1942.-46 Dr. J.P.Eckert és Dr. J.W.Mouchly Pennsilvany University.
ENIAC-Electronic Numerical Integrator &Calculator I/O lyukkártya,sebessége: 300 szorzás/perc.18000 Elekrtoncső,500000 Forrasztás,70000 Ellenállás,30t,-100KW fogyasztás.
· NEUMANN JÁNOS:Belső programtárolás elve.
- Egy tár az adatok és utasítások részére.
- Utasítások adatként kezelése.
- Utasítások numerikusan kódolva.
- Gyors elérés.
- Bináris számrendszer.
- Memóriával és aritmetikai egységgel szemben támasztott követelmé-nyek.
1947. EDVAC:
- Belső programvezérlés.
1951. UNIVAC:
- Mágneses társzerkezet.
- Mágnesszalag.
- Sorozatgyártás.
1953. MTC:
- Ferritgyűrűs memória.
Számítógép generációk:
Alapfogalmak: információ - minden olyan tény, közlés, hír, amely számunkra új és valamilyen szempontból jelentőséggel, fontossággal bír.
adat - az információ megjelenési formája.
Számítástechnika története:
- írásbeliség
- rómaiak által használt golyós számológép: abakusz
-mechanika fejlődése: Leonárdo da Vinci számítógépet készített, de nem valósult meg 1623 Wilhelm Schickard (Keplernek írta meg) 4 alapműveletet tudó (10 bütyök volt egy fogaskeréken
1614 Napier a logaritmust feltalálja, ezért a szorzás visszavezethető összeadásra - 10 jegyű számok összeadása másodpercek alatt
1642 Blaise Pascal összeadást, kivonást tud végezni.
1672 Leibnitz - Pascal gépének továbbfejlesztése - szorzás, osztást tud.
XVIII.sz.-i textil ipar a vezérlődobot a minta bonyolultsága miatt túl nőtte, ezért
1805 Jacquard -lyukkártya elv megjelenése - a szövőszék lyukszalaggal vezérelve
1828 Charles Babbage a Differencia Engine, differencia gép kitalálója.
Matematikai táblázatok kitöltésére - nem készült el.
Analitika Engine, analitikus gép
-általános célú gép, lyukszalag vezérlés
-külso programvezérlés
1880-ban USA-ban népszámlálás: 55 millió ember adatainak 7 év a feldolgozása
1889 Herman Hollerith - lyukkártyás népszámlálás: 1 kártya 1
ember adata. Elektromágneses számlálószerkezetet talált ki hozzá. Feldolgozási idő 4 hét.
1896 Hollerith vállalatot alapít
1924-tol a neve International Business Machines Corporation (IBM)
1942 Conrad Zuse - 2600 relés számítógép z1 mechanikus
z2 jelfogós, relés
z3 elektromechanikus gép
Mark I. - Babbage tervének megvalósítása Howard Aiken által
Elektromechanikus helyett elektroncsöves alkatrészek
Számítógép generációk
1. generáció - 30-as évek : jelfogók és elektroncsövek, mágnesdobos tárolás 5-10.ezer muv/sec
Tranzisztor feltalálása
2.generáció - 40-50-es évek: tranzisztorok és mágnesgyuruk, ferrit tár 50-100.ezer muv/sec
első szoftverek megjelenése, programok
Integrált áramok használata
3.generáció - 58-78-as évek: integrált áramkörök 1.millió muv/sec, floppy, winchester, operációsrendszer, fordító programok:Cobol, Algol, Fortran
Több processzoros rendszerek
4.generáció - 1978 - : nagy integráltságú áramkörök mikrochipek, méretcsökkenés, megbízhatóság növekedés
Neumann János - belso programozás; adatok és programok tárolása a számítógépben.
Tárolt programozás elve: a programot ugyanúgy tároljuk, mint az adatokat, a mikroprocesszor különbözteti meg oket.
1949 Cambrige EDSAC - az elso tárolt programozású számítógép.
Számítógép belso felépítése
Perifériák:
winchester
Alapgép
billentyuzet
Processzor Memória
monitor
nyomtató
Processzor feladata: adatok, utasítások kiolvasása a memóriából, azok értelmezése, feldolgozása, eredmény tárolása.
Processzor általános felépítése:
Processzor belső buszhoz kapcsolódik:
IR - utasítás regiszter
IP - utasítás mutató
SP - verem mutató
DR -adatregiszter
AR - adatregiszter cím regisztere
Regiszterek
DR és AR-hez kapcsolódik a Memóriavezérlo és ehhez a
Memória.
