2.5. ii. generációs számítógépek (tranzisztor)2.5. ii ... · 2. az űrkutatásban is nagy...

I. Információ-technológiai alapismeretek

24

2.5. II. generációs számítógépek (tranzisztor)2.5. II. generációs számítógépek (tranzisztor)2.5. II. generációs számítógépek (tranzisztor)2.5. II. generációs számítógépek (tranzisztor) A sebesség kérdése mindig is nagyon fontos tényező volt a

számítógépek világában. Babbage gépe egy másodperc alatt tudott elvégezni egy számítást. Gyorsabban, mint egy ember. A legkorábbi

valódi elektromechanikus számítógépek pedig, már eljutottak a

másodpercenkénti tucatig. Az elektroncsövek többszörös javulást hoztak. A gépek már olyan gyorsak voltak, hogy úgy tűnt, nincs

különösebb értelme tovább fokozni a feldolgozási sebességet. Célszerűbb helyette az elektroncsövek megbízhatósága érdekében

tenni valamit. Csökkenteni a gépek méreteit, visszafogni hatalmas áramfogyasztásukat. A tranzisztor tranzisztor tranzisztor tranzisztor hirtelen

megjelenésére egyetlen számítógépes kutató sem számított. Az 1948-ban feltalált eszközt csak 1958-ban építették be

kapcsolóelemként a rövid élettartamú elektroncső helyett, és ekkor

alkalmazták a ferritgyűrűs tárat memóriaként. A teljesen

tranzisztorizált számítógépek sebessége és teljesítménye többszörösen

túlnőtt azon a határon, amelyet Babbage nemhogy elképzelni, de

felfogni is alig lett volna képes. Amint ezek a tömegtároló eszközök

elterjedtek, a számítógépek is új, eddig nem ismert szerepet kezdtek

játszani. Nem szupergyors kalkulátorok voltak többé, hanem információ

feldolgozó és kezelő berendezések. A számítógépek teljesítőképessége

és alkalmazási köre folyamatosan nőtt, bővült.

1. A katonai problémák mintha csak számítógépre termettek

volna.

2. Az űrkutatásban is nagy szerepe volt a számítógépnek.

Az oroszok az első űrhajó fellövésével megelőzték az

amerikaiakat, akik rengeteg pénzt költöttek arra, hogy

először juttassanak embert a Holdra. Az űrverseny

természetesen a számítástechnika fejlődésére is nagy hatással volt.

Főleg azért, mert a számolásokhoz gyorsabb és gyorsabb gépek

kellettek. A szovjet űrhajókhoz egyáltalán nem helytakarékos

berendezéseket használtak. Az amerikaiak viszont kénytelenek voltak

szakadatlanul fejleszteni technikájukat, így sikerült egészen kis

méretűre kialakítaniuk az űrhajózásban használt eszközeiket, köztük

számítógépeiket is. A hatvanas évek számítógépei még mindig óriási

teret követeltek. Igényesek voltak ezek a gépek, egyenletes

hőmérsékletet, tiszta levegőt követeltek maguknak. A tranzisztorok

alkalmazásával, nagyságrendekkel nőtt az üzemeltetés biztonsága,

lényegesen csökkent az energia fogyasztás és persze a gép mérete.

Ezek a gépek az 50.000-100.000 művelet/másodperc sebességet értek

el, térfogatuk 1 köbméter alá csökkent.

2. A számítástechnika és a számítógép története

25

Az új elemekkel lehetőség nyílott a miniatürizálásra. A háttértár

szerepét a mágnesszalag, majd a merev hordozójú mágneslemez veszi át. A másik nagy probléma az volt, hogy még mindig csak a saját

nyelvükön beszéltek (érthetetlen számsorokkal, lyukkártyákkal). Egy új szakemberfajtának kellett megjelennie: a programozónak, aki

megértette ezeket a gépi kódokat. A programozó nélkülözhetetlen kapoccsá vált a halandó ember és a számítógép között. Ki kellett találni

egy sokkal könnyebben érthető nyelvet! A megoldás a legegyszerűbb

volt, a választott nyelv az angol lett. A használt parancsokra néhány

példa: RUN (Fuss), GO (Menj) stb. Majd hamarosan megjelentek a

magasabb szintű programozási nyelvek alapjai, elsőként a FORTRANFORTRANFORTRANFORTRAN (FORmula TRANslation), jelképes, általánosan használt formalizált

nyelv. Az első teljesen tranzisztorizált számítógépet Heinz ZemanekHeinz ZemanekHeinz ZemanekHeinz Zemanek osztrák mérnök irányításával a Bécsi Műszaki Főiskola alacsony

rezgésszámú folyamatokkal foglalkozó intézetében készítették 1955 és

1958 között. Memóriája egy mágnesdob volt, a teljesítményét

jellemezte, hogy egy szorzást 0,4 s alatt végzett el. Zemanek

professzor ellensúlyozandó az egyik akkori nagy teljesítményű

amerikai gép elnevezését (Whirlwind-forgószél) Mailüfterl (májusi

szellő) névre keresztelte gépét.

2.6. III. generációs számítógépek (Integrated Circuit)2.6. III. generációs számítógépek (Integrated Circuit)2.6. III. generációs számítógépek (Integrated Circuit)2.6. III. generációs számítógépek (Integrated Circuit)

Az integrált áramkört (ICICICIC-t) 1958195819581958-ban fedezte fel Jack S. KilbyJack S. KilbyJack S. KilbyJack S. Kilby a Texas

Instrumentsnél és Robert Noyce a Fairchild Semiconductornál. Ez az

eszköz a harmadik generációs számítógépek jellegzetes építőeleme. A

tömegtermelés 1962-ben indult meg, az első integrált áramköröket

tartalmazó számítógépek pedig 1964-ben kerültek kereskedelmi

forgalomba. Megjelenik a bájt-szervezés és az input-output processzor

is. A számítógépek

több tevékenységet

tudnak párhuzamosan

végezni. Előrelépések

történnek a táv-

adatátvitelben. Az

integrált áramkörök

tovább csökkentették

a számítógépek árát,

méretét és

meghibásodási

gyakoriságát.

24. ábra: IBM 1620as számítógép


26

Ez tovább növelte a számítógépek iránti keresletet: az 1970-es évek

elejére, több mint 100.000 nagyszámítógépet és ugyancsak több mint 100.000 miniszámítógépet helyeztek üzembe. A harmadik generáció

korszakát kb. az 1965-1971-es évekre lehet tenni. A legismertebb második generációs gépek: IBM 1620, 1401; CDC 3600; IBM 7090,

7094; Honeywell 800. Programozási és technikai újdonságok a következők voltak. A mikroprogramozásmikroprogramozásmikroprogramozásmikroprogramozás ötlete Maurice V. WilkesMaurice V. WilkesMaurice V. WilkesMaurice V. Wilkestől

származik még 1951-ből, és több első és második generációs

számítógépben is alkalmazták. Igazi elterjedése azonban az IBM 360-as

gépcsaláddal történt meg, ennek kisebb modelljei mikroprogramozottak

voltak. Mikroprogramozott gépeknél a processzor által végrehajtandó egy gépi kódú utasítást nem közvetlenül, egy lépésben dolgozza fel a

CPU. Ehelyett úgynevezett mikroutasítások egy sorozatát, egy mikroprogramot olvas be egy speciális tárolóból, és ennek utasításait

értelmezi és hajtja végre közvetlenül a hardver. Ezek a mikroutasítások

a CPU-n belül (regiszterek között) végrehajtandó mikroműveleteket

írnak általában elő. Kívülről nézve a processzor továbbra is úgy

viselkedik, mintha az eredeti utasítást közvetlenül egy lépésben a

hardver hajtaná végre. A párhuzamos feldolgozási lehetőségek

javulását a harmadik generációs gépek részben azzal érték el, hogy

több, nagy autonómiával rendelkező processzort használtak és a

rendszeren belül rugalmas kommunikációt biztosítottak.

