3.2 A számítógép az információterjesztés szolgálatában
Mint a bevezetőben már szó esett róla, az új információk számának növekedése logisztikus függvénnyel jellemezhető. Tekintve, hogy új információ csak úgy jöhet létre, ha az ismeret valamilyen kommunikációs csatornán keresztül eljut a befogadóhoz, nyilvánvaló, hogy az információáramlásnak is hatványozott mértékben kell bővülnie, ellenkező esetben a csatorna szűk keresztmetszete akadályozza a tudományos fejlődést. A tudományos tájékoztatás ilyen értelemben jó segédeszközre lelt a számítástechnikában és a távközlésben, amely jelentősen megnövelte a feldolgozható és közvetíthető információk mennyiségét. A számítógépet a gyakorlatilag korlátlan tárolókapacitás, rendkívül gyors műveleti sebesség és a nagy pontosság különösen alkalmassá teszi a nagy adathalmazok feldolgozására, a bonyolult tudományos számításokra és a működő rendszerek szabályozására. Az könyvtári feladatok ellátására igen alkalmas a sok adat tárolása és ezek rövid elérési ideje miatt, de a számítógépekhez kapcsolt távadatátviteli vonalakkal a térbeli korlátok áthidalása szintén döntő jelentőségű volt az informatikában tapasztalható számítástechnikai áttörésben.
A ma ismert és elterjedt elektronikus számítógépek két összetevőből, a hardver-ből és a szoftverből állnak. A hardver három fő része:
- a központi egység, amely az utasításoknak megfelelően vezérli a belső adat-forgalmat, végrehajtja az aritmetikai és logikai műveleteket;
- a központi vagy operatív memória tárolja a programokat és az adatokat;
- az input-output (I/O) egység biztosítja a be- és kimenő adatok konvertálását a gép, illetve az ember számára értelmezhető formára. A legtöbb számítógéphez még különböző kiegészítő berendezések, háttértárak, nyomtatók és más perifériák is tartoznak. A szoftver az a program, illetve programrendszer, amellyel a gép működik: ezt két nagy csoportra oszthatjuk. A rendszerszoftver (más néven alapszoftver) - amely magába foglalja az operációs rendszer(eke)t, a fordító, betöltő-, kezelőprogramokat stb. - a számítógép szerves “tartozéka”, nélküle működésképtelen lenne. Az alkalmazói szoftvert a géptípusnak megfelelően, a konkrét igénybevételt figyelembe véve írják, illetve használják.
3.21 A számítógépek fejlődésének rövid története
Fél évszázada sincs még, amikor 1945 decemberében a pennsylvaniai egyetemen üzembe helyezték az első elektronikus elven működő számítógépet, az ENIAC-ot. Azóta a számítástechnika önálló ágazattá vált, amelynek a fejlődése sok más iparágéhoz képest is rendkívül gyors és látványos volt. A számítástechnika magába foglalja a technikai eszközök, a hardver gyártását és a számítógépek működtetéséhez szükséges programok, a szoftver készítését.
A számítástechnika rendkívüli fejlődése nem egy lineáris vonal mentén ment végbe, hanem egymástól meglehetősen jól elhatárolható szakaszokra osztható, mind a hardvert, mind a szoftvert, sőt még e két alkotóelemhez szorosan kötődő alkalmazási rendszereket, illetve rendszertervezési módszereket illetően is. A technikai és szellemi alapok olyannyira eltérőek, hogy számítógép-generációkról szokás beszélni. A durván egy-egy évtizedet felölelő egyes szakaszok a gyakorlatban természetesen nem úgy következnek egymás után, hogy az egyik véget érésével kezdődik a másik; az egyes számítógép generációk évekig élnek egymás mellett. Ennél is lassabban követik a technológiai fejlődést az alkalmazói rendszerek, illetve a rendszertervezési módszerek, és az egyes országok helyzete is nagymértékben eltérő. A következő rövid történeti áttekintésben természetesen csak az legszámottevőbb fejlesztések bemutatására szorítkozhatom.
