Informatika múltja, jelene, jövıje Dr. Bujdosó Gyöngyi Debreceni Egyetem Informatikai Kar 2012 Követelmények Aláírásért: Dolgozat beadása Téma: az előadás valamely témaköréhez kapcsolódóan Terjedelem: 1500 szó Határidő: Kiselőadás esetén az előadás előtt 3 nappal Egyébként 2012. május 9. Vizsgajegy Szóbeli vizsga: 100 pont Kiselőadás tartása: max. 15 pont Szakmai napok előadásonként 3 pont maximum 10 pont 2 1
Informatika múltja, jelene, jövıje Dr. Bujdosó Gyöngyi Debreceni Egyetem Informatikai Kar 2012 2
5 2011. április 25. 3
7 Voyager 2002 Infó tárolás 8 4
2012.05.23. A számolást segítő eszközök története egyidős az emberiség történetével A szám fogalom már a kőkorszaki ősember által is ismert volt 9 Busman sziklarajz, Zimbabwe Kéznegatív a Gargas-barlangból, Franciaország Az ősember az ujjait használta a számoláshoz 10 nyelvesztelen.blog.hu 5
Számírás Megfelelő számú rovás készítése fadarabba, csontba, bőrbe Csomóba rakott kövek, fadarabok Zsinegre kötött csomók Paleolit kor, Csehország Farkas mellső lábszárcsontja Hossz: 22 cm Rovátka: 55 db cc. 30 000 éves 11 Az információ tárolásának kezdetei 12 6
Zsinegre kötött csomók Kipu 10-es számrendszert használ 13 Kipu Inka birodalom Kipu: kecsua indiánul csomó Bináris kód! Kb. 30 cm-es kötél Rákötve különböző színű és méretű csomók Szín: a dolog félesége, természete Szám és elhelyezkedés: mennyiség Bináris kódolás 10-e számrendszer 14 7
15 8
17 Számadófa vagy rovásfa Belevésték az állatok számát Hosszában kettétörték vagy kettévették Ellenőrzésnél összeillesztették Csalás kizárt http://ttk.pte.hu/ami/phare/tortenet/europa.html http://ppeter.apaczai.elte.hu/1ppt_hardver/ 18 9
19 Számok 20 10
Számolás Kezdetben különböztek Egy Kettő Sok Később alakult ki a többi szám fogalma Számrendszerek ötös (Dél-Amerika), hatos (Északnyugat-Afrika, finnugor népek), hetes (héberek, ugorok), tizenkettes (germán nyelvek), húszas (maják, kelták), hatvanas (Babilon) Római számok tekinthetők a tízes és az ötös számrendszer keverékének 21 Abakusz Kőtáblán golyók, csúszkák Kínában 6. sz. óta ismert (szorobán) A 12-14. századtól terjedt el igazán Római abakusz egy helyiértékén 4 db egyes értékű 1 db ötös értékű golyó 22 11
A számolóeszközök használatának kezdete Acalculus A calculusszó latin szó kövecskét jelent, kőlapon horonyba helyezhető kövecskékkel számoltak Ebből származik a mai kalkulátor elnevezés A calculus kifejezést először a rómaiak vezették be A rómaiakat megelőzően már Egyiptomban is használtak kalkulusz típusú számolóeszközt 23 Az egyiptomi kalkulusz Egyiptomban találták meg a szalámiszielnevezésű számolóeszközt Mérete: 75 x 150 cm Hornyokba helyezett kövecskékkel számoltak 24 12
Hogyan számoltak a szalámiszivel? 232 143 375 Az igazi calculus Kb. 15 x 8 cm méretű kő, csont vagy falap Lecsiszolt gömb alakú kavicsokat vagy csontgolyókat raktak kialakított hornyokba 5 értékű a golyó a felső rövid horonyban 1-1 értékű az alsó hosszú horonyban 26 13
Számolóeszközök a görög kultúrában Dareios vázája 27 Az abakusz diadalútja Mi az abakusz? Keretbe foglalt dróthuzalok, amelyeken golyók mozgathatók Az abakusz még ma is használatos eszköz! Az abakusz őse a kínai szuan-pan 28 14
A szorobán A kínai szuan-pan japánosítása = Szorbán A szorbánamai napig használatos eszköz 29 A különböző abakusz típusú számolóeszközök 30 15
