Szamitogep
minden olyan berendezes, amely kepes bemen?
adatok
(input) fogadasara, ezeken kulonfele, el?re beprogramozott m?veletek (
programok
) vegrehajtasara, tovabba az eredmenyul kapott adatok kijelzesere, kivitelere (output), amelyek vagy kozvetlenul ertelmezhet?ek a felhasznalok reszere, vagy mas berendezesek vezerlesere hasznalhatoak. Fontos kriterium az, hogy
ugyanazon
bemen? adatok alapjan mindig
ugyanazon
kimen? adatokat allitsa el?, azaz, hogy a gep determinisztikusan m?kodjon, erre utal a ?
gep
” szo. Az alapvet? kulonbseg a szamitogep es szamologep (vagy mas szamolaskonnyit? egyszer? eszkoz) kozott abban rejlik, hogy az el?bbi kepes el?re elkeszitett program emberi felugyelet nelkuli onallo vegrehajtasara, mig az utobbi csak egy ? de akar bonyolult ? m?veletet (peldaul szorzast) kepes emberi beavatkozas nelkul onalloan vegrehajtani.
Azaz: szamitogepnek nevezhetjuk a determinisztikus
informaciofeldolgozo
gepeket. Eszerint (tagabb ertelemben) a mai szamitogepek ?seinek a kulonboz? szamolast el?segit? eszkozoket lehet nevezni ? ilyen eszkoz az okori eredet?
abakusz
, amely a vilag egyes reszein ma is jelent?s szerepet tolt be. S?t, e tag ertelemben vegs?soron az el?lenyek is tekinthet?ek ?szamitogepeknek”, amennyiben determinisztikusak ? s ha arra gondolunk, hogy folynak kiserletek biomechanikus szamitogepek epitesere, akkor ez az ertelmezes sem t?nik olyan furcsanak.
Sz?kebb ertelemben a szamitogep olyan elektronikus informaciofeldolgozo gep, amely informaciok (adatok es programok) tarolasara alkalmas memoriaval rendelkezik, az adatok feldolgozasahoz program(ok)ra van szuksege es sajat tevekenyseget, m?kodeset vezerli (azaz programozott m?kodes?).
A szamitogep fizikai megjelenesenek elnevezese, elfogadott angol szoval a
hardver
(hardware)
; ide tartozik a gephaz, a
tapegyseg
, az
alaplap
, a
processzor
, a
merevlemez
, a
monitor
, a
billenty?zet
stb. Az el?irt feladatok vegrehajtasat a
szoftver
(software)
teszi lehet?ve: ez a szamitogep nem megfoghato, utasitasokban,
programokban
,
operacios rendszerben
,
eszkozmeghajtokban
es egyeb utasitas-csomagokban megjelen? resze.
Ha a ?szamitogep” kifejezest tagabb ertelemben tekintjuk, akkor beszelhetunk bels?, illetve kuls? vezerles? informaciofeldolgozo automatakrol.
- A
kuls? vezerles?
automatak eseteben az inputnak resze a tevekenyseget iranyito program. Ez peldaul ugy valosulhat meg, hogy folyamatos emberi beavatkozassal iranyitjuk a gepet (pl. egy abakuszt, egy elektronikus zongorat stb.), vagy pedig a feldolgozando adatokkal egyetemben adjuk meg a feldolgozas modjat megado tevekenyseg leirasat (pl. igy m?kodtek regen egyes lyukkartyavezerles? gepek), igy a programot minden munkafazisban ujra es ujra le kell irni, a gepnek beadni.
- Ezzel szemben a
bels? vezerles?
automatak sajat maguk kepesek tarolni a tevekenyseguket iranyito programot, igy minden munkafazisban csak az adatok leirasara es a megfelel? program kivalasztasara van szukseg. A bels? program lehet ?fix”, azaz
rezidens:
ez nem valtoztathato az automata fizikai integritasanak megvaltoztatasa nelkul (fix programok peldaul a
PC
-k
BIOS
programjai, melyek hardveresen ?bele vannak egetve” a PC alaplapjaba, de a programozhato mosogepek programjai is), vagy lehet
valtoztathato
. A legtobb mai szamitogep mindket fajta programot tartalmaz. Mindennek a teteje pedig az, amikor a gep mar maga is kepes lenyegesen valtoztatni a sajat m?kodeset vezerl? programon.
Sz?kebb ertelemben a szamitogepek ket f? tipusa az
analog
es a
digitalis
szamitogep. Az
analog szamitogepek
fizikai jelensegek matematikai leirasaval szimulaljak a folyamatokat, be- es kimenetuk is valamilyen
fizikai
jellemz? (pl.
elektromos feszultseg
,
h?merseklet
,
nyomas
). El?nyosen hasznalhatoak tobbek kozott
biologiai
,
aramlastani
stb. feladatok megoldasara. Pontossaguk es sebesseguk korlatozott. A
digitalis szamitogepek
diszkret ertekekre (szamjegyekre ?
digit)
bontjak, forditjak a feladatot, es ezeken hajtjak vegre az el?irt m?veleteket. A szamitasok alapegysege a
bit
,
aminek neve az angol
binary digit
(kettes alapu, vagyis
binaris
szamrendszerbeli
szamjegy) kifejezesb?l szarmazik. Letezik egy atmeneti tipus is, az ugynevezett analogikai szamitogepek csoportja, amelyek egyesitik a ket f? tipus el?nyeit. Ezeket els?sorban biologiai, aramlastani feladatok modellezesere, megoldasara hasznaljak.