ALU - aritmetikai és logikai egység bemenete az LR1 és LR2 regiszterek, kimenete LR3 regiszter és a flagek.
Flagek: 1 bites regiszterek, melyek a processzor muködését befolyásolják, állapotát mutatják.(Carry flage: túlcsordulás jelzo)
Belso busz: szolgál arra, hogy a processzoron belül adatok áramoljanak az egyik helyrol a másikra. Ezen keresztül kommunikál az illesztokártyákkal vagyis a perifériákkal a processzor.
Működés lépései:
1. IP, AR, Read,DR,IR - Utasitás és az adat beolvasása
2. A beolvasott utasítás dekódolása, elemzése
3. Operandusok beolvasása: operandus címe, operandus - LR1 és LR2-ben van tárolva
4. ALU - a muvelet végrehajtása, eredmény az LR3-ban
5. Eredmény tárolása: LR3 regiszterben vagy DR-ben és onnan a memóriában
6. Következo utasítás címének meghatározása: IP növelése az utasítás hosszával, majd az elso lépés
A számítógép felépítése:
I. A Hardware:
Kapcsolódások: 
1. Central Processor Unit: (központi vezérlő egység).
Feladatok:
- A számítógép működésének irányítása vezérlése.
- Adatforgalom irányítása.
- Utasítások értelmezése (utsítás dekódoló).
- Utasítások végrehajtása (PC utasítás számláló)Program counter
- Operandusok címének kiszámítása,címkiszámító egység.
2. ROM (Read Only Memory):
- A gép futásához szükséges alapprogramokat tartalmazzák.
- Kikapcsoláskor is megőrzi tartalmát.
- Lehet fix cserélhető,újraprogramozható és törölhető.
- Tartalmazhatja az operációs rendszert (kis rendszerek).
RAM (Random Access Memory) Írható, olvasható, véletlen hozzáférésű tár.
3. Regiszterek:
- Gyors elérésű,szó-duplaszó hosszigényű közvetlenül címezhetők.rend- szer felhasználóáltal osztottan hozzáférhető tárolók.
- Számuk gépfüggő.
- Használatuk a gyors elérés miatt meggyorsíthatja a program futásását, csökkentve a futási időt.
- Nevük:R0,R1 stb (Bázisregiszterek).
- Az Operandus címének módosítása.
4. ALU (Arythmetical Local Unit):
Feladata:
- Adott adatokkal vezérlő jelek alapján végrehajtja az aritmetikai logikai műveleteket (+,-,*,/,AND,OR,NOT,stb.)
- Saját regisztereik (akkumolátoraik) lehetnek.
- Aritmetikai műveletek: a)Komplementálás.
b)Összeadás.
- Logikai műveletek: a)AND.
b)OR.
c)NOT.
- Léptető műveletek: Jobbra adott pozícióval;Balra adott pozícióval;Ösz-szehasonlítás.
5. Áramkörök:
- Összeadók: Megvalósításuk logikai áramkörök segítségével történik AND,OR
- Félösszeadók: Azonos helyiérték összeadása keletkező átvitel figyelembe-vétele nélkül.2 bemenetű AjBj
- Teljes összeadó: Azonos helyiéertékek összeadása az előzőleg keletkezett átvitel figyelembevételével.Három bemenetű Aj Bj Cj-1
.
6. Megszakítások:
Feladata:
- Az I/O tevékenységek és a feldolgozási tevékenységek szinkronizálása szabályozása.
- Oka:Egy CPU-egy program.
- Kiváltó ok: Géphiba (CPU,memória,energiazavar);IO megszakításkéré-sek
- Programozási okok: Tártúlcímzés,Overflow.
- Adminisztráció: A megszakított program jellemzői megszakításkor,meg-szakítás előtt el kell menteni.(Az újraindítás helye a megszakított pont, nem pedig a program eleje.
· Megszakítási rendszerek:
a) Megszakítás a programok prioritása alapján (egyszintű).
b) Programok megszakítása szinthez rendelve,a legmagasabb szintű megszakításkérés kerül kiszolgálásra,majd az alacsonyabb.
c) Osztályonkénti külön megszakítás..(többszintű+szintenkénti priori-tás.
Példa többszintű megszakítási rendszerre:
7. A memória:
Jellemzők:
a) Követelmény: Nagy tárolókapacitás,rövid elérési idő.
0.szint : CPU segédtárolók /mikroprogram tár stb/.
1.szint : Operatív memória.
2.szint : Háttér tárolók.
b) Alaptulajdonságok: Rekeszekből áll.(Rekesz byte).
