2012.05.23.
Informatika múltja, jelene, jövıje
Dr. Bujdosó Gyöngyi Debreceni Egyetem Informatikai Kar 2012
Követelmények Aláírásért: Dolgozat beadása
Vizsgajegy
Téma: az előadás valamely
Szóbeli vizsga: 100 pont
témaköréhez kapcsolódóan
Kiselőadás tartása:
Terjedelem: 1500 szó
Határidő: • Kiselőadás esetén az előadás előtt 3 nappal
max. 15 pont
Szakmai napok
előadásonként 3 pont
maximum 10 pont
• Egyébként 2012. május 9.
2
1
2012.05.23.
Informatika múltja, jelene, jövıje
Dr. Bujdosó Gyöngyi Debreceni Egyetem Informatikai Kar 2012
2
2011. április 25.
2012.05.23.
5
3
2012.05.23.
Voyager 20027
Infó tárolás
8
4
2012.05.23.
• A számolást segítő eszközök története egyidős az emberiség történetével • A „szám” fogalom már a kőkorszaki ősember által is ismert volt
9
Busman sziklarajz, Zimbabwe
Kéznegatív a Gargas-barlangból, Franciaország
Az ősember az ujjait használta a számoláshoz
10 nyelvesztelen.blog.hu
5
2012.05.23.
Számírás Megfelelő számú rovás készítése fadarabba, csontba, bőrbe Csomóba rakott kövek, fadarabok Zsinegre kötött csomók
Paleolit kor, Csehország Farkas mellső lábszárcsontja Hossz: 22 cm Rovátka: 55 db
cc. 30 000 éves 11
Az információ tárolásának kezdetei
12
6
2012.05.23.
Zsinegre kötött csomók
Kipu 10-es számrendszert használ
13
Kipu – Inka birodalom Kipu: kecsua indiánul „csomó” Bináris kód! Kb. 30 cm-es kötél Rákötve különböző színű és méretű csomók Szín: a dolog félesége, természete Szám és elhelyezkedés: mennyiség Bináris kódolás 10-e számrendszer 14
7
2012.05.23.
15
8
2012.05.23.
17
Számadófa vagy rovásfa Belevésték az állatok számát Hosszában kettétörték vagy kettévették Ellenőrzésnél összeillesztették Csalás kizárt http://ttk.pte.hu/ami/phare/tortenet/Europa.html http://ppeter.apaczai.elte.hu/1ppt_hardver/
18
9
2012.05.23.
19
Számok
20
10
2012.05.23.
Számolás Kezdetben különböztek
Számrendszerek
Egy
ötös (Dél-Amerika),
Kettő
hatos (Északnyugat-Afrika,
Sok
Később alakult ki a többi szám fogalma
finnugor népek),
hetes (héberek, ugorok),
tizenkettes (germán nyelvek),
húszas (maják, kelták),
hatvanas (Babilon)
Római számok tekinthetők
a tízes és
az ötös számrendszer keverékének
21
Abakusz Kőtáblán golyók, csúszkák Kínában 6. sz. óta ismert (szorobán) A 12-14. századtól terjedt el igazán Római abakusz egy helyiértékén 4 db egyes értékű 1 db ötös értékű golyó
22
11
2012.05.23.
A számolóeszközök használatának kezdete
A calculus A calculus szó latin szó kövecskét jelent, kőlapon horonyba helyezhető kövecskékkel számoltak Ebből származik a mai kalkulátor elnevezés A calculus kifejezést először a rómaiak vezették be A rómaiakat megelőzően már Egyiptomban is használtak kalkulusz típusú számolóeszközt
23
Az egyiptomi „kalkulusz”
Egyiptomban találták meg a szalámiszi elnevezésű számolóeszközt Mérete: 75 x 150 cm Hornyokba helyezett kövecskékkel számoltak
24
12
2012.05.23.
Hogyan számoltak a szalámiszivel?? szalámiszivel
232 143 375
Az igazi calculus Kb. 15 x 8 cm méretű kő, csont vagy falap Lecsiszolt gömb alakú kavicsokat vagy csontgolyókat raktak kialakított hornyokba 5 értékű a golyó a felső rövid horonyban 1-1 értékű az alsó hosszú horonyban 26
13
2012.05.23.
