Számítógép generációk (#14)

Miről szól ez a cikk?
Bízvást kijelenthetjük, hogy a XX. század második fele a számítástechnika, a számítógépek, majd az infokommunikációs technológiák és termékek kialakulásának és térhódításának jegyében telt el. Sőt, egyfajta technológiarobbanást, felgyorsult fejlődést és térhódítást figyelhetünk meg 2000 után, különösen az internetes szolgáltatások, az okoseszközök és a dolgok internete terén.
Ebben a cikkben röviden áttekintjük az elmúlt 70-80 évet, hogy láthassuk, milyen akadályokat kellett legyőzni ahhoz, hogy ma a karunkon és a zsebünkben hordozhassunk számítógépet.

Ahhoz, hogy értékelhessük, micsoda tempót diktál a számítástechnika, tekintsünk vissza erre a néhány évtizedre – egyben gondoljunk bele, hogy a múlt század közepén születettek gyakorlatilag minden generációváltás szemtanúi lehettek, sőt, szerencsés esetben kezükbe foghatták az éppen aktuális generáció termékét!

A számítógépek mind hardver mind szoftver téren folyamatosan fejlődtek, fejlődnek ma is. A felhasználói igények és a felhasználás körülményeinek változása nagyon gyors volt – mindössze néhány évtized alatt robbanásszerűen, alapvetően változott meg a számítógépek számos jellemzője, használatuk módja és elterjedtségük.
Ezen jellemzők jelentős technológiai váltás eredményeképpen változtak, változhattak meg, lehetőséget adva a generációs váltásra. Ezek alapján a mai napig a számítógépek öt generációját szokás megkülönböztetni.

1. generáció: az elektromechanikus számítógépek kora (1943-1954)

Az első generációt az 1943-1946 között készített első elektromechanikus számítógép, az ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer) megalkotásától számítjuk, és 1954-ig, a tranzisztor megjelenéséig tartott.

Az ENIAC súlya 30 tonna volt, közel 18 ezer elektroncsövet és egyéb mechanikus elemeket, például mintegy 1500 db relét tartalmazott. Programozásához mintegy 6000 db mechanikus kapcsolót használtak. Érdekesség, hogy még nem binárisan digitális elektronikus eszköz volt, mivel analóg elektromechanikus berendezésként üzemelt, és a tízes számrendszert alkalmazta.

Egy első generációs számítógép főbb jellemzői a következők:

  • nagy áramigényű elektroncsövek (vacuum tube) használata, emiatt jelentős mértékű hőtermelés és fogyasztás,
  • tornaterem méretű berendezés, a méretes alkatrészeknek köszönhetően,
  • gyakori meghibásodás a kezdetleges mechanikus, elektromechanikus, elektronikus eszközök miatt,
  • üzemeltetésük mérnöki ismereteket igényel,
  • programozásuk kizárólag a közvetlen utasításokon alapuló gépi nyelven (gépi kóddal) történik, amelyhez szükség van a gép felépítésének pontos ismeretére,
  • a fentiek miatt szükséges a kezelők jelenléte,
  • a műveletvégrehajtás sebessége 1000-5000 művelet/mp között mozog,
  • egy időben csak egy művelet végrehajtása lehetséges,
  • processzor központú felépítés, vagyis minden forgalom a processzoron keresztül zajlott,
  • minden példányuk egyedi felépítésű, csak az adott eszközhöz használható perifériákkal.

A számítástechnika korszaka hivatalosan az első kereskedelmi forgalomban is elérhető számítógép, az Egyesült Államok Népszámlálási Hivatalának 1951. június 5-én átadott UNIVAC (Universal Automatic Computer) nevű számítógépével indult.

2. generáció: a tranzisztorok megjelenése (1954-1964)

A második generációs számítógépek az 1954-ben megalkotott elektronikus alkatrészt, a tranzisztort (transistor) használták fel az elektronikus áramkörök építéséhez.