A rekeszeknek lehet címük,tartalmuk és számuk.
Rekesz címek : &0000-tól &memória méret 1-ig.
byte cím - tetszőleges.
szó cím - páros. /a program beültetési cím is páros/
Rekeszek tartalma kikapcsoláskor elvész,olvasáskor megmarad,írás-kor módosul.Rekeszek száma 8bit=1byte;2byte szó; 210byte=1kbyte (1024);220byte=1Mbyte;230byte=1Gbyte;240=1Tbyte.
Elemi tároló: Értéke 0, 1 lehet ezért bináris tárolónak is hívják
c) Elérési rendszerek: RAM (Random Access Memory).A címtől füg-getlen az elérési idő ugyan az.
FIFO:First In First Out,Sorbanállásos elérési rendszerű,Adatinformáció(adat+pointer)-Címinformáció (köv, első,legelső adatra láncolás).Pointer tábla+adatterület.
Gazdaságosabb helykihasználás.
Gyors hozzáférés.
LIFO:Last In First Out,Verem típusú elérési út-Az utoljára bement jön ki először.
Szubrutin (típusú) hívások.
Program megszakítás stb. visszatérési cím tárolás.
(Adott rendszerek felhasználói programban is definiálhatók.) Hardware:-elektroncső;-tranzisztor;-ferritgyűrű;-LSI/Large Scaled Integration.Elérési idő msec-10 a mínusz kilencediken seconds.
Input-Output:
1. Feladata,lényege,működése: Bevitel,kivitel;Kommunikáció a gép és ember között.Memória kiterjesztés,háttértár-olók.
- Csatorna rendszerű adatátvitel: Átvitel vezérlése-csatorna(program).
Feladata: CPU mentesítése I/O alól,adatbevitel irányítása.
Szelektor csatorna-Gyors perifériák.
Multiplex csatorna-Lassú perifériák.CPU csatorna PVE periféria.
- Buszrendszer: (Monobus,Unibus).
Közvetlen kapcsolat a fő hardware komponensek között:
CPU-Periféria vezérlő-Periféria.
Memória-Periféria vezérlő-Periféria.
Periféria-Periféria vezérlő-Periféria.
Vezérlés többszintű,megszakítás.
Alkalmazás: Pc,minigépek,kisgépek;Csatorna vezérlés ált. IBM nagygépek.
2. Háttértárolók: Mágneses jelrögzítés,biztonságos 0-1 ábrázolás,nagy mennyiség,kis helyigény,olcsó ár.
Elérés lehet Soros (Mágnesszalag,mágneskazetta,streamer),és Direkt (Mágneslemez, mágneslemezköteg,hajlékonylemez).
Műveletek: Írás,olvasás,törlés;Felépítés: Hordozó műanyag,Al+mágnesezhető réteg.
a) Mágnesszalag egység:
A-forrás szalag. A B
B-fix orsó.
Fejek: Törlő,Író,Olvasó
Szalagfeszítés:Vákuumzselé,puffersor,szalagtovábbítás:mechanikus.
Üzemhelyzet lehet :Függőleges,vízszintes.
Mágnesszalag MT (Magnetic Tape)
Végtelen tárolókapacitás -adatrögzítés:digitális 7,vagy 9 sávon oszlopon-ként 8+1.
Írássűrűség:A szalag egységnyi hosszán rögzített bitek száoma.
Mértékegysége:bit/inch (1inch=25.4) (bpi 800-1600bpi;32-64 bpm).
Írásvédelem:Írásvédelmi gyűrű.
Szélesség:1/2 inch.
Vastagság:0.05mm.
Hossza: Elvileg végtelen max 24000 feet (~=30n).
Felhasználás:Adatok tárolása;Rekord:Logikailag összetartozó adathalmaz (elemi adatok).File:Állomány:Logikailag összetartozó rekordhalmaz.File EOF Rekord.Blokk:Átvitel egysége,több rekordból állhat (logikai egység). Blokkolási tényező:Fizikai rekord szám (>=1).Blokk köz:Gap üres(Fizikai átvitel miatt).Szalag kezdet:BOT (Begin Of Tape),szalag vége:EOT (End Of Tape).Mágnesszalag címkék:-szalag azonosítás,-ellenőrzés.TM (Tape Mark):Szakaszhatároló jel címke;TM-TM=EOF.
Egy kötet-egy file.
Egy kötet-több file.
Több kötet-egy file
Több kötet-több file.
b) Digital Audio Tape (DAT):
Hang és archiválásra.Mágneslemez tár: Az adatok tárcsa alakú mágneses bevonattal ellátott lemez felületén koncentrikus gyűrű alakú sávokban,bi-nárisan tárolódnak.