Néhány megjegyzés A calculus szóból származik a mai kalkulátor elnevezés A digitális szavunk a latin digitus = ujj vagy szám szóból származik A komputerszavunk a latin computare = összerendezni, szerkeszteni, rovásfára felírni szóból származik 31 A szorobán szerkezete 32 16
Elemi számolás szorobánnal 1. 33 Elemi számolás szorobánnal 2. 34 17
Elemi számolás szorobánnal 3. 35 Elemi számolás szorobánnal 4. 36 18
Elemi számolás szorobánnal 5. 37 Szorobán 19
Abakusz 39 Fibonacci (1170?-1240) Hindu számok? Arab számok? LiberAbacicímű könyvében (1202) még helyesen hindu számjegyekről beszélt 40 20
Egyiptom ie. III. évezredben is már Külön jel a 10 hatványaira Jelek ismétlése (pl. 5-ször) Írásirány: jobbról balra Milliós tételek is 41 Egyiptom Közönséges törtek 42 21
Egyiptom Szorzás Osztás Algoritmusok moszkvai papirusz csonka gúla térfogata 43 Babilon 60-as számrendszer Helyiérték! Nádpálca és puha agyagtábla 44 22
Babilon 1-es többször leírva 10-es többször leírva 60 jele megegyezik az egyes jelével Szövegkörnyezet Helyiérték 45 Babilon Egynél kisebb számok Hatvanados törtek = 1 60 0 +24 60 1 +51 60 2 +10 60 3 4 tizedes jegy pontosságú! = 1,4142 2 46 23
2012.05.23. Római számok Eredetük Rovásírás? Etruszk eredet? Formáik 47 Hindu matematika Virágkor: 200 és 1200 között 0 A nulla szám bevezetése Értelmezés Összeadás, kivonás, szorzás, hatványozás Aryabhatta (π) Bhaskara, Mahavira és Brahamagupt 24
Hindu matematika Virágkor: 200 és 5 1200 között Negatív számok Értelmezés Műveletek Hindu matematika Virágkor: 200 és +() 1200 között Műveleti jelek Zárójelek bevezetése 25
A mai számírás őse 10-es számrendszer Helyiérték Nulla számjegy bevezetése Negatív számok Műveleti jelek Zárójelek 51 Keveredés Egy erdélyi harang felirata, Római számok között megjelenik az arab 8-as Ekkor (MCCCC8VIII) Európa más területein még nem használtak arab számokat 52 26
Mechanikus számológépek 53 Wilhelm Schickard (1592-1635) csillagász professzor 1592-ben született a németországi Herrenbergben. 1619-ben a Tübingeni Egyetem héber tanszék kiválasztottjai közé kerül. 1623-ban egy olyan számológépet tervezett, amelyben egymáshoz illeszkedı tíz- és egyfogú fogaskerekek vannak. Ezen, a mai fordulatszámlálókhoz hasonló elvő gépen elvégezhetı volt mind a négy alapmővelet. 54 27
Blaise Pascal (1623-1662) az elsı, egységes egészként mőködı mechanikus számológépet Blaise Pascal francia filozófus tervezte 1642-ben. az akkor 19 éves Pascal adóbeszedıként dolgozó apja munkáját akarta így megkönnyíteni. 55 Gottfried Wilhelm Leibniz (1646-1716) német filozófus és matematikus aki az 1670-es években Pascal gépét továbbfejlesztette gépével már szorozni, osztani és gyököt vonni is lehetett. a tökéletesítést Pascal gépéhez képest a bordás henger (vagy bordás tengely) alkalmazása jelentette. 56 28
Antonius és Anton Braun 1727 és 1736 Osztrák matematikus és optikus Mind a 4 alapművelet 57 Antonius Braun (1727) Átmérő: 40 cm Magasság: 21 cm 58 29
Leupold-Braun-Vayringe gép (1736) Üvegtetejű másolata 1736-ból 59 Az első adathordozó (Jean-Baptiste Falcon, 1728) Lyukkártya Falcon Francia matematikus Továbbfejlesztését használták Jacquard szövőszékéhez 60 30
Első igazán használható számológép (Hahn, 1773) Philipp Matthäus Hahn Lelkész A gép Hengeres ház 12 pár számlap 12 skálabeosztásos csavarfej 61 Első igazán használható számológép (Hahn, 1773) Két szám összeadása a külső számlapok mutatják az egyik számot a belsők a másikat az eredmény a kar egyszeri körbeforgatása után a külső számlapokon olvasható le 62 31