MultiprogramozásMultiprogramozásMultiprogramozásMultiprogramozásnál általában egy operatív táron több, egyszerre futó

program is osztozik. Mivel az operatív tár mérete pénzügyi és technikai

okok miatt korlátozott, általában nem fér bele egyszerre az összes futó

program és az azok által használt összes adat. Ezért a memóriát

dinamikusan, időközben változtatható módon kell az egyes programok

rendelkezésére bocsátani. Gondoskodni kell arról is, hogy az adott

pillanatban szükséges

információk a

háttértárból a

memóriába

töltődjenek, a

feleslegeseket pedig

időlegesen ki kell írni

a háttértárba. Az

operációs rendszerek

egyik legfontosabb

feladata a memória

kezelésének

automatikus

megoldása. 25. ábra: IBM System 360-as számítógép


27

A programozó munkája viszont nagymértékben leegyszerűsödik, ha

nem kell tekintettel lennie az operatív tár mérete által támasztott korlátokra, hanem úgy tekintheti a gépet, mintha egy gyakorlatilag

végtelen méretű tárolóterülete lenne, és e fölött csak az ő programja rendelkezne. Ez a virtuális memóriavirtuális memóriavirtuális memóriavirtuális memória alapötlete. A korszak és a későbbi fejlődés meghatározó tényezője volt az IBM System/360-as gépcsalád. Az RCA (Radio Corporation of America)

által gyártott Spectra 70-es sorozat nagymértékben kompatibilis volt

az IBM gépeivel.

26. ábra: Spectra 70-es munkaközben

2.7. IV. generációs számítógépek (mikroprocesszor)2.7. IV. generációs számítógépek (mikroprocesszor)2.7. IV. generációs számítógépek (mikroprocesszor)2.7. IV. generációs számítógépek (mikroprocesszor)

A számítógépek fejlődésének következő állomása a mikroprocesszormikroprocesszormikroprocesszormikroprocesszor

feltalálása volt. A miniatürizálás egyre fontosabbá vált, ennek

eredményeként születtek meg az integrált áramkörök, az IC-k. Ezek

tökéletesítése vezetett el a mikroprocesszorig, vagyis a

mikroszámítógépek megalkotásáig. Az 1970197019701970----es évek közepénes évek közepénes évek közepénes évek közepén jöttek

létre, fejlődésük a mai napig tart. A gépek igen nagy integráltságú

(VLSIVLSIVLSIVLSI, Very Large Scale Integration) áramkörökből épülnek fel.

Általánossá válik a félvezetős, integrált áramkörökből készült memória

is. Nincsenek alapvető változások a számítógépek szervezésében, a

korábban már bevezetett megoldásokat tökéletesítik. Az új

technológiának köszönhetően tovább csökken a hardver ára, egy

számítógéprendszer árának már akár 75%-a is lehet a szoftver. A

számítógépek programozása szinte kizárólag magas szintű nyelveken

történik. A távtávtávtáv----adatátviteladatátviteladatátviteladatátvitel lehetővé teszi gyakorlatilag bármelyik két

gép összekapcsolását. Napjainkra már szinte mindegyik számítógép

kapcsolódik valamilyen hálózathoz. A mikroprocesszort felhasználva

hamarosan megjelenik, és rohamosan elterjed a személyi számítógép.

Általánossá válik használatuk szövegszerkesztésre, táblázatkezelésre,

grafikára, adatbázis-kezelésre, stb.


28

Hogyan készül a mikroprocesszor?Hogyan készül a mikroprocesszor?Hogyan készül a mikroprocesszor?Hogyan készül a mikroprocesszor? A folyamat azzal kezdődik, hogy igen tiszta, nagyméretű szilíciumkristályokat növesztenek. Ezeket a szilícium óriáskristályokat vékony, tenyérnyi szeletekre vágják. Ekkor következik a mikroprocesszor-gyártás legbonyolultabb műveletsora. Mintázatokat hoznak létre a lapkán. A mintázatok lényegében több százszor ismétlődnek a szilíciumszelet felületén. Hogyan tud információt kezelni egy ilyen csöppnyi anyag? A mikroprocesszor tulajdonképpen ugyanúgy kezeli az információt, mint az ENIAC tette. Gondoljuk csak meg, hogyan folyt a távírás régen. Távíróval, a Morse-kódok használatával. A Morse rendszer egy bináris rendszer. A számítógép a maga kapcsolóival milliószor gyorsabban képes ilyen információkat kezelni, mint bármelyik távírász. Ismereteink között alig van

olyan, amelyiket ne lehetne kifejezni számokkal, vagy szavakkal. A számítógép azonban nemcsak számokkal, hanem egyéb információkkal is tud bánni. Ehhez természetesen megfelelő segédeszközök is kellenek.

1970-ben jelentik be az

IBM System/370-es

gépcsaládot, ami

meghatározó volt a

negyedik generáció elején.

A család elnevezésében a 70-es évekre utal, míg a korábbi 360-as

gépcsalád az 1960-as évek számítógépe volt. Ennek a szervezése igen

nagymértékben megegyezik a korábbi 360-as gépcsaládéval, de több

teljesítményjavító megoldást is beleépítettek. A gépcsalád

népszerűségére jellemző, hogy más gyártók is építettek velük

kompatibilis számítógépeket: az Amdahl Corporation által készített

470-es sorozat és az Intel Corporation által készített AS (Advanced

System) sorozat is ebbe a gépcsaládba tartozik.

Az első mikroprocesszorAz első mikroprocesszorAz első mikroprocesszorAz első mikroprocesszor, az egyetlen

IC-ben összesűrített processzor

1971197119711971-ben készült. Ted HoffTed HoffTed HoffTed Hoff, a

Stanford University mérnöke

tervezte. Az Intel készítette, egy 7

mm oldalhosszúságú négyzet alakú

szilíciumlapkán 2300 tranzisztort

tartalmazott. év közepén valósult meg

az LSI (large-scale-integration), majd

később a VLSI (very-large-scale-

integration) áramkörök bevezetésével.

27. ábra: IBM System/370-es

28. ábra: Az első mikroprocesszor kialakulásának története


29

1972-ben elsőként jön ki az IBM 370-es család néhány tagja teljesen

félvezetős memóriával, az Ames Research Center elkezdi használni az ILLIAC IV szuperszámítógépet aerodinamikai problémák megoldására,

megjelennek az első tudományos célú zsebszámológépek. 1973197319731973-ban az R2E nevű francia cég bemutatja az első mikroszámítógépelső mikroszámítógépelső mikroszámítógépelső mikroszámítógépet

(mikroprocesszoron alapuló számítógépet), a MICRAL-t. 1974197419741974-ben forgalomba kerül az első programozható zsebszámológépelső programozható zsebszámológépelső programozható zsebszámológépelső programozható zsebszámológép, a Hewlett-

Packard által gyártott HP-65, megjelenik az első személyielső személyielső személyielső személyi számítógép számítógép számítógép számítógép,

az Altair 8800Altair 8800Altair 8800Altair 8800, 1974-ben a Stanford Egyetemen üzembe helyezik a

számítógépes orvosi diagnosztikai rendszert. 1976197619761976-ban üzembe

helyezik az első Crayelső Crayelső Crayelső Cray----1 szuperszámítógép1 szuperszámítógép1 szuperszámítógép1 szuperszámítógépet. Az 1970-es években jelenik meg az interaktív számítógépes tervezés. 1979-ben készült el a

VisiCalc, az első táblázatkezelő program. 1981198119811981-ben jelenik meg az IBM IBM IBM IBM PCPCPCPC, aminek leszármazottai mai életünk meghatározó elemei. A Time

magazin évente kitüntet valakit, aki az adott évben előre vitte

valamiben a világot. 1982-ben a számítógép kapta a “Man of the Year”

címet. Az 1980-as évek közepére már több millió számítógépet

használnak világszerte. Ezek nagy része személyi számítógép. Jellemző gépkategóriák az 1980Jellemző gépkategóriák az 1980Jellemző gépkategóriák az 1980Jellemző gépkategóriák az 1980----as évek as évek as évek as évek közepén:közepén:közepén:közepén: Szuperszámítógép:Szuperszámítógép:Szuperszámítógép:Szuperszámítógép: legismertebb típus a CYBER

