multimédiás képességeivel.
A nagy kereslet és az árak letörése miatt az Intel kettéosztotta a Pentium II-es sorozatát. A lebutított Pentium II-es lett a Pentium Celeron, míg a kihegyezett, profi Pentium II-es neve ezentúl: Pentium Xeon.
Pentium MMX Pentium II Pentium III
Kétprocesszoros P4-es Alaplap