Architektúrák és operációs rendszerek: Bevezetés - Történelem

Balogh, Lőrentey: Architektúrák és operációs rendszerek – 2005–2006. első félév

Architektúrák és operációs rendszerek: Bevezetés - Történelem Balogh Ádám Lőrentey Károly Eötvös Loránd Tudományegyetem Informatikai Kar Algoritmusok és Alkalmazásaik Tanszék


Tartalomjegyzék 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Bevezetés A számológépek története A számítógépek kezdetei Elektroncsöves gépek (1. generáció) Tranzisztoros gépek (2. generáció) Integrált áramkörök (3. generáció) A mikroprocesszor (4. generáció) A jövő számítógépei

2005. október 7, 21:25

Bevezetés - Történelem

2. oldal


A DRAM • Dynamic Random Access Memory • Operatív tárként használt speciális integrált áramkörök – Nagy adatsűrűség, elég nagy sebesség – Olcsó, általánosan használt technika

• A tárolás elve a kondenzátorok működésén alapul – A kondenzátorok egy ideig megőrzik a rájuk került töltést – Egy kondenzátor = 1 bit – A ferritgyűrűs memóriákhoz hasonló rácsszerkezet – A DRAM folyamatos, sűrűn ismételgetett frissítgetést igényel, a gép kikapcsolásakor a elveszti tartalmát 2005. október 7, 21:25


3. oldal


Az SRAM • Static Random Access Memory – 6 MOSFET tranzisztor = 1 bit – Drágább, de a DRAM-nál jóval gyorsabb technika • Gyorsítótárak, digitális jelfeldolgozás

– Az energiafelvétel a sebességtől függ • 1 μW-tól (BIOS „CMOS” memória) akár egészen néhány wattig (gyorsítótárak)

– Az SRAM a kikapcsolásig megőrzi tartalmát, folyamatos frissítést nem igényel – Flip-flop áramkörök

S

R

&

Q

&

Q

• Példa: a jobbra látható NAND-kapus kapcsolás • NAND-kapu: ha mind a két bemenete 1, akkor a kimenete 0, egyébként 1 • Ha S és R egyaránt 1 (alapállapot), akkor Q megőrzi korábbi állapotát • A S-t (Set) egy pillanatra 0-ra váltjuk, Q átkapcsol 1-re • Ha R-t (Reset) váltjuk 0-ra, akkor Q is 0-ra kapcsol 2005. október 7, 21:25


4. oldal


1971: Intel 4004, az első mikroprocesszor • Ötlet: az egész processzor egyetlen IC-n • Azonnal kereskedelmi forgalomba került • Japán Busicom számológépek processzorának szánták • 2300 tranzisztor, 4 bites adatbusz, 12 bites címbusz • 4096 bájt memória, 16 négybites regiszter, 8 bites utasítások • 740 kHz, 46 utasítás • Nem tárolt programozású: külön adat- és kódmemória – Nem Neumann- hanem Harvard-architektúra (a Mark I-ról)

• Utóda: 1972, Intel 8008 – Nyolcbites adatbusz, 3300 tranzisztor – Viszonylag nehézkes kezelés, sok külső logika – Képcsöves terminálokban használták 2005. október 7, 21:25


5. oldal


1974: Intel 8080 • • • • • •

Az első igazán jól használható mikroprocesszor 40 lábas tokozás, 8 bites adat-, 16 bites címbusz (64KB) Utasításszinten kompatibilis a 8008-cal 7 db nyolcbites regiszter, veremmutató, IP 256 db I/O port Számos korai mikroszámítógép processzora

• 1975: MITS Altair 8800 – Intel 8080-alapú, barkácsszettként árult mikroszámítógép • Pillanatok alatt több ezer fogyott belőle • Kevés gyakorlati célra lehetett használni • Programozás kézi kapcsolókkal, kimenet lámpákon

– A személyi számítógépek forradalmát kirobbantó szikra 2005. október 7, 21:25


6. oldal


1975: Altair BASIC • Az első személyi számítógép első programozási nyelve • Az akkor alapult „Traf-O-Data”, ill. „Micro-Soft” cég első terméke – Bill Gates, Paul Allen, Monte Davidoff – Gép híján egy PDP-10-re írt saját emulátort használtak

• Egy korai változatát széles körben terjesztették – Ezekből pénzt a Microsoft nem látott – Bill Gates: Open Letter to Hobbyists • „Ki engedhetné meg magának, hogy profi munkát ingyen végezzen?” • Vesd össze: ma népszerű szabadszoftver-mozgalom

• A modern szoftveripar megteremtése – A szoftverfejlesztés költsége (és haszna) lehagyja a hardverét 2005. október 7, 21:25