Az 1954-1964 közötti években a tranzisztornak köszönhetően a számítógép számos jellemzője javult:

  • A tranzisztor kiváltotta az elektroncsöveket, így jelentősen csökkentette az elektronikus áramkörök méretét és fogyasztását, egyben növelve megbízhatóságukat és teljesítményüket.
  • Az egyéb elektronikai alkatrészek (dióda, ellenállás, kondenzátor, tekercs stb.) diszkrét félvezetőkké (discrete semiconductor), áramköri lapra forrasztott alkatrészekké fejlődtek.
  • A memória szerepét a ferritgyűrűs, majd a mágneses elven működő (mágnesszalagos, mágneslemezes) tárak vették át.
  • Emiatt a számítógépek felépítése memóriacentrikussá vált, mivel a megbízhatóság és a nagy kapacitás lehetővé tette a memóriával kapcsolatos Neumann-elvek gyakorlati alkalmazását.
  • Ezeknél a gépeknél jelent meg a megszakítás-rendszer (megszakítás kérés, IRQ = Interrupt ReQuest), amellyel a számítógéphez kapcsolódó kiegészítő hardvereszközök rendkívüli jelzéseket (önmagukra figyelmet kérő megszakítás kéréseket, vagyis processzoridő kéréseket) küldhettek a számítógépnek.
  • Ekkor jelentek meg a számítógépet működtető (alapvető szolgáltatásokat nyújtó) operációs rendszerek (operating system), valamint az első magas szintű programozási nyelvek, mint például a FORTRAN (The IBM Mathematical Formula Translating System névből jön = matematikai képletet fordító rendszer).
  • Az operációs rendszer és a magas szintű programozási nyelvek terjedése magával hozta a kompatibilis számítógépeket, amelyek azonos módon voltak programozhatók, és egyes perifériáik is kompatibilissé váltak.
  • A műveletvégrehajtás sebessége 50000-100000 művelet/mp-re, egy-két nagyságrenddel nő, ami szintén a tranzisztoroknak köszönhető.

3. generáció: az integrált áramkörök megjelenése (1965-1972)

1965-1972 között jelentek meg a harmadik generációsnak tekinthető számítógépek, köszönhetően az integrált áramkör 1958-as feltalálásának. A korszakra jellemző tehát az integrált áramkörök, a céláramkörök, a chipek beépítése a számítógépekbe.

A korszak számítógépeinek főbb jellemzői a következők:

  • További, jelentős méretcsökkenés következett be az integrált alkatrészeknek köszönhetően.
  • Az alkatrészek méretének csökkenése magával hozta a számítógépek asztalivá válását, a nagytömegű sorozatgyártást, a fogyasztás és az árak csökkenését, így a vásárlói piacra történő betörést.
  • Elterjednek az operációs rendszerek, megjelenik a DOS operációs rendszer, és újabb magas szintű programozási nyelveket alkotnak (ALGOL, BASIC, COBOL).
  • Megjelenik az időosztásos (time sharing) technika, amelynek köszönhetően a processzor képes több időszeletre osztani működését, váltva az egyes folyamatok között, képessé válva a többfeladatos működésre.
  • Piacra kerülnek az első merevlemezek (hard disk) és grafikus monitorok.
  • A műveletvégrehajtás sebessége meghaladja az egymillió művelet/mp értéket. az előző generációhoz képest egy nagyságrenddel növekedve.

Tipp: A BASIC programozási nyelv sokáig a programozni tanulók első programozási nyelve volt. A BASIC a Beginner’s All-purpose Symbolic Instruction Code angol szavak rövidítése. Tom Kurtz és Kemény János (John Kemeny) munkája, akik 1964-ben alkották meg első változatát oktatási céllal a Dartmouth College-ben (Hanover, New Hampshire, United States).

4. generáció: a mikroprocesszor korszaka (1972-1990)

A hetvenes évek elején az integrált áramkörök továbbfejlesztésével megszületett a mikroprocesszor (microprocessor), amely már egy tokban tartalmazott minden, műveletvégzéshez szükséges áramkört. Az 1972-1990 közötti időszakot tekintjük az első mikroprocesszorokkal szerelt számítógépek korszakának. E két évtized alatt a nagyközönség is megismerkedhetett a számítástechnika világával. Ennek a két évtizednek köszönhetünk számos legendás otthoni számítógépet, valamint tanúi lehettünk az első olyan, szabványosított, kompatibilis számítógép piacra lépésének, amely a számítógéptől fizikailag elváló operációs rendszert tartalmazott.

