Eötvös Loránd Tudományegyetem Könyvtártudományi Informatikai Tanszék Fülöp Géza Az információ

A tranzisztor feltalálása tette lehetővé a nyomtatott áramkörök kialakítását. (Az első nyom­tatott áramkör. 1958-ban készült.) A hordozólemezre erősített építőelemeket - tranzisztorokat, ellenállásokat, kondenzátorokat - a nyomtatott huzalozás köti össze. Ez a megoldás kiküszö­böli az időigényes, meghibásodásra mindig hajlamos légforrasztást, s a hibás összekötéseket.

Szakemberek az integrált áramkör feltalálását a könyvnyomtatáséhoz hasonlítják, olyan ugrás­nak tekintik, mint az áttérést a kódexmásolásról a sajtóra. Sőt még nagyobbnak, mert rövid idő alatt az egész társadalmat megrázta. A tetszés szerinti darabszámban, több nagyságrenddel olcsóbban és nagyságrendekkel megbízhatóbb minőségben előállítható elemek az élet minden területén nagy változásokat idéztek elő. Kezdetben - az első integrált áramkört 1959-ben készítették, de kereskedelmi forgalomba 1962-ben került - a néhány négyzetmilliméteres szilíciumlapkán alig egy-két építőelem fért el. Néhány év múlva azután megjelentek a nagymértékben integrált áramkörök (large scale integrated = LSI 1968), majd a nagyon nagy mértékben integrált (very large scale integrated = VLSI) áramkörök. A néhány elemből néhány száz, majd néhány ezer elem lett, s ma már ott tartanak a miniatürizálásban, hogy egy szilíciumlapkára (chipre) több mint 10 millió áramköri elemet tudnak felvinni. Gábor Dénes a nagy integráltsági fokú technológiát századunk legfontosabb találmányai között említi. Az integráció előnyei egy mondatban: nagy teljesítőképesség, nagy megbízhatóság, kis méret és alacsony ár. Természetesen az integráltság fokának növekedését az újabb és újabb gyártási eljárások, technológiák tették lehetővé.

Az integrált áramkörök fejlődése nagy hatással volt minden olyan terület fejlődésére, amelyen ún. gyengeáramú köröket alkalmaznak - pl. videó- és hangtechnikai berendezések, mérés­technikai eszközök stb., de a legnagyobb befolyást a számítástechnika fejlődésére gyakorolta.

A számítógép

Hogy a számokkal végzett alapműveletek nem jelentenek igazi szellemi tevékenységet, s könnyen “gépesíthetők”, azt már az ókori görögök és rómaiak tudták, s fel is találták az abacus (görögül abax) nevű “számítógépet”, amelyet sok országban (pl. Oroszországban) napjainkig használtak, használnak az aritmetikai alapműveletek elvégzésére az elemi oktatásban és a kereskedelemben.

Az első mechanikus számítógépet, amely a négy alapművelet elvégzésére volt alkalmas, W. Schickhard, a tübingeni egyetem tanára találta fel 1623-ban, majd két évtizeddel később, mit sem tudva róla, a húszéves Blaise Pascal készítette el összeadógépét. Ebben a fogaskerekek elmozdulása felelt meg a számoknak. A pascali alapelvet továbbfejlesztve szerkesztette meg 1673-ban a maga szorzógépét Leibniz. Az informatika történetének ő az első nagy alakja, akit Wiener nem véletlenül választott a kibernetika védőszentjének. Ő fedezte fel a kettősalapú számrendszert, lerakta az alapjait a szimbolikus logikának, s elképzelte az ismeret-feldolgozó gépet. A szorzást ismételt összeadással megvalósító Leibniz-kerék volt a “processzora” C. X. Thomas Arithmometerének (1820), s a még ma is használatos elektromechanikus asztali számítógépnek.