Az első adathordozó (Müller, 1786) Johann Müller Hadmérnök Az adatokat tárolni kell! Adatok ideiglenes tárolására szolgáló rekesz: REGISZTER 63 Folyamatvezérlés Kis zenedobozhoz Hatalmas harangjátékhoz 32
JosepphMarie Jacquard (1752 1834) Hosszabb programot igényelt Minta megváltoztatása egyszerűnek kellett lennie 65 Jacquard automata szövőszéke 1805 Fa lyukkártyák Láncra felfűzve 66 33
http://www.enotes.com/topic/punched_card Charles Babbage(1792-1871) Brit matematikus és feltaláló Kidolgozta a modern digitális számítógép alapelveit 68 34
Charles Babbage(1792-1871) brit matematikus és feltaláló kidolgozta a modern digitális számítógép alapelveit az elsı analitikus számológépek közé tartoztak egyiket sem fejezte be teljesen (anyagi, személyes) 1834: a differenciagép elıállítási költségeit 17 470 fontra becsülték egy gızmozdony ugyanekkor 1000 fontba került 69 Charles Babbage differenciagépe (1820-as évek eleje) Difference Engine Működési elve: bizonyos függvényértékek (négyzetek, harmadik hatványok, logaritmusok stb.) sorozatának kiszámítását különbségek, differenciák összeadására vezeti vissza hatodik rendű differenciákat is használt volna Költségei (1834) 17470 fontra becsülték egy gőzmozdony ugyanekkor 1000 fontba került 70 35
Charles Babbage differenciagépe (1820-as évek eleje) 71 Elektromos gépek 72 36
XIX. század végi felfedezések Elektromossággal Mágnesességgel Elektromos áram termelésével Távíróval kapcsolatos felfedezések 73 Herman Hollerith (1860-1929) Az Egyesült Államok 1880-as népszámlálásán 55 millió ember adatait gyűjtötték össze és az adatokat 7 éven keresztül összesítették A német származású amerikai statisztikus ennek láttán találta ki, hogy perforált kártyákat adatfeldolgozásra használjon Egy kártyára egy ember adatait lyukasztotta Az adatok feldolgozására olyan rendszert használt, ahol a lyukkártyákelektromosérintkezők közöttmentek át. Ahola kártyánlyukvolt, azáramkörbezárult. Így a lyukakat meg lehetett számolni 74 37
2012.05.23. Holerith lyukkártyás adatfeldolgozása készülékére 1889-ben szabadalmat kapott ezzel dolgozta fel az USA 1890-es népszámlálási adatait mindössze négy hétre volt szüksége Holerith alapította 1896-ban a Tabulating Machine Company nevű céget, amelyből aztán 1924-ben megalakult az IBM 75 76 38
Michael Faraday (1791 1867) Faraday kalitka (Tesla kalitka) Elektrokémia, Elektromágnesesség Elektromágneses indukció: a mágneses tér változása áramot indukál Ez megalapozta a következőket: Generátorok Dinamók Transzformátorok Elektrolízis, bevezetett fogalmak Anód, katód Ion Elektród 77 Faraday a laboratóriumában (akvarell) 78 39
Faraday kalitka 79 Tesla kalitka Nikola Tesla (1856-1943) 34 évesen (Tesla kalitka) 80 40
Faraday kalitka alkalmazása A törzs jellemzően alumíniumból készült burkolata kiváló vezető, ami a Faraday-kalitka elvének megfelelően megvédi az utasokat az elektromágneses sugárzástól, a villám a burkolat mentén végigfut a gépen 81 Villanymotorok Oersted, 1820: Elektromágnesesség felfedezője az elektromos áramnak mágneses hatása van (iránytű) Faraday: a mágnese tér változása elektromos áramot hoz létre Joseph Henry: Erős elektromágnes létrehozója William Ritchie: Forgó mozgást végző igazi villanymotor felfedezője (1833) 82 41
Jedlik Ányos 1821: Villámdelejes forgony 83 Faraday motorja 1830-ból 84 42
Ritchie motorja (1833) http://www.sparkmuseum.com/motors.htm 85 Dinamó Jedlik Ányos (1861) 86 43