Az első generáció úttörője, az ENIAC 18 ezer elektroncsőből állt. A 30 tonnás berendezés programjait - memória hiányában - huzalozással tárolták. Ennek az elektroncsövekből álló gépnek inkább csak a méreteit szokták említeni, holott alkalmazásának korlátozott mivolta elsősorban nem ebben rejlett. Tekintve, hogy egy elektroncső átlagos élettartama kb. 2 000 óra, könnyű kiszámolni, hogy a 18 000 elektroncső közül minimum 6-7 percenként legalább egy elromlott, és ez gyakorlatilag lehetetlenné tette a normális működést. Részben emiatt, de főleg a vezérlő program huzalos tárolása miatt az első generációs gépek csak alkalmi feladatok elvégzésére voltak alkalmasak. Műveleti kapacitásuk nagyjából a mai asztali kalkulátorénak felel meg. Az alkalmazásra az eszközfüggőség, a rendszerszervezési módszerekre a feladatszemlélet volt a jellemző. Az egyes gépek egymástól függetlenül, mindenféle szabványosítás nélkül épültek.
Az ENIAC üzembe állításával egy időben Neumann János és munkacsoportja már a számítógépek új modelljein dolgozott. Az akkor kitalált megoldások mind a mai napig meghatározzák a számítógépek fejlesztését. Eredményeik oly jelentősek, hogy az általuk rögzített elvek alapján működő gépeket Neumann-féle architektúrának nevezik. A Neumann János által kitalált, a második-negyedik generáción végigvonuló gondolat a tárolt program mellett a sorrendi vezérlés. Az első generációhoz képest az igazi áttörést a tárolt programos vezérlés jelentette, a sorrendi vezérlést tulajdonképpen már az ENIAC-nál is alkalmazták. A Neumann-féle gépek azonos módon kezelik és ugyanazon a helyen tárolják a programot, amely megadja a lépések sorrendjét és az adott lépéshez szükséges adatokat. Az utasítások a memóriából sorban a központi feldolgozó egységbe jutnak, itt dekódolódnak, majd működésbe lépnek: előhívják a memóriából az adatokat, elvégzik a számításokat stb. Az egyes lépések egymás után, ciklikusan szerveződnek és így ismétlődnek.
A második számítógép generáció indulása 1956-1959 közöttre tehető. Technikai előrelépést a tranzisztor, szellemi fejlődést a folyamat-feldolgozásra való alkalmasság, a magasszintű programnyelvek és az eszközfüggetlen módszerek jelentettek. Tipikusan jellemző volt az algoritmusok, folyamatábrák készítése, a logikai szabályozottság. Mind a gépek, mind a működtetés nagyon drága volt, ezért a folyamatos üzemelés érdekében ún. kötegelt (batch) üzemmódban dolgoztak a számítóközpontok. A gépek gyártóinak és felhasználóinak bővülésével egyes összetevők esetében már megkezdődött a szabványosítás is.
Az integrált áramkörökből épülő harmadik generációs számítógépek prototípusai 1964-67 között készültek el. A szoftverkészítésben a rendszerszemlélet vált uralkodóvá, a gépek működését az egyes típusokhoz készülő operációs rendszerek szabályozták. Tipikus alkalmazási területe a CAD (Computer Aided Design), amely az egész harmadik generációs szemléletet jól tükrözi: a gép “buta, de ügyes”, arra jó, hogy megkönnyítse és meggyorsítsa az ember munkáját. A számítóközpontokban még mindig az operátor az “úr”, ő indítja el a gépet a job-control utasításokkal, illetve a programozók kérésére kiveszi a raktárból és elindítja a kért fájlokat.
Az integrált áramkörök bonyolultsága igen gyors műveleti sebességet tesz lehetővé - bár az is igaz, hogy az 500 000 művelet/sec nem a tényleges outputokra vonatkozik, mert az egyre bonyolultabb operációs rendszer nagyon sok belső, rezsi-feladatot végez el. Jelentős fejlődést hozott az ember-gép kapcsolatban az ún. interaktív (más néven párbeszédes) üzemmód, amely egy-egy utasítás végrehajtása (tkp. “válaszadás”) után lehetővé teszi a felhasználó számára, hogy beavatkozzon a feldolgozás menetébe. A harmadik generációs korszakra jellemző a nagymértékű szabványosítás: az integrált áramköröktől az operációs rendszerekig gyakorlatilag valamennyi “építőelemre” érvényes előírások vannak, amelyek nemcsak a hardver, de a szoftver tekintetében is eszközfüggetlen alkalmazást tesznek lehetővé. Ehhez a generációhoz tartozik egy jelentős vívmány, a távadatfeldolgozás technológiája is, amely a nagy rendszerek interaktív lekérdezésére és/vagy felújítására is módot ad, egyidejűleg több felhasználó számára és akár kontinensnyi távolságból is.