A korszerű értelemben vett számítástechnika nagy úttörői között előkelő hely illeti meg Charles Babbage-t. Ő álmodta és tervezte meg a múlt század közepén az automatikus, programozható, tárolóval rendelkező számítógépet. Tervét azonban nem tudta megvalósítani, kora technikai színvonala nem tette ezt lehetővé. (Száz évvel később az ő álmai valósultak meg Stibitz elektromechanikai elemekből, relékből felépített számítógépében, de késve - elkésve, mert már készülőben volt az elektroncsöves ENIAC.)

1945 decemberében megszületett az ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Calculator), az első teljesen elektronikus számítógép.

Az emberiség új korszak küszöbére érkezett. (A számítógép-történelem “őstörténetének” rövid összefoglalása megtalálható számos szakkönyvben, többek között lásd Adorján 1977.)

Ahhoz, hogy érzékelni tudjuk a fejlődést, idézzük fel az ENIAC adatait. 18 000 elektron­csövet, 70 000 ellenállást, 10 000 kondenzátort, 6000 kapcsolót tartalmazott, hossza 100, magassága 10 láb volt, 30 tonnát nyomott, teljesítményfelvétele 140 kWra rúgott, félmillió dollárba került, s másodpercenként 5000 műveletet tudott elvégezni.

Ebben az időben dolgozta ki Neumann János a számítógépek struktúrájára vonatkozó alap­elveket. Ezek szerint a gépnek 5 alapvető funkcionális egységből kell állnia: bemenőegység, memória, aritmetikai egység, vezérlőegység, kimenőegység, s ami lényegesebb, mert döntően meghatározta a következő évtizedekre a számítógépek logikai struktúráját, a gép működését, a “tárolt program” elvére kell alapozni. Ez azt jelenti, hogy a gép a program utasításait az adatokkal együtt a központi memóriában bináris ábrázolásban tárolja, s a műveleteket - a Boole algebra műveleteit - ezek sorrendjében hajtja végre. A számítógépek az elmúlt negyven-egynéhány évben páratlan fejlődésen mentek keresztül, de elvi felépítésük nem változott. Csak napjainkban kezdenek megjelenni a nem-Neumann-elvű gépek.

Az alábbiakban tekintsük át röviden a számítógépek és a számítástechnika történetét 1945-től napjainkig. (A számítógép-generációk korszakai között nem lehet éles határt vonni, ezért a különböző forrásokban kisebb-nagyobb eltérésekkel találkozunk.)

1945-től 1956-ig tartott az első generációs számítógépek kora. Ezek az ENIAC-hoz hasonló elektroncsöves digitális gépek voltak. Felépítésükre jellemző az öt funkcionális egység szintézise. Rendszertechnikailag processzor centrikusak, a tárolás eszközei a késleltető művonal (késleltető vonalas tár), a mágnesdob és az elektroncső. Természetesen egyre tökéletesebbé váltak, tárkapacitásuk elérte a 2 kilobájt-ot, műveleti sebességük a 10.000 műveletet másodpercenként (10 KIPS=kiloinstructions per secundum). A programozás még főleg gépi kódban, majd az Assembly gépi nyelven történik, s ezért igen nehézkes, fárasztó és időigényes. Főbb alkalmazási területük a katonai és tudományos-műszaki számítások. A magas költségek és a nehézkes kezelhetőség miatt ezek a gépek csak nagyon lassan terjedtek. A legnagyobb gondot az elektroncsövek gyakori meghibásodása jelentette. A sok-sokezer elektroncső között - mivel élettartamuk korlátozott - mindegyre akadt néhány, amelyik “beadta a kulcsot”.

1957-től 1963-ig számítjuk a második generációs gépek korszakát. Az elektroncsöveket felváltják a tranzisztorok, megjelennek a ferritgyűrűs belső tárak, háttértárként közvetlen elérésű mágneslemezeket kezdenek használni. A belső tár kapacitása 32 kilobájtra nő, a műveleti sebesség pedig eléri a 200.000 műveletet másodpercenként (200 KIPS). A nagyobb tárkapacitás lehetővé teszi ún. fordítóprogramok tárolását - ezek kódolják a magasabb szintű nyelveken írt programokat gépi kódba -, lehetővé válik az emberhez közelebb álló, problémaorientált nyelvek kidolgozása és széles körű elterjedése. Az első ilyen nyelvek a FORTRAN (FORmula TRANslator), ALGOL (ALGorithmic Oriented Language), COBOL (COmmon Business Oriented Language). Az alkalmazási területek a gazdasági számításokkal bővülnek, a számítógép betör a gazdasági életbe, s ez igen jótékony hatással van a további fejlődés ütemére.

