A számítástechnika története
A számítástechnika története
Lehetetlen pontosan megmondani, hogy a számítástechnika elemei mikor jelentek meg az emberiség kultúrtörténetében. Annyi azonban biztos, hogy a nagy tömegű és gyors számolás iránti igényt a csillagászat, a hajózás és a kereskedelem fejlődése hozta létre. Az i.e. 1600 körül használt és töredékben ránk maradt babiloni számolótáblák arról tanúskodnak, hogy ezer évvel Püthagorasz előtt Babilonban már ismerték híres tételét (a2 + b2 = c2), egyenleteket oldottak meg, és hogy mai asztronómiai ismereteink kezdetei is ide nyúlnak vissza. A babiloniak által használt 60-as számrendszert szög- és időmérésünkben máig őrizzük. A fejlődésnek döntő lökést adott a helyiértékes számítás bevezetése. Ez már alkalmas volt technikai eszköz megszerkesztésére is. Az egyes keleti országokban ma is használt golyós számológép abacus néven vonult be a technikatörténetbe. Őshazája valószínűleg Kína és Egyiptom. A számoláshoz használt kövecskék latin nevéből (calculus) ered sok, számolással kapcsolatos kifejezés.
A középkorban a mohamedán csillagászok értek el kiemelkedő eredményeket. Gijjád el-Din al-Kassi (1393-1449) asztrológiai szerkezetei megdöbbentően pontosak. Konjunkciós lemezével meg lehetett állapítani, mikor lesz két bolygó egyazon hosszúsági fok mentén. Készített továbbá holdfogyatkozást kiszámító gépet, majd egy olyan planetáris számológépet, amellyel a Nap, a Hold és a látható bolygók földrajzi hosszúságát meg lehetett állapítani.
Az első jelentős európai számológép-konstruktőr, Willhelm Schickard (1592-1635) szintén csillagász volt. Gépe az összeadást és kivonást teljesen, a szorzást és osztást részben automatikusan végezte. Egymáshoz illeszkedő tíz- és egyfokú fogaskerekei a mai fordulatszámlálókra emlékeztetnek. Schickard gépéhez képest Blaise Pascal (1623-1662) aritmométere tulajdonképpen visszalépés, csak összeadni és kivonni tudott. Mégis ez utóbbi gyakorolt nagyobb hatást a további fejlődésre. Schickard gépe tűz áldozata lett, egyetlen példánya sem maradt fenn, Pascalé viszont mintapéldánya lett a 19. sz.-ban már sorozatban gyártott ilyen rendszerű számológépeknek. Pascal után Gottfried Wilhelm von Leibnitz (1646-1716) szerkesztett olyan gépet, amely már mind a négy alapműveletet automatikusan végezte. Gépébe számos olyan új gondolatot épített, amelyek máig érvényesek (több számjegy egyidejű bevitele, bevitel a regiszterbe mozgó kocsiról, lépcsős henger, kétirányú forgathatóság, stb.). Ő javasolta először a kettes számrendszer használatát. Az első igazi piaci siker Theophill Witgold Odhner (1845-1905) svéd mérnök találmányához fűződik. Az általa alkalmazott tüskés kerekes, léptetett kocsis, hajtókaros számológéptípust még ma is gyártják.
A csillagászat, a hajózás és a kereskedelem mellé a 19. sz. elején az ipar is megjelent a számítástechnika felhasználójaként. Joseph Marie Jacquard (1752-1834) nevéhez fűződik a szövés folyamatának automatizálása. Módszerének lényege egy kártyasorozat alkalmazása. A kártyákon a mintának megfelelően lyukak vannak. A lyukak lehetővé teszik, hogy a horgok felemelkedjenek és lehúzzák a nyüst szálait, így a vetélő előre meghatározott szálak fölött, ill. alatt haladhat át. Ez a módszer, amely a programvezérlés elvét alapozta meg, olyan sikert aratott, hogy 1812-ben már több mint 10 000 ilyen szövőszék működött Franciaországban.
A mai számítógép ősatyjának Charles Babbage (1791-1871) angol matematikus tekinthető. Az ő konstrukciói már tartalmazzák mindazt, ami a modern számítógépek lényege. Ún. analitikus gépe két részből állt. A tárolóból, ahol azok a változók helyezkednek el, amelyeken majd a műveleteket végezzük, és a „malomból”, azon mennyiségek számára, amelyeken épp valamilyen műveletet kell végezni. Babbage felismerte, hogy szükség van a részeredmények tárolására, a műveletek elemi részekre bontására. Az utasítások a már Jacquard-nál megismert kártyák segítségével közölhetők a géppel. Minthogy a kártyák sorrendje tetszőleges lehet, a géppel elméletileg bármilyen műveletsor elvégezhető. Az egyszer már összeválogatott kártyacsomag megőrizhető, később újra felhasználható. Babbage tragédiája, hogy gyakorlati érzék hiányában gépeit nem tudta megépíteni, de ezt a kor technikai színvonala sem tette lehetővé. Munkásságának legjobb összefoglalása Ada Byrontól, Lord Byron leányától maradt ránk, aki már 15 éves korában kitűnt rendkívüli matematikai érzékével. Babbage elgondolásait tökéletesen megértette, s joggal tekinthető az első női számítástechnikusnak; róla nevezték el a nagyszámítógépekre a Pentagon megbízásából készítet ADA programnyelvet.
