Back

ⓘ Számítástechnika. A számítástechnika az automatizált adatfeldolgozás eszközeivel és azok különböző területeken való használatával foglalkozó elméleti és alkalma ..



Számítástechnika
                                     

ⓘ Számítástechnika

A számítástechnika az automatizált adatfeldolgozás eszközeivel és azok különböző területeken való használatával foglalkozó elméleti és alkalmazott műszaki tudomány.

Ide tartozik a hardver- és szoftverelemek tanulmányozása, a működést segítő szervezési, illetve alkalmazási, szolgáltatási összetevők rendszere.

A számítástechnika szoros kapcsolatban van az informatikával, az információ keletkezését, továbbítását, feldolgozását és hasznosítását vizsgáló tudománnyal. A számítástechnika tekinthető az informatika egy részterületének is, az automatizált információkeletkezés, -továbbítás, -feldolgozás és -hasznosítás tudományának. Az informatika ennél bővebb, például az informatika körébe tartozik a híradástechnikai eszközök tanulmányozása, ami a számítástechnikának csak közvetve része.

A számítástechnika alapvető alkalmazása manapság a számítógépek, különösen a személyi számítógépek Personal Computer PC-k építése. Egy számítógép elsősorban nagyobb fokú programozhatóságában különbözik az egyszerűbb automatáktól, mint például egy számológép, egy emelődaru vagy egy telefonkészülék. Ez azt jelenti, hogy képes sok és komplex feladatot emberi beavatkozás nélkül végrehajtani, és a végrehajtás során különféle, előre programozott döntéseket hozni.

                                     

1. Történelem

A számítástechnika története során az egyszerű mechanikus gépektől az igen összetett elektronikus, digitális vezérlésű automatákig haladt. Egyrészt szembetűnő a mai gépek egyre nagyobb fokú programozhatósága egyre önállóbban tudnak komplex feladatokat is megoldani, az ennek következményeképp kialakuló nagyobb mértékű automatizmus, önirányítottság; másrészt ettől nem függetlenül a feladatkörök kibővülése, amely az egyszerűbb, konkrétabb feladatok ellátására épített célgép ektől a komplex és sokféle tevékenységre képes általános célú univerzális gépek megvalósításáig terjedt.

                                     

1.1. Történelem Számoláskönnyítő egyszerű eszközök

  • Az első ismert mechanikus számológép az abakusz. Kb. 5000 éves. Eszközöket egyébként kb. 300 000 éve használ az emberiség, míg a számfogalmat vélhetően körülbelül 30 000 éve ismeri.
  • John Napier Murchiston 1550–1617 az ún. Napier-csontok segítségével gépesítette a szorzás műveletét.
  • Edmund Gunter 1581–1626 – elődei ismereteit felhasználva – 1620-ban logaritmikus számolólécet szerkesztett logarléc. E találmány időtállóságát mi sem bizonyítja jobban, mint az a tény, hogy 20 évvel ezelőtt, az 1980-as évek elejéig, még középiskolai tananyag volt a logarléc használata.
                                     

1.2. Történelem Mechanikus számológépek

Rengeteg félig-meddig dokumentált történet, legenda kering ókori kínai, görög és későbbi arab tudósok és feltalálók által tervezett, esetleg épített gépekről, automatákról. Nem mindig tudjuk eldönteni, mennyi igazság van ezekben. Annyi bizonyos, az emberiség ősidők óta szeretett volna fizikai/szellemi munkára képes, lehetőleg önirányított gépeket, automatákat, de legalább egy számológépet építeni, erről tanúskodik például Ramon Llull 1275 körül írt és közzétett mechanikus gépének terve.

Az 1600-as évektől, az ipari forradalom korszakától kezdve több megvalósult próbálkozás is történt mechanikus számológép építésére. Igazán hatékony mechanikus számológép, pláne általános számítógép építésének azonban nagyon komoly technikai korlátai vannak. Úgy tűnik, hogy a fizikának ez a tartománya túl "durva” ahhoz, hogy a papíron végzett kézi számolásnál jóval hatékonyabban működő információfeldolgozó gép építését lehetővé tegye.