1964-től 1981-ig tart a harmadik generáció uralma. A tranzisztorokat kiszorítják az integrált - egyelőre az alacsony és közepes integráltsági fokú - áramkörök. Megváltozik a gépek struktúrája, átalakulnak funkcionális egységei, s kialakul a fejlett, egységes csatornarendszer, amely közvetlen kommunikációs kapcsolatot biztosít az egységek között. Rendszer­techni­kailag ezek a gépek memóriacentrikusak, a funkcionális egységek, perifériák közvetlenül - a központi egységtől, a processzortól függetlenül - igénybe vehetik a központi memóriát. A periferiális eszközök széles skálája alakul ki. A perifériák és a központi egység sebessége közötti különbség kiegyenlítésére kidolgozzák a multiprogramozás módszerét és az időosz­tá­sos rendszert. Előbbi azt jelenti, hogy ha a központi egységnek valamilyen okból szünetel­tetnie kell valamelyik program futtatását, akkor rátér egy másik programra, utóbbi pedig azt, hogy a gépbe beépített óra segítségével osztja szét kapacitását a különböző feladatok között. A harmadik generációs gépek belső tárkapacitása 2 megabájt, műveleti sebessége 5 MIPS. Jellemző vonásuk az univerzalitás és a többfelhasználós párbeszédes üzemmód. A felhasz­nálási területek tovább bővülnek, megjelennek az információs rendszerek, a technológiai, folyamatirányítási, gazdasági-vezetési rendszerek, a számítógépes tervezés csírái stb.

A számítógépek rövid történetében az 1971-es esztendő jelentette az igazi nagy áttörést. Az Intel cég piacra dobta az első mikroprocesszorokat. Egyetlen szilíciumlapkára sikerült össze­sűríteni a számítógép központi egységét, a számtani és logikai műveleteket végrehajtó processzort. Az évtized közepére egy lapkán már egy egész számítógépet helyeztek el: a mikro­processzort, a vezérlőelemeket, az információk őrzésére alkalmas tárakat, s a ki- és beáramlásukat irányító áramköröket egyaránt.

A mikroprocesszorokkal együtt jelentek meg a szilíciumlapkákra sűrített központi tárelemek. A hetvenes évek elején még csak egy kilobyte-os lapkákat gyártottak (1 kb=1024 byte=1024 betű vagy tízes számrendszerű számjegy), az évtized végére a tárkapacitás elérte a 64 kb-t, majd 1983-ban megjelentek a 256 kb-s tárak.

Ma már a tárelemek kapacitását Megabytokban mérik.

Három fő típusuk ismeretes: a RAM, a ROM és az EPROM.

A RAM a Random Access Memory rövidítése, jelentése: közvetlen elérésű tár, a felhasználó úgy dolgozhat vele, mint a mágneslemezzel, tárcsával, kiolvashatja, beírhatja, törölheti az információkat, csak az információhoz való hozzáférés ideje sokkal rövidebb és egyforma minden sejt esetében. A ROM (=Read Only Memory) csak olvasásra alkalmas, azaz a bevitt információk egyszer, s mindenkorra beíródnak, s a felhasználó csak ezekkel tud dolgozni. Az EPROM (=Eraseable Programable Read Only Memory) azt jelenti, hogy a beírt információkat ki lehet törölni, s újakkal helyettesíteni, de csak különleges módszerekkel, s nem felhasználás közben.