Számolóeszközök a görög kultúrában
Dareios vázája
27
Az abakusz diadalútja
• Mi az abakusz? Keretbe foglalt dróthuzalok, amelyeken golyók mozgathatók • Az abakusz még ma is használatos eszköz! • Az abakusz őse a kínai szuan-pan 28
14
2012.05.23.
A szorobán
A kínai szuan-pan „japánosítása” =
Szorbán A szorbán a mai napig használatos eszköz 29
A különböző abakusz típusú számolóeszközök
30
15
2012.05.23.
Néhány megjegyzés
A calculus szóból származik a mai kalkulátor elnevezés A digitális szavunk a latin digitus = ujj vagy szám szóból származik A komputer szavunk a latin computare = összerendezni, szerkeszteni, rovásfára felírni szóból származik
31
A szorobán szerkezete
32
16
2012.05.23.
Elemi számolás szorobánnal 1.
33
Elemi számolás szorobánnal 2.
34
17
2012.05.23.
Elemi számolás szorobánnal 3.
35
Elemi számolás szorobánnal 4.
36
18
2012.05.23.
Elemi számolás szorobánnal 5.
37
Szorobán
19
2012.05.23.
Abakusz
39
Fibonacci (1170?-1240) Hindu számok? Arab számok? Liber Abaci című könyvében (1202) még helyesen hindu számjegyekről beszélt
40
20
2012.05.23.
Egyiptom ie. III. évezredben is már Külön jel a 10 hatványaira Jelek ismétlése (pl. 5-ször) Írásirány: jobbról balra Milliós tételek is
41
Egyiptom – Közönséges törtek
42
21
2012.05.23.
Egyiptom
Szorzás Osztás
Algoritmusok moszkvai papirusz – csonka gúla térfogata
43
Babilon
60-as számrendszer Helyiérték! Nádpálca és puha agyagtábla
44
22
2012.05.23.
Babilon 1-es többször leírva 10-es többször leírva 60 jele megegyezik az egyes jelével Szövegkörnyezet Helyiérték
45
Babilon
Egynél kisebb számok
„Hatvanados” törtek
= 1·600+24·60–1+51·60–2+10·60–3 4 tizedes jegy pontosságú!
= 1,4142 ≈ 2
46
23
2012.05.23.
Római számok Eredetük Rovásírás? Etruszk eredet?
Formáik
47
Hindu matematika Virágkor: 200 és 1200 között
0
A nulla szám bevezetése • Értelmezés
• Összeadás, kivonás, szorzás, hatványozás Aryabhatta (π)
Bhaskara, Mahavira és Brahamagupt
24
2012.05.23.
Hindu matematika Virágkor: 200 és 1200 között
–5 Negatív számok • Értelmezés • Műveletek
Hindu matematika Virágkor: 200 és 1200 között
+() Műveleti jelek Zárójelek bevezetése
25
2012.05.23.
A mai számírás őse
10-es számrendszer Helyiérték Nulla – számjegy bevezetése Negatív számok Műveleti jelek Zárójelek 51
Keveredés Egy erdélyi harang felirata, Római számok között megjelenik az arab 8-as Ekkor (MCCCC8VIII) Európa más területein még nem használtak arab számokat
52
26
2012.05.23.
Mechanikus számológépek
53
Wilhelm Schickard (1592-1635) • csillagász professzor 1592-ben született a németországi Herrenbergben. • 1619-ben a Tübingeni Egyetem héber tanszék kiválasztottjai közé kerül.
• 1623-ban egy olyan számológépet tervezett, amelyben egymáshoz illeszkedı tíz- és egyfogú fogaskerekek vannak. • Ezen, a mai fordulatszámlálókhoz hasonló elvő gépen elvégezhetı volt mind a négy alapmővelet. 54
27
2012.05.23.
