Hogyan mûködik a számítógép?
 
 
 
 

megfeleltetés 
 
 
 

kalkuláció

Történeti elõzmények

A kalkuláció története

A gép és a számítások története összefonódik. 
A számítás legõsibb módja egy halmaz számossági megfeleltetése egy másikkal. 
  • Megfelelés értékben: pénz
  • Megfelelés számosságban: rovátkák, abakusz (Abakusz: helyi érték megjelenése)
A mennyiségek növekedésével megjelennek a számérték szimbólumok és azok rögzítésére vonatkozó igény. 
Ezekkel a kalkuláció szimbolikus operációvá válik.
  
 

algoritmus szó 
 

tizedestört 
logarléc

Az algoritmus eredete

Muhammad Ibn Musa Al’Khwarizmi Tashkenti bölcs a XII. században élt. Tanítása szerint a célok elérésének legjobb útja az algoritmus. Errõl  „Algorithm” címmel könyvet írt, amely az élet praktikáit tárgyalja. 

Hollandok vezették fel a XVII században a tizedestörteket, a szorzás és más mûveletek logaritmikus közelítõ megoldásait. Ekkor alkalmaztak elõször „Logarléc”-hez hasonló segédeszközöket. 

  • Elindult a számolás gépesítése egyik oldalról és 
  • elindult az algoritmus mint természetes problémamegoldási séma.
  
 

1642 
 
 
 
 
 
 

1673  
 
 

1801

A zsenik és szerkezeteik

Pascal Blaise

1642 Öszegzõgép 
Az adószedõ édesapja munkájának megkönnyítésére készítette mechanikus masináját. Ez küllemét tekintve a régi telefonkészülékhez hasonló, tárcsás szerkezet volt. Inkább a nappali dísze, mint a munka eszköze. 
Pascalról népszerû programozási nyelvet neveztek el. 

Leibnicz Gottfried 

Szorzómasinát kreál 

Joseph-Marie Jacquard 

(Párizs) Olyan szövõszéket készített, melyet lyukkártyával vezéreltek. 
 
1800-as évek 

Charles Babbage 

Ekkoriban derült ki, hogy a tengeri navigációs térképek hibásak, a hajók sorra eltévednek vagy eltûnnek. A hibák a logaritmus- és egyéb számítási segédtáblázatokban vannak, amelyek meglehetõsen pontatlanok a megfelelõ helyezetmeghatározáshoz. 

Babbage Cambridge-i matematikus megfogalmazta, hogy egy általános kalkulációs gépre van szükség ahhoz, hogy pontosabbá tehetõk legyenek a táblázatok. A számítógépek történetében elõször kormányzati támogatást kapott a számítógép fejlesztésére. 

Babbage nem dokumentálta túl a találmányát. Néhány rajz maradt csak fenn a gépérõl. Nem maradt belõle fenn egyetlen példány sem. A londoni Science Museum 1991-ben Babbage születésének kétszázadik évfordulójára a dokumentumok alapján rekonstruálta a gépet. Babbage fia készített néhány másolatot a gép „szívébõl”; a Sidney múzeum 200 ezer dollárért vett meg egy példányt. 
 
 
 
 
 

1842 

George Boole 

A logikai bizonyítás és logikai m?veletek szimbolikus elvégzése révén került a történetbe. 
Megalkotta a boole-algebrát, amelyet a mai napig a bizonyításelmélet alapjaiként ismerünk. 

Ada Augusta King 

Lovelace hercegnõje fordította Menabrea egy pamfletjét egy analitikus géprõl. Ellátta széljegyzetekkel melyben végrehajtási lépéseket javasolt és így õ vált az elsõ programozóvá. Egy korszerû programozási nyelvet (ADA) neveztek el róla. 
 
1890 

IBM

(USA) Alakul egy cég, amely az ügyvitel gépesítésével foglalkozik. A neve  (C-T-R)  Calculating, Tabulating, Recording. Ezt a céget hívják 30 évvel késõbb IBM-nek (International Business Machines). Ez a cég ma a számítógép tömeggyártás egyik meghatározó tényezõje. A személyi számítógép ma legelterjedtebb, ipari szabványként ismert  konstrukciója származik tõlük. 

Konrad Zuse

(Németország) Z-1 elnevezéssel számítógépet épít, késõbb Zürich-ben (Svájc) megalapítja a Simens céget. 

Atanasoff 

ABC nevû analóg számítógép építõje az Iowa State University-n. 
A célkitûzése lineáris egyenletek közelítõ megoldása volt, elsõsorban a fizikában kívánta alkalmazni. 
 