Néhány fontos felfedező és felfedezése André-Marie Ampère elektrodinamika elektromágnes Joseph Henry mágneses áramot fejleszt elektromos motor Lord William Thomson Kelvin öninduktivitás elektromos jelek késése kábelekben 87 James Maxwell Elektromosság és elektromágnesesség törvényei Maxwell-egyenletek (1864) korábbi tudósok (Faraday, Ampèrestb.) elektromos és mágneses felfedezéseinek matematikai formuláinak kiterjesztése, melyeket egy összekapcsolódó differenciálegyenletgyűjteménybe foglalt össze eredetileg 20 egyenlet és 20 változó, később ezeket leegyszerűsítette 4-re és vektoriális alakra írta át 88 44
Totalizátorok 1911-től úgynevezett totalizátorokszámítják ki valós idejű üzemmódban a kutya-és lóversenyek fogadási esélyeit Már az első ilyen készülékek is fix programozású, számjegykijelzős elektromechanikus gépek voltak Egy teljes szobát betöltöttek 89 Analóg számítógépek 1910 Josef Novak ötismeretlenes lineáris egyenlet megoldására készít gépet 1914: Udo Knorr menetrendkészítő diagráfot szerkeszt 1930 VannevarBush differenciál analizátort készít, mely egyszerűbb differenciálegyenletek megoldására alkalmas 90 45
Analóg számítógépek 1910 Josef Novak ötismeretlenes lineáris egyenlet megoldására készít gépet 1914 UdoKnorr menetrendkészítő diagráfot szerkeszt 1930 VannevarBush differenciál analizátort készít, mely egyszerűbb differenciálegyenletek megoldására alkalmas 91 Leonardo Torres y Quevedo 1910 és 1920 között olyan programvezérlésű mechanikus számológépeket épített egyedi célokra (pl. két komplex szám szorzatának kiszámítására), amelyek kimeneti egysége írógép volt Tőle származnak a programozási nyelvek első kezdeményezései is 1914: bevezette a lebegőpontos számábrázolást 92 46
Konrad Zuse(1910-1995) 1932-ben építette Németországban az első mechanikus tárolót tetszőleges adatok, elsősorban lebegőpontos számok ábrázolására A tároló 24 bites adatokat tudott fogadni A lebegőpontos számoknál ebből 16 bit volt a mantissza, 7 bit a karakterisztika és 1 bit az előjel. Több elektromechanikus (relés) gépet épített. 93 Konrad Zuse1936 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. 94 47
A következő modell a Z2 már lyukfilmes adatbeviteli egységet tartalmazott. Ez a gép 16 bites fixpontos adatokkal dolgozott 16 szavas tárolója volt 95 Az első teljesen működőképes, szabadon programozható, programvezérlésű számítógépet, a Z3-at, Zuse 1941-ben fejezte be Ez a gép 22 bites szavakat használt 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 sec Zusefelajánlotta 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. 96 48
Z3 97 Alan Turing (1912 1954) 1936: az OnComputableNumbers 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 98 49
A Turing-gép három részből áll: egy mindkét irányban végtelen tárolószalagból, egy vezérlőegységből és egy író-olvasó fejből A szalag mezőkre oszlik, mindegyik mező egy adatot vagy utasítást tud tárolni Csak a fej alatt elhelyezkedő egyetlen mező olvasható, illetve írható. A gép a következőképpen működik: Kezdetben a gép meghatározott állapotban van Beolvassa a szalagról az éppen a fej alatt lévő jelet, ettől függően végrehajt valamilyen tevékenységet, és így új állapotba jut Közben a szalagot is új mezőre pozícionálja A fej beolvassa a szalagról a következő jelet, és így tovább A folyamat akkor ér véget, amikor az olvasófej a STOP utasítást olvassa be 99 Leslie Comrie (1893 1950) 1938 megalapítja Londonban az első kereskedelmi jelleggel működő számítóközpontot: Scientific Computing Service Ltd. A nagyobb feladatok megoldására több számítógépet és lyukkártyás Hollerith-gépet kapcsolt össze 10 0 50