Blaise Pascal (1623-1662) • az elsı, egységes egészként mőködı mechanikus számológépet Blaise Pascal francia filozófus tervezte 1642-ben. • az akkor 19 éves Pascal adóbeszedıként dolgozó apja munkáját akarta így megkönnyíteni.
55
Gottfried Wilhelm Leibniz (1646 - 1716)
• német filozófus és matematikus aki az 1670-es években Pascal gépét továbbfejlesztette • gépével már szorozni, osztani és gyököt vonni is lehetett.
• a tökéletesítést Pascal gépéhez képest a bordás henger (vagy bordás tengely) alkalmazása jelentette. 56
28
2012.05.23.
Antonius és Anton Braun – 1727 és 1736 Osztrák matematikus és optikus Mind a 4 alapművelet
57
Antonius Braun (1727)
Átmérő: Magasság:
40 cm 21 cm
58
29
2012.05.23.
Leupold-Braun-Vayringe gép (1736) Üvegtetejű másolata 1736-ból
59
Az első adathordozó (Jean-Baptiste Falcon, 1728) Lyukkártya Falcon Francia matematikus Továbbfejlesztését használták Jacquard szövőszékéhez
60
30
2012.05.23.
Első igazán használható számológép (Hahn, 1773) Philipp Matthäus Hahn Lelkész A gép
Hengeres ház
12 pár számlap
12 skálabeosztásos csavarfej
61
Első igazán használható számológép (Hahn, 1773)
• Két szám összeadása – a külső számlapok mutatják az egyik számot – a belsők a másikat – az eredmény a kar egyszeri körbeforgatása után a külső számlapokon olvasható le 62
31
2012.05.23.
Az első adathordozó (Müller, 1786) Johann Müller Hadmérnök „Az adatokat tárolni kell!” Adatok ideiglenes tárolására szolgáló rekesz: REGISZTER
63
Folyamatvezérlés
Kis zenedobozhoz
Hatalmas harangjátékhoz
32
2012.05.23.
Josepph Marie Jacquard (1752–1834) Hosszabb programot igényelt Minta megváltoztatása egyszerűnek kellett lennie
65
Jacquard automata szövőszéke 1805 Fa lyukkártyák Láncra felfűzve
66
33
2012.05.23.
http://www.enotes.com/topic/Punched_card
Charles Babbage (1792-1871)
Brit matematikus és feltaláló
Kidolgozta a
modern digitális számítógép alapelveit
68
34
2012.05.23.
Charles Babbage (1792-1871) • brit matematikus és feltaláló • kidolgozta a
modern digitális számítógép alapelveit • az elsı analitikus számológépek közé tartoztak • egyiket sem fejezte be teljesen (anyagi, személyes)
• 1834: • a differenciagép elıállítási költségeit 17 470 fontra becsülték • egy gızmozdony ugyanekkor 1000 fontba került 69
Charles Babbage differenciagépe (1820-as évek eleje) Difference Engine Működési elve: bizonyos függvényértékek (négyzetek, harmadik hatványok, logaritmusok stb.) sorozatának kiszámítását
különbségek, differenciák összeadására vezeti vissza hatodik rendű differenciákat is használt volna
Költségei (1834) 17 470 fontra becsülték egy gőzmozdony ugyanekkor 1000 fontba került 70
35
2012.05.23.
Charles Babbage differenciagépe (1820-as évek eleje)
71
Elektromos gépek
72
36
2012.05.23.
XIX. század végi felfedezések Elektromossággal Mágnesességgel Elektromos áram termelésével Távíróval kapcsolatos felfedezések
73
Herman Hollerith (1860-1929) • Az Egyesült Államok 1880-as népszámlálásán 55 millió ember adatait gyűjtötték össze és az adatokat 7 éven keresztül összesítették • A német származású amerikai statisztikus ennek láttán találta ki, hogy perforált kártyákat adatfeldolgozásra használjon • Egy kártyára egy ember adatait lyukasztotta • Az adatok feldolgozására olyan rendszert használt, ahol a lyukkártyák elektromos érintkezők között mentek át. Ahol a kártyán lyuk volt, az áramkör bezárult. Így a lyukakat meg lehetett számolni 74
37
2012.05.23.