és a Cray (a CYBER-t a CDC gyártja). A Cray

a kiépítéstől függően akár 20 millió dollárba is

kerülhet. Speciális födém kell alá, hogy elbírja

a súlyát. A vételi ár tartalmazza két teljes

munkaidőben foglalkoztatott karbantartó

mérnök díját is a gép egész élettartamára. Az

installált szupeszámítógépek száma nem éri el

ekkor még a 150-et. Seymour Cray eredetileg a CDC-nél (Control Data Corporation) dolgozott szuperszámítógépek fejlesztésén. 1972-ben otthagyta a CDC-t és kb. fél millió dollár saját tőkével plusz vállalkozók által befektetett 2 millió dollárral megalapította saját cégét, a Cray Research-öt. Az első általa tervezett szuperszámítógép, a Cray-1 1976-ban került kereskedelmi forgalomba. Mintegy hétmillió dollárba került, csak kormányhivatalok és igen nagy cégek tudták megvenni. Ez volt az első olyan számítógép, amely képes volt másodpercenként több mint százmillió lebegőpontos műveletet végrehajtani (kb. 160 milliót). Az alapműveletek végrehajtási ideje 12,5 ns. A gép részben párhuzamos feldolgozást alkalmaz. A memóriája félvezetőkből készült. A sok megoldandó technológiai probléma közül ez egyik legfontosabb az volt, hogy hogyan vezessék el a nagysebességű áramkörök által termelt hőt. Ezt úgy oldották meg, hogy az áramköröket freonnal hűtött függőleges lapokra szerelték. Azóta építettek ugyan gyorsabb számítógépeket is, de a Cray-1-et azóta is használják összetett problémák matematikai tanulmányozására (ilyen problémák például a beszédfelismerés, az időjárás előrejelzése, valamint a fizikai és a kémia alapkérdései).

29. ábra: Cray 1 szuperszámítógép


30

Nagyszámítógép (mainframe):Nagyszámítógép (mainframe):Nagyszámítógép (mainframe):Nagyszámítógép (mainframe): nagy cégeknél (bankok, kereskedő és gyártó cégek,

kormányhivatalok) ezek végzik az adatfeldolgozás zömét. A jellemző áruk 400.000 és

1.000.000 dollár között van. Üzemeltetésük klimatizált helyiségben történik. Jellemző

gyártók: IBM, Borroughs, Digital Equiptment Corporation (DEC), Control Data

Corporation (CDC).

Miniszámítógép: Miniszámítógép: Miniszámítógép: Miniszámítógép: kisebbek, lassabbak és olcsóbbak a nagygépeknél. Nincs különleges

környezeti működési feltételük, az iroda sarkában is állhatnak. Jellemző áruk 20.000-

40.000 $.

Mikroszámítógép: mikroprocesszort használt. Személyi számítógépnek is nevezik.

Nagygépre kötve lehetővé teszik a munka megosztását a nagygép és a mikrogép

között. Vannak hordozható gépek is. A méret csökkentésének a billentyűzet és a

képernyő használható méreten tartása szab korlátot.

A Cray szuperszámítógépek imponáló teljesítményadatainak ellenére mindennapjaink

meghatározó számítástechnikai tényezői mégsem ezek az egyre tökéletesebb

számítógépek, hanem az ellenkező véglet, a személyi számítógépek.

1974197419741974-ben (más források szerint 1975-ben) egy Micro Instrumentation Telemetry Systems (MITS) nevű cég, Albuquerque-ben (New Mexico)

piacra dobta az Altair 8800Altair 8800Altair 8800Altair 8800 nevű személyi számítógépet, egy egy egy egy

összeszereletlen készletösszeszereletlen készletösszeszereletlen készletösszeszereletlen készlet

formájában. A készlet nem egészen

400 dollárba került. Az információ

bevitelére a gépnek nem

billentyűzete volt, hanem csak egy

kapcsolótáblája. Ez volt az első,

kimondottan személyes

felhasználásra tervezett asztali

számítógép. Igaz ugyan, hogy az

Altair kapacitása 1%-a sem volt a

Hewlett-Packard 1991-ben

kiadott, egy tenyérben elférő számítógépének, de ez a gép indította el a

számítógépes elektronika máig tartó forradalmát. A mikroszámítógép-

készlet iránt hirtelen olyan nagy kereslet alakult ki, amire senki sem

számított. Számtalan kis cég alakult az új piac igényeinek kielégítésére.

Az első nagyobb elektronikai cég, amely belekezdett személyi

számítógépek gyártásába és árusításába, a Tandy CorporationTandy CorporationTandy CorporationTandy Corporation (Radio

Shack) volt. Ők 1977197719771977-ben kezdték árusítani számítógépüket, amellyel

hamarosan uralkodóvá váltak a piacon. Gépüknek két vonzó

tulajdonsága volt:: egy billentyűzet és egy katódsugárcsöves monitor.

A gép népszerűségéhez az is hozzájárult, hogy programozni lehetett és

a felhasználó mágneskazettákon tárolni tudta az információt. Sok

hardvergyártó kezdett ezután kész személyi számítógépeket árulni, a

szoftverfejlesztők pedig olyan programok készítésébe fogtak,

amelyekkel ezek a számítógépek alkalmasak voltak

szövegszerkesztésre, adatfeldolgozásra és rajzolásra.

30. ábra: Altair, Intellec stb.


31

Nem sokkal a Tandy számítógépének megjelenése után, két mérnök-

programozó (Stephen Wozniak és Stephen Wozniak és Stephen Wozniak és Stephen Wozniak és Steven Jobs) Apple ComputersSteven Jobs) Apple ComputersSteven Jobs) Apple ComputersSteven Jobs) Apple Computers néven

alapított egy számítógépgyártó céget. Az első Appleelső Appleelső Appleelső Apple számítógépet

1977197719771977-ben adták el. A számítógépeiken alkalmazott

újítások között volt a

kitekitekitekiterjesztett memóriarjesztett memóriarjesztett memóriarjesztett memória, az adatok

és programok tárolására

szolgáló olcsó lemezmeghajtólemezmeghajtólemezmeghajtólemezmeghajtó és a színes grafikaszínes grafikaszínes grafikaszínes grafika. Az Apple lett

az Egyesült Államok történelmének leggyorsabban

növekvő cége. Az ő sikerük is

sokaknak ösztönzést jelentett, ahhoz hogy ezen a területen

próbálkozzanak. Az évtized végére a személyi számítógépes piac

teljesen kialakult. 1979197919791979-ben jelent meg a VisiVisiVisiVisi----Calc, az első Calc, az első Calc, az első Calc, az első

táblázatkezelő programtáblázatkezelő programtáblázatkezelő programtáblázatkezelő program. Ezzel már a programozásban gyakorlatilag

teljesen járatlan emberek is komoly és összetett problémák

megoldására tudták a

számítógépet használni. Igen

fontos tényező volt a

mikroszámítógépek

robbanásszerű elterjedésében.

1981198119811981-ben az IBM piacra dobta

saját mikroszámítógépét, az IBM IBM IBM IBM

PCPCPCPC-t. Bár nem használta fel a

legújabb technológiákat, a PC

mérföldkővé vált a

számítástechnikában. Bebizonyította, hogy a mikroszámítógép nemcsak egy

divatos irányzat, hanem az üzleti élet szükséges eszköze. További érdeme,

hogy olyan operációs rendszert használt (DOSDOSDOSDOS), amely hozzáférhető

volt a többi számítógépgyártó cég

számára is, és így a piac

szabványosodásához vezetett.

32. ábra: Az első Apple PC gép 31. ábra: Steve Wozniak munkássága

33. ábra: Visi-Calc, Multiplan stb.