7. oldal


MITS Altair 8800

2005. október 7, 21:25 Bevezetés - Történelem 8. oldal


Az Apple I • 1976: Apple I, Steve Wozniak – Házi készítésű hobbiszámítógép – Steve Jobs ötletére árulni kezdik: – Az Apple Computers első terméke – 666.6$, kb. 200 példány – Billentyűzet, monitor (40x24) – Processzor: MOS Technology 6502 • 8 bites szavak, 16 bites címzés • 4KB RAM, 1MHz

2005. október 7, 21:25


9. oldal


Az Apple II • 1977: Apple II – – – – –

Az első igazi otthoni számítógép Floppy diszkek, BASIC programozási nyelv Apple I-hez hasonló paraméterek Nyílt, kártyákkal bővíthető architektúra Tömeggyártás, millió dolláros nyereség

• 1979: VisiCalc (Dan Bricklin) – Az első táblázatkezelő program – Az Apple II-t cégek számára is izgalmas géppé tette • A személyi számítógépek első látványos alkalmazása

– Az ötletet számos más cég is lemásolta • Lotus 1-2-3, Borland Quattro Pro, Microsoft Excel, stb. • A táblázatkezelő minden mai irodai programcsomag alapvető részét képezi 2005. október 7, 21:25


10. oldal


Apple II

VisiCalc táblázatkezelő

2005. október 7, 21:25


11. oldal


A Commodore 64 • 1977: Commodore PET • 1982: Commodore 64 (595$) – Minden idők legsikeresebb számítógépe • 17-25 millió eladott példány

– Az otthoni mikroszámítógépek aranykora • 0.985MHz, MOS Technology 6510, 64 KB • 16 szín, 320x200 (160x200) képernyőfelbontás • Háromcsatornás, programozható hullámformájú szintetizátor chip (SID)

– 15000 szoftvertermék, nagyrészt játékok • Érdekesség: GEOS grafikus operációs rendszer

– 1993-ig gyártották • Időközben az IBM PC-kompatibilis gépek vették át az irányítást • A cég 1994-ben csődöt jelentett 2005. október 7, 21:25


12. oldal


A Commodore 64



1978: Intel 8086 • A PC-k x86 architektúrájának ősapja – 16 bit szélességű adatbusz – 4.77 MHz – 10 MHz – 4 db 16-bites általános célú regiszter (8 * nyolc bitre osztható) – 4 db, négy bittel eltolt szegmensregiszter – 20 bit szélességű címbusz, 1 MB címtartomány

• Intel 8088 – Lebutított változat – 8 bit szélességű adatbusz – Belül továbbra is 16 bites processzor, hasonló jellemzőkkel 2005. október 7, 21:25


14. oldal


1981: Az IBM PC • Az IBM betörési kísérlete a virágzó személyiszámítógép-piacra – 12 fős csapat, egy éves fejlesztés – 1565$, az ár ellenére óriási üzleti siker – Intel 8088-as processzor, 5 ¼''-es floppy – ROM-ba épített Microsoft BASIC – Killer alkalmazás: VisiCalc táblázatszerkesztő – Az otthoni számítástechnikában nem terjedt el

• 1984: IBM PC/AT – Intel 80286, 6MHz, 20MB HDD

• Operációs rendszer: Microsoft DOS 2005. október 7, 21:25


15. oldal


1981: Az IBM PC



1981: Az IBM PC • Nyílt architektúra mellett döntöttek – Eleve más cégektől vásárolt alkatrészekből építették – A gép terveit méltányos áron közzétették – A BIOS licenszdíjaiból terveztek nyereséget teremteni

• Eredmény: egyre-másra jelentek meg az „IBMkompatibilis” PC-klónok – Első: 1983, Compaq Portable – A BIOS-t is hamar újraimplementálták

• Hamarosan kialakul az IBM-Intel-Microsoft triumvirátus – Mára az IBM kikopott: „Wintel”

2005. október 7, 21:25


17. oldal


1984: Az Apple Macintosh • 1984, Jef Raskin, Steve Jobs – Öt éves fejlesztés eredménye – Az első sikeres grafikus kezelőfelület

• Grafikus kezelőfelület (GUI) – Nagy felbontású kijelző – Ikonok, íróasztal (desktop)-metafora • XEROX PARC, Alto & Xerox Star gépek

– Az egér, mint elsődleges beviteli eszköz • Douglas Engelbart, Stanford, 1968

– WYSIWYG szövegszerkesztés és rajzolás • Charles Simonyi, XEROX PARC, Bravo (Később: Microsoft Word, Excel) 2005. október 7, 21:25


18. oldal


1984: Az Apple Macintosh • Apple Macintosh 128K – Motorola 68000 processzor, 8MHz • 16 bites adatbusz, 32 bites címtartomány és regiszterek • PDP-11 & VAX-hoz hasonló utasításkészlet • UNIX rendszerek, lézernyomtatók, Palm Pilot • A mai napig gyártják, beépített rendszerek kedvelt processzora