Jellemzői:Közvetlen elérés,gyors,nagy kapacitás (30-300Mb),kis hozzáfé-rési idő (20-150msec).
Csoportosításuk:
- Merev lemezek:Cserélhetők.
- lemez köteg.
- kazetta.fix és mozgó fej.
- Hajlékony lemezek.Mágneslemez,köteg (csomag).
Adathordozó: Aktív lemezfelületek.
- Cylinder: Azonos átmérőn elhelyezkedő sávok összessége felület (fej)
cím:Az aktív felül.sorszáma,felülről lefelé(a külső felület nem aktív.
- Sáv: Koncentrikus gyűrű felület a lemezen,az adatok itt helyezked-nek el (bitsoron).
- Szektor: A sávok azonos körcikkre eső része.
c) Mágneslemez egység:
Elemei: Hordozó lemez;Mágnesezhető réteg;Fejmozgató mechanika;Író-olvasó fej.(1800/3600 fordulat/perc).
Szektorok kezelése: Sugár irányú szervó motorra,áttétel orsó,vagy szalag -léptető (direkt),lineáris motorral mechanikai jelöléssel külön szervó felü-lettel;-felület irányú mozgatás(fej letétel,elektromágneses pozícionálás+ru-gó).Rugóerő 1-2µm,mágnesezhető réteg 5µm. 3. Háttértároló technológia típusok:
a) Hajlékony lemezes tárak: /floppy/
Méret szerinti felosztásban:
3 méret: 8"-os 1,2-oldalas 77 sáv/oldal.
5,25"-os 1-oldalas 35,40sáv/oldal;2-oldalas 40,80sáv/oldal.
Kapacitás szerint:
8" :Szimpla:3200kbit/oldal;Dupla:6400kbit/oldal.
5,25" :Szimpla:160,180Kb;Dupla:320/360Kb.
3.5" :Szimpla:---------;Dupla:720K-1,2Mb,és 1,44Mb.
b) Virtuális tárkezelés:
- Az operatív tár mérete nem elegendő a program és a hozzá tartozó adat-területek elhelyetésére.
- A hiányzó operatív tár kapacitást a háttértárral egészítjük ki. Ennek érdekében:
I.Az operatív tárat egyforma darabokra:Lapokra osztjuk fel.
II.A program által használt lapokon "virtuális címeken" rendelkezésre álló "fizikai" operatív tárból lapokat ren-delünk.Fizikai lapok száma ą virtuális lapokéval.
III.A hozzárendelést egy gyors hardwarrel a lapcím tárral támogatjuk.
IV.Ha az operatív tárra történő hivatkozáshoz (virt. lap-hoz) tartozik hozzárendelt fizikai lap,a tárrművelet elvé-gezhető.
V.Ha a kiválasztás olyan lapra történik,amelyik még nincs leképezve a valós memóriába,akkor az esemény "laphiány" megszakítást generál. A megszakítás kiszolgálásakor:
- A legrégebben használt lapot mentjük a háttértárra.
- A háttértárból a hivatkozott lapot behozzuk az ope-ratív tárba.
- A behozott új lap címét (fiz) hozzárendeljük a virt. címhez.
VI.Folytatjuk a laphiány miatt abbahagyott programot.
c) Optikai tárolási technológiák:
CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory).Hi-fi technikából átvett technológia.
Tárolási elv:"Átlátszó" lemezbe ágyazott tükröző felület folytonosságának megszüntetése.Felírás speciális berendezéssel (gyári sokszorosítás).Olva-sás:lézer sugárral,precizíós optikával.
Kapacitás: Gigabyte nagyságrendű.Felhasználás: Információ elosztás,for-galmazás,szöveg,lexikon(grafikus),információ,hang stb.tárolás.Nemzet-közi szabványok kidolgozása alatt.
WORM (Write Once,Read Mostly).
Tárolási elv: Átlátszó lemezbe ágyazott tükröző felület előtti bevonat op-tikai tulajdonságának megváltoztatása (helyi benyomás).
Felírás: Fókuszált lézersugárral;Olvasás: Lézersugárral,precizíós optikával. Kapacitás: 1-200 Mbyte.Felhasználás: Információ elosztás forgalmazás. Tárolási élettartam: Mágneses rögzítés esetén Kb 3év;Optikai:>10 év.
XIII. Perifériák,segédeszközök:
1. Nyomtatók:
a) Előnyök:
- Az adathordozó papír.
- Közvetlenül olvasható.
- Több példányban archiválható.