Holerith lyukkártyás adatfeldolgozása készülékére 1889-ben szabadalmat kapott ezzel dolgozta fel az USA 1890-es népszámlálási adatait mindössze négy hétre volt szüksége
Holerith alapította 1896-ban a Tabulating Machine Company nevű céget, amelyből aztán 1924-ben megalakult az IBM
75
76
38
2012.05.23.
Michael Faraday (1791–1867) Elektrokémia, Elektromágnesesség Elektromágneses indukció: a mágneses tér változása áramot indukál Ez megalapozta a következőket: Generátorok Dinamók Transzformátorok
Elektrolízis, bevezetett fogalmak Anód, katód Faraday kalitka (Tesla kalitka)
Ion Elektród
77
Faraday a laboratóriumában (akvarell)
78
39
2012.05.23.
Faraday kalitka
79
Tesla kalitka
Nikola Tesla (1856-1943) 34 évesen
(Tesla kalitka) 80
40
2012.05.23.
Faraday kalitka alkalmazása
A törzs jellemzően alumíniumból készült burkolata kiváló vezető, ami a Faraday-kalitka elvének megfelelően megvédi az utasokat az elektromágneses sugárzástól, a villám a burkolat mentén végigfut a gépen
81
Villanymotorok Oersted, 1820: Elektromágnesesség felfedezője – az elektromos áramnak mágneses hatása van (iránytű) Faraday: a mágnese tér változása elektromos áramot hoz létre Joseph Henry: Erős elektromágnes létrehozója William Ritchie: Forgó mozgást végző „igazi” villanymotor felfedezője (1833) 82
41
2012.05.23.
Jedlik Ányos – 1821: Villámdelejes forgony
83
Faraday motorja 1830-ból
84
42
2012.05.23.
Ritchie motorja (1833)
http://www.sparkmuseum.com/MOTORS.HTM
85
Dinamó – Jedlik Ányos (1861)
86
43
2012.05.23.
Néhány fontos felfedező és felfedezése André-Marie Ampère elektrodinamika elektromágnes
Joseph Henry Lord William Thomson Kelvin mágneses áramot fejleszt öninduktivitás elektromos motor elektromos jelek késése kábelekben
87
James Maxwell Elektromosság és elektromágnesesség törvényei Maxwell-egyenletek (1864) korábbi tudósok (Faraday, Ampère stb.) elektromos és mágneses felfedezéseinek matematikai formuláinak kiterjesztése, melyeket egy összekapcsolódó differenciálegyenletgyűjteménybe foglalt össze • eredetileg 20 egyenlet és 20 változó, • később ezeket leegyszerűsítette 4-re és vektoriális alakra írta át
88
44
2012.05.23.
Totalizátorok 1911-től úgynevezett totalizátorok számítják ki valós idejű üzemmódban a kutya- és lóversenyek fogadási esélyeit Már az első ilyen készülékek is fix programozású, számjegykijelzős elektromechanikus gépek voltak
Egy teljes szobát betöltöttek 89
Analóg számítógépek 1910 – Josef Novak ötismeretlenes lineáris egyenlet megoldására készít gépet 1914: Udo Knorr menetrendkészítő diagráfot szerkeszt 1930 Vannevar Bush differenciál analizátort készít, mely egyszerűbb differenciálegyenletek megoldására alkalmas
90
45
2012.05.23.
Analóg számítógépek 1910 – Josef Novak ötismeretlenes lineáris egyenlet megoldására készít gépet
1914 – Udo Knorr menetrendkészítő diagráfot szerkeszt
1930 – Vannevar Bush differenciál analizátort készít, mely egyszerűbb differenciálegyenletek megoldására alkalmas
91
Leonardo Torres y Quevedo 1910 és 1920 között olyan programvezérlésű mechanikus számológépeket épített egyedi célokra (pl. két komplex szám szorzatának kiszámítására), amelyek kimeneti egysége írógép volt Tőle származnak a programozási nyelvek első kezdeményezései is 1914: bevezette a lebegőpontos számábrázolást 92
46
2012.05.23.
