Az informatika fejlődése
Út a "kavicsos számolástól" a számítógépekig#
A tudomány fejlődésével a műveletek (például számolások) megkönnyítése és az automatizálás egyre fontosabb kérdés lett, amikre nagyon sok megoldás született.
Ebben a fejezetben áttekintjük az informatika fejlődésének legfontosabb állomásait a kezdetektől egészen napjainkig.
Mechanikus számológépek, számítógépek, automatizálások#
Mezopotámiai abakusz#
i. e. VI. században megjelenik az első számolásra használható eszköz az abakusz, amely sínekben mozgatható kövekből állt. A sínek helyiértéket jelöltek, a kövek pedig a számértékeket képviselték.
Oughtred logarléce#
XVIII. században William Oughtred találta fel a logarlécet, ami lehetővé teszi a szorzás, az osztás, a négyzetre- és köbre emelés, a négyzet- és köbgyökvonás, a logaritmus, valamint a trigonometrikus függvények számítását.
Schickard négy alapműveletes gépezete#
1623-ban Wilhelm Schickard olyan fogaskerekes gépet alkotott, amellyel már a négy alapművelet elvégezhető volt. A gép tíz- és egyfogú fogaskerekeket tartalmazott. A műveleteket fogaskerekek és rudak mechanikus mozgatásával lehetett elvégezni.
Pascal összeadó-kivonó gépezete#
1642-ben Blaise Pascal mechanikus összeadó-kivonó számológépet készít, amelyben a fő szerep a fogaskerekeké. Tízes számrendszerre épül, 8 számjegyet kezel. A Pascaline nevet kapta, később sorozatgyártották (7 darab).
Leibniz Pascal-féle számológépe#
1673-ban Gottfried Wilhelm Leibniz tökéletesítette a Pascal-féle gépet a négy alapműveletre, amely közvetlenül végezte el a szorzást és az osztást. Továbbá felvetette a kettes számrendszer célszerűségét.
Jacquard automatikus lyukkártyás szövőszéke#
1808-ban Joseph Marie Jacquard automatikus szövőszéket tervezett, ahol a bonyolult minták szövését fából készült vékony, megfelelően kilyuggatott lapok vezérelték (lyukkártya).
Egy Jacquard-féle lyukkártya minta
Colmar mechanikus számológépe#
1820-ban Charles Xavier Thomas de Colmar megalkotta az első kereskedelmi forgalomba kerülő, széles körben elterjedt mechanikus számológépet. Négy alapműveletet tudta, üzleti siker lett.
Babbage lyukkártyás számítógépe#
1822-ben Charles Babbage mechanikus, digitális számítógépet tervezett, amely vezérléssel (program) "akármilyen" matematikai feladatot (műveletsorozatot) képes volt végrehajtani. Ezt már vezérelhetősége miatt számítógépnek (tehát nem számológép) tekinthetjük. A vezérlés lyukkártyával történt.
Hollerith lyukkártyás statisztikai gépezete, az IBM atyja#
1886-ban Herman Hollerith lyukkártyás statisztikai táblázat feldolgozására alkalmas gépet készített, amelyet az 1890-es amerikai népszámlálásban fel is használtak.
Egy Hollerith-féle lyukkártya
1896-ban megalapította a Tabulating Machine Company-t.
1911-ben több vállalat egyesülésével létrejött a Computing-Tabulating-Recording Company (C-T-R) nevű vállalat, melyet 1924. február 24-én átneveztek "International Business Machines"-re (IBM).
Zuse számológépe#
1936-ban Konrad Zuse megalkotta az első mechanikus számológépet, a Z1-et. Később a Z2-t, amelybe már relés elektromechanikus áramköröket is beépített, majd a Z3-mat, ami az első programvezérlésű, kettes számrendszerben dolgozó, elektromechanikus számítógép.
Az 1942 és 1945 között épített Z4 elektromechanikus számítógép volt az első kereskedelmi forgalomba került digitális számítógép.
Atanasoff tisztán elektronikus számítógépe#
1939-ben John Vincent Atanasoff egy végzős hallgatójával, Clifford Berry-vel megalkotta a csak elektronikus részekből álló, digitális alapú számológépet, az Atanasoff-Berry Computer (ABC)-t. Ezt tekintjük az első számítógépnek.