- Illeszkedik a hagyományos ügyvitelhez.
b) Csoportosításuk:
- Ütéses (impact):
Sornyomtatók: Dobos (900 sor/perc),láncos (2000),írórudas.
Karakternyomtatók: Karos
írógép,gömb,hengerfejes,margarétakerekes,mátrix (7,9,24 tűs).A karakterek képeit a tűk mozaikszerűen rajzolják ki.
- Nem ütéses (non-impact):
Termografikus (speciális papír,amely hőérzékenysége miatt elszíneződik).
Elektrosztatikus (ugyanaz).
Tintasugaras (A nyomtatófej tintacseppeket lő ki).
Lézer.
- Dobrendszerű nyomtató: Egy henger palástján elhelyezkedő betűmatricák,karakter pozíciónként ütő kalapács.
2. Terminálok:
- Nyomtatóterminálok: Párbeszédes papírra.
- Képernyős terminálok: A párbeszéd a képernyőn jelenik meg.Típusok A4-es,25*40, 24*80 karakter,ablak technikájú,normál képcsöves/pár cm vastag/,grafikus ábrázolás megjelenítése,színes kép.
- Egyébb terminálok: Pl.:beszéd bevitel,jel kivitel.
3. Segédeszközök:
- Fényceruza.
- Pozícionáló gömb.
- X-Y koordináta.
- Játékpálca (joystick).
- Intelligens terminál (Processzoruk és adattáruk van,önállóan is tudnak dolgozni).
- Billentyűzet: adatbevitel,módosítás,törlés,vezérlés,kezelés.
- Mouse: light pen,joy stick,mouse-ezek pointing devices-ok.
Feladata: Képernyő pont kijelölése,kurzor mozgatása,parancslista választás.
Típusai: Optomechanikai (2 gombos),Optikai (3-4gombos).
Csatlakozás: Speciális illesztőkártya (buszegér),Soros vonal (RS232,soros egér).
Működés: Megszakítási IT szint aktiválása (IRQ 2,3,4,5 v).
Érzékenység: (1mickey) Az a távolság,amelyel az egeret a megfelelő irányba elmozdítva a fényszaggató tárcsa egy byte-nyit fordul el.Tisztítás: tiszta szappanos víz.
Cpu felép
A CPU belső felépítése
CPU - Central Proccessing Unit
ALU - Aritmetical and Logical Unit /aritmetikai és logikai egység/
Memória - Tárolórekeszek sorozata
Regiszterek - Belso memória
Müködés : utasításokra bontható /Instruction Cycle/
IP - utasítás mutató
IR - itt tárolja az utasításokat
AR - cím regiszter /address/
DR - adat regiszter /data/
A CPU müködése
1. IP->AR ; READ ; DR->IR
2. Beolvasott utasitás dekódolása
3. Operandusok beolvasása /operandusok : a müvelet elvégzéséhez szükséges adatok neve/ LR1,LR2 operandusok tárolása
4. Müvelet végrehajtás , a müvelet eredménye az LR3-ba kerül
5. Az eredmény tárolása, vagy valamelyik regiszterbe vagy a memóriába (DR-en keresztül)
6. Következo utasitás cimének meghatározása, IP-t meg kell novelni.
Belső busz szolgál az adatok áramlására az egyik helyrol a másikra. A fleggek(jezök) 1 bites regiszterek , a processzor állapotát befolyásolják és mutatják. Pl.: Carry flag
Processzor utasitás készlete
Cimzési módok
1. Közvetlen
2. Regiszter /sorszámával (nevével) meghatározott regiszter vesz nrészt a müveletben/
3. Direkt
4. Regiszter indirekt
5. Indirekt memória
Utasitás csoportok
1. Adat mozgató
RR - regiszter-regiszter
RM - regiszter-memória
MM - memória-memória
2. Aritmetikai utasitások
+ADD
-SUB
vMUL
:DIV
3. Logikai utasitások
AND
OR
XOR
NOT
4. Összehasonlitó utasitások 5. Veremkezelő utasitások
PUSH , POP
6. Processzorvezérlő utasitások
7. I/O utasitások
IN , OUT
8. Vezérlést módosító utasitások
JUMP , CALL , INT
CACHE
Szerepük : a memóriarendszer gyorsítása.
Asszociatív memória
Kulcs : memóriacím
adat : memóriacimen elhelyezkedo adat
Disk Cache
Asszociatív memória
Kulcs : a lemezen lévo adatok cime
Érték : adatblok
Szoftver (smartdrive)
Késleltetett kiírás (deployed write)
Előolvasás (read ahead)