Konrad Zuse (1910-1995) 1932-ben építette Németországban az első mechanikus tárolót tetszőleges adatok, elsősorban lebegőpontos számok ábrázolására A tároló 24 bites adatokat tudott fogadni A lebegőpontos számoknál ebből 16 bit volt a mantissza, 7 bit a karakterisztika és 1 bit az előjel.
Több elektromechanikus (relés) gépet épített. 93
Konrad Zuse 1936 és 1938 között otthon, szülei lakásának nappalijában épített Z1 néven az első olyan szabadon programozható számítógépet, amely kettes számrendszerben működött és lebegőpontos számokkal dolgozott Az adatbevitelre billentyűzet szolgált, az adatkivitel pedig kettes számrendszerben egy világító tábla (fénymátrix) segítségével történt A számolómű és a tároló telefonrelékből készült A gép 24 bites szavakkal dolgozott A memóriája 16 adat tárolását tette lehetővé A gép tartalmazott decimális–bináris és bináris–decimális átalakítót is Ilyen eszközt Zuse készített először. 94
47
2012.05.23.
A következő modell – a Z2 – már lyukfilmes adatbeviteli egységet tartalmazott. Ez a gép 16 bites fixpontos adatokkal dolgozott 16 szavas tárolója volt 95
Az első teljesen működőképes, szabadon programozható, programvezérlésű számítógépet, a Z3-at, Zuse 1941-ben fejezte be Ez a gép 22 bites szavakat használt Lebegőpontos számokkal dolgozott A tárolóegység 1600 mechanikus reléből állt, 64 szám tárolására volt képes. A számolómű 400 relé felhasználásával készült. A műveletek jellemző végrehajtási ideje 3 sec Zuse felajánlotta Hitlernek, hogy két év alatt elkészíti a hadsereg számára a gép javított változatát elektroncsövek felhasználásával. Hitler az ajánlatot azzal utasította vissza, hogy még a gép elkészülte előtt meg fogják nyerni a háborút. 96
48
2012.05.23.
Z3
97
Alan Turing (1912–1954) 1936: az „On Computable Numbers” című művében leírta egy olyan számítógép matematikai modelljét, amely – mint a lehető legegyszerűbb univerzális számítógép – bármilyen véges matematikai és logikai problémát meg tud oldani Ez a ma Turing-gép néven ismert eszköz fontos volt a digitális számítógépek kifejlődésében
98
49
2012.05.23.
A Turing-gép három részből áll:
egy mindkét irányban végtelen tárolószalagból,
egy vezérlőegységből és
egy író-olvasó fejből
A szalag mezőkre oszlik, mindegyik mező egy adatot vagy utasítást tud tárolni Csak a fej alatt elhelyezkedő egyetlen mező olvasható, illetve írható. A gép a következőképpen működik:
Kezdetben a gép meghatározott állapotban van
Beolvassa a szalagról az éppen a fej alatt lévő jelet, • ettől függően végrehajt valamilyen tevékenységet, és • így új állapotba jut
Közben a szalagot is új mezőre pozícionálja
A fej beolvassa a szalagról a következő jelet, … és így tovább…
A folyamat akkor ér véget, amikor az olvasófej a STOP utasítást olvassa be 99
Leslie Comrie (1893–1950) 1938 – megalapítja Londonban az első kereskedelmi jelleggel működő számítóközpontot: Scientific Computing Service Ltd. A nagyobb feladatok megoldására több számítógépet és lyukkártyás Hollerith-gépet kapcsolt össze 10 0
50
2012.05.23.