1937 

Alan Turing 

Megalkotta az algoritmus matematikailag pontos fogalmát. Megalkotott egy absztrakt (elméleti) gépet, amely segítségével algoritmuselméleti problémák szimbolikusan kezelhetõk, ebben a témakörben tételek mondhatók ki és bizonyíthatók. A modern algoritmuselmélet atyjának tekintjük. 

Ezt követõen — elsõsorban a világháborúban szükséges hadászati számítások igényének kiszolgálására — egymás után épülnek az elektronikus számítógépek, elsõsorban elektromechanikus jelfogók és elektroncsövek: 
K–modell, Enigma, USNCML, COLOSSUS, ENIAC
 

 
 
 
 

1944 

Neumann János

Született: 1903 Budapest, apja Neumann Miksa, Bankár. Vegyésznek adják aztán mégis matematikus lesz.
Hamburg, Berlin, Princetoni egyetem. Tanít és zseniális.

Részt vesz az ENIAC megépítésében.

Legfontosabb és mindmáig alapvetõ az általa felállított elv, mely szerint a gép mûködését vezérlõ program is az az adatokkal egyenrangú adat, és ugyanabban a memóriában kapjon helyet. Ez lehetõvé teszi a fordítóprogramok (compilerek) készítését, ezáltal a magasszintû programozási nyelvek alkalmazását.
 
 1947

A tranzisztor felfedezése

A tranzisztor az elektroncsöveknél sokkal megbízhatóbb, kisebb hely- és energiaigényû elektronikus kapcsolóeszköz, amely lehetõvé teszi összetettebb és gyakorlatban is tartósan, jól használható számítógépek építését. A mai (1970-tõl) integrált áramkörök (chipek) is hasonló tranzisztorok százezreit tartalmazzák egyetlen tokba zsúfolva.

 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

A számítógép mûködése és felépítése

Memória

A memória feladata, hogy a mûködés során tárolja a szükséges információkat. 

Processzor

Aktív, tevékeny szerep. Mûködése során amit a memóriában elhelyezkedõ kód vezérel a memóriában lévõ információ állapotát változtatja meg. A mûködés eredménye egy kívánatos adatállapot a memóriában. pl: egy számítás eredménye, egy megszerkesztett szöveg, stb.
A processzor tehát a program utasításait hajtja végre, sorban, egyiket a másik után. Ezek egyszerû gépi utasítások, amelyek nagyon elemi mûveleteket írnak elõ, általában legfeljebb néhány bájtnyi adat feldolgozását. 
  • Egy aritmetikai mûvelet, 
  • egy adat a memóriába írása vagy onnét kiolvasása, 
  • egy egyszerû döntés és programelágazás végrehajtása
  • egy periféria parancs kiköldése (pl. fejléptetés)

Perifériák

A gép mûködése során olyan eszközökkel rendelkezik melyek képesek a memória állapotainak megjelenítésére a külvilág számára , és vannak amelyek a külvilág információit alakítják át a memóri egy részének adatállapotává.

A fent nevezett eszközöket imput és output kategóriákba soroljuk a fentieknek megfelelõen.

A számítógép képernyõje vagy a hozzá kapcsolt nyomtató tehát kimeneti eszközök melyek a memória állapotait a maguk speciális módján jelenítik meg. 

A billentyûzet vagy az egér mint eszköz végsõ soron a memória adatállapotát változtatja meg és ezen keresztül rendelkezhet befolyással a gép mûködésére.

A számítógép mûködését tehát az teszi lehetõvé, hogy a processzor mûködését vezérlõ program létrehozói tudatában vannak annak, hogy az általuk elõirt adatváltoztató hatás a bemeneti adatok függvényében azt az adatállapotot hozza létre, mely annak megjelenítése után a felhasználó számára kívánatos eredményt adja a kimeti eszközök közvetítésével.

Az operatív memóriája addig tartja meg az adatokat amig a gép be van kapcsolva. Ki kellett találni valamilyen mûszaki megoldást, melynek révén a gép kikapcsolt állapotban is tárolni képes a mûködést vezérlõ programokat és a mûvelet eredményeit valamint kiindulási adatait. A háttértároló eszközök mágneses vagy optikai vagy egyéb stabil állapotok segítségével tárolják az információkat.

Leheteséges tehát a memória bizonyos részében vagy résziben tárolt adatok háttértárolóra irása illetve azoknak onnani visszaolvasása.

A bekapcsolt, üres memóriával rendelkezõ gép mûködése nem volna lehetséges. Ezért olyan stabil tartalmú un ROM memóriban tárolt program (BIOS) segítségével kezdi meg a gép a mûködést (boot folyamat) mely képessé teszi arra, hogy a gép kapcsolatot teremtsen a háttértárolókkal (lemezegységek) és így további vezérlõkódok (programok) kerülhessenek a memóriába, mint például maga az operációs rendszer. De ez már egy másik történet.