– 128KB RAM, nem bővíthető – 9'', 512x384 pixel felbontású monitor – Kompakt felépítés – 2495 $ 2005. október 7, 21:25


19. oldal


1984: Az Apple Macintosh



Microsoft Windows • A Microsoft grafikus kezelőfelületű operációs rendszere – Nem kell bemutatni

• 1985: Windows 1.0; 1987: Windows 2.0 – Első, nagyon kezdetleges próbálkozások

• 1990: Windows 3.0; 1991: Windows 3.1 – Sikeres, elterjedt változatok – TrueType, védett üzemmód

• 1995: Windows 95 – Félig-meddig 32 bites operációs rendszer, még DOS alapokkal – Nagy és roppant sikeres reklámhadjárat

• 1993: Windows NT; 2000: Windows 2000; 2001: Windows XP – Elszakadás a DOS-tól, igazi 32 bites rendszerek

2005. október 7, 21:25


21. oldal


Microsoft Windows 1.0 & 2.0 (1985, 87)

2005. október 7, 21:25


22. oldal


Windows 3.1 (1991)

http://ecdlweb.uw.hu/windowshistory.html 2005. október 7, 21:25


23. oldal


Microsoft Windows 95



Microsoft Windows XP



2001: MacOS X • Az Apple új generációs, modern OS-e – A még egyfelhasználós korábbi MacOS változatok leváltására – Az Apple sereghajtók közül egyből az OS fejlesztés élvonalába kerül

• Kernel (Darwin): A UNIX-családba tartozó nyílt forrású operációs rendszer-mag – FreeBSD 5.x és Mach mikrokernel alapok – Eredete: NeXTstep/OPENSTEP, 1985 – A GNU/Linux programok nagy része is lefordul és fut rajta Hexley DarwinOS Mascot Copyright 2000 by Jon Hooper. All Rights Reserved.

• Új, jellegzetes kezelőfelület: Aqua – Quartz GUI motor, látványos speciális effektek 2005. október 7, 21:25


26. oldal


2001: MacOS X

http://arstechnica.com/reviews/01q2/macos-x-final/macos-x-2.html

2005. október 7, 21:25


27. oldal


A kéziszámítógépek • Apró, tenyérnyi méretű számítógépek – Korlátozott teljesítmény és funkcionalitás – Érintőképernyő, kézírásfelismerés – Billentyűzet nem, vagy csak miniatürizált méretben

• 1984: Psion Organiser – EPOC OS, a mai Symbian elődje – Szétnyitható, „kagyló” kialakítás

• 1992: Apple Newton – Első eszköz billentyűzet nélkül – Bukás • Drága eszköz (1000$) • Viszonylag nagy méret (nem zsebrevágható) • Rossz adatátviteli megoldások 2005. október 7, 21:25


28. oldal


A kéziszámítógépek • 1996: Palm Pilot 1000 – Motorola 68k, 128KB RAM, 160x160 pixeles LCD – Az első sikeres PDA modell • A lehetőségek ügyes egyensúlya • Jól kitalált kezelőfelület

– A PalmOS máig az első számú PDA operációs rendszer • A Microsoft PocketPC kezdi beérni

• Mára a PDA-k kezdenek egybeolvadni a mobiltelefonokkal – Sohasem váltak igazán fősodorbeli eszközökké • „Ketyere”-kategória, rétegtermék • Az igazi lehetőségek ma is sok tekintetben kiaknázatlanok

– Jellemző felhasználási területek: • Elektronikus naptár, jegyzettömb • Hálózati kommunikáció, email • Elektronikus könyvek

2005. október 7, 21:25


29. oldal


Összefoglalás • 1945-1960: 1. generáció – Vákumcsöves számítógépek

• 1960-1966: 2. generáció – Diszkrét elemes tranzisztoros gépek

• 1966-1974: 3. generáció – Integrált áramkörök

• 1974-napjainkig: 4. generáció – VLSI, mikroprocesszorok

•

2005. október 7, 21:25


30. oldal


Tartalomjegyzék 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Bevezetés A számológépek története A számítógépek kezdetei Elektroncsöves gépek (1. generáció) Tranzisztoros gépek (2. generáció) Integrált áramkörök (3. generáció) A mikroprocesszor (4. generáció) A jövő számítógépei

2005. október 7, 21:25


31. oldal


Mai trendek • A párhuzamos feldolgozás általánossá válása – Többprocesszoros rendszerek, több végrehajtási szálas processzorok – Részben a korábbi processzor-fejlődési irány megakadása miatt

• A hálózati alkalmazások előtérbe kerülése – Google (kereső, Gmail, stb.) – Wikipédia • Szabadon szerkeszthető online enciklopédia • Meglepően

– Blogok 2005. október 7, 21:25


32. oldal


„Moore-törvény” • Gordon E. Moore, az Intel társalapítója • 1965: „Az egy integrált áramkörben lévő tranzisztorok száma 18 havonta megduplázódik” – A processzor-teljesítmény és a memória mérete nagyjából ezzel arányos ütemben nő – A legelső számítógépektől napjainkig folyamatos az exponenciális ütemű teljesítmény-növekedés – Hetente 1%!