Turing számítógépe#
1943-ban Alan Turing megalkotta a Colossus számítógépsorozatot, amit a második világháborúban a kódfejtők Lorenz cipher kriptonanalízisére használtak. Ennek a gépezetnek a segítségével el tudták olvasni a német főparancsnokság (OKW) üzeneteit.
A számlálási és logikai műveletekhez elektroncsöveket használtak. 5 kHz-es órajellel dolgozott, azaz 25000 karaktert tudott feldolgozni másodpercenként. Bár ezt tekintik az első programozható elektronikus számítógépnek, a programozása még nem tárolt programmal, hanem átkötésekkel és kapcsolókkal történt.
A második világháború végéig 10-et építettek belőle, a 11.-et megrendelésre.
Aiken elektromechanikus számítógépe#
1937-ben Howard Hathaway Aiken felvetette egy tudományos számológép ötletét, majd 1944-be munkatársaival (IBM cég és a Harvard Egyetem) elkészítették az első elektromechanikus számítógépet.
A MARK I. 16.5 méter hosszú, 35 tonna tömegű gép volt. 1 másodperc alatt 3 összeadást, 6 másodperc alatt 1 szorzást és 12 másodperc alatt 1 osztást végzett.
1946-ben elkészült a MARK II., később a MARK III. és MARK IV. is. Működésük a 2-es számrendszer elvének alkalmazására épült, de még elektromos jelfogókat, reléket tartalmaztak.
Elektromos számítógépek#
Eleinte nagyon kevés számítógép létezett, azok használata is nagyon körülményes volt. Egyszerre csak egy ember "programozhatott rajta", ami úgy nézett ki, hogy a programozó beadta a lyukkártyás programját és annak bemenetét az operátornak, majd amikor órák múlva ő került sorra, az operátor lefuttatta a programot a bemenettel, majd lyukkártyán kinyomta a számítógép a kimenetet, amit átadtak a programozónak. Továbbá maguk a számítógépek sem bizonyultak túl gyorsnak, ez további várakozásra adott okot.
Az első generációnál a meghibásodás is gyakori volt, ennek javításához szakember kellett. A hiba oka általában egy-egy cső kiégése volt.
Látható, hogy mennyire körülményes volt mind a számítógép használata, üzemeltetése, karbantartása és az osztozkodás a programozók között.
1. generációs számítógépek (elektroncsöves, 1943 - 1958)#
Az első teljesen elektronikus számítógép, az ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Calculator), már elektroncsöveket alkalmazott. Az elektronikus gépek gyorsabbak (hisz nincs a számolásnál mechanikus alkatrész) és pontosabbak, mint az elektromechanikusak.
A gépet 17468 darab elektroncső, 70 ezer ellenállás, 7200 kristálydióda, 10 ezer kondenzátor, 4100 relé felhasználásával építették. Működésekor 174000 W teljesítményt vett fel, 2.5 méter magas és 40 méter hosszú (szerelvényfal), 30 tonna volt a tömege.
Az elektroncsövek rövid élettartama miatt csak néhány napig működött megbízhatóan, tízes számrendszerben dolgozott, két szám összeadását 0.2 ms (ezredmásodperc) alatt végezte el. A programozáshoz 6000 kapcsolót kellett átállítani.
Neumann János az ENIAC tapasztalatai alapján fogalmazta meg azokat az alapelveket, amelyek a mai napig a számítógép működésének alapjai.
Utódja a EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer), az első univerzális számítógép, majd 1951-ben az UNVAC (Universal Automatic Computer), amely az első sorozatban gyártott számítógép volt.
2. generációs számítógépek (tranzisztoros, 1958 - 1965)#
A tranzisztorok alkalmazásával megnőtt a számítógépek élettartama és csökkent a méret. A lyukkártyák háttértár-szerepét átvették a mágnesszalagok és a mágneslemezek. A gépek működtetésénél megjelent az első magas szintű programozási nyelv, a FORTRAN. 50-100 ezer műveletet tudtak elvégezni 1 másodperc alatt.