32

Ugyancsak 1981198119811981-ben készítette el Adam OsborneAdam OsborneAdam OsborneAdam Osborne az első hordozható első hordozható első hordozható első hordozható

mikroszámítógépmikroszámítógépmikroszámítógépmikroszámítógépet, az Osborne 1-et. A gép súlya kb. 11 kg volt, a memóriája 64 kByte kapacitású és 1.795 dollárért árulták. A személyi

számítógép olyan olcsó volt, hogy egy magánszemély is könnyűszerrel megvehette. Ráadásul minél többet vettnek belőle, annál olcsóbb lett,

hiszen a nagy sorozatú gyártás minden termék árát leviszi. Beindult egy olyan üzleti folyamat, ami a mai napig tart: Egyre olcsóbban lehetett számítógépeket előállítani, ezért olyan helyeken is kifizetődő volt az alkalmazásuk, ahol korábban nem. Ezért sok számítógépet lehetett eladni, több mikroprocesszort kellett gyártani, így a számítógép még olcsóbb lett. Ezért még több helyen lehetett használni, ezért még többet gyártottak, ezért még olcsóbb lett, és így tovább. Az 1980-as években a személyi számítógépek rohamléptekkel váltak egyre kissebbé, jobbá és olcsóbbá. A nagyobb teljesítményű hardver

összetettebb, könnyebben kezelhető programok készítését tette

lehetővé. Ezért a számítógépek egyre gyorsabb processzorokkal, egyre

nagyobb háttértárakkal és egyre nagyobb memóriával készültek. Az

1980198019801980----as évek közepénas évek közepénas évek közepénas évek közepén több fontos lépés is történt a mikroszámítógépek

történetében. Az egyik a nagynagynagynagyobb teljesítményű 32 bites obb teljesítményű 32 bites obb teljesítményű 32 bites obb teljesítményű 32 bites

mikroprocesszorokmikroprocesszorokmikroprocesszorokmikroprocesszorok bevezetése volt. Ezek már alkalmasak voltak fejlett

több felhasználós (multiusermultiusermultiusermultiuser) és több feladatos (multitaskmultitaskmultitaskmultitask) operációs

rendszerek megfelelő sebességű futtatására. Ezáltal egyrészt megszűnt

a mikroszámítógépek és a miniszámítógépek közötti különbség,

másrészt az irodai asztalra olyan számítástechnikai teljesítmény került,

amely a kisvállalkozások és a legtöbb közepes vállalkozás összes üzleti

igényét kielégítette. Egy másik újítás az egyszerűbb, felhasználóbarát

módszerek bevezetése volt a mikroszámítógépek működésének

vezérlésére. A hagyományos, parancsvezérlésű operációs rendszert

felváltotta a grafikus felhasználói felület grafikus felhasználói felület grafikus felhasználói felület grafikus felhasználói felület (graphical user interface, GUI).

Az ilyen felületet használó gépeknél, mint pl. az Apple Macintoshnál

(majd később a Windowst futtató IBM PC-knél) a felhasználónak csak

egy ikont kell a képernyőről kiválasztani egy funkció végrehajtásához.

Ma már beszédvezérlésű gépek is léteznek: a felhasználó köznapi

beszéd szavaival, annak nyelvtani szabályai szerint beszélve adhat

parancsot a számítógépnek. 1992-re a számítógépgyártás vált a világ

leggyorsabban fejlődő iparágává. 1994-ben a világon mintegy 120

millió IBM-kompatibilis személyi számítógépet használnak. A fő

felhasználó már nem az állami apparátus, hanem a magánszektor lett.


33

34. ábra: A személyi számítógépek számának növekedése az USA-ban

2.8. A személyi számítógépek fajtái2.8. A személyi számítógépek fajtái2.8. A személyi számítógépek fajtái2.8. A személyi számítógépek fajtái

1.1.1.1. Asztali személyi számítógépek (desktopdesktopdesktopdesktop)

2.2.2.2. Hordozható táskagépek (laptoplaptoplaptoplaptop), tömegük 2,5 - 5 kg

között van

3.3.3.3. Hordozható zsebszámítógépek (notebooknotebooknotebooknotebook), tömegük 0,5 – 2,5

kg-nál kisebb

4.4.4.4. Hordozható tenyérgépek (palmtoppalmtoppalmtoppalmtop, vagy handheld),

néhányszor

10 dkg tömegűek

35. ábra: Tenyérgépek


34

Az IBM kompatíbilis személyi számítógépek Intel mikroprocesszorainak időrendi megjelenése:

Processzor Megjelenés ideje Teljesítmény Sebesség

Intel 4004 1971. szeptember 4 bit kb. 1 MHz

Intel 8080 1974. június 8 bit kb. 2,5 MHz

Intel 8088 1979. május 16/8 bit 5 MHz

Intel 80186 1982. március 16 bit 10 MHz

Intel 80286 1982. december 16 bit 16 Mhz

Intel 80386 1985. október 32/32 bit 16-40 MHz

Intel 80386-SX 1988 24/16 bit 40 MHz

Intel 80486 1989. április 32/32 bit 25-50 MHz

Intel 486-DX-2 1992 32/32 bit 50 MHz

Intel 486-DX-4 1993. április 32/32 bit 50-100 MHz

Intel Pentium 1993. március 32/32 bit 66 MHz

Intel Pentium Pro 1995. november 64/64 bit 120-200 MHz

Intel Pentium MMX 1997. január 64/64 bit 166-266 MHz

Intel Pentium II 1997. május 64/64 bit 300-433 MHz

Intel Celeron 1999 tavasz 64/64 bit 433-850 MHz

Intel Pentium III 1999. ősz 64/64 bit 533 MHz-1 GHz

Intel Pentium IV 2001 tavasz-ősz 64/64 bit 1,2 GHz-2 GHz

Mi van a 64 bit mögött?Mi van a 64 bit mögött?Mi van a 64 bit mögött?Mi van a 64 bit mögött? A bitek számának megduplázása 32-ről 64-re 1995-től kezdődően, a skála exponenciális természete miatt, sokkal többet jelent, mint a lehetséges értékek megkétszerezése. Bizonyára sokan hallották már a sakkjáték feltalálójának történetét. A legenda szerint a király el volt ragadtatva az új játéktól, és megkérdezte a feltalálót, mit adhatna neki hálája jeléül. Amaz bölcsen azt válaszolta, hogy búzát szeretne: egy szemet az első sakktáblamezőn, kettőt a második négyzeten, négyet a harmadikon, mindig megkétszerezve a szemek számát minden mezőn, egészen a 64. négyzetig. A király tiltakozott, hogy ez túl kevés ilyen okos találmányért, de végül is beleegyezett. Mondani sem kell, hogy a feltaláló dúsgazdagon élt, míg meg nem halt. A király nem tudta teljesen leróni a tartozását, hiszen a tábla megtöltéséhez több búza kellett volna, mint amennyit a világon az idők kezdete óta termeltek.


35

2.9. V. generációs számítógépek2.9. V. generációs számítógépek2.9. V. generációs számítógépek2.9. V. generációs számítógépek JapánJapánJapánJapánban egy 1981198119811981 októberében tartott konferencián jelentettek be egy

új állami kutatási tervet. A japán kormány 1982 áprilisában megalakította az Institute for New Generation Computer Technology

(ICOT) nevű intézményt, a számítástechnikai kutatások végzésére, egész pontosan az FGCS (Fifth Generation Computer Systems) projekt

vezetésére. Sok ezer mérnököt foglalkoztattak Tokió külvárosában a munkán. Ennek az új —szerintük az ötödik— generációnak fontos

alkotórésze lesz a mesterséges intelligenciamesterséges intelligenciamesterséges intelligenciamesterséges intelligencia, a szakértői rendszerekszakértői rendszerekszakértői rendszerekszakértői rendszerek, a

szimbólumokkal való műveletvégzésszimbólumokkal való műveletvégzésszimbólumokkal való műveletvégzésszimbólumokkal való műveletvégzés. Intelligens számítógép létrehozása Intelligens számítógép létrehozása Intelligens számítógép létrehozása Intelligens számítógép létrehozása a céla céla céla cél, amelyik lát, hall, beszél és gondolkodik. Képes asszociálni,

tanulni, következtetéseket levonni és dönteni. Hardver oldalról ennek

az előfeltételét a párhuzamos feldolgozásban látják. A japánok a munkát

10 évre tervezték. Az első három év feladata a tervek szerint egy

PROLOG nyelvű olcsó személyi munkaállomás kidolgozása, ami több

ezer objektumból és több ezer szabályból álló tudásbázist tud kezelni,

másodpercenként mintegy egymillió logikai következtetést (logical

inferences per second, LIPS) tud levonni. Ebből a gépből aztán egy

éven belül kereskedelmi terméknek kell születni. A következő, 4 éves

időszak a kísérletezésé és a rendszerintegráció első lépéseié. A

párhuzamos feldolgozás fő problémáit is ezekben az években kellett

megoldani. Az utolsó három évet a végső prototípus megépítésére és a

további rendszerintegrálásra tervezték. Az eredményt az 1990-es évek

elejére várták: egy olyan gépet, amelynek sebessége egymillió-

egymilliárd LIPS, a tudása több tízezer következtetési szabályt és több

százmillió objektumot foglal magába (ez utóbbi nagyjából az

Encyclopaedia Britannica ismeretanyaga), megérti a köznapi nyelven

beszélt, és írott szöveget és értelmezni tudja a grafikus adatbevitelt. A

fejlesztést 1993 márciusában1993 márciusában1993 márciusában1993 márciusában zárták le és sikeresnek értékelték.