Az első mikroprocesszort az USA-beli Intel cég mutatta be 1971-ben Intel 4004 típusnévvel, amely még 4 bites volt (az egyszerre feldolgozott bitek száma). Ezt követte 1974-ben a 8080-as, majd a későbbi években egymást váltotta a 8088 (8bites), a 8086-os és a 80286-os (16bites), valamint a 80386-os (32bites) típusszámú processzor.

  • A mikroprocesszorok megjelenése tette lehetővé a személyi számítógépek (personal computer = PC) létrehozását és gyors elterjedését, köszönhetően a kiforrott és egyre olcsóbb gyártástechnológiáknak, a nagyfokú integráltságnak (még összetettebb és kisebb méretű chipek és félvezető alkatrészek) a szabványosításnak, és a kompatibilitás alkalmazásának.
  • A fentieknek köszönhetően megjelentek és egyre megfizethetőbbé váltak a hordozható számítógépek.
  • A személyi számítógépek terjedése együtt járt összekapcsolásuk igényével, tehát kialakultak az első, számítógépekből álló helyi hálózatok (LAN).
  • Megjelentek a hajlékony (floppy disk) és merev mágneslemezes háttértárak.
  • 1989-ben a szándékosan károkat okozó programok, a számítógépes vírusok is tiszteletüket teszik a számítógépeken – a világ megismerkedik a számítógépes vírus fogalmával.
  • Megjelentek a negyedik generációs magas szintű programozási nyelvek (ADA, PASCAL).

Tipp: A Pascal programozási nyelvet Nicklaus Wirth fejlesztette ki 1969-ben. A BASIC mellett ez volt a másik nagy népszerűségre szert tett magas szintű programnyelv. Használata a 90-es évek végéig tartott, amikor kiszorították az ún. objektumorientált magas szintű programozási nyelvek, mint például a C és annak különféle változatai, mint a C++ és a C# vagy C Sharp (szísharp).

Ez a korszak hozta létre a következő, ma már legendásnak számító otthoni és személyi számítógépeket: Altair 8800, Sinclair ZX 80, 81 és Spectrum, Commodore VIC20, 64, 128 és Plus4, IBM PC XT, AT és PS/2, Apple Macintosh.

Tipp: Az Altair 8800 számítógépre 1975-ben Bill Gates és Paul Allen készítette el az első magas szintű programozási nyelvet. Cégük neve Microsoft. Később megnyerték az IBM PC számítógépre kiírt operációs rendszer készítő pályázatot. Az operációs rendszer neve DOS lett.

Nem feledkezhetünk meg a magyar fejlesztésű számítógépekről sem, hiszen a 80-as években hazánk jelentős eredményeket mutatott fel a mikroelektronikai fejlesztések terén. Voltak olyan hazai műhelyeink, amelyek képesek voltak világszínvonalú mikroszámítógépek tervezésére és gyártására. Ki ne emlékezne a Videoton TVC, a Primo vagy a HT-1080Z számítógépekre!

A korszak jelentősége, hogy az IBM PC nevű számítógépével szétvált a hardver és az operációs rendszer fejlesztése. Az IBM PC esetében ez a DOS nevű operációs rendszer volt, amely már nevében jelezte a számítógéptől való elválasztást: DOS = Disk Operating System = lemezes operációs rendszer.

A lemezes operációs rendszerek megjelenésének előnye a cserélhetőségük, vagyis a felhasználó szabadon eldöntheti, hogy számítógépének belső háttértárára melyik operációs rendszert telepíti.