Az első nagyszabású ügyviteli célú számítástechnika-történeti esemény Herman Hollerith (1860-1929) nevéhez kapcsolódik. Találmányát az 1889. Évi amerikai népszámlálás adatainak feldolgozásához (63 millió személy adatai) használták először. Erre azért is szükség volt, mert a korábbi népszámlálás adatainak feldolgozása – amit hagyományos módszerekkel végeztek – még be sem fejeződött, és már esedékessé vált a következő. Az egyes polgárok adatai egy-egy lyukkártyára kerültek, megfelelő lyukkombináció formájában. A kilyukasztott kártyák egy letapogató keferendszer alatt haladtak el. Ahol lyuk volt, ott záródott egy áramkör, s működésbe lépett egy jelfogó. Hollerith gépéhez osztályozórendszer is tartozott, 24 rekesszel. Ez a rendszer, további egységekkel, kártyalyukasztó, -ellenőrző és eredménykiíró táblázógéppel kiegészítve máig a lyukkártyás adatfeldolgozás klasszikus eszköze. Az emberi munka könnyítését szolgálta az is, hogy a meghajtáshoz kézi tekerés helyett villanymotorokat használtak.
A fejlődés következő lépése a telefonközpontoknál egyre általánosabbá váló jelfogók felhasználása volt. Konrad Zuse (1910-) német mérnök építette az első ilyen jelfogós számítógépet, amely 2600 jelfogót használt fel, a kettes számrendszert alkalmazta, sebessége 30-50 művelet/perc volt. Az Egyesült Államokban akkoriban Howard Aiken (1900-) készített jelfogós gépeket Mark-I. és Mark-II. néven, a haditengerészt és a légierő számára.
A modern számítógépek kifejlesztését kétségtelenül a II. világháború és azon belül is a ballisztikai feladatok megoldásának igénye sürgette. A bombázó repülőgépek tömeges megjelenése ugyanis a korábbinál sokkal gyorsabb légelhárító-irányzó munkát követelt. A tüzérségi táblázatok elkészítése nem mehetett tovább a hagyományos úton. Egy tipikus röppálya kiszámításához 750 szorzásra volt szükség, egy-egy tüzérségi táblázat pedig kb. 3000 röppálya különféleképpen összeszorzandó alapadatait tartalmazta. Érthető tehát, hogy az Egyesült Államok kormánya hatalmas összegeket áldozott a fejlesztésre, és az ország legjobb mérnökeit, matematikusait (John Presper Eckert, John William Mauchly, Hermann Heine Goldstine) bízta meg a feladat megoldásával. Nyilvánvalóvá vált, hogy az igényelt sebességet csak elektronikus úton, elektroncsövek alkalmazásával lehet elérni. Az első ilyen gép az ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer = elektronikus, digitális integrátor és számítógép) 18 000 elektroncsövet, 70 000 ellenállást, 10 000 kondenzátort és 6000 kapcsolót tartalmazott, hossza 30, magassága 3, szélessége 1 m volt. Elképzelhető, mekkora hőt fejlesztett a 150 kWh energiát fogyasztó monstrum, és milyen megbízhatósági gondokkal küszködtek konstruktőrei, hogy a folyamatos működést fenntartsák. Az ENIAC végül is csak a háború után készült el, tehát az eredetileg tervezett célra már nem tudták használni. 1946 júniusában adták át hivatalosan, és 1955 októberéig volt üzemben. A munkálatok vége felé csatlakozott a fejlesztő csoporthoz Neumann János (1903-1957), aki a következő gép, az EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer = elektronikus, diszkrét változós, automatikus számítógép) logikai tervezésében döntő szerepet vállalt. Ő alkotta meg a számítógépek máig használatos architektúráját. Legfontosabb gondolata a tárolt program, a belső programvezérlés elvének alkalmazása volt. Ez annyit jelent, hogy a számítógépbe az adatokhoz hasonlóan be kell vinni a kódolt programot, a beolvasott program a tárba kerül és átveszi a vezérlést. Ezután már a bevitt program irányítja a gépet, amely az előírt logikai rendnek megfelelően elvégzi a kijelölt, műveleteket, a részeredményeket tárolja, majd a végeredményt kinyomtatja.