A miniatürizálás eredményeként jelentek meg, s terjedtek el hihetetlen gyorsasággal a mikro­számítógépek, a személyi számítógépek és az egyre több műveletre képes zsebszámítógépek. (A személyi számítógépek elterjedését az írni-olvasni tudásnak a könyvnyomtatás felfedezése utáni, robbanásszerű elterjedéséhez hasonlítják.) A nyolcvanas évek számítógépei háromszáz­ezerszer kisebbek, tízezerszer gyorsabbak, mint első generációs “őseik”, megbízhatóságuk, a tárolókapacitásuk 6-10 nagyságrenddel nőtt. A költségcsökkentést is nagyságrendekben lehet kifejezni. (Csupán 1992-ben egyharmaddal zuhantak a számítógépárak az amerikai piacon.)

A mikroprocesszorok megjelenése nem csak a számítógépipart forradalmasította. Azt mond­hatnánk, hogy tulajdonképpen velük indult meg a társadalom informatizálása. A mikro­processzo­ros vezérlés és szabályozás mind szélesebb körben terjed, jelentősen növeli a gépek, berendezések, eszközök hatékonyságát, csökkenti az energiafogyasztást, hozzájárul környe­zetünk védelméhez.

A hardver rohamos fejlődésével párhuzamosan súlyponteltolódás is bekövetkezett. A számítástechnika fogalma kibővült, új célkitűzések jelentek meg, azt kezdték kutatni, hol és hogy lehetne minél nagyobb hatékonysággal alkalmazni a számítástechnikai eszközöket az intellektuális tevékenységek végzésében. Ez már a szoftver területe.

A programozási nyelvek tovább tökéletesednek. Olyan magas szintű nyelvek jelennek meg, mint a PASCAL, a LISP stb. Megindul a mesterséges intelligencia kutatása, kidolgozzák az első szakértő rendszereket.

1982-től beszélünk a negyedik generációról. Jellemző vonása a nagyon magas integráltsági fokú áramkörök felhasználása. Mindazok a tendenciák, amelyek már a harmadik generációnál jelentkeztek, kibontakoznak, megerősödnek. Új típusú tárak jelennek meg: a mágneses buborék, az optikai lemez. A tárkapacitás eléri a több megabájtot, s a feldolgozási sebesség a 30 MIPS-et. A mini- és mikroszámítógépek széles körben elterjednek (személyi számító­gépek), behatolnak a munkahelyekre, családi otthonokba. A párbeszédes üzemmód uralkodó­vá válik. Bár a munka nagy hányadát még mindig a numerikus információk feldolgozása jelenti, feltűnnek a szimbolikus információkat feldolgozó rendszerek, a grafikus információ be/kiviteli berendezések, szövegszerkesztők. A szoftverkutatás és -fejlesztés egyre nagyobb hangsúlyt kap, a leggyorsabban fejlődő kutatási terület a mesterséges intelligencia és a vele kapcsolatos kérdések (alakfelismerés, beszédfelismerés stb.). Megjelennek és mind szélesebb körben terjednek a számítógépes hálózatok. Az iparban teret hódítanak a számítógépes tervező és gyártásirányító rendszerek (CAD/CAM - Computer Aided Design, Computer Aided Manufacturing). Különböző információs szolgáltatások születnek (teletex, telefax stb.). Kezdetét veszi az informatika és a távközlés integrálódása. A számítógép struktúráját illetően a leglényegesebb változás, hogy az egyprocesszoros Neumann-elvű gépek mellett meg­jelennek az új elvi alapon felépülő többprocesszoros gépek.

A Neumann-elvű számítógépek - mint már említettük - programvezérlésűek. Ez azt jelenti, hogy a program pontosan és abszolút módon megszabja munkájuk menetét.

A többprocesszoros, párhuzamos struktúrájú számítógépek új vezérlési módokat tesznek lehetővé, sőt igényelnek. Eddig két lehetőséggel folynak kísérletek. Az egyik az adatáramlásos rendszer. Lényege, hogy a gép szerkezetét egy irányított gráf írja le, amelyben a csomópontok a feldolgozó egységek, az ívek pedig az egységeket összekötő fizikai kapcsolatok, csatornák. A processzorok nem a program által előre meghatározott sorrend szerint működnek. Addig várnak, amíg a működésükhöz szükséges összes adatot meg nem kapják, akkor végrehajtják a feladatukat, s az eredményt továbbadják a következő csomópontban levő egységnek. Az igényvezérelt gépek működése abban különbözik az előbbiektől, hogy a csomópontokban a feldolgozó egységek akkor hajtják végre a műveleteket, amikor egy másik csomópontnak szük­sége van a kimenetükre.