A nagy integráltságú (LSI = Large-Scale Integration) szilícium félvezető lapkán (chipen) több ezer vagy akár több tízezer áramköri elemet kapcsolnak össze: ezekből épülnek napjainkban a negyedik generációs számítógépek. A technológia itt nem tér el gyökeresen az előzőektől, ezért a jellemző tulajdonságok inkább a szoftver tekintetében hoznak merőben újat. A hardver eszközök méreteikben egyre miniatürizálódnak, ugyanakkor mind nagyobb tárkapacitás és óriási gyorsaság jellemző rájuk, az egyes interfészek, perifériák pedig egyre inkább és egyre jobb minőségben képesek a grafikus ábrázolásra, illetőleg az eddigiektől eltérő kódolású input adatok (pl. beszéd) fogadására. A negyedik generációs számítógépek már alkalmasak ún. szakértő rendszerek üzemeltetésére vagy a robottechnika vezérlésére is. A korábbi generációktól eltérően már nem formális, hanem heurisztikus logika alapján dolgoznak - ennek következtében már nem csak teljesen jó információkból tudnak helyes következtetéseket levonni. Az emberi agy működését szimulálják, tudnak “hasraütésszerűen” dönteni: például egy optimalizálási feladat során a lehetséges közbenső megoldások közül kiválasztják a célnak megfelelőt és abba az irányba viszik tovább a döntést. A szakértő rendszerekhez kapcsolódva már nem adat-, hanem tudásbázist hoznak létre, amelynek felépítése révén bizonyos logikai ítéleteket is tudnak hozni.130 (A heurisztikával és a szakértő rendszerekkel kicsit részletesebben a Mesterséges intelligencia című fejezetben foglalkozom.)
Ma a számítógép-fejlesztés két irányba halad. Az egyik út fő motivációja az egy műveletre eső fajlagos költség csökkentése, amelyet a műveleti sebesség növelésével, a mind nagyobb és gyorsabb ún. szuperszámítógépekkel érnek el. Ezek az óriásgépek a klasszikus számítási feladatok megoldására, illetve az adatbázisok szolgáltatására kiválóan alkalmasak. A technológiai fejlesztés másik vonulata az ötödik generációs gépek felé halad, amelyek megjelenését a 80-as évek közepén már 1990-re várták. Ezek a berendezések újabb nagy előrelépést hoznak majd a számítástechnikában, szakítani fognak a sorrendi vezérléssel, a lineáris adatfeldolgozással és rendszerszinten valósítják meg a valódi párhuzamos feldolgozást is. A hardver az igen nagy integráltságú (VLSI = Very Large-Scale Integration) technológiára épül majd, amelyet nemcsak a százezres nagyságrend (ti. több mint 100 000 logikai műveletet, kaput sűrítenek egyetlen chipbe) jellemez, hanem az is, hogy ezeket a chipeket rendkívüli bonyolultságuk miatt már nem emberi, hanem VLSI CAD technológiával tervezik. Az ötödik generációs számítógépek az ember-gép közötti kapcsolatot biztosító interfészek terén is új megközelítést jelentenek: nem kell már majd ismerni a gép működési elvét ahhoz, hogy kommunikálni lehessen vele (pl. ha egy információra van szükség, nem kell tudni, illetve előzetesen leírni, hogyan működik az információkeresési eljárás). A kommunikációs technológia beépülése központi kérdés lesz, igen széleskörű hálózatok kiépülése várható. Az ötödik generációs számítógépek alkalmasak lesznek a mesterséges intelligencia témakörébe tartozó feladatok megoldására, így többek között a mintafelismerésre, a gépi fordításra stb.131
|
