2011. április 11., hétfő

A mai számítógépek (IBM PC) felépítése (1. Bevezető - A kezdetek)

Új sorozatot indítok el a blogon, amelyben a számítógépünk felépítését fogjuk megnézni. Bár ez nem pontosan Windows téma, de alapvető hogy ismerjük a gépünket valamennyire, amit használunk. Mi értelme virtuális memória beállításáról beszélnünk, ha nem tisztáztuk azt hogy egyáltalán mi az a memória? A mai bejegyzésben
felvezetem a témát, megnézzük honnan is indultak a számítógépek illetve ma hol tartunk!

Megj.: Nem célom egy teljeskörű leírás készítése, hiszen rengeteg nagy név köthető a számítógépek fejlődéséhez. Inkább ízelítőt kívánok adni a témából, kiragadva egy-egy példát. Azt szintén apróbetűvel jegyzem meg, szinte minden forrás más gépet jelöl meg valamiben az elsőnek, minden kis felfedezést és eredményt másnak tulajdonítanak elsőként, így nem szeretnék ezzel kapcsolatban túl merev kijelentéseket tenni (valószínűleg egy kicsit mindenkinek igaza van). Akinek felkeltettem az érdeklődését, számukra igyekeztem linkekkel tűzdelni a szöveget a további információkért. Ezek a linkek ahol lehet, magyar forrásra hivatkoznak. Kellemes olvasgatást kívánok!

A számítógép története 

Az igény régóta létezett, hogy olyan gépeket használhassunk, amelyek bonyolult számításokat végeznek el emberihez képest töredék idő alatt.

A számítógépek elődjének a számológépeket tekintjük, amelyek egyszerűbb matematikai művelet elvégzésére képesek. A fő különbség a kettő között az, hogy a számológépek az előre beléjük programozott műveletekkel képesek csak dolgozni és korlátozottak a hardveres és szoftveres bővítési lehetőségeink, nem képesek új programok futtatására ellentétben a számítógépekkel. Ez a határvonal manapság egyre inkább elmosódni látszik.

A számológép legkorábbi formája az lehetett, amikor saját ujjunkon elkezdtünk számolni (ebből fakad a digit szó dupla értelmezése is, amely számjegyet és ujjat is jelent). Ezt követte az abakusz az ókorban, majd a papír feltalálásával az írásban számolás volt használatos, illetve kultúránként eltérő eszközök is felbukkantak (legegyszerűbb mint pl. kövek használata és egyéb számolótáblák ill. abakusz-változatok). Nagyobb ugrást a logarléc (1620-1630) jelentett, amellyel skálázott, mozgatható lécek segítségével és a logaritmusra alapozva képes volt szorzás, osztás, négyzetre-, köbre emelés, négyzet-, illetve köbgyök vonás, logaritmus számítás és akár trigonometriai függvények eredményének kiszámítására is.

Nagyjából ezidőben építette meg Pascal a mechanikus számológépét (1642-1644), amelyen több finomítást és változtatást is eszközöltek (pl. Leibniz által, amely segítségével a szorzás, osztás, gyökvonás műveletet is el tudta végezni már a gép). Gyakorlatilag az első, megbízható mechanikával működő és elterjedtebb gépek az 1820-as évektől érkeznek. Ekkor (1821) állt elő Babbage a korát megelőző differenciálgép (amely anyagi, finommechanikai és személyes okokból végül sosem épült meg teljesen, ám a rekonstrukció alapján működőképes volt) és később az analitikus gép tervével, melyhez inspirációt jelentett részben Jacquard szövőgépe is, amely lyukkártyával volt vezérelhető (1801). Fontos volt még Hollerith gépe is, amellyel az 1890-es USA-beli népszámlálás adatait dolgozta fel 6 hét alatt (az előre jósolt akár 6-10 vagy több év helyett). Az általa alapított cégből nőtte ki magát fúziók során az IBM.

Analitikus gép

A XX. század elején már egyszerű gombnyomásra működő számológépek is épültek, majd az 1940-es és 50-es évektől az elektroncső és a tranzisztor technológia segítségével később (1970-es évek) megjelennek az első zsebkalkulátorok is és ez a technológia teszi lehetővé az első általános célú, elektronikus és digitális (tehát már nem mechanikus és analóg!) számítógépek megjelenését.

A második világháború idejére tehetjük az első ilyen gépek felbukkanását. Ezen gépek előszeleként tekintjük Turing 1936-os dolgozatát egy elvi digitális számítógépről, számára később is jutott bőven szerep ebben a történetben. Többnyire nagy termeket töltöttek meg több tonnás össztömegükkel, elektroncsövekkel működtek (egyhuzamban nem sokáig a gyakori meghibásodások miatt) és körülményes volt a kezelésük is. Akkoriban ballisztikus röppályák kiszámításához vagy ellenséges kód megfejtéséhez volt rájuk szükség elsősorban és csak a '60-as évek elején következett egy merőben modernebb generáció utánuk. Az első ilyen gép az ABC volt 1939-ben, bár nem volt képes külső program beolvasására. Ezt követte a Mark I és II (1944, 1945) illetve a ma talán legismertebb: az ENIAC (1946). A korszak legnagyobb úttörőinek neve között mindenképpen meg kell említenünk Neumann Jánost, aki korán felismerte a róla elnevezett Neumann-elveket, azaz minek kell megfelelnie egy számítógépnek, különös tekintettel a tárolt program jelentőségére ill. hogy az adatok és utasítások egy egységes tárban tárolódjanak. Ennek a felismerésnek hatására született az EDVAC nevű gép (1949-ben fejezték be, 1951-től működött).