Értékelésük szerint létrehozták az ötödik generációs számítógép létrehozták az ötödik generációs számítógép létrehozták az ötödik generációs számítógép létrehozták az ötödik generációs számítógép

prototípusátprototípusátprototípusátprototípusát és létrehozták a gyártásához szükséges technológiát. Ez a

prototípus a világ leggyorsabb és legnagyobb olyan

számítógéprendszere, amely tudásalapú információfeldolgozásra képes.


36

A gép “lelkét” a

párhuzamos következtető

gépek (parallel inference

machine, PIM) alkotják. Ezeknek

a PIM-eknek a

programozására

kifejlesztették az

igen termelékeny KL1 nevű

párhuzamos logikai nyelvet.

Elkészítették a

párhuzamos

folyamatok

követésére és a

bennük való

hibakeresésre

szolgáló

eszközöket is.

Ebben a

programozási

környezetben különböző alkalmazásokat is kifejlesztettek. Az FGCS

projekt után 1993-ban egy új kétéves FGCS Follow-on Project nevű

kutatásba kezdtek. Ennek célja a KL1 programozási környezet és több

ezzel készült programrendszer átültetése volt UNIX alapú soros és

párhuzamos működésű számítógépekre. Ezzel az volt a céljuk, hogy az

elért eredményeiket elterjesszék. Az FGCS keretében kifejlesztett főbb

programrendszereket nyilvánosságra hozták ICOT Free Software (IFS)

néven, az Interneten keresztül hozzá lehet férni. 1995-ben az új

kutatómunka is sikeresen zárult. Ekkor, 13 éves kutatómunka után

felszámolták az ICOT-ot. Az elért eredményeket a Japan Information

Processing Development Center (JIPDEC) gondozza tovább.

2.10. A jövő2.10. A jövő2.10. A jövő2.10. A jövő

Az egyik jelenlévő trend a számítógépek fejlesztésében a mikroegyik jelenlévő trend a számítógépek fejlesztésében a mikroegyik jelenlévő trend a számítógépek fejlesztésében a mikroegyik jelenlévő trend a számítógépek fejlesztésében a mikro----

miniatürizálásminiatürizálásminiatürizálásminiatürizálás, az igyekezet, hogy mind több áramköri elemet

sűrítsenek mind kisebb és kisebb méretű chipekbe. A kutatók az

áramkörök sebességét a szupravezetés felhasználásával is igyekeznek

felgyorsítani.

36. ábra: A japán tervezésű „V. generációs számítógép” prototípusának felépítése


37

Az ötödik generációs számítógép létrehozására irányuló kutatás egy ötödik generációs számítógép létrehozására irányuló kutatás egy ötödik generációs számítógép létrehozására irányuló kutatás egy ötödik generációs számítógép létrehozására irányuló kutatás egy

másik trendmásik trendmásik trendmásik trend. Ezek a gépek már komplex problémákat tudnának alkotó módon megoldani. Ennek a fejlesztésnek a végső célja, az igazi Ennek a fejlesztésnek a végső célja, az igazi Ennek a fejlesztésnek a végső célja, az igazi Ennek a fejlesztésnek a végső célja, az igazi

mesterséges intelligencia lémesterséges intelligencia lémesterséges intelligencia lémesterséges intelligencia létrehozásatrehozásatrehozásatrehozása lenne. Az egyik aktívan kutatott terület a párhuzamos feldolgozáspárhuzamos feldolgozáspárhuzamos feldolgozáspárhuzamos feldolgozás, azaz amikor sok áramkör egyidejűleg

különböző feladatokat old meg. A párhuzamos feldolgozás alkalmas lehet akár az emberi gondolkodásra jellemző komplex visszacsatolás

utánzására is. Másik meglévő trend a számítógépes hálózatok fejlődéseMásik meglévő trend a számítógépes hálózatok fejlődéseMásik meglévő trend a számítógépes hálózatok fejlődéseMásik meglévő trend a számítógépes hálózatok fejlődése.

Ezekben a hálózatokban már műholdakat is felhasználnak a

számítógépek világhálózatának működtetésére. Folynak kutatások az

optikai számítógépek kifejlesztésére is. Ezekben nem elektromos, hanem sokkal gyorsabb fényimpulzusok hordoznák az információt.

Szakértők azt jósolják, hogy 2000-re a számítógép-ipar termelésének értékét csak a mezőgazdaság fogja meghaladni. Már ma is sokféle célra

használják a számítógépeket az élet minden területén: a repülőgépek

vezérlésére, a forgalom irányítására, szövegek és számok

feldolgozására és az üzleti megbeszélések időpontjának

nyilvántartására. A számítógépek a modern üzleti élet, a kutatás és a

mindennapi élet nélkülözhetetlen szereplőivé váltak.

2.11. Programoz2.11. Programoz2.11. Programoz2.11. Programozási nyelvekási nyelvekási nyelvekási nyelvek

A számítógépek működésének alapvető jellemzője, hogy a feladatokat

elemi matematikai műveletek sorozatára kell visszavezetni a gép

számára. Ennek a feladatnak az ellátására alkották meg a programozási

nyelveket.

A programozási nyelvek osztályA programozási nyelvek osztályA programozási nyelvek osztályA programozási nyelvek osztályozása:ozása:ozása:ozása:

1.1.1.1. Gépi kód, ez a legalacsonyabb szint. Gépi kód, ez a legalacsonyabb szint. Gépi kód, ez a legalacsonyabb szint. Gépi kód, ez a legalacsonyabb szint. A számítógép számára a program kettes számrendszerben kódolt

számsorokból áll, amelyek elemi utasításoknak felelnek meg. Csak a

gép használja.

2.2.2.2. Assembly nyelv, gépközeli szint. Assembly nyelv, gépközeli szint. Assembly nyelv, gépközeli szint. Assembly nyelv, gépközeli szint. A kódolt bináris számsoroknak nevet adva, a rendszerprogramozó

utasítások sorozatát építi fel. Minden processzornak saját gépi kódú és assembly nyelve van. Nagyon nehéz, és fáradtságos megtanulni.

Előnye, hogy a processzor teljesítményét maximálisan kihasználja. Hátránya a nehézségén túl, hogy processzor függő.

3.3.3.3. Magas szintű programozási nyelvek, emberközeli szint.Magas szintű programozási nyelvek, emberközeli szint.Magas szintű programozási nyelvek, emberközeli szint.Magas szintű programozási nyelvek, emberközeli szint. Előnyei: -néhány egyszerű, könnyen megtanulható ún.

programszerkezet, valamint bizonyos utasítások megtanulásával

nagyon gyorsan a kívánt eredmény érhető el, -az emberi nyelvhez

közel álló, - processzor és gépfüggetlen. Néhány ilyen nyelv:

Pascal, C, dBase, Clipper, Basic, Cobol, Fortran, Logo, PL1 stb.


38

A magas szintű programozási nyelveknek szükségük van egy olyan alprogramra, amely az ún. forrásnyelvi programot, vagyis a magas

szintű nyelven megírt programot soronként értelmezi, és továbbítja egy másik programnak, amely lefordítja a számítógép által is

értelmezhető gépi kódra. Az első programot értelmezőnek, vagy InterpreterInterpreterInterpreterInterpreternek, a másodikat fordítónak, vagy CompilerCompilerCompilerCompilernek nevezzük.