Az elmúlt negyvenöt év fejlődését a következőkben foglalhatjuk össze:

• 
  a számítógépek teljesítménye, kapacitása, műveleti sebessége, megbízhatósága nemzedék­ről nemzedékre több nagyságrenddel nőtt;
  
• 
  a mikroelektronika, a miniatürizálás fejlődése következményeként a méretek jelentősen csökkentek;
  
• 
  a számítógépek ára, a teljesítménnyel fordított arányban, nemzedékről nemzedékre roha­mosan csökkent;
  
• 
  a számítógép “képességeinek” fejlődésével a szoftver egyre sokoldalúbbá, rugalmasabbá, s ugyanakkor egyre “barátságosabbá” vált;
  
• 
  az alkalmazások területe rohamosan bővül, a lehetőségek új és új igényeket szülnek, s ezek visszahatnak a műszaki fejlesztésre.
  

Ami a hardver alapelemeit illeti, az ötödik generáció nem jelent forradalmat, nem hoz olyan gyökeresen új megoldást, mint amilyent a második vagy a harmadik generáció jelentett (áttérés az elektroncsőről a tranzisztorra, illetve az integrált áramkörre). Tovább nő az elemek, az áramkörök integráltsági foka, s előbb-utóbb eléri a felső határt. A gépek feldolgozási sebessége ezerszer, tárkapacitása tízezerszer lesz nagyobb a jelenleginél. A szilíciumlapkákon azonban nem csak az áramköri elemek száma lesz nagyobb, hanem struktúrájuk is bonyolultabbá, komplexebbé válik. Különböző feladatokra specializált logikai áramköröket fejlesztenek ki. Olyan tárolórendszereket alakítanak ki, amelyekben a logikai és memória­funkciókat egyesítik, s egyes feladatokat közvetlenül a tárolón belül végeznek el. Valószínű, hogy már az ötödik generáció gépeiben megjelennek, egyelőre csak néhány eszközben, a szilícium alapú félvezetők helyett a galliumarzenid alapú és a Josephson-effektuson alapuló alkatrészek. Egyébként, ami az ötödik generációs gépeket gyökeresen megkülönbözteti az előzőktől, az éppen a felépítés, a struktúra. Általánossá válnak a sokprocesszoros, hierarchikus felépítésű számítógépek (az egyik japán konstrukcióban például 876 processzort kapcsolnak össze), melyek elsősorban adatáramlásos vezérléssel fognak működni, s ugyanúgy, ahogy a számítógép belsejét bonyolult hálózat alkotja, a gépek maguk is bonyolult hálózatokká kapcsolódnak majd össze. A rendszer fogalma kitágul, most már nem a számítógépet, hanem a hálózatot tekintik rendszernek.

A japán projekt a hardver- és szoftverfejlesztést egységes egésznek tekinti, s célkitűzéseiben, a megvalósítandó rendszerekben a kettő szervesen összefügg egymással.

Milyen témák szerepelnek a nagy tervben?

• 
  gépi fordítás: olyan rendszer kialakítása, amely szótárában legalább 100.000 szót tartalmaz, 90%-os pontossággal dolgozik, elvégzi a kisegítő tevékenységeket (szövegszerkesztés, kinyomtatás stb.) és 70%-kal olcsóbb, mint az emberi fordítás;
  
• 
  szakértői rendszerek és ilyeneket előállító rendszerek;
  
• 
  alak- és színfelismerés: olyan adatbázis kiépítése, mely legalább 100.000 visszakereshető alak- és képelemet tartalmaz; a rendszer képes legyen néhány másodperc alatt memorizálni egy alak vagy kép elemeit, és kb. 100 mp alatt visszakeresni egy alakot vagy képet;
  
• 
  beszédfelismerés: olyan rendszer felépítése, amely több száz - nyilván különböző hangú - ember beszédét “megérti”;
  
• 
  beszélő, beszédre fennhangon válaszoló gép: a kérdés megértése, válasz összetett, komplex struktúrák alakjában, beszélgetés természetes nyelven.
  

