bevezetés - történelemaries.ektf.hu/~emod/bevinfo/02-tortenelem.2.1.pdf · 2005. szeptember 16,...

B

alog

h, L

őren

tey:

Arc

hite

ktúr

ák és

ope

ráci

ós re

ndsz

erek

– 2

005–

2006

. első

félév

Architektúrák ésoperációs rendszerek:Bevezetés - Történelem

Balogh ÁdámLőrentey Károly

Eötvös Loránd TudományegyetemInformatikai Kar

Algoritmusok és Alkalmazásaik Tanszék

Bevezetés - Történelem2005. szeptember 16, 16:01 2. oldal B

alog

h, L

őren

tey:

Arc

hite

ktúr

ák és

ope

ráci

ós re

ndsz

erek

– 2

005–

2006

. első

félév

1. Bevezetés2. A számológépek története3. A számítógépek kezdetei4. Elektroncsöves gépek (1. generáció)5. Tranzisztoros gépek (2. generáció)6. Integrált áramkörök (3. generáció)7. A mikroprocesszor (4. generáció)8. A jövő számítógépei

Tartalomjegyzék


alog

h, L

őren

tey:

Arc

hite

ktúr

ák és

ope

ráci

ós re

ndsz

erek

– 2

005–

2006

. első

félév

A vákumcsövek• Nicolas Tesla, 1887• Izzólámpához hasonló elektronikai készülékek• 1904: a dióda– Az izzó katódról a vákumban

elektronok szabadulnak fel– Egy pozitív töltésű fémlap a

vákumon keresztül az elektronokat magához vonzza– Visszirányú áramfolyás nem

lehetséges– Az eszköz tehát csak egy

irányba vezet áramot

e-

e-

e-

e-

Katód (-)

Anód (+)


alog

h, L

őren

tey:

Arc

hite

ktúr

ák és

ope

ráci

ós re

ndsz

erek

– 2

005–

2006

. első

félév

A vákumcsövek• 1906: a trióda– A katód és az anód közé egy

harmadik vezetőt (rácsot) helyezünk– A rácson az elektronok akadály

nélkül áthaladnak– A rácsra kapcsolt kis feszültséggel

vezérelhetjük a katód és az anód között folyó áram nagyságát– Az eszközzel feszültségerősítőt

építhetünk– Negatív feszültséggel akár

ki is kapcsolhatjuk az áramfolyást• Reléhez hasonló működés!

Katód (-)

Anód (+)

e-

e-

e-

e-


alog

h, L

őren

tey:

Arc

hite

ktúr

ák és

ope

ráci

ós re

ndsz

erek

– 2

005–

2006

. első

félév

A vákumcsövek

Katód (-)

Anód (+)

e-

e-

e-

e-

• Pozitív rácsfeszültség esetén az elektronok szabadon folyhatnak

• Negatív rácsfeszültség esetén az elektronok nem jutnak át a rácson, áram nem folyik

Katód (-)

Anód (+)

e-e-e-

e-


alog

h, L

őren

tey:

Arc

hite

ktúr

ák és

ope

ráci

ós re

ndsz

erek

– 2

005–

2006

. első

félév

A vákumcsövek• Millió egyéb ötlet, ezer alkalmazás– Rádiók, televíziók, számítógépek– Radar, műholdak– Katódsugárcsöves (CRT) megjelenítők– Mikrohullámú sütők– Röntgenkészülékek

• Napjainkban újra divatos kutatási téma– Integrált áramkörökbe épített miniatűr vákumcsövek– Hideg katód, az elektronok nanoléptékű tűk hegyein lépnek ki•Az elvi működés pontosan ugyanaz

– A tűket fullerén csövek segítségével állítanák elő– Várható alkalmazások: mikrohullámú eszközök (vezeték

nélküli kommunikáció), lapos kijelzők


alog

h, L

őren

tey:

Arc

hite

ktúr

ák és

ope

ráci

ós re

ndsz

erek

– 2

005–

2006

. első

félév

A vákumcsövek• A vákuumcsövek az 1940-es évek közepére váltak elég

megbízhatókká ahhoz, hogy számítógépekben a relék helyett használhatóak legyenek• Előnyök– Tisztán elektronikus elvű működés– Nincs mozgó alkatrész– Nagyságrendekkel gyorsabb kapcsolás