(A gépi kódú programot forrásnyelvi programmá visszaalakító programot DecompilerDecompilerDecompilerDecompilernek hívják!) A magas szintű programozási

nyelvek a számítógép fejlődésével együtt, folyamatosan változtak,

továbbfejlődtek.

A következő képen a Visual Basic 4.0-s verziójának szokásos bejelentkező képernyőjét láthatjuk.

37.37.37.37. ábra: Visual Basic 4.0

38. ábra: A számítógépes játékok világa

3. Adatábrázolás, számrendszerek

39

3. Adatábrázolás, számrendszerek3. Adatábrázolás, számrendszerek3. Adatábrázolás, számrendszerek3. Adatábrázolás, számrendszerek

3.1. Adatábrázolás a sz3.1. Adatábrázolás a sz3.1. Adatábrázolás a sz3.1. Adatábrázolás a számítástechnikábanámítástechnikábanámítástechnikábanámítástechnikában

A számítógépek, illetve a számítástechnika történetének legkorábbi szakaszában is már felvetődött a számok és más adatok ábrázolásának

kérdése. A tízes számrendszerrel való számolás nagyon nehezen volt megvalósítható már a mechanikus gépek korában is, de az elektronikus

számítógépek megjelenése végképp megpecsételte ezt a tárolási formát.

Az információ legkisebb egysége a bit, bit, bit, bit, amely egy eldöntendő kérdésre adott válasz információtartalmát képes leírni. (Egy igen/nem döntésben

rejlő ismeret.) További egységei: 1 byte = 8 bit (szótag);

1 kB = 1024 B (210 = 1024);

1 MB = 1024 kB (= 210 kB = 220 B);

1 GB = 1024 MB (=210 MB = 220 kB = 230 B);

1 TB = 1024 GB (=210 GB = 220 MB = 230 kB = 240 B).

(2 byte = 16 bit, vagy félszó; 4 byte = 32 bit, vagy szó; 8 byte = 64 bit,

vagy dupla szó)

Valós számok ábrázolása Valós számok ábrázolása Valós számok ábrázolása Valós számok ábrázolása

Kétféle számábrázolás használatos a valós számok ábrázolására, a

fixpontos és a lebegőpontos.

Fixpontos számábrázolás Fixpontos számábrázolás Fixpontos számábrázolás Fixpontos számábrázolás

Bizonyos számú helyiértéken kettes számrendszerben ábrázoljuk a

számot és rögzítjük, hogy hányadik bit után kell odaképzelni a

"kettedes" vesszőt. Így nagyon kicsi az ábrázolható számok

tartománya.

Lebegőpontos számábrázolás Lebegőpontos számábrázolás Lebegőpontos számábrázolás Lebegőpontos számábrázolás

Ennél a módszernél az alapot az ún. számítástechnikai normálalak

jelenti, ez hasonlít a matematikában használatoshoz. Általános alakja:

M*pk, ahol M neve mantissza, p a normálási tényező, k a karakterisztika. A M


40

A lebegőpontos ábrázolás előnye a leírható számok széles tartománya

és a viszonylag nagy számolási pontosság. Nagy számok ábrázolására a lebegőpontos számábrázolás alkalmas. Lássunk néhány példát! A 2538

normálalakja: 2,538x103 ; a 0,000378 normálalakja: 3,78x10-4 stb.

Karakter típusú adatok tárolásaKarakter típusú adatok tárolásaKarakter típusú adatok tárolásaKarakter típusú adatok tárolása

Karakternek nevezzük a betűket, írásjeleket, számjegyeket, stb. Ezek ábrázolását is meg kellett oldani, természetesen bináris alakban. Azaz

minden karakterhez rendelni kell egy bináris számot, ezt nevezzük kódolásnak. Ma a legelterjedtebb kódolási rendszerekben 1 byte-on

kódolják a karaktereket, ami 256 féle jel megkülönböztetését teszi lehetővé. Azt a táblázatot, amely leírja ezt a kapcsolatot kódtáblázatnak

nevezzük.

Kódrendszerek (karakterek ábrázolása)Kódrendszerek (karakterek ábrázolása)Kódrendszerek (karakterek ábrázolása)Kódrendszerek (karakterek ábrázolása)

A kódoláskódoláskódoláskódolás nem más, mint jelátalakítás. Egy adott jelsorozatnak

valamilyen más jelformába történő átalakítása. A

számítástechnikában a kódolásnak kulcsfontossága van, hiszen

köztünk és a számítógép processzora között az információt át kell

alakítani, vagyis kódolni kell. Az IBM kompatibilis számítógépek

világában a legfontosabb az ASCII kódrendszer. Elterjedt a BCD kód

is, ez utóbbi jelentése binárisan kódolt decimális szám. A BCD kód

hátránya, hogy a kisbetűket nem tudja ábrázolni. Ennek

kiküszöbölésére vezették be a kiterjesztett BCD kódot az EBCDIC-t.

Összetett adattárolási egységekÖsszetett adattárolási egységekÖsszetett adattárolási egységekÖsszetett adattárolási egységek Az adatok mennyiségének növekedésével szükségszerűen alakultak ki.

Bennük az egyes adategységek szervezési módja különböző lehet, annak felhasználási módjától függően megkülönböztetjük a

következőket. TömbTömbTömbTömb

A tömb adatelemei általában egyforma típusúak. Ezek lehetnek akár

bájtnyi elemek, akár ennél hosszabbak is. Az egyes elemeket az ún.

index-szel azonosítjuk. Az index olyan változó, amely ún. felsorolható

típus, azaz az elemek sorrendje egyértelmű. (Legtöbbször az egész

számokat használjuk.) Szokásos jelöléssel például: A(3), az A tömb

harmadik eleme. Többfajta tömböt szokás megkülönböztetni:

Egydimenziós tömbEgydimenziós tömbEgydimenziós tömbEgydimenziós tömb: (Szokás vektornak is nevezni.) Azért nevezzük

egydimenziósnak, mert egy index alkalmas az elemek

megkülönböztetéséhez.


41

Kétdimenziós tömb:Kétdimenziós tömb:Kétdimenziós tömb:Kétdimenziós tömb: (Szokás mátrixnak is nevezni.) Ez tulajdonképpen nem más, mint egy táblázat. Az elemek egyértelmű azonosításához két

indexre van szükség. (Ha táblázatnak képzeljük az egyik index a sor, a másik az oszlop azonosítására szolgál.)

Háromdimenziós tömbHáromdimenziós tömbHáromdimenziós tömbHáromdimenziós tömb: (Ezt szokás valódi tömbnek nevezni.) Elképzelhetjük egymás fölé rétegzett táblázatnak. Ekkor a három index

sorra a réteget, sort és oszlopot azonosítja.

Több dimenziós tömbökTöbb dimenziós tömbökTöbb dimenziós tömbökTöbb dimenziós tömbök: Definiálhatunk magasabb dimenziószámú

tömböket is. Ekkor természetesen a dimenziószámnak megfelelő számú

indexre van szükség az egyes adatelemek azonosításához. Ezeknek a tömböknek már nehezebb szemléletes jelentést adni.

RekordRekordRekordRekord Ez az adatszerkezet az adatbázis-kezelésben kapott igen nagy

szerepet. Lényege, hogy különböző típusú, de egy, egyedhez tartozó adatokat egy egységként kezeljük. A rekord részeit mezőknek

nevezzük.

(A tömböket és a rekordokat a szerkezetük definiálja.)

SorSorSorSor (angolul: queue.)

Ennek a szerkezetnek a kezelése úgy történik, hogy a következő

tárolandó elemet az előzőleg tárolt elem után helyezzük el. Adatot

előhívni mindig a sor elejéről lehet. Ezt szokás az angol elnevezés

alapján FIFO szerkezetnek nevezni. (First In First Out, azaz amit

elsőnek tettünk bele, azt elsőnek vegyük ki.) Ilyen módon működik

például nyomtatási sor, ahol a nyomtatóra küldött adatokat ideiglenesen

tároljuk, majd az érkezés sorrendjében történik a tényleges nyomtatás.

39. ábra: Sor adatszerkezet

VereVereVereVerem m m m (angolul: stack) Ennek a szerkezetnek a kezelése úgy képzelhető el, mint egy a földbe

vájt verem feltöltése, ürítése. (innen a neve.) Az

egyes elemeket sorra rakjuk bele a verembe, majd

ugyanott vesszük ki. Ennek megfelelően az

utolsónak elhelyezett elemet emelhetjük ki

legelőször. Angol elnevezés alapján szokás ezt

LIFO szerkezetnek nevezni. (Lasit In First Out,

azaz amit utoljára tettünk be, azt elsőnek vegyük

ki.) Ilyen módon működik például a felhasználói

programokban megszokott visszavonás művelete. Mindig az utoljára elvégzett műveletet lehet elsőnek visszavonni.

40. ábra: Verem


42

Láncolt listaLáncolt listaLáncolt listaLáncolt lista

A láncolt lista lényege, hogy a listaelemek helyzetét egymáshoz képest határozzuk meg. Egy elem legalább két részből áll: egy adatrészből és

egy mutatóból

(pointer). Az

adatrész

tartalmazza a

tárolni kívánt információt,

míg a pointer a következő

elemre mutat. Az ilyen szerkezetet egyirányban láncolt listának

nevezzük.

Két irányban is összekapcsolhatjuk az elemeket, ha egy adatrészhez

két mutatót

kapcsolunk.

A kezdő

elemet

listafejnek

szokás

nevezni,

ennek helye

rögzített. Az

utolsó elem valamilyen null értékre mutat. A lista nagy előnye, hogy

könnyen bővíthető, módosítható, csak a pointereket kell változtatni

egy-egy elem beszúrásához, vagy törléséhez.

(A sort, a vermet és a listát a kezelési módja definiálja.) Az összetett adattípusok osztályozásaAz összetett adattípusok osztályozásaAz összetett adattípusok osztályozásaAz összetett adattípusok osztályozása A kezelés módja szerint kétféle lehet az adatszerkezet: Statikus szerkezetekStatikus szerkezetekStatikus szerkezetekStatikus szerkezetek: Amikor előre tudjuk a tárolandó adatok hosszát, ismerjük a memória igényt, előre lefoglalhatjuk a szükséges tárhelyet. A sor és a verem ilyen szerkezet. Előnye a könnyebb kezelhetőség, hátránya, hogy ritkán lehet egészen pontosan előre megjósolni a memória igényt, így vagy fölösleges helyfoglalás történik, vagy kevés lesz a hely. Dinamikus szerkezeDinamikus szerkezeDinamikus szerkezeDinamikus szerkezetektektektek: A dinamikus kezelés során nincs előre lekötött tárhely, folyamatosan lefoglalásra a memória, éppen annyi, amennyi szükséges. Tipikusan ilyen szerkezet a láncolt lista. Általában is a pointerek nagy szerepet játszanak a dinamikus tárkezelésben. Az adatokhoz való hozzáférés szerint szintén két csoportba oszthatjuk az adatszerkezeteket: Soros (szekvenciális) hozzáférés: Soros (szekvenciális) hozzáférés: Soros (szekvenciális) hozzáférés: Soros (szekvenciális) hozzáférés: Az ilyen adattípusoknál az egyes elemekhez a fizikai elhelyezés sorrendjében férhetünk hozzá. Ilyenkor az adatelérés lassú, de könnyű a szervezés. A szekvenciális szervezés esetén az adatoknak a fizikai rendezettségen túl van egy az adatfeldolgozást segítő logikai sorrendisége is.

41. ábra: Egyirányban láncolt lista

42. ábra: Kétirányban láncolt lista


43

Direkt hozzáférésDirekt hozzáférésDirekt hozzáférésDirekt hozzáférés: Az ilyen adattípusnál, az adatok pontos helyét meg kell tudni határozni. Nem mindig egyszerű a hozzárendelést elvégezni. Ez a módszer mindenképpen gyorsítja az adatelérést, de nehéz a szervezés és sokszor fölösleges helyfoglalással jár. Sokszor a két elérést kombinálják: az adat helyét egy nagyobb területre korlátozzák (direkt hozzáférés), majd ezen belül sorosan, vagy szekvenciálisan keresik ki az adatot.

3.2. Számrendszerek3.2. Számrendszerek3.2. Számrendszerek3.2. Számrendszerek

A számrendszerek közül a kettes (binárisbinárisbinárisbináris) és a tizenhatos (hexadecimálishexadecimálishexadecimálishexadecimális) számrendszer bír kiemelkedő fontossággal a

számítógépek világában. A mai számítógépek a Neumann-elveknek megfelelően bináris kódolást használnak. Ezt a legkönnyebb

megvalósítani elektronikai szempontból. A hexadecimális számrendszer könnyen átalakítható kettessé és viszont, és ebben felírva a számok

sokkal rövidebbek.

Alapismeretek:Alapismeretek:Alapismeretek:Alapismeretek:

A kettes számrendszerben használható számjegyek: 0, 1

Helyiértékei: 2 hatványai.

A 16-os számrendszerben használható számjegyek:

0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F

Helyiértékei: 16 hatványai

Általánosan: "p" helyiértéken ábrázolható legnagyobb szám

2p-1, ill. 16p-1 , "x" helyiértéken felírható összes szám 2x,ill. 16x db.

Átszámítás egyik számrendszerből a másikba:Átszámítás egyik számrendszerből a másikba:Átszámítás egyik számrendszerből a másikba:Átszámítás egyik számrendszerből a másikba:

a) 10a) 10a) 10a) 10----ből 2ből 2ből 2ből 2----be, és 2be, és 2be, és 2be, és 2----ből 10ből 10ből 10ből 10----be!be!be!be!

Feladat: Számoljuk át a 201-et!

Megoldás:

A feladatot ún. maradékos osztással oldjuk meg! Az eljárás lényege,

hogy a számrendszer alapszámával, 2-vel osztjuk a számot, a

maradékot leírjuk. Addig ismételjük az eljárást, amíg megkapjuk az

utolsó maradékot.

201|

100|1

50|0

25|0

12|1

6|0

3|0

1|1

0|1


44

A kettes számrendszerbeli számot úgy kapjuk meg, hogy a

maradékokat fordított sorrendben, hátulról előre felé haladva leírjuk. Ellenőrizzük le a számítás helyességét!

110010012 Mennyi a tízes számrendszerben?

Helyiérték táblázat:

27=128 26=64 25=32 24=16 23=8 22=4 21=2 20=1

1 1 0 0 1 0 0 1

1*128 1*64 0*32 0*16 1*8 0*4 0*2 1*1

128+ 64+ 0+ 0+ 8+ 0+ 0+ 1= 201

Feladat: Számítsuk át tízes számrendszerbeli számokra! 111010102 10001112

Megoldás:

Egy szám valódi értékét megkaphatjuk a helyiérték, és a helyiértéken

található értékek szorzatainak összegeként, ahogyan az előző feladat

ellenőrzés részében láthattuk!

b) 10b) 10b) 10b) 10----ből 16ből 16ből 16ből 16----ba, és 16ba, és 16ba, és 16ba, és 16----ból 10ból 10ból 10ból 10----be!be!be!be!

Feladat: Számítsuk át a 23210-et!

Megoldás: Most is maradékos osztást végzünk!

23210|

1450|A

90|A

5|A

0|5

5AAA16 Ellenőrizzük le!

Helyiérték táblázat:

163=4096 162=256 161=16 160=1

5 A A A

5*4096 10*256 10*16 10*1

20480+ 2560+ 160+ 10= 23210

Feladat: Számítsuk át 16-ból 10-be a következő számokat!

2AFD16, BCE216

Megoldás: Teljesen analóg az előzővel!

c) Átszámítás 2c) Átszámítás 2c) Átszámítás 2c) Átszámítás 2----ből 16ből 16ből 16ből 16----ba, és viszont!ba, és viszont!ba, és viszont!ba, és viszont! A két számrendszerből közvetlenül számolhatunk át egymásba a 10-es

számrendszer érintése nélkül. Figyeljük meg a következő

szabályosságot!