Az ötödik generációs számítógépekről és a japán tervről részletes leírás található Doi, Furukawa és Fudri, valamint Shugeru Sato és Masaktsu Sugimoto cikkében (Doi et al., 1987, Sato - Sugimoto, 1986).

A hardverrel együtt alakultak a programozási nyelvek is. A ma használt nyelveket a következő osztályokba sorolhatjuk:

- parancsnyelvek: a parancsokat utasításlista formájában írják, a számítógép a programozó által előírt sorrendben hajtja őket végre. A jelenleg használt nyelvek többsége parancsnyelv. Ezek: a Basic, Pascal, Forth, PL1 és C (a C és a Pascal tudásbázist is kezelni tudó strukturált nyelv). Ezeket a nyelveket azokban az alkalmazásokban, amelyekben ugyanazt a műveletet sokszor kell elvégezni, továbbra is használni fogják;

- kijelentőnyelvek: nem utasítások sorozata. Információgyűjtéssel hozzuk létre. A kijelentő­nyelv megengedi, hogy állításokat alkossunk a világról, majd kezeljük és vizsgáljuk ezeket. Két csoportjuk van:

- funkcionális nyelvek: bizonyos funkciókat kezelnek. Legfontosabb közöttük a LISP (LISt Processing), amely egyedi tulajdonságok listáját kezeli. A tulajdonságok a program részei. Előnye, hogy könnyen lehet hozzáadni, törölni, rendezni és újrarendezni a tételeket.

- logikai nyelvek: a logika szabályaival meghatározhatjuk az érvek érvényességét és a létező tényekből új tényeket határozhatunk meg (“modus ponendo ponens”). A logika kifejezhető predicate calculus formájában. (A tárgyak az argumentumok, a köztük lévő viszony az állítás). Ilyen felépítésű a Prolog nyelv. (PRograming in LOGic).

A szoftver előállítás napjainkban különösen dinamikusan fejlődő iparággá vált.

Ami a gazdasági vonatkozásokat illeti, az elektronikai ipar - beleértve természetesen a szá­mító­gépipart is - az elmúlt évtizedekben töretlenül fejlődött, növekedett, érintetlenül hagyták a válságok, recessziók, s ma már egyenrangú az acéliparral és az autóiparral.

A távközlés

Hogy a távközlés jelentőségét mennyire megértették már az ókori görögök, azt jelzi, hogy Hermes személyében külön istent is képzeltek el a hírvivők képviseletére. Az ókor nagy birodalmait nem is lehetett volna kormányozni jól kiépített távközlési hálózat nélkül.

A fényjelek használatáról Homérosz ezt írja az Iliász 18. énekében:

                             Mint amikor füstfelleg száll föl a légbe a várból,

                                                                        Devecseri Gábor fordítása.

A tizenkilencedik század elejéig a távközlés főleg az optikai jelek továbbításán alapult. Különböző jelrendszereket és kódokat találtak ki ismert és kevésbé ismert emberek. Francis Bacon nevét kell megemlítenünk, aki az első bináris kódot kidolgozta. Két betűből, az a-ból és a b-ből ötjegyű szavakat képezett, s ezekkel kódolta az egész ábécét. Például: a=aaaaa, b=aaaab, s=baaab, z=babbb. A sok elképzelés, kísérlet, javaslat közül az egyetlen, amelyet gyakorlatban alkalmaztak és segítségével egy ország - Franciaország - távközlési hálózatát kiépítették, Claude Chappe (1762-1805) optikai távközlő rendszere volt. Ezt nevezték a világon először telegraphnak.