2005. október 7, 21:25


33. oldal


A kiterjesztett Moore-törvény

Courtesy of Ray Kurzweil and Kurzweil Technologies, Inc. http://www.kurzweilai.net/

2005. október 7, 21:25


34. oldal


„Moore-törvény” • A hálózati sávszélesség és a mágneslemez-kapacitás még ennél is gyorsabban növekedik – 1956 óta a mágneslemezek tárolókapacitása ötvenmilliószorosára nőtt („Kryder törvénye”) – A hálózati sávszélesség napjainkban az exponenciális ütemnél is gyorsabban növekedik

• A RAM és a mágneslemezek sebessége csak évi néhány százalékkal nő – Egyre jobban mélyül a szakadék a processzor és a tárolóeszközök sebessége között – A processzorok egyre jobban támaszkodnak a gyorsítótárakra

2005. október 7, 21:25


35. oldal


Gyémánt félvezetők • A mikroprocesszorok további sebesség-növelésének egyik gátja az alkalmazott félvezető anyagok korlátozott hővezetési képessége – A túlmelegedés tönkreteszi az eszközt – A hatékony hőelvezetés ma is komoly probléma

• A gyémánt az eddig ismert legjobb hővezető anyag – Egyúttal félvezető tulajdonságokkal is rendelkezik – Gyémánt alapú chipekre áttérve a Moore-törvény hatálya gyökeresen új felfedezések nélkül is jó néhány évig kitolható volna – Szilícium: 200° C, gyémánt: 1000° C

2005. október 7, 21:25


36. oldal


Gyémánt félvezetők • A továbblépéshez két problémát kell megoldani • Nagyméretű mesterséges gyémántok gyártása – Apró ipari gyémántokat 1950 óta elő tudunk állítani – A mai szilícium-chipek ~30cm átmérőjű mesterséges egykristályból készülnek – Ma (2005. szeptember) kb. 1cm átmérőjű színtelen gyémánt egykristályok jelentik a technológia határait • Az n-típusú félvezető kialakítása még nem teljesen megoldott – p-típus bór szennyezéssel könnyen készíthető 2005. október 7, 21:25


37. oldal


„Moore-törvény” • Az exponenciális fejlődés nem tartható a végtelenségig – Előbb-utóbb legyőzhetetlen fizikai akadályokba ütközünk – A továbbfejlesztés már ma is dollármilliókba kerül – „Rock törvénye”: egy új chip-gyártó üzem építésének költsége négyévente megduplázódik – Egy-, esetleg két évtized még mindenesetre talán belefér • Elvi, abszolút fizikai határ: 600 év (Krauss, Starkman)

2005. október 7, 21:25


38. oldal


„A technológiai szingularitás” • Spekulatív jóslat: „technológiai szingularitás” – Neumann János, 1950-es évek: „A technológiai fejlődés és az általa okozott változások folyamatosan gyorsuló üteme előbb-utóbb eljut egy ponthoz, amin túl a jelenlegi értelemben nem beszélhetünk emberiségről” – A szingularitás következményei, eredményei megjósolhatatlanok • Ma leggyakrabban az első sikeres mesterséges intelligenciák létrehozásától várják bekövetkeztét

2005. október 7, 21:25


39. oldal


„A technológiai szingularitás”

Courtesy of Ray Kurzweil and Kurzweil Technologies, Inc. http://www.kurzweilai.net/

2005. október 7, 21:25


40. oldal


„A technológiai szingularitás” • Ray Kurzweil (erősen optimista) gondolatmenete: – Emberi agykapacitás: 1011 neuron, sejtenként 1000 kapcsolat, 200 „számolási” ciklus másodpercenként – 2023: Egy emberi agy feldolgozókapacitása 1000 $-ért – 2037: Egy emberi agy feldolgozókapacitása 0.01 $-ért – 2049: Az emberiség teljes összkapacitása 1000 $-ért – 2059: Az emberiség teljes összkapacitása 0.01 $-ért – 2070-2100: szingularitás

• Valószínűbb, hogy a fejlődés üteme néhány évtizeden belül lineárisra lassul 2005. október 7, 21:25


41. oldal

Architektúrák és operációs rendszerek: Bevezetés - Történelem

Recommend Documents