45

2 16 2 16 2 16 2 16

0000 0 0100 4 1000 8 1100 C

0001 1 0101 5 1001 9 1101 D

0010 2 0110 6 1010 A 1110 E

0011 3 0111 7 1011 B 1111 F

Négyes csoportokra bontva a kettes számrendszerbeli számot közvetlenül átírhatjuk tizenhatosba, és viszont.

Feladat: Írjuk át a következő számot 16-os számrendszerbe! 1101 0101 0100 11002

Megoldás: Használjuk az előző táblázatot! D 5 4 C

Az ellenőrzés is egyértelmű! Ebből az utolsó feladatból látszik, hogy miért használják a

számítástechnikában a 16-os számrendszert is. Óriási előnye, hogy

pillanatok alatt átszámítható a 16-osban megadott szám a 2-esbe. Az

emberek számára általában a 2-es számrendszer használata idegen,

nehézkes. Viszont a 16-ossal könnyen elboldogulnak.

Törtszámok ábrázolása kettes számrendszerbenTörtszámok ábrázolása kettes számrendszerbenTörtszámok ábrázolása kettes számrendszerbenTörtszámok ábrázolása kettes számrendszerben

A "kettedes" törtek ábrázolása tulajdonképpen következik az

eddigiekből. A "kettedes" vessző utáni helyiértékek 2 negatív

hatványai.

0

,

0 1 1 0 1 0 12

2-

1

2-

2

2-

3

2-

4

2-

5

2-

6

2-

7

Nézzük az átváltást:

0,01101012 = 0*2-1 +1*2-2 +1*2-3 +0*2-4 +1*2-5 +0*2-6

+1*2-7=0,4140625 Egyszerűbben felírva:

0,01101012 =0,25+0,125+0,03125+0,0078125=0,4140625

Tizedes tört átváltásakor az egész részt a fentebb tanultak szerint kell

átváltani binárisba. A törtrész különválasztva a következő szabály

szerint váltjuk át: A számot szorozzuk kettővel, az egész részét írjuk ki,

a törtrészével folytatjuk a műveletet addig, amíg a törtrész nulla nem lesz, vagy amíg el nem értük a kellő számú "kettedes"-jegyet. Nézzük a

példát!


46

0,4140625

0,828125 0 0,4140625 szorozva kettővel 0,828125, egészrésze 0






1 1 0,5 szorozva kettővel 1, egészrésze 1

0

Az egész részeket felülről lefelé haladva kell a "kettedes" vessző után

írni:

0,4140625=0,01101012

AlapműveletekAlapműveletekAlapműveletekAlapműveletek

Összeadás kettes számrendszerbenÖsszeadás kettes számrendszerbenÖsszeadás kettes számrendszerbenÖsszeadás kettes számrendszerben

A kettes számrendszerben az összeadáshoz csak néhány műveleti

szabályt kell ismerni, sokkal kevesebbet, mint bármely más

számrendszerben.

02 +02 =02 12 +02 =02 +12 =12

12 +12 =102 12 +12 +12 =112

E szabályok alkalmazására nézzünk egy újabb példát:

1 0 0 1 1 02

1 0 0 1 1 12

1 0 0 1 1 0 12


47

Szokás szerint balról jobbra haladunk. A 0. biten 02 +12 =12 nincs átvitel, mert az eredmény egyjegyű. Az első biten 12 +12 =102 átvitel 1,

a következő bitre.


48

A második biten 12 +12 +12 =112 a harmadik egyes, az előző bitről lett

áthozva, az átvitel 1. A harmadik biten 02 +02 +12 =1, nincs átvitel. A negyedik biten 02 +02 =02 nincs átvitel. Az ötödik biten 12 +12 =102,

ahol mind a két számjegyet le kell írni, mivel elfogytak az összeadandók.

Szorzás kettes számrendszerbenSzorzás kettes számrendszerbenSzorzás kettes számrendszerbenSzorzás kettes számrendszerben

A többjegyű számok szorzását gyakorlatilag ugyanúgy kell elvégezni,

mint a tízes számrendszerben, azonban mivel csak 0 és 1 létezik, vagy

nulla az eredmény, vagy az eredeti számot kell leírni. Nézzük a példát!

1 0 12 * 1 1 02

0 0 0

1 0 1

1 0 1

1 1 1 1 02

A részsorok összeadásához a már megismert módszert kell követni!

Negatív számok ábrázolNegatív számok ábrázolNegatív számok ábrázolNegatív számok ábrázolása kettes számrendszerbenása kettes számrendszerbenása kettes számrendszerbenása kettes számrendszerben

A számítógép előjeles számok ábrázolására az ún. kettes komplemens

képzést használja. Az előjel a legelső biten jelenik meg, ez "elvész " a

számábrázolás számára. 0 a pozitív, 1 a negatív előjel bit.

Legegyszerűbb lenne, ha a pozitív megfelelőben az előjelet kicserélve képeznénk a negatív számot. Ez a módszer azonban nem jó. Helyette

használatos a fentebb említett kettes komplemens. A kettes

komplemens működéséhez nézzük meg "ugyanezt" tízesben először.

Tegyük fel, hogy csak egy számjegyet használunk.

8 8

-3 7

5 1 5

Majdnem ugyanaz az eredmény a második esetben is, de nem kell tudni

kivonni hozzá. Persze kérdés, hogy a 15-ben az egyessel mi lesz. Azt

mondjuk túlcsordult. Az ötlet tehát az, hogy a negatív számhoz adjuk

hozzá a legnagyobb ábrázolható számot (9) és még egyet (9+1=10).


49

Ez a szám a jótékony túlcsordulás miatt pont úgy viselkedik, mint a negatív szám. Sajnos a kettes komplemensben adódnak még némi

problémák, de az elv ugyanaz. Nézzük hogyan kell kettes komplemensben ábrázolni a számokat!

Példáinkban nyolc bitet használunk, azaz az első bit az előjel és 7 bit marad a számábrázolásra. Ilyen módon a legnagyobb pozitív szám 127,

a nullánál nagyobb számoknál csak annyi a feladat, hogy eléírjuk a 0

előjel bitet.

Pl.: 115=011100112

A negatív számok felírása kicsit bonyolultabb. Három módszert is mutatunk. Próbáljuk ki őket a -115-tel.

I. módszer I. módszer I. módszer I. módszer (Ez nem más, mint amit a tízes számrendszerben csináltunk.):

A legnagyobb ábrázolható pozitív szám a 127. Plusz 1-et adjunk hozzá, a -115-höz. Az eredmény 13. Ez binárisban: 0001101, eléírva az 1-es

előjel bitet a következő lesz:

-115=100011012

II. módszer: II. módszer: II. módszer: II. módszer:

Először írjuk fel a szám abszolút értékét binárisan!

011100112

Váltsuk át az összes bitet ellenkezőjére, azaz az egyeseket nullára, a

nullákat egyesre!

100011002

Adjunk hozzá egyet a számhoz!

100011012 III. módszer: III. módszer: III. módszer: III. módszer:

Először írjuk fel a szám abszolút értékét binárisan!.

011100112

Jobbról indulva az első 1-ig (az 1 is) hagyjuk változatlanul, a többit

pedig váltsuk ellenkezőjére.!

100011012

Mindhárom módszer ugyanazt az eredményt adja. Próbáljuk ki, hogy ez a szám valóban úgy viselkedik, mintha negatív lenne. (Például adjuk

hozzá a 115-höz. Az eredmény valóban nulla lesz.) Ha látunk egy kettes komplemens számot hogyan alakíthatjuk át tízes

számrendszerbe? Ha az előjel bitje nulla, tehát a szám pozitív a már ismert módszert alkalmazhatjuk a maradék hét bitre. Ha azonban az

előjel bit 1, vagyis a szám negatív az átváltás nem ennyire egyszerű. Tulajdonképpen a fenti három módszer visszafelé eljátszásával

próbálkozhatunk. (A harmadik módszert nem lehet megfordítani csak az első kettőt!)

1. Válasszuk le az előjel bitet és vonjunk ki a számból egyet. 2. Vonjuk ki a kapott számot 128-ból, így megkapjuk a negatív

számunk abszolút értékét.

2.5. ii. generációs számítógépek (tranzisztor)2.5. ii ... · 2. az űrkutatásban is nagy...

Documents