George Stibitz (1903–1995) 1937: Zusetől függetlenül építette meg Complex Number Calculator nevű gépét a Bell Telephone Laboratory-nál A gép bináris aritmetikát használt A tárolóegység relékből készült Az adatbevitel távírógéppel történt A gép egy javított, fix programozású változatát 1943-ban ballisztikai számításokra használták. 1946-ban Stibitz a Bell Telephone Laboratory-nál megépíti Model IV nevű univerzális számítógépét A gép 9000 reléből épül fel A szorzás ideje 1 sec, a gyökvonásé 4,5 sec. 101
Colossus (1943) Alan Turing vezetésével Angol titkosszolgálat Relés analóg számítógép II. világháborús német katonai rejtjelező kód megfejtését segítette (A német ENIGMA kód megfejtője)
10 2
51
2012.05.23.
Mark I.
Howard Aiken (1900-1973) fejlesztette ki a Mark 1-et IBM – Egyesült Államok Lyukkártyás, relé alapú számítógép 1944-ben készült el Lassan de megbízhatóan üzemelt 1954-ig 103
Mark I. Memória:
tízes számrendszerben
Fogaskerekekkel történik
Kapacitás: 72 db 23 jegyű szám
kb. 15 m hosszú 2,4 m magas 3304 db kétállású kapcsoló
Adatbevitel lyukkártyával
Kb. 760 000 alkatrész
A programot lyukszalag tartalmazta
Kb. 800 km huzalt
104
52
2012.05.23.
105
Források http://ttk.pte.hu/ami/phare/tortenet/Europa.html http://ppeter.apaczai.elte.hu/1ppt_hardver/ http://ttk.pte.hu/ami/phare/ Rutkovszky Edéné: A számítástechnika története, http://irh.inf.unideb.hu/user/kata/Informatikatortenet/inftort.ppt Szőke József : A számítástechnika rövid története IV. http://spillerlaszlo.wordpress.com/tag/szamitastechnikatortenet/ Braun: http://history-computer.com/MechanicalCalculators/18thCentury/Braun.html Joseph Marie Jacquard, Business Library, http://findarticles.com/p/articles/mi_gx5221/is_2005/ai_n19142165/ http://www.szenteskep.hu/informatika/oldalak/tortenet/kezdet.htm Faraday: http://www.sulinet.hu/tart/fcikk/Kjbd/0/22157/1 The Development of the Electric Motor (Sparkmuseum), http://www.sparkmuseum.com/MOTORS.HTM Jedlik Ányos találmányai, http://zsenikesfeltalalokmuveik.network.hu/blog/zsenik-es-feltalalok-muveikhirei/jedlik-anyos-talalmanyai http://scienceworld.wolfram.com A XX. sz. elejének eredményei: http://ttk.pte.hu/ami/phare/tortenet/elektr1.html http://www.sci-tech.hu/abacus-notebook.sci-tech.hu/00home/00home.htm http://hu.wikipedia.org/w/index.php?title=F%C3%A1jl:Colossus.jpg&filetimestamp=20090301192445
106
53
2012.05.23.
Ajánlott irodalom Az információtudomány történeti háttere II. (Horváth Péter) , Tudományos és Műszaki Tájékoztatás, 48. évfolyam (2001) 5. szám, http://tmt.omikk.bme.hu/show_news.html?id=1622&issue_id=35
107
Videók Tesla cage: http://www.youtube.com/watch?gl=HU&v=Zi4kXgDBFhw Szegedi múzeum: http://www.youtube.com/watch?v=V2SFI03PeFo Reklám: http://www.youtube.com/watch?v=vASyq5afcS4 Az elektronikai termékek története: http://www.youtube.com/watch?v=dcBNRCldLvE Mindentudás egyeteme: Az internet szabadsága: http://mindentudas.hu/elodasok-cikkek/item/160-az-internetszabads%C3%A1ga.html Info-bionika és érzékelő számítógépek: http://mindentudas.hu/elodasok-cikkek/item/61-info-bionika%C3%A9s-%C3%A9rz%C3%A9kel%C5%91-sz%C3%A1m%C3%ADt%C3%B3g%C3%A9pek.html A számítógéptől az információs társadalomig: http://mindentudas.hu/elodasok-cikkek/item/26-asz%C3%A1m%C3%ADt%C3%B3g%C3%A9pt%C5%91l-az-inform%C3%A1ci%C3%B3st%C3%A1rsadalomig.html
10 8
54