Álljunk meg egy szóra!
A korábbi gyakorlat szerint az operációs rendszert képező szoftvert a számítógép ROM típusú memóriája tartalmazta, a gyártás során fixen „beégetve”. Ennek nyilvánvaló hátránya, hogy az operációs rendszer nem javítható, nem bővíthető. Az IBM PC nevű számítógépének tervezésekor az volt az egyik cél, hogy az operációs rendszer ne fix, hanem cserélhető része legyen a számítógépnek. Ez az elgondolás azért is születhetett meg, mert már piacon voltak a lemezes háttértárak (a floppyt például az IBM fejlesztette ki), így adódott a megoldás, hogy az operációs rendszer egy lemezről töltődjön be az operatív memóriába, vagyis a RAM-ba.
Amikor még csak a floppy lemez létezett, a DOS operációs rendszer egy darab floppylemezen tárolt szoftvercsomag volt. A számítógép bekapcsolása előtt ezt az ún. DOS boot-, magyarul indítólemezt be kellett helyezni a floppy meghajtóba és a működés ideje alatt benne is kellett hagyni (persze volt kivétel). A számítógép a bekapcsolást követően a floppy meghajtóban kereste a bootlemezt, és ha megtalálta, betöltötte a DOS operációs rendszer legfontosabb részeit a RAM memóriába.
Amikor megjelent a merevlemez, az operációs rendszerek már csak telepítőkészlet formájában kerültek forgalomba. Ettől kezdve a számítógépben mindig kellett lennie legalább egy merevlemeznek, amire az operációs rendszert a telepítőkészletről az ún. telepítéssel fel lehetett telepíteni. A boot lemez elnevezést az a merevlemez kapta, amelyikre az operációs rendszer került.

5. generáció: internet, web és multimédia (1991-máig)

1991-től jelentősen felgyorsult a számítógép fejlődése, és ennek köszönhetően már nem is információs technológiáról (IT), társadalomról, hanem infokommunikációs technológiáról (IKT) beszélhetünk. Ez a fejlődés egyre nagyobb rohamléptekkel ma is folyik, már-már szinte követhetetlenül. Mindezt az alábbi lista is bizonyítja:

  • Világszerte elterjedtek az IBM PC kompatibilis számítógépek és a nemzeti nyelven kommunikáló lemezes operációs rendszerek.
  • Az egyre fejlettebb gyártástechnológiának köszönhetően a számítógép alapvető alkatrészei, mint a processzor, a grafikus megjelenítő, a memória, a háttértár minden jellemzője egyre nagyobb teljesítménnyel rendelkezett.
  • A processzorok integráltsága elképesztő ütemben nőtt: a hüvelykujjnyi felületen elhelyezett néhány millió tranzisztorszámtól eljutottunk a milliárdos darabszámig, a mikrométeres vezeték-, ún. csíkszélességtől a néhány nanométeresig.
  • A processzorok működési frekvenciája a néhány MHz-től eljutott a 4-5GHz-ig.
  • A processzorok funkcionalitása is nőtt: több processzormagot, párhuzamos működést, beépített grafikus, memória- és perifériavezérlőt kaptak. Nőtt a belső utasítások száma, amelyeknek köszönhetően bizonyos műveletek végrehajtása még gyorsabbá, a programozásuk egyszerűbbé vált. Nőtt az ún. bitszélesség, vagyis az egyszerre feldolgozható bitek száma – a 16 bites processzorokat felváltották a 32, majd a 64 bites processzorok.
  • A háttértárak kapacitása a néhányszáz kB-tól eljutott a közel 20TB-ig.
  • Megjelentek a grafikus operációs rendszerek és az azok kezelésére szolgáló újszerű beviteli eszközök, mint pl. az egér, az érintőpad vagy az írótábla.
  • A technológiai fejlődésnek köszönhetően egyre kisebbek és kisebbek lettek a számítógépek: az asztali számítógéptől eljutottunk a hordozható (laptop), az ultrahordozható (notebook, netbook), majd a tenyérnyi (tablet, okostelefon), végül a hordozható számítógépekig (okosóra, -karkötő és egyéb -eszközök).
  • Magas szintű, objektumorientált programozási nyelvek százai jelentek meg, amelyek célszámítógépek, operációs rendszerek, webes felületek számára teszik lehetővé a szoftverfejlesztést.

A felsorolt technológiai újdonságok, az egyre gyorsabb, nagyobb kapacitású és kisebb számítógépek, valamint az egyre többféle infokommunikációs eszköz magával hozta a számítástechnika eszközök mindennapi életet átfogó forradalmát. Nézzük csak!