• Hátrányok– Kényes, törékeny, megbízhatatlan szerkezet– A katód felfűtése, lehűlése során gyakoriak a meghibásodások– A vákum hibái előbb-utóbb a katód elhasználódásához

vezetnek– Jelentős hőkibocsátás, energiapazarló működés


alog

h, L

őren

tey:

Arc

hite

ktúr

ák és

ope

ráci

ós re

ndsz

erek

– 2

005–

2006

. első

félév

Vissza a Bletchley parkba• Nem csak az Enigma okozott gondokat!• A német elit hadvezetés kommunikációs céljaira

távírógépeket használtak– Speciális elektromechanikus kódoló/dekódoló gépekkel

kiegészítve (Lorenz SZ 40, ill. SZ 42)–A gép pszeudovéletlen számsorozattal kombinálja (XOR)

a távíró-üzenetet–A fogadóoldalon a véletlen számsorozat ismeretében

előállítható az eredeti üzenet– 1.6 x 1019 számú különböző kombináció– 1000 próba/mp esetén a próbálgatásos megfejtés 500

millió évig tartana


alog

h, L

őren

tey:

Arc

hite

ktúr

ák és

ope

ráci

ós re

ndsz

erek

– 2

005–

2006

. első

félév

A Lorenz SZ42 távíró-kódoló


alog

h, L

őren

tey:

Arc

hite

ktúr

ák és

ope

ráci

ós re

ndsz

erek

– 2

005–

2006

. első

félév

Bletchley park: A Colossus• 1942 január: a Lorenz gép működésének megfejtése– Pusztán az üzenetek megfigyelése alapján– A háború végéig a kódfejtők nem is látták a gépet– A kódtörést az véletlenszám-generáló algoritmus és az operátorok

hibái tették lehetővé

• 1944: Colossus Mark I (január), Mark II (június)– Tommy Flowers– Első elektronikus digitális számítógépek– 1500 vákumcső– Korlátozott kapcsolótáblás programozhatóság• Nem Turing-teljes gépek!

– Lyukszalagos adatfeldolgozás– 5000 karakter (12 méter szalag) másodpercenként


alog

h, L

őren

tey:

Arc

hite

ktúr

ák és

ope

ráci

ós re

ndsz

erek

– 2

005–

2006

. első

félév

Bletchley park: A Colossus


alog

h, L

őren

tey:

Arc

hite

ktúr

ák és

ope

ráci

ós re

ndsz

erek

– 2

005–

2006

. első

félév

Bletchley park: A Colossus• A háború végéig tíz gép készült el– A vákumcsövek megbízhatatlansága miatt a háború végéig

folyamatosan bekapcsolva tartották őket

• A gépek többségét a háború után elpusztították– Churchill: „pieces no bigger than a man's hand”– Egy-két gép a hatvanas évekig üzemben maradt (kiképzés)

• A számítógépek fejlődésére gyakorolt közvetlen hatása minimális– 1976-ig a Colossus léte is szigorú titok maradt– A részletes dokumentáció csak 2000 óta hozzáférhető– A projekt résztvevői a tapasztalataikat később máshol

kamatoztathatták


alog

h, L

őren

tey:

Arc

hite

ktúr

ák és

ope

ráci

ós re

ndsz

erek

– 2

005–

2006

. első

félév

• Electronic Numerical Integrator and Computer• Első teljesen elektronikus Turing-teljes számítógép• Tervezők: J.P. Eckert, J.W. Mauchly (University of

Pennsylvania)• Második világháborús célokra–Ballistic Research Laboratory–Cél: tüzérségi pályaív-táblázatok

számítása– 1943: projekt kezdete; átadás 1946 februárban–Első feladatai: hidrogénbombával kapcsolatos

számítások• Folyamatos üzemben 1955 októberig

USA, 1946-1955: ENIAC


alog

h, L

őren

tey:

Arc

hite

ktúr

ák és

ope

ráci

ós re

ndsz

erek

– 2

005–

2006

. első

félév

1946-1955: ENIAC


alog

h, L

őren

tey:

Arc

hite

ktúr

ák és

ope

ráci

ós re

ndsz

erek

– 2

005–

2006

. első

félév

1946-1955: ENIAC• Tekintélyes fizikai paraméterek– 17468 vákumcső, 7200 kristálydióda, 1500 relé, 70000 ellenállás,

10000 kondenzátor, ötmillió kézi forrasztású kapcsolat– 30 tonna, 167 m2, 160 kW– Másodpercenként néhány száz művelet– Mai ekvivalens: 0.5mm2 méretű szilíciumdarabka– Programozás huzalozótáblával és kapcsolókkal– 20 szavas, 10 decimális jegyű memória– Kimenet/bemenet lyukkártyákkal– Erősen párhuzamos rendszerű•Célfeladat: táblázatszámítás•Nehézkesen programozható


alog

h, L

őren

tey:

Arc

hite

ktúr

ák és

ope

ráci

ós re

ndsz

erek

– 2

005–

2006

. első

félév

1946-1955: ENIAC• Kezdetben naponta több vákumcső tönkrement– Főleg bemelegedés közben– A gépet a Colossusokhoz hasonlóan egészen 1955-ig sosem

kapcsolták ki– Eredmény: Kétnaponta egy hiba, elfogadható– Hetente 100 órányi munka

• Építése közben már nyilvánvaló volt, hogy a tárolt programú gépeké a jövő– Egyedi gép, hasonlót többet nem gyártottak

• Az átadásakor a háborúnak vége– A projekt nyilvánosságra kerül, óriási sajtóvisszhanggal– Nyári iskola érdeklődő tudósoknak– A számítógépek nem hadititkok többé


alog

h, L

őren

tey:

Arc

hite

ktúr

ák és

ope

ráci

ós re

ndsz

erek

– 2

005–

2006

. első

félév

1951-1962: EDVAC

• Electronic Discrete Variable Computer• Az ENIAC tapasztalataiból kiindulva–Az ENIAC még el sem készült, mikor az EDVAC

tervezéséhez hozzáláttak–Eckert & Mauchly tervei, Neumann János konzultáns–Tárolt programú számítógépek elve

• 1944: első tervek; átadás 1949 augusztusában– 1951-ig különböző problémák miatt nem állt üzembe

• 1951-től 1962-ig működésben állt–Rendkívül megbízható: 1961-ben 145 óra hasznos

munkát végzett hetente


alog

h, L

őren

tey:

Arc

hite

ktúr

ák és

ope

ráci

ós re

ndsz

erek

– 2

005–

2006

. első

félév

1951-1962: EDVAC


alog

h, L

őren

tey:

Arc

hite

ktúr

ák és

ope

ráci

ós re

ndsz

erek

– 2

005–

2006

. első

félév

1951-1962: EDVAC

• Tárolt programú digitális számítógép–Majdnem az első ilyen gép•Neumann János leírásának hatására épült brit EDSAC

1949-ben már működik (Cambridge, Maurice Wilkes)

–Négycímű utasítások•Két operandus-cím, egy eredménycím, plusz a következő

végrehajtandó utasítás címe

– 44 bites szóhosszúság•Hangterjedés sebességének viszonylagos lassúságát

kihasználó higanytartályos memóriatankok• 128 db, egyenként 8 szót tároló hosszú tank, 6 db egyszavas

rövid tank, plusz kiegészítő mágnesdob–Mágnesszalagos kimenet/bemenet


alog

h, L

őren

tey:

Arc

hite

ktúr

ák és

ope

ráci

ós re

ndsz

erek

– 2

005–

2006

. első

félév

Neumann János• 1903-1957, magyar származású

matematikus és fizikus• Igazi csodagyerek, hatévesen már

nyolcjegyű számokat oszt fejben• 23 évesen doktorátust szerez az ELTE-n,

eközben kémiát is tanul Svájcban, és oktat Berlinben

• 1930-ban meghívják Princetoni Egyetemre• 1933: Az Institute of Advanced Study alapító tagja– 1936-38-ig Alan Turing itt írja disszertációját (Church vezetésével)

• 1937: USA állampolgárság


alog

h, L

őren

tey:

Arc

hite

ktúr

ák és

ope

ráci

ós re

ndsz

erek

– 2

005–

2006

. első

félév

Neumann János eredményei

• Jelentősek függvényanalízisbeli és halmazelméleti felfedezései• A játékelmélet atyja• A Manhattan projekt munkatársa• A kvantummechanika elméleti megalapozója• A Neumann-architektúra népszerűsítője• Önreprodukáló sejtautomaták kitalálója• A merge sort feltalálója• stb., stb., stb.


alog

h, L

őren

tey:

Arc

hite

ktúr

ák és

ope

ráci

ós re

ndsz

erek

– 2

005–

2006

. első

félév

A Neumann-architektúra• Neumann-architektúra– A tárolt programú számítógép elve– A programkódot és a feldolgozás alatt álló adatokat ugyanaz az

eszköz tárolja– A kód és az adat csak értelmezésében tér el, fizikai

megvalósításában ugyanaz– Neumann népszerűsíti az ötletet• 1945 június 30: First Draft of a Report on the EDVAC•Nem Neumann találmánya!– Eckert és Mauchly az ENIAC tervezése közben már eljutottak hozzá– Emlékeztető: Zuse már 1937-ben szabadalmat nyújtott be az ötletre

•Neumann ismerte fel igazán az ötlet jelentőségét

• Valamennyi mai számítógép Neumann-elven működik


alog

h, L

őren

tey:

Arc

hite

ktúr

ák és

ope

ráci

ós re

ndsz

erek

– 2

005–

2006

. első

félév

1951: Az UNIVAC• Az első kereskedelmi forgalomban lévő számítógép– Ismét J. Prespert Eckert és John Mauchly– Remington Rand cég (ma Unisys)– Az UNIVAC szó évekig a számítógép szinonimája volt

• 1951: az első UNIVAC-ot átadját az USA népszámláló hivatalának• 1952: egy UNIVAC sikeresen megjósolja az

elnökválasztás kimenetelét– Eisenhower nagy meglepetésre győz, látványos demonstráció

• Összesen 46 darabot gyártottak, ára: 1250000–1500000$– Az egyetemek számára ez még túl drága volt– Egyes példányok 1970-ig használatban voltak


alog

h, L

őren

tey:

Arc

hite

ktúr

ák és

ope

ráci

ós re

ndsz

erek

– 2

005–

2006

. első

félév

1951: Az UNIVAC


alog

h, L

őren

tey:

Arc

hite

ktúr

ák és

ope

ráci

ós re

ndsz

erek

– 2

005–

2006

. első

félév

1951: Az UNIVAC

• 5200 vákumcső, 13 tonna, 125 kW, 35 m2

• 1906 művelet másodpercenként (2.25 MHz)–Összeadás 525 μsec, szorzás 2150 μsec

• 1000 db 12 karakteres memóriacella–Decimális számjegyek vagy betűk– 100 memóriatankok, egyenként 10 szóval

• Mágnesszalagos kimenet/bemenet• Az IBM lyukkártyás gépeinek versenytársa–Üzleti/ügyviteli célokra készült, nem számolásra–Kezdetben nem is volt lyukkártya-olvasója


alog

h, L

őren

tey:

Arc

hite

ktúr

ák és

ope

ráci

ós re

ndsz

erek

– 2

005–

2006

. első

félév

1952: IBM 701

• Az IBM első kereskedelmi forgalomban lévő tudományos célú számítógépe– 2048 db 36 bites szó (72 db 1024 bites williams-cső)– 19 db készült belőle

• „Williams-csövek”–Katódsugárcsöves kijelző alapú adattároló eszköz–Elektrosztatikus adattárolás•A képernyő foszforrétege egy kis ideig megőrzi a ráadott

töltést, ez később kiolvasható marad• RAM memória, nem ciklikus rendszerű•A mai DRAM-okhoz hasonlóan folyamatos frissítést igényel

–Megbízhatatlan, kényes készülék


alog

h, L

őren

tey:

Arc

hite

ktúr

ák és

ope

ráci

ós re

ndsz

erek

– 2

005–

2006

. első

félév

Williams-csövek

• Frederic Williams


alog

h, L

őren

tey:

Arc

hite

ktúr

ák és

ope

ráci

ós re

ndsz

erek

– 2

005–

2006

. első

félév

1954: IBM 650

• A világ első tömeggyártású számítógépe– 1954-1962-ig több mint 2000-et gyártottak belőle– Decimális, ügyviteli célú számítógép– Forgódobos memória, 2000 tízjegyű szó– 900 kg számítógép, 1350 kg tápegység, 500 000 $