ENIAC  
A korai szárnypróbálgatások után felgyorsultak az események.  1951-ben az ENIAC fejlesztői megépítették az UNIVAC-ot, amelyből összesen 46-ot építettek, ami ebben az időben hatalmas mennyiség volt (tekintve ezen gépek méretét és árát). Az IBM ennek megjelenésekor döntött úgy, bekapcsolódik a versenybe (eddig kizárólag egyszerűbb lyukkártyás adatfeldolgozó gépeket épített). Ennek első eredménye az IBM 701 (1952) volt, amelyet nagyjából 2 év alatt fejlesztettek ki - ez önmagában nagy teljesítmény volt.

IBM 701
Később erre a gépre alapozva az IBM a 700-as sorozattól válik az ipar vezető szereplőjévé. Erre a gépcsaládra (pontosan az IBM 704-re) jelenik meg elsőként egy "magasabb" szintű (gépi kódhoz képest) programnyelv, a Fortran.

Az elektroncsöves számítógépek (azaz az első generáció) az 50-es évek végére lassan, de biztosan eltünedeztek. A technológia gyors fejlődésének köszönhetően (1947: a tranzisztor feltalálása) gyorsan váltották őket a diódákra és tranzisztorokra épülő modellek, a második generáció. Ezek sokkal kisebb helyen is elfértek, kevesebb energiát fogyasztottak és kevésbé melegedtek, itt jelent meg a cserélhető lemez. Az első ilyen gépet a University of Manchester-en ("Manchesteri Egyetem") építették. Ekkor már az IBM mellett több más gyártó is elkezdett élénken érdeklődni a téma iránt, azonban az IBM még mindig a legnagyobb szereplő volt: az IBM 1401 önmagában a piac harmadát uralta. Ezt a gépet egészen 1971-ig forgalmazták és életciklusa során több mint tízezer darabot értékesítettek belőle!

A 60-as évek második felére azonban ismét váltás következett. Az IBM 360/40 képében, 1964-ben megérkezett az első integrált áramköröket (IC: 1958 - Jack Kilby, Texas Instruments, ill. tőle függetlenül Robert Noyce -Moore mellett az Intel alapítója- szintén ezidőben készítette el) használó gép, a harmadik generáció első tagja. Ennek hatására folytatódott a trend: kisebb, takarékosabb, gyorsabb, megbízhatóbb, könnyebben "sorozatgyártható" gépek születtek. A felismerés volt a legfontosabb, hogy a nagyobb integráltság következtében lecsökkentek a távolságok is az alkatrészen belül, gyorsabbá vált a működés és egyre több minden fért el egyre kisebb helyen (egyébként ez a kicsinyítés napjainkban is folytatódik, és körülbelül 10-20 év múlva eléri fizikai korlátait).

IBM 360/40 (a kép az IBM tulajdona)
Hogy érezzük, milyen sebessége volt ezeknek a gépeknek: a példában említett IBM 360/40 egy másodperc alatt két ötjegyű, tízes számrendszerbeli szám összeadása műveletetből 24.600-at, bináris, 16 bit hosszúságú számok összeadása műveletből 133.300-at, míg pl. fixpontos szorzásból 12.000-et volt képes elvégezni.

A legnagyobb áttörést a Moore és Noyce által 1968-ban alapított Intel érte el. Bár kezdetben csak félvezetőket (leginkább statikus RAM chipeket) gyártottak, ők készítették az első, kereskedelmi forgalomban kapható mikroprocesszort, az Intel 4004-et 1971-ben (melynek fejlesztését egyébként a magyar származású Leslie L. Vadász, azaz Vadász László nevéhez köthetjük, aki vezette a MOS fejlesztői részleget ekkor az Intel-nél). 4 bites felépítésű volt és órajele nem érte el az 1 MHz-et (pontosan 740 KHz volt). Ezt a Japán Busicom számára fejlesztették számológépekhez, azonban más területeken is felhasználták.

Intel 4040 mikroprocesszor


Ennek a processzornak a megszületésétől számítjuk a jelen (negyedik) generáció kezdetét. Kezdetben a mikroprocesszorok iránt nem volt nagy az érdeklődés, és az Intel sem erre helyezte a hangsúlyt. Azonban ahogy főként japán gyártók is megjelentek a saját félvezetőikkel a piacon, a verseny miatt egyre kevesebb profit volt ebben a szegmensben. Az Intel látva az új viszonyokat, nagyobb erőket helyezett a mikroprocesszor üzletágra a '80-as években a magyar származású Andrew Grove (Gróf András) vezetése alatt - és ma már tudjuk, bizony jó lóra tett.

Új korszak kezdődött, amelyben a technológia alapvető része lett mindennapjainknak, olyannyira, hogy erről talán maguk a mérnökök sem álmodtak. Ám erről többet majd a kövekező bejegyzésben.

Források:
http://en.wikipedia.org/wiki
http://en.wikipedia.org/wiki/Computer
http://hu.wikipedia.org/wiki/Számítógép
http://en.wikipedia.org/wiki/Intel_Corporation
http://en.wikipedia.org/wiki/History_of_computing_hardware
http://www.info.piar.hu/08/02torten.html

Nincsenek megjegyzések:

Megjegyzés küldése

Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...