Neumann és Goldstine javaslatára az adatokat és utasításokat kettes számrendszerben kódolták. Meghatározták továbbá, hogy az új gép milyen egységekből álljon. A számítások elvégzéséhez központi aritmetikai egység szükséges, a berendezés logikai vezérlését egy központi vezérlőegység látja el. Az adatok és programok tárolására nagyméretű tárolóegységet terveztek. Természetesen beviteli és kiviteli egységek is tartoztak az új architektúrához. Az EDVAC 1949-ben kezdte meg működését. Nem sokkal ezután a fejlesztőcsoportból távozó Eckert és Mauchly elkezdték tervezni első általános célú és később a számítógépek piaci sikertörténetét elindító gépüket az UNIVAC-et (Universal Automatic Computer = univerzális automata számítógép), amely 1951-re lett működőképes. A kutatócsoport másik része Neumann és Goldstine vezetésével az amerikai Princeton egyetem (New Jersey) Korszerű Kutatások Intézetében (IAS = Institute of Advanced Studies) további lényeges fejlesztéssel járult hozzá a számítástechnika fejlődéséhez. A korábbi gépeiknél alkalmazott soros tárolás helyett párhuzamos szervezést valósítottak meg: ezzel ötszörösére emelték a működési sebességet, miközben az alkatrészek száma csökkent.
A modern számítógép kétségtelenül az Egyesült Államokban született, de a háború után hamarosan sikert hoztak az európai fejlesztések is. Az első európai gép, az EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Calculator = elektronikus késleltető tárolású automatikus számítógép) az angliai Cambridge-ben készült, Neumann volt munkatársának, Maurice Vincent Wilkesnek az irányításával, 1946-ban. A Szovjetunió első számítógépe a MESZM (Malaja Elektronnaja Szcsotnaja Masina = kis elektronikus számológép) 1951-ben Szergej Alekszejevics Lebegyev (1902-1974) vezetésével készült el, és 7-8000 művelet/s sebességgel működött.
Az első hazai számítógép – amely még „jelfogós” rendszerű volt -, a MESZ-1 (1955) tervezése és megépítése Kozma László villamosmérnök (1902-1983) nevéhez fűződik, akinek munkássága a telefonközpontok területén is rendkívül jelentős.
Az elektronika forradalma a számítógép-technológia rendkívüli fejlődését eredményezte. A 60-as évek elején kezdték alkalmazni számítógépekhez a tranzisztort. Ez az ún. második generációs gépeknél a működési sebesség és a megbízhatóság nagyságrendi növekedéséhez, a méretek, az áramfelvétel és az árak drasztikus csökkenéséhez vezetett. A tendencia folytatódott és folytatódik az integrált áramkörök, majd az igen nagy mértékben integrált áramkörök (VLS) megjelenésével.
A számítógépek központi egységeinek gyors fejlődése hamarosan rádöbbentette a tervezőket és alkalmazókat, hogy a szűk keresztmetszet a beviteli (input) és a kiviteli (output) egységek lassúsága. Hiába számol ugyanis akármilyen sebességgel a központi egység (CPU), ha nem tudjuk az adatokat elég gyorsan a gépbe juttatni vagy onnan visszanyerni. A lyukkártyás adatbevitel – bármennyire forradalmasította is a számítástechnikát – nem gyorsítható fel elektronikus sebességre. Kétségtelen előrelépést jelentett ugyan, hogy a letapogató kefék helyét fotocellás érzékelés vette át, de a kártyabeolvasás sebessége így sem haladta meg az 1000 kártya/perc értéket. Bizonyos alkalmazásoknál (pl. hosszú szövegek rögzítése) a lyukkártyánál előnyösebb a lyukszalag, amelyre általában 150 karakter/s sebességgel lehet lyukasztani, és tízszer ennyit, másodpercenként 1500 karaktert lehet leolvasni róla. A sebességnek itt is határt szab a papírtovábbítás tehetetlensége, a szalagszakadás veszélye. A lyukszalag további hátránya, hogy – szemben a lyukkártyával – a rögzített adatokat nem lehet átcsoportosítani.
A további fejlődés egyértelműen a mágneses adatrögzítés irányába mutatott (key-to-tape = mágnesszalagra rögzíteni billentyűzetről; vagy key-to-disk = mágneslemezre rögzíteni billentyűzetről). Itt a korlát már nem az adathordozó közeg mozgási, hanem az ember gépelési sebessége. A legjobb természetesen az lenne, ha a gép az élőbeszédet is megértené, vagy legalább az egyszer már leírt, kinyomtatott szöveget elolvasná. Mindkét irányban biztató kísérletek folytak (pl. OCR – Optical Character Recognition = optikai karakterfelismerés). Banki, postai alkalmazásoknál pl. használnak már korlátozott mértékű automatikus karakterfelismerést.
A kimeneti, kiíró szerkezetek fejlesztésénél három, egymásnak gyakran ellentmondó követelmény szorítja a fejlesztőket: gyorsabban, szebben, halkabban. A nagy gépekhez csatolt, nagy teljesítményű sornyomtatók sebessége 12 000-től 70 000 sor/percig terjed (egy sorba általában 130 karakter nyomtatható). A személyi számítógépek nyomtatói 300 karakter/s sebességet érnek el. A halk működést a nem mechanikus elvű nyomtatóktól (pl. festéksugaras, hőhatással működő), a jó minőséget a lézernyomtatóktól várhatjuk leginkább.