  • Megjelent az internet, és a távközlés fejlődésével párhuzamosan egyre gyorsabb lett az otthoni internetelérés – a tárcsázós modemtől az ADSL kapcsolaton át eljutottunk az optikai kábelnetig és a műholdas internetelérésig. Az átviteli sebesség a kezdeti néhány tucat kB/mp-ről a Gb/mp-ig nőtt. Ekkora sebességnél már lehetővé vált egy családban párhuzamosan több eszköz (számítógép, laptop, okostelefon, tablet, más okos- és dolgok internete eszköz) használata.
  • Az internetnek köszönhetően fejlődésnek indultak a helyi, a városi és a földrészek közötti számítógépes hálózatok és az azokra épülő szolgáltatások.
  • Beindultak a webes fejlesztések, megjelentek a böngészőprogramok, elterjedtek a webes szolgáltatások, köztük a webáruházak.
  • Elterjedtek az internetképes elektronikus közszolgáltatások (e-ügyintézés, e-ügyfélkapu, e-személyi, e-adóbevallás).
  • Elterjedtek a közösségi szolgáltatások, mint a Google, YouTube, Facebook, Twitter, Instagram.
  • Elterjedtek az okoseszközök (pl. okostelefon, okosautó, okosruha) és a dolgok internete (interneten kommunikáló eszközök – Internet of Things), amelyek mind-mind a számítógépes és mobilhálózatokon keresztül kommunikálnak.
  • Elterjedtek a médiafájlok, elérések, szolgáltatások (zene, video, képek).
  • Elterjedtek a felhőszolgáltatások (tárhelyek, számítógépek, alkalmazások).
  • Okosváros, okosközlekedés kialakításába fogtak számos nagyvárosban, országban.
  • Elterjedt a mobiltelefónia, nőtt, majd teljes körű lett a lefedettség.
  • A mobiltelefonok kisméretű számítógéppé váltak, önálló operációs rendszert kaptak (Android, Windows Phone, iOS), párhuzamosan fejlődtek a laptopokkal és a tabletekkel.
  • A mobiltechnológia átviteli sebessége (CSD, EDGE, 3G, 4G, 5G) elérte, majd meghaladta a számítógépeknél bevezetett vezetékes és nem vezetékes hálózati sebességeket, így a mobilinternet is megkezdhette térhódítását.
  • Az okostelefonok hitelesítő, mobilbankoló és fizetőeszközzé váltak.
  • Fejlődésnek indult a robotika, a mesterséges intelligencia, a virtuális valóság.
  • Terjed a beszédalapú számítógépvezérlés és felhasználói felület kezelés. Megjelentek a felolvasó programok és a digitális asszisztensek (Alexa, Cortana, Siri).
  • Realitássá váltak az online fordítóeszközök, a távmunka, a számítógéppel segített tanulás (e-learning).
  • Megjelent a 3 dimenziós tárgyak nyomtatásának lehetősége.
  • A számítástechnika a mindennapi élet minden területére bevonult, legyen az az orvoslás, az egészségmegőrzés, az oktatás, a lakásirányítás, a közművek, a közlekedés, a hivatali ügyintézés, az öltözködés, vagy a háztartás.

A jelenleg is megélt 5. generáció tehát az információszabadság, a közlés, a tárolás, és a feldolgozás új korszaka.

Álljunk meg egy szóra!
Okoseszköznek azon elektronikus berendezéseket tekintjük, amelyek számítógépet és azt működtető operációs rendszert tartalmaznak, utóbbi legyen az akár az asztali számítógépeken megtalálható operációs rendszerekhez hasonló funkcionalitású vagy csupán egy ún. webkiszolgáló.
A webkiszolgáló tipikus operációs rendszere a hálózatra kötött eszközöknek, mint például a hálózati kapcsolók, a biztonsági kamerák, az okosizzók vagy más, dolgok internete eszköz. A webkiszolgáló feladata az adott eszköz által előállított adatfolyam hálózatra továbbítása, biztonsági funkciók ellátása, az eszköz beállításainak kezelése, az ellenőrzött hozzáférés, egyszerű felhasználói felület biztosítása. A webkiszolgáló operációs rendszer szoftvere – kis méreténél fogva – a legtöbb esetben az eszközbe épített vagy cserélhető memóriakártyán foglal helyet.