3. generációs számítógépek (integrált áramkörös, 1965 - 1972)#
Az integrált áramkörök (IC, integrated circuit) alkalmazásával a számítógépek élettartalma tovább nőtt, s méretük tovább csökkent. Kialakultak a magas szintű programozási nyelvek (ALGOL, BASIC). 1 millió műveletet végzett el egy másodperc alatt. Ez felel meg 1 MHz-nek. Megjelent a grafikus monitor is.
1971-ben John Blankenbaker megépíti az első személyi számítógépet, a Kenbak I.-et.
4. generációs számítógépek (mikroprocesszoros, 1972 - ...)#
Megnőtt a gépek sebessége és adattárolási képessége. Újabb magas szintű programozási nyelvek jelentek meg (PASCAL, C).
1967-ban Steve Jobs és Steve Wozniak megalkotta az Apple I.-et. A geek-ek (kockák, műszaki területeken jártasak) körében nagy sikert aratott.
1974-ben a MITS cég, amely számológépeket forgalmaz, elkészíti az első széles körében elterjedt személyi számítógépet, az Altair 8800-at. Eredetileg csak alkatrészként árulták, de némi felárért teljes értékű számítógépet lehetett építeni belőle (csináld magad). Intel 8080-as processzor hajtotta, ebből jön a neve is. Billentyűzete és kijelzője nem volt, viszont az előlapon található kapcsolókkal lehetett programozni, és LED-re került ki a kimenet.
1975-ben megalapítják a Microsoft céget.
1976-ban megalapítják az Apple céget.
1977-ben az Apple elkészítette az Apple II.-t, rendkívüli siker lett. Az első tömeggyártású mikroszámítógép.
1981-ben pedig az IBM PC (az IBM személyi számítógépe) került forgalomba.
1982-ben az Intel kifejleszti az Intel 80286 mikroprocesszort, amely sebessége 8 MHz.
1982-ben a Commodore Business Machines piacra dobja a Commodore 64 számítógépet, amely 64 KB memóriát, grafikus chip-et, és ez mellett saját hang chip-et (SID) tartalmazott. Ez volt az első otthoni számítógép, amelybe hang chip volt építve. Nem csak játékokra, hanem komoly vállalati alkalmazásokra is használták.
1986-ban az Intel kifejleszi a 80386 mikroprocesszort, amit később i386-ra neveznek át. Ennek a processzornak az utasításkészlete vált elterjedté, ez volt az első 32 bites processzor, 16 MHz-et tudott.
1990-ben a Microsoft kiadja a Windows 3.1 operációs rendszert.
A számítógépek ezen generációit már a hétköznapi emberek is használták.
Most már adott volt a stabil, kisméretű és gyors hardver, arra a szoftver (operáció rendszer), így beindult a szoftvergyártás, óriási méretűvé válik.
Moore törvény: a teljesítmény 2 évente megduplázódik.
5. generációs számítógépek (fejlesztés alatt)#
Jellemzőjük a Neumann elvtől eltérő, párhuzamos vagy asszociatív működésű mikroprocesszorok alkalmazása, melyek már komplex problémákat képesek alkotó módon megoldani.
Ilyenek lehetnek például a kvantum számítógépek, amiből még csak kevés létezik a világon és azok működtetése is túlságosan költséges.
Napjainkban a mesterséges intelligenciák körében is áttöréseket értek el, számos területen alkalmazzák őket. Azonban ezek a speciális (egy-egy dologra lettek kifejlesztve/betanítva) mesterséges intelligenciák még messze állnak az általánostól (mint például az ember, aki öntudattal rendelkezik, számos dolog megtanulására és ellátására képes).
A fejlesztés végső célja az igazi (általános) mesterséges intelligencia létrehozása lenne.
Jelenkor#
Az informatika térnyerésével számos új lehetőség nyílt meg az emberiség előtt, egy igazi forradalom vette kezdetét.
A szoba nagyságú, lassú, bonyolultan programozható számítógépektől eljutottunk a zsebben hordható villámgyors, felhasználóbarát "számítógépekig" (okostelefonok).
Steve Jobs és Bill Gates álma valóra vált: minden háztartásban elérhető lett a személyi számtógép (Steve Jobs), többségükön Windows operációs rendszerrel (Bill Gates).
Napjainkban mindenki számára természetessé vált a számítógépek és az internet létezése, szinte mindenki zsebében ott lapul okostelefon formájában és elérhető rajta legtöbb internetes szolgáltatás.