  • 1642: Blaise Pascal 1623–1662 egy mechanikus összeadó-kivonógépet szerkeszt, amelyben a főszerep szintén a fogaskerekeké volt. E géptípusból mára körülbelül 50 maradt fenn. A tízes számrendszerre épül, 8 jegyű számokat tud maximálisan kezelni.
  • 1673: Gottfried Wilhelm Leibniz 1646–1716 tökéletesíti Pascal gépét, így mind a négy alapművelet elvégezhető a géppel. Az összeadás-kivonás szintén fogaskerekek hajtogatásán alapul, a szorzás egy váltótárcsa segítségével valósulhat meg. Leibniz először fogalmazza meg azt az elvet, hogy célszerűbb lenne a kettes számrendszerben dolgozni, de a számok hossza miatt ezt nem tudja megvalósítani.
  • 1623: Az első ismert mechanikus számológép megjelenése, megalkotója Wilhelm Schickard. Az átvitelt egy tízfogú és egy egyfogú fogaskerék segítségével valósítja meg. E gép mind a 4 alapműveletet tudta végezni.
  • 1820 Charles Xavier Thomas de Colmar 1785–1870 francia matematikus a francia hadseregben való szolgálata közben megépítette az első kereskedelmi forgalomba került, és széles körben elterjedt mechanikus számológépet. Ez képes volt mind a 4 alapművelet elvégzésére. A gép terjesztése jelentős üzleti sikert hozott a forgalmazóinak, és egészen az I. világháborús évekig használták.

Charles Xavier Thomas de Colmar egy automata, programvezérelt gép építésének gondolatát is felvetette.



                                     

1.3. Történelem Szövőgép és beszélőgép

  • 1769-ben Kempelen Farkas billentyűzetvezérlésű hangszintetizátort kezdett építeni, amit 1782-ben mutatott be először. Ez a gép ugyan nem volt programozható, billentyűkkel és nyílások csövek ujjal való befogásával, illetve egyéb mechanikus módokon kézileg lehetett vezérelni, és mechanikus elveken alapult, de megmutatta, hogy olyan komplex feladatokat is lehet gépileg szimulálni, mint az emberi hang képzése. A gép szótagokat és rövid szavakat "tudott” "kimondani” bár a kezeléséhez sok gyakorlás kellett. Több mint 100 évig senki sem tudott Kempelenénél jobb hangszintetizátort építeni.
  • 1786: Johann Müller német hadmérnök megfogalmazza, hogy szükség van a részeredmények tárolására. Ezen tárolót regiszter nek nevezi el, és feladatának az adatok ideiglenes elhelyezését jelöli meg.

Az adatok és részeredmények tárolása egyrészt alapfeltétele a programozhatóságnak, másrészt tényleges lépés afelé.

  • 1820-ban Joseph Marie Jacquard mechanikus szövőgépet épített, mely automatikusan, külső programozás révén szőtt mintákat: a gépet kartonból készült lyukkártya vezérelte, amely a mintákat tárolta. A gép széles körben elterjedt, alkalmazták is a szövőiparban, és létezése olyan tudósokat befolyásolt, mint Neumann János tudjuk, hogy barátaival élénk eszmecseréket folytatott róla és hasonló gépekről.
                                     

1.4. Történelem Babbage gépei

Sok gépet tervezett Charles Babbage 1792–1871 is.

  • 1812-ben rájött a gépek és matematika közötti összhangra.

Babbage megfogalmazza, hogy egy programozható számológépnek milyen követelményeknek kell megfelelnie:

  • legyen kimeneti egység a gép nyomtassa ki az eredményt.
  • legyen aritmetikai egység, amely számológépen belül a műveleteket végzi el;
  • ne kelljen mindig beállítani a számokat, meg lehessen adni egyszerre az összes számot és műveletet ez lyukkártya segítségével oldható meg;
  • legyen olyan egység, amely a kiindulási és a keletkezett számokat tárolja memória;
  • legyen bemeneti egység ez a lyukkártyát olvasó berendezés;
  • legyen utasítás a művelet a lyukkártyán;
  • legyen külső programvezérlés a lyukkártyákon tárolt utasítássorozat, a program;

Babbage elvben konstruál ilyen gépet, az "Analytical engine”-t, amely 20 jegyű számokkal végez műveleteket. Nem tudja megépíteni, mert a kor technikája nem teszi lehetővé például a súrlódást nem tudja kiküszöbölni. 100 év múlva építik a Babbage által megálmodott gépet.