6. generáció?

A következő generációra nem sokat kell várni, talán már részesei is vagyunk: ebben az új korszakban a számítógépek a testünk részét fogják képezni, és mi magunk is a hálózat részei leszünk – testünket protézisek teszik egészségesebbé, teherbíróbbá, nagyobb teljesítményűvé, elektronikus szemünkkel fényképezni, videózni fogunk, az okostelefon, a térkép és a zenelejátszó bennünk foglal helyet, fülünkben a világ bármely nyelvéről fordítani képes „bábel hal” ül, személyi anyagainkat, azonosítóinkat beépített tárhely és chip őrzi, tetkóinkat világító, cserélhető, bőrbe ültetett „képernyők” helyettesítik. Minden mindennel össze lesz kötve, az automatizáció igen magas fokú lesz. Rettenetesen hangzik vagy sem, utódainknak mindez már természetes lesz.

Ez lehet a kiborg, vagyis a kibernetikus organizmus, a gépember kora – amilyen elképesztő a technológiai fejlődés, nincs is olyan messze ez a korszak.

A kibernetikusorganizmusok egyfajta kiterjesztései lesznek a már mai is létező virtuális valóság (VR = Virtual Reality) és kiterjesztett valóság (AR = Augmented Reality) eszközök. Mindkét terület még gyerekcipőben jár, de a témát a média már felkapta – filmek láthatók, játékok, kaphatók, és erőteljes kutatások folynak a valóban használható eszközök és infrastruktúra kiépítésével kapcsolatban.

Álljunk meg egy szóra!
A VR olyan viselhető eszközöket takar, amelynek kulcseleme egy megjelenítő eszköz – tipikusan a szemet is eltakaró, tehát a valóságot kizáró képernyő. A virtuális valóságot, a képzeletbeli környezetet ezen keresztül szemléljük. Ilyen eszközök már kaphatók beépített nagyfelbontású megjelenítővel és behelyezhető okostelefonos megoldásként is.
Az AR eszközök szintén viselhető eszközök, általában speciálisan kialakított szemüvegek, amelyek nem zárják ki a valóságot, hanem kiegészítik azt, a szemüvegre vetített plusz információkkal. Ennek a megoldásnak az előnye, hogy a végzett tevékenységhez igazított információkkal segíthető a felhasználó tevékenysége – látássérülteknél a látottak javításával, orvosi műtét közben a beteg (szerv) állapotának kijelzésével, sofőröknél, pilótáknál a vezetéssel kapcsolatos információkkal, főzés közben a végzendő tevékenységek felsorolásával, okoseszközöktől érkező információk kijelzésével és még hosszasan sorolhatók a megoldás előnyei.
Az AR eszközök a viselhető szemüveges megoldásoktól várhatóan eljutnak majd a kontakt- vagy szemlencsébe, műszembe beépített megoldásokig, utóbbi esetben egyfajta megoldást nyújtva a vak sorstársaink számára.

Miről szólt ez a cikk?
A számítógép, az IT, illetve az IKT elmúlt 70-80 évének történetével ismerkedtünk meg, elsősorban a számítógépek belső felépítésére fordítva figyelmünket. Láttuk, hogy az egyes számítógép generációk miben tértek el egymástól, megtudtuk, hogy mindezt a folyamatos technológiai fejlődés tette lehetővé egyre kisebb, gyorsabb , nagyobb teljesítményű elektronikai alkatrészek létrejöttével – láttuk, hogy az elmúlt néhány évtizedben hogyan alakultak, fejlődtek ki a teremnyi méretű, lassú, sokat fogyasztó elektromechanikus számítógépekből a ma használt asztali és hordozható személyi számítógépek, mobiltelefonok, okos- és dolgok internete eszközök.
A megismert angol szavak a következők: discrete semiconductor, hard disk, floppy disk, internet of things, interrupt request, microprocessor, operating system, personal computer, time sharing, transistor, vacuum tube.