Önmagában is hatalmas kincs tud lenni egy számítógép, viszont ha hálózatba kötünk párat, azok meg tudják egymással osztani adataikat, erőforrásaikat (nyomtató, háttértár). Ha pedig az összes számítógépet hálózatba kötjük, megkapjuk az internetet, ami ismét megreformálta világunk a számítógépeken túl.
Végül Steve Jobs az iPhone feltalálásával 2007-ben ismét egy világraszóló változást indított el, ami szinte az összes iparágat átalakította, megújulásra kényszerítette.
Egyre inkább utat tör magának a mesterséges intelligencia, mindig jelennek meg erősebb hardverek, újabb mobilhálózat generációt (5G) terveznek és építenek ki, számtalan szoftvert gyártanak le. Napjainkban teret nyertek a webes alkalmazások, hiszen ezek platform (operációs rendszer) függetlenek, elég egy böngősző hozzá, manapság okostelefonról is használhatjuk őket.
Világszerte elterjedt a kriptovaluták (az első kriptovaluta a Bitcoin volt) bányászása is, amelyekre külön ASIC (Application-Specific Integrated Circuit, Alkalmazásspecifikus integrált áramkör) processzorokat fejlesztettek ki.
Az ember természetétől fogva tart az ismeretlentől, ami a jövőben várhat rá, akár az informatika térnyerése kapcsán. Hiszen minden technológia használható jó és rossz célra egyaránt. Ez mindig csak rajtunk áll, embereken, hogy helyesen cselekedjünk.
Az automatizációs folyamatok alkalmazása munkahelyeket vesz el, de korábban sem volt ez máshogy. Számos olyan szakma nem létezik már, amire korábban szükség volt. Az informatika számos munkahelyet is teremt a szakmában, jelenleg is rengeteg hiányzó szakember van, az informatika számos területéről. A fejlődés mindig alkalmazkodást, tanulást igényel.
Számos kutatás, fejlesztés és verseny folyik a nagyvállalatok között, melynek eredménye, hogy egyre jobb és jobb eszközök és alkalmazások születnek, a felhasználók örömére.
A képen egy gamer (játékos) PC (personal computer, személyi számítógép) látható.
A képen egy mindenki számára ismerős (még ha nem is ez a OnePlus modell) okostelefon látható.
Egy illegális (lopott áramot használtak) kriptovaluta farm Ukrajnában, amely 5000 számítógépet és 3800 játékkonzolt használt bányászásra.
Miért programozzunk?#
Beláthatjuk, hogy világunkat mennyire áthatja a digitalizáció, egyre nagyobb teret nyer a virtuális tér.
A felgyorsult hétköznapokban manapság mindent számítógép vezérel, és egyre inkább erre tartunk.
A számítógépek algoritmusokat futtatnak, amik számítanak, az eredmények tárolódnak, más számtógépek mesterséges intelligenciaként működnek, hálózatokat kapcsolnak össze, mindegyik számítógépnek megvan a maga szerepe.
A háztartásokban egyre inkább megtalálható számos kütyü, IoT (Internet of Things), magyarul elektronikai eszközök, amelyek képesek felismerni szenzorok segítségével valamilyen lényegi információt, és azt egy internet alapú hálózaton egy másik eszközzel kommunikálni. Ilyen eszközök lehetnek, példuál az okos hűtők, mikrók, elosztók, zárak, lámpák, bármilyen berendezés szinte ami internet képes.
Így hát nem is kérdés, hogy miért érdemes megismerkedni a számítógéppel, programozással és társaival.
Értsük meg jobban, és formáljuk közösen világunkat!
Ajánlott filmek/sorozatok#
Filmek:
- Számító emberek -vagy más néven- A szilikonvölgy kalózai (1999)
- Hogyan változtatta meg Steve Jobs a világot (2011)
- Steve Jobs - A milliárdos hippi (2011)
- Steve Jobs: Elveszett intertúja (2012)
- Jobs - Gondolkozz másképp (2013)
- Steve Jobs (2015)
Sorozatok:
- Szilícium mindhalálig (1996)
- Szilícium-völgy: Az el nem mondott történet (2018)