  • Augusta Ada Byron Lady Ada Lovelace 1816–1851 ezen képzeletbeli géphez lefordítja a Luigi Menabrea olasz hadimérnök és matematikus által kidolgozott módszereket, melyekkel programot lehet rá készíteni. Megjelennek az algoritmusok egyes elemei go to, stop.
  • 1822 Babbage épít egy másik, gőzzel hajtott gépet a Difference Engine, amely differenciálni is tud, a függvények differenciálhányados-függvényét közelítő módszerekkel számolva.

Ez egy univerzális, külső program vezérelte elektromechanikus számítógép, 6-odfokú polinomhelyettesítési értékeket számol, 20 jegy kijelzése)

                                     

1.5. Történelem A számítógépek alkalmazásának kezdetei

  • 1887 Herman Hollerith 1860–1929 nagy tömegű adat statisztikai feldolgozására alkalmas gépet épít. A kifejlesztését az tette szükségszerűvé, hogy az USA-ban a népszámlálás 1890 feldolgozása hagyományos módszerekkel mintegy 3 évet mások szerint 10 évet vett volna igénybe, a végül szükségesnek bizonyult 6 hét helyett. A gép lyukkártyákat tudott rendezni és szétválogatni, amit mechanikusan tudott megoldani, tűk segítségével. A papír lyukkártyák egydolláros nagyságúak voltak. Hollerith 1924-ben alapított cégéből fejlődik ki a későbbi IBM. Lyukkártya 1 lyuk – 1 szám, 2 lyuk – 1 betű;
  • 1847-54 George Boole áramkörelméletben is alkalmazható logikai algebrája a későbbi digitális működésű gépek tervezésének alapjait jelentette.
  • 1937–1942: Vincent Atanasoff és Clifford Berry megterveznek egy csak elektronikus egységekből álló gépet, ez volt az első elektronikus digitális számítógép, az Atanasoff–Berry Computer ABC. Jelenleg ezt tartjuk az első mai értelemben vett elektronikus számítógépnek – érdekes, hogy ennek egyébként 1973-ban amerikában bírósági tárgyalás útján kellett eldőlnie, különféle elsőbbségi jogviták miatt. A bírósági tárgyalásról angolul…
  • 1938–1941: Konrad Zuse megépíti az első szabadon programozható gépet, a Z3-t. Felépítése hasonló a mai gépekhez: processzort ALU, vezérlőegységet CU, memóriát, bemeneti egységet szalag és kimeneti egységet tartalmaz. Az egytonnás gép néhány ezer elektromágneses reléből állt, repülők és rakéták tervezéséhez használták. Egy összeadást átlag 0.7 mp, szorzást 3 mp alatt végzett el, a tízes számrendszerbeli számokat már lebegőpontos bináris ábrázolás útján kezelte. A gép 1944-ben egy bombázás során elpusztult, de Zuse a 60-as években újra megépítette. Rekonstruált változata a Müncheni Múzeumban látható. Bár a gépet arimtetikai műveletek végzésére tervezték, Raul Rojas később bebizonyította, hogy alkalmas általános célú számítógépnek is képes tetszőleges Turing-gép emulálására.
  • 1944 Howard H. Aiken ballisztikai számítógépe, a Harvard Mark I lövedékpálya-táblázatokat számol. E gép fél focipálya méretű volt, 800 km kábelt, vezetéket és relét tartalmazott, egy műveletet 3-5 másodperc alatt végzett el, képes volt az összes alapművelet és komplex változós? egyenletek megoldására.
  • 1943-ban az angol titkosszolgálat Alan Turing matematikus vezetésével megépítteti a Colossust, ez szintén relés alapon épül fel, és a II. világháborús német katonai rejtjelezőkód megfejtését segíti. A kódfejtés egyébként különböző matematikai, katonai, titkosszolgálati módszerek ötvözésével sikerült is.