- mechanikus szamitogepek;
- elektronikus szamitogepek;
- optikai szamitogepek;
- a jov? szamitogep-tipusai: szerves szamitogepek es kvantumszamitogepek.
A szamitastechnika tortenete soran az emberiseg az
egyszer? mechanikus
gepekt?l az igen
osszetett elektronikus,
digitalis
vezerles? automatakig haladt. Egyreszt szembet?n? a mai gepek egyre nagyobb foku programozhatosaga (egyre onallobban tudnak komplex feladatokat is megoldani), az ennek kovetkezmenyekepp kialakulo nagyobb mertek? automatizmus, oniranyitottsag; masreszt ett?l nem fuggetlenul a feladatkorok kib?vulese, amely az egyszer?bb, konkretabb feladatok (pl. szoves, osszeadas, ajtonyitas stb.) ellatasara epitett celgepekt?l a komplex es sokfele tevekenysegre kepes altalanos celu univerzalis gepek megvalositasaig terjedt.
A modern ertelemben vett szamitogepek alkalmazasanak merfoldkovei
szerkesztes
- 1847
-54: a
George Boole
altal kidolgozott, aramkorelmeletben is alkalmazhato logikai algebra a kes?bbi digitalis m?kodes? gepek tervezesenek alapjait jelentette.
- 1887
:
Herman Hollerith
nagy tomeg? adat statisztikai feldolgozasara alkalmas gepet epit. A kifejleszteset az tette szuksegszer?ve, hogy az USA-ban az
1890
-es nepszamlalas feldolgozasa hagyomanyos modszerekkel mintegy 3 evet (masok szerint 10 evet) vett (volna) igenybe, a vegul szuksegesnek bizonyult 6 het helyett. A gep papirbol keszitett
lyukkartyakat
tudott rendezni es szetvalogatni, mechanikus modon, t?k segitsegevel. A lyukkartyak egydollaros bankjegy nagysaguak voltak. Hollerith
1924
-ben alapitott cegeb?l fejl?dik ki a kes?bbi
IBM
-lyukkartya (1 lyuk ? 1 szam, 2 lyuk ? 1 bet?).
- 1937
?
42
:
John Vincent Atanasoff
es asszisztense,
Clifford Berry
megterveznek egy csak elektronikus egysegekb?l allo gepet. Ez volt az els? elektronikus digitalis szamitogep, az Atanasoff?Berry Computer (ABC). Jelenleg ezt tartjuk az els? mai ertelemben vett (elektronikus) szamitogepnek ? erdekes, hogy ennek a tenynek
1973
-ban Amerikaban birosagi targyalas utjan kellett eld?lnie, kulonfele els?bbsegi jogvitak miatt.
[1]
- 1938
?
41
:
Konrad Zuse
megepiti az els? szabadon programozhato gepet, a
Z3
-at. Felepitese hasonlo a mai gepekhez: processzort (
ALU
), vezerl?egyseget (
CU
), memoriat, bemeneti egyseget (szalag) es kimeneti egyseget tartalmazott. Az egytonnas gep nehany ezer elektromagneses releb?l allt, repul?k es raketak tervezesehez hasznaltak. Egy osszeadast atlagosan 0,7 mp, egy szorzast 3 mp alatt vegzett el, a tizes szamrendszerbeli szamokat pedig mar lebeg?pontos binaris abrazolas utjan kezelte. A gep 1944-ben egy bombazas soran elpusztult, de Zuse a 60-as evekben ujra megepitette. Rekonstrualt valtozata a muncheni
Deutsches Museum
ban lathato. Bar a gepet aritmetikai m?veletek vegzesere terveztek,
Raul Rojas
kes?bb bebizonyitotta, hogy alkalmas altalanos celu szamitogepnek is (
kepes tetsz?leges Turing-gep emulalasara
).
- 1943
: az angol titkosszolgalat megepitteti a
Colossust
, mely szinten reles es elektronikus alapon keszult,
Alan Turing
matematikus elmelete, illetve Max Newman matematikus es Tommy Flowers mernok tervei alapjan. Ez a
masodik vilaghaborus
nemet katonai rejtjelez?kod
megfejteset segitette. A kodfejtes egyebkent kulonboz? matematikai, katonai, titkosszolgalati modszerek otvozesevel sikerult is.