George Stibitz(1903 1995) 1937: Zusetőlfüggetlenül építette meg ComplexNumberCalculatornevű gépét a Bell Telephone Laboratory-nál A gép bináris aritmetikát használt A tárolóegység relékből készült Az adatbevitel távírógéppel történt A gép egy javított, fix programozású változatát 1943-ban ballisztikai számításokra használták. 1946-ban Stibitz a Bell Telephone Laboratory-nál megépíti Model IV nevű univerzális számítógépét A gép 9000 reléből épül fel A szorzás ideje 1 sec, a gyökvonásé 4,5 sec. 101 Colossus(1943) Alan Turing vezetésével Angol titkosszolgálat Relés analóg számítógép II. világháborús német katonai rejtjelező kód megfejtését segítette (A német ENIGMA kód megfejtője) 10 2 51
Mark I. Howard Aiken(1900-1973) fejlesztette ki a Mark 1-et IBM Egyesült Államok Lyukkártyás, relé alapú számítógép 1944-ben készült el Lassan de megbízhatóan üzemelt 1954-ig 103 Mark I. Memória: tízes számrendszerben Fogaskerekekkel történik Kapacitás: 72 db 23 jegyű szám Adatbevitel lyukkártyával A programot lyukszalag tartalmazta kb. 15 m hosszú 2,4 m magas 3304 db kétállású kapcsoló Kb. 760 000 alkatrész Kb. 800 km huzalt 104 52
105 Források http://ttk.pte.hu/ami/phare/tortenet/europa.html http://ppeter.apaczai.elte.hu/1ppt_hardver/ http://ttk.pte.hu/ami/phare/ Rutkovszky Edéné: A számítástechnika története, http://irh.inf.unideb.hu/user/kata/informatikatortenet/inftort.ppt Szőke József : A számítástechnika rövid története IV. http://spillerlaszlo.wordpress.com/tag/szamitastechnikatortenet/ Braun: http://history-computer.com/mechanicalcalculators/18thcentury/braun.html Joseph Marie Jacquard, Business Library, http://findarticles.com/p/articles/mi_gx5221/is_2005/ai_n19142165/ http://www.szenteskep.hu/informatika/oldalak/tortenet/kezdet.htm Faraday: http://www.sulinet.hu/tart/fcikk/kjbd/0/22157/1 The Development of the Electric Motor(Sparkmuseum), http://www.sparkmuseum.com/motors.htm Jedlik Ányos találmányai, http://zsenikesfeltalalokmuveik.network.hu/blog/zsenik-es-feltalalok-muveikhirei/jedlik-anyos-talalmanyai http://scienceworld.wolfram.com A XX. sz. elejének eredményei: http://ttk.pte.hu/ami/phare/tortenet/elektr1.html http://www.sci-tech.hu/abacus-notebook.sci-tech.hu/00home/00home.htm http://hu.wikipedia.org/w/index.php?title=f%c3%a1jl:colossus.jpg&filetimestamp=20090301192445 106 53
Ajánlott irodalom Az információtudomány történeti háttere II. (Horváth Péter), Tudományos és Műszaki Tájékoztatás, 48. évfolyam (2001) 5. szám, http://tmt.omikk.bme.hu/show_news.html?id=1622&issue_id=35 107 Videók Tesla cage: http://www.youtube.com/watch?gl=hu&v=zi4kxgdbfhw Szegedi múzeum: http://www.youtube.com/watch?v=v2sfi03pefo Reklám: http://www.youtube.com/watch?v=vasyq5afcs4 Az elektronikai termékek története: http://www.youtube.com/watch?v=dcbnrcldlve Mindentudás egyeteme: Az internet szabadsága: http://mindentudas.hu/elodasok-cikkek/item/160-az-internetszabads%c3%a1ga.html Info-bionika és érzékelő számítógépek: http://mindentudas.hu/elodasok-cikkek/item/61-info-bionika- %C3%A9s-%C3%A9rz%C3%A9kel%C5%91-sz%C3%A1m%C3%ADt%C3%B3g%C3%A9pek.html A számítógéptől az információs társadalomig: http://mindentudas.hu/elodasok-cikkek/item/26-asz%c3%a1m%c3%adt%c3%b3g%c3%a9pt%c5%91l-az-inform%c3%a1ci%c3%b3st%c3%a1rsadalomig.html 10 8 54