• Egyetemekre is eljutott– Jókora akadémiai kedvezmény– Számos sikeres kutató rajta tanult programozni– Donald E. Knuth 1968-ban a Case Institute of Technology IBM

650-es számítógépének ajánlja híres A számítógép-programozás művészete c. könyvsorozatát, „az együtt töltött szép esték emlékére”


alog

h, L

őren

tey:

Arc

hite

ktúr

ák és

ope

ráci

ós re

ndsz

erek

– 2

005–

2006

. első

félév

1954: IBM 650


alog

h, L

őren

tey:

Arc

hite

ktúr

ák és

ope

ráci

ós re

ndsz

erek

– 2

005–

2006

. első

félév

A forgódobos memória• A mágneslemezek elődje• Operatív memóriának használták, nem háttértárnak!• Ferromágneses bevonatú forgó henger• Rögzített pozíciójú író-olvasó fejek sora• A forgódobra történő optimalizálás az 1950-60-as évek jellegzetes

szórakozása volt


alog

h, L

őren

tey:

Arc

hite

ktúr

ák és

ope

ráci

ós re

ndsz

erek

– 2

005–

2006

. első

félév

Az első programozási nyelvek

• 1954-57: FORTRAN–Az első magas szintű programozási nyelv– IBM, John W. Backus–Tudományos számítási feladatokra• Beépített komplex típus!

–Már az első fordítóprogram is optimalizált kódot állított elő–Hatalmas mennyiségű FORTRAN programkód

készült•Óriási méretű numerikus programcsomagok•A mai napig széles körben használják


alog

h, L

őren

tey:

Arc

hite

ktúr

ák és

ope

ráci

ós re

ndsz

erek

– 2

005–

2006

. első

félév


• 1958: LISP– John McCarthy, MIT– Első implementáció: 1960, IBM 704– Mesterséges intelligencia kutatások, szimbólum-manipuláció– Az if-then-else konstrukció első megjelenése– Funkcionális, deklaratív programozási stílus– Automatikus szemétgyűjtés– Teljesen zárójelezett szintaxis•A szintaxis egybeesik a nyelv alapvető adatszerkezetével•A programkód adatként kezelhető, manipulálható•Gazdag nyelvi kiterjesztési lehetőség (makrók)

– Sok tekintetben még mindig előtte jár a mai „modern” nyelveknek


alog

h, L

őren

tey:

Arc

hite

ktúr

ák és

ope

ráci

ós re

ndsz

erek

– 2

005–

2006

. első

félév


• 1959: COBOL– Bizottság tervezte a Pentagon megbízásából– Common Business Oriented Language– Ügyviteli adatfeldolgozás céljaihoz illeszkedő•Kiváló adatleíró és fájlkezelő képességek• Sok bevett programozási eszköz hiányzik– Lokális és dinamikus változók, rekurzió, struktúrált programozás

•Angol nyelvű szöveghez hasonló, bőbeszédű szintaxis– A cél: a programokat bárki képes legyen megérteni– C := (A + B) / 2: ADD A B GIVING C. DIVIDE 2 INTO C.

– Bámulatosan sikeres nyelv• 1990-es évek vége, Gartner Group-felmérés:

A valaha írt összes programkód 80%-a COBOL-ban íródott• Y2K-probléma


alog

h, L

őren

tey:

Arc

hite

ktúr

ák és

ope

ráci

ós re

ndsz

erek

– 2

005–

2006

. első

félév


• 1958: ALGOL–Algorithmic Language–Évtizedekig az algoritmusok közzétételének de facto

szabvány nyelve volt–Pascal-szerű szintaxis (illetve persze fordítva)•A begin/end blokkok megjelenése•Niklaus Wirth eredetileg ALGOL dialektust tervezett

–Gazdag vezérlési szerkezet-család–Az első változatokból hiányzottak a szabványos I/O

műveletek•Nem ügyviteli célú nyelv!

–Napjainkra már csak nyomokban maradt fenn

bevezetés - történelemaries.ektf.hu/~emod/bevinfo/02-tortenelem.2.1.pdf · 2005. szeptember 16,...

Documents