[3]
- 1944
:
Howard H. Aiken
ballisztikai szamitogepe, a
Harvard Mark I
lovedekpalya-tablazatokat szamol. E gep fel futballpalya meret? volt, 800?km kabelt, vezeteket es relet tartalmazott. Egy m?veletet 3-5 masodperc alatt vegzett el, kepes volt az osszes alapm?velet es komplex egyenletek megoldasara is.
Altalanos celu szamitogepek es elterjedesuk
szerkesztes
- 1946
: megepul
John Presper Eckert
es
John W. Mauchly
tervei alapjan az els? digitalis elektronikus gep, az
ENIAC
, 18?000 vakuumcs?b?l, 70?000 ellenallasbol, 5 millio forrasztassal. Sulya 30 tonna, 160?kW-ot fogyaszt, 5000 osszeadast, 357 szorzast vagy 38 osztast tud vegezni masodpercenkent, 10 jegyig szamol, 20 regisztere van, 1000-szer gyorsabb, mint a Mark I
MTBF
: 40 masodperc. Kuls? programvezerlese huzalozassal m?kodik.
- 1949
: elkeszul a hasonlo
EDVAC
gep,
Neumann Janos
(1903?1957) vezetesevel. Ez mar kozponti vezerl?egyseget tartalmaz, van benne lehet?seg felteteles vezerlesatadasra, tovabba memoria tarolja a programokat es az adatokat is.
- 1951
: Megjelenik az els? kereskedelemben kaphato szamitogep, az
UNIVAC I.
- 1953
: a
Szovjetunioban
megjelenik az els? m?szaki es tudomanyos szamitasok vegzesere alkalmas szamitogep, a
BESZM
1.
- 1964
: megjelenik az els? altalanos celu kereskedelmi gep, az
IBM 360
.
Neumann Janos
(1903?1957) matematikai szemszogb?l kozeliti meg a szamitogepek m?kodesenek kerdeset es altalanos iranyelveket fogalmaz meg ? ezek az un.
Neumann-elvek
:
- a gep szempontjabol a programok es adatok egyarant bemen? adatkent kezelend?ek;
- bels? programvezerles;
- folyamatabra mint formalizmus bevezetese;
- gepi kodu programozas.
Az
1949
-ben epitett
EDSAC
es az
1952
-ben epitett
EDVAC
mar a Neumann-elveket koveti.
1951
-ben megepitik az els? sorozatgyartasra szant szamitogepet, az UNIVAC1-et.
Az
elektroncsoveket
tartalmazo, epp ezert koltseges uzem?, un.
els? generacios
gepek kb.
1958
-ig voltak forgalomban. A diszkret
felvezet?
-elemeket (
diodat
,
tranzisztort
) tartalmazo, nagyobb tarolokapacitasu,
masodik generacios
gepek az 1960-as evek els? feleig uraltak a piacot. Az
1960-as
evekben inditja utjara az IBM a 360-as sorozatot (1964-ben a 360/40 az els?
integralt aramkori
elemeket tartalmazo), ezzel pedig a
harmadik generacios
gepek sorat is. A harmadik generacios gepek kora
1971
-ig tartott, ekkor jelent meg ugyanis az els?
mikroprocesszor
, s nehany ev mulva piacra kerultek az els?
negyedik generacios
szamitogepek. A mikroprocesszorok fejleszteseben nagy szerepet jatszottak az
Intel
(Intel 8080 processzor), a
Motorola
(Motorola 6800 processzor) es a
Zilog
(Z80 processzor) cegek. Az els? PC megjelenesenek eve:
1981
. A ma hasznalt IBM PC kompatibilis szamitogepek tobbsege Intel processzorokkal m?kodik, bar jelent?s szerep jut az
AMD
es a
Cyrix
processzorgyartok termekeinek is.
? A. M. Turing angol matematikai logikus 1927-ben kimutatta (es a szamologepi technika szamos szakert?je azota kulonfele modokon gyakorlatilag is bebizonyitotta), hogy olyan programutasitasokat is ki lehet dolgozni egy szamologep szamara, amelyek arra kesztetik, hogy valamely mas - pontosan meghatarozott m?kodes? - szamologep modjara viselkedjek. Az ilyen utasitasrendszereket, amelyek reven egy gep utanozza egy masik gep viselkedeset… programoknak nevezzuk.”
-
Neumann Janos
:
A szamologep es az agy
, 1945
[4]
Az ilyen gepek tartalmazzak a szamitogep onvezerleset vegz? processzort (
CPU
), azaz kozponti feldolgozoegyseget, az adatokat es programokat a m?veletek vegzesenek idejere tarolo operativ memoriat, az egysegek kozti adatforgalmat lebonyolito vezetekek rendszeret (adatsin-rendszer), a felhasznalokkal torten? kommunikaciot vegz? I/O rendszert (ide soroljuk a hosszutavu adattarolast vegz? tarakat is), es tartalmazhatnak egyeb jarulekos egysegeket, melyek a m?kodes fizikai felteteleit biztositjak (h?t?rendszer, energiaellatas stb.).