                                     

1.6. Történelem Általános célú számítógépek és elterjedésük

  • 1951 Megjelenik az első kereskedelemben kapható számítógép, az UNIVAC I.
  • 1949-ben építették a hasonló EDVAC gépet Neumann János 1903–1957 vezetésével. Ez már központi vezérlő egységet tartalmaz, van benne lehetőség feltételes vezérlésátadásra, memória tárolja a programokat és az adatokat is.
  • 1964 megjelenik az első általános célú kereskedelmi gép, az IBM 360.
  • 1946 megépül John Presper Eckert, John W. Masuchly tervei alapján az első digitális elektronikus gép, az ENIAC, 18 000 vákuumcsőből, 70 000 ellenállásból, 5 millió forrasztással. 30 tonnás, 160 kW-ot fogyaszt, 5000 összeadást vagy 400 szorzást tud végezni percenként, 10 jegyig számol, 20 regiszteres, 1000× gyorsabb mint a Harvard Mark I MTBF 40 sec. Külső programvezérléssel huzalozással működik.
  • 1953 A Szovjetunióban megépítik az első tudományos és műszaki számítások végzésére alkalmas számítógépet BESZM-1-et. Átlagos műveleti gyorsasága 10 kFLOPS
                                     

2. Matematikai alapok

  • Gráfelmélet: áramkör- és számítógéphálózatok elmélete, keresési problémák modellezése;
  • Diszkrét matematika: kombinatorika, véges testek, a véges rendszerek a számítógépek is ilyenek mennyiségi viszonyainak tanulmányozása;
  • Szimbolikus logika, Boole-algebra: kommunikáció a gépekkel, áramkörtervezés;
  • Számítógép-tudomány: az automaták, a velük való kommunikáció =az automaták irányítása, programozása általános matematikai elmélete;
  • Információelmélet: az információ mérésének matematikai elmélete; kódok,
  • Számításelmélet: kiszámíthatóságelmélet, bonyolultságelmélet: az algoritmusok megvalósításának, hatékonyságának matematikai elmélete;
  • Komputeralgebra: hogyan számolnak a számítógépek;
                                     

3. Részterületek

Számítástechnikai elmélet

  • Nyelvi elemzés lexikai analízis
  • Kriptográfia titkosítás elmélete
  • Típusok elmélete
  • Fordítóprogram
  • Kiszámíthatóság elmélete
  • Számítógépes algoritmusok elmélete
  • Formális szemantika
  • Bonyolultságelmélet
  • Logikai programozás

Hardver, fizikai megvalósítás

  • Rendszerteljesítmény
  • Memória
  • Mikroprogramozás
  • Integrált áramkörök

Szoftver, programozás

  • Operációs rendszerek
  • Programozási nyelvek

A programokhoz szorosan kapcsolódó jogi témák:

  • Licencek
  • Szabad licenc, szabad szoftver

Számítástechnikai eljárások

  • Hangtömörítés és -kódolás kodek
  • Képtömörítés és -kódolás kodek
  • Adattömörítés
  • Adatkódolás
  • Hibaészlelés
  • Digitális aláírás
  • Kriptográfia
  • Hibajavítás
  • Titkosítás

Számítástechnikai kultúra

  • Neumann János
  • Kalmár László
  • Cracker
  • Hacker
  • Neumann János Számítógép-tudományi Társaság NJSZT
  • Demoscene
                                     

4. További információk

  • Automaták története III.
  • Számítástechnika-történet
  • Jó cikk a PC-ről
  • Automaták története IV. – Számítógépek
  • A Z3
  • Automaták története II.
  • Babbage és Nagy Károly magyar tudós
  • Fizikai alapok
  • Automaták története I.
  • Automaták, Digitális képernyők, történet
  • Kempelen beszélőgépe
  • Nagyon részletes számítógéptörténet, képekkel
  • Az ABC-gép, linkek
Free and no ads
no need to download or install

Pino - logical board game which is based on tactics and strategy. In general this is a remix of chess, checkers and corners. The game develops imagination, concentration, teaches how to solve tasks, plan their own actions and of course to think logically. It does not matter how much pieces you have, the main thing is how they are placement!

online intellectual game →