🕰️ A számolástól a modern számítógépig: Rövid történelemóra

Az ember már ősidők óta használ segédeszközöket a számoláshoz, legyen az ujj, kő, farab, rovás, vagy csomó. Aztán jöttek a számolólécek, számolópadok és az abakusz. Az abakusz már tartalmazta a számítástechnika három alapfogalmát: a helyi értéket, az átvitelt és az eltolást. Évszázadokig uralta a számítások világát, ráadásul nem is kellett hozzá tudni írni! A rómaiak is előszeretettel használták, és a Pitagorasz-féle számolódeszka is segítette a görög matekosokat.

Aztán megérkezett az indiai eredetű tízes alapú helyi értékrendszer az arab számjegyekkel (0-9) – ez lett a legfontosabb számítási rendszerünk! Az arabok hozták el Európába, Al-Khwarizmi pedig továbbfejlesztette a zéró számjegy hozzáadásával. Leonardo Pisano, azaz Fibonacci „Az abakusz könyve” című művével rendszerezte az arab matematikai tudást, és segítette a tízes számrendszer elterjedését. A gelosia-módszer (egy rácsos táblázatos vizuális számítási technika) is Indiából és az arab kultúrából származik, Európában a 14. század elején lett ismert. John Napier a „Neper-pálcákkal” egyszerűsítette a rácsos módszert, Al-Kashi pedig a 15. században az első volt, aki tizedes törteket használt matekban, ezzel óriási lökést adva a numerikus analízisnek.

Az 1600-as években Galilei indította el a természettudományok matematizálását. Jost Bürgi és John Napier pedig egymástól függetlenül találták fel a logaritmust, ami nagymértékben megkönnyítette a bonyolult számításokat a navigációban és a csillagászatban.

⚙️ Mechanikus és elektromechanikus úttörők

A podcast kitér a mechanikus számítógépek izgalmas fejlődésére is:

• Jacquard szövőszék (Joseph Marie Jacquard, 1800-as évek eleje) 🧵: Lyukkártyán rögzítette a mintákat a szövéshez, ezzel forradalmasítva a folyamatot – bár nem terjedt el széles körben.
• Charles Babbage (1800-as évek) és Ada Lovelace 👩‍💻:
• Babbage két Differential Engine-t is épített az angol kormány támogatásával, de egyiket sem fejezte be. Az Analytical Engine volt a „nagy dobás”.
• Ada Lovelace, Lord Byron lánya, a világ első programját írta egy nem is működő prototípusra, ami 150 évvel később kipróbálva működött! Róla nevezték el az Ada programozási nyelvet.
• A brit kormány a hadi térképek pontatlansága és a számítási kapacitás hiánya miatt támogatta Babbage-et. Végül azonban kiábrándultak és leállították a finanszírozást, mert a projekt nem működött.
• Babbage gépei mechanikusak voltak, kurblival lehetett volna hajtani őket, és feltételes elágazásokat is tudtak kezelni mechanikusan.
• Blaise Pascal francia matematikus alkotta meg a Pascaline nevű mechanikus számológépet a 17. században, ami összeadott és kivont. Később a 18-19. században Thomas de Colmar Arithmometer-je aratott nagy sikert.
• Gottfried Wilhelm Leibniz (17. század) a differenciálszámítás atyja, de mechanikus számológépet is készített, a lépcsőzetes gépet. Munkája hozzájárult az algoritmusok és a bináris számrendszer fejlesztéséhez.
• Georg Scheutz (19. század) svéd mérnök és fia, Edvard, az első modern adattároló és számítógépnek tartott mechanikus számológépet fejlesztettek, lyukasztott kártyákra építve.
• Herman Hollerith (1880-as évek, USA) 📊: Az amerikai népszámlálás problémájára lyukkártyás rendszert dolgozott ki, ami rendkívül sikeres volt, és Hollerith cége lett a későbbi IBM egyik elődje!

Az elektromechanikus, vagyis relé alapú számítógépek az 1930-as és 1940-es évekre tehetők.

• Howard Hathaway Aiken volt a Harvard Mark I tervezője és főmérnöke (1937-1944). Ez a 15 méter hosszú, több tonnás gép elektromos reléket használt, és hadiipari számításokra is alkalmas volt.
• Konrad Zuse 🇩🇪: Az egyik legnagyobb európai úttörő, relékből épített számítógépeket. A Z3 volt az első programozható elektromechanikus számítógép.
• John Atanasoff: Az Atanasoff-Berry Computer (ABC) megalkotója, akinek ötleteit később mások (pl. Mauchly az UNIVAC-nál és Neumann János az Edvac-nál) felhasználták, komoly szabadalmi pereket eredményezve.

🧠 A gondolkodó gépek korszaka

• Alan Turing és a Turing gép (1936) 🔢: Turing matematikai kérdésre (lehet-e minden matematikai kérdésre választ adni) azt felelte, hogy nem. A Turing gépben jelent meg először az algoritmus mint fogalom, és az, hogy „bármely probléma lebontható olyan algoritmusra, de előfordult, hogy az algoritmus nem fog eredményt találni”.
• Az első világháború a kémia háborúja volt, de a másodikban a kommunikációval kapcsolatos fejlesztések, főleg a kriptográfia kerültek előtérbe.
• Turingnak vitathatatlan óriási érdeme volt a Kriegsmarine által használt Enigma kódjának feltörésében. A lengyelek (Marian Rejewski) korábban már feltörtek egy korábbi Enigma változatot. Az angolok a fejlettebb Lorenz titkosítást is feltörték a Kolosszussal.
• Az angol állam eltitkolta eredményeit, majd homoszexualitása miatt kémiailag kasztrálta, ami öngyilkossághoz vezetett. Ezt a sztorit dolgozza fel a „Kódjátszma” című film is.
• Analóg számítógépek 🎯:
• A leghíresebb a Norden Bomb Sight volt a második világháborúban bombázási célra. Elméletileg precíz volt, de a gyakorlatban nem vált be a számos fel nem mérhető paraméter (szél, hőmérséklet) miatt.
• Vannevar Bush differenciál analizátora mechanikai gépezet, differenciálegyenleteket oldott meg, és lövészetképzésre használták.
• Elfelejtett úttörők गुमनाम:
• Tommy Flowers: Megépítette a Kolosszuszt, amely a Lorenz titkosítást törte fel, de a gépet és a dokumentációt a háború után fizikailag bezúzták.
• ENIAC (1940-es évek, USA) 💥: Az Egyesült Államok hadiipara használta lövészetképzésre, és részt vett a hidrogénbomba számításaiban is.
• Decimális üzemmódú, „végtelen mennyiségű elektroncsővel”, hatalmas (140 kW-os) fogyasztással, ami „leszívta a város hálózatát”. Körülbelül 20 perces üzemi idő után hibásodott meg.
• Nem programozható volt, hanem huzalozni kellett, mint egy telefonközpontot, ami több napot vett igénybe.
• Neumann János (John von Neumann) 👨‍🔬: Megírta az Edvac architektúra alapjait 30-40 oldalon, lefektetve a modern számítógépek működésének alapjait: buszrendszer, aritmetikai egység, vezérlőegység. Ez a mai napig alapja minden számítógépnek! Az Edvac-ot is katonai célokra gyártották.
• A Neumann-elv szerint a számítógépnek négy fő komponensből kell állnia: Központi feldolgozó egység (CPU), Memória, Bemeneti eszközök és Kimeneti eszközök.
• UNIVAC (1951, kereskedelmi célú) 📈: John Mauchly és Presper Eckert fejlesztették. Memóriája higanyalapú késleltető művonal volt, 128 szót tudott tárolni, és egy „duci bőröndhöz” hasonlított. Az első kereskedelmi forgalomban lévő számítógép volt, amiből többet is eladtak. Az IBM akkori vezetője, idősebb Watson, „színes öltönyük” miatt nem kötött üzletet a fejlesztőkkel. Hosszú, 10 éves szabadalmi per zajlott, a bíróság megállapította, hogy „senki és egyben mindenki” sem jogtulajdonos.
• Claude Shannon 💡:
• 1938-as diplomamunkájában leírta, hogyan lehet a Boole-algebrából áramkört tervezni, formalizálva ezt a tervezést, így reprodukálhatóvá és „bolondbiztossá” téve azt.
• 1948-as publikációjában bevezette azokat a fogalmakat, amelyeket ma már mindennaposan használnak: az információ alapvető egysége, a bit, az entrópia, a csatornakapacitás, a csatornák zaja és a hibajavítás. Shannon, Neumann és Turing „egy másik galaxisból származtak”.

🌐 A modern informatika korszaka

• Hidegháború alatti állami finanszírozás ❄️:
• SAGE számítógép (NORAD): A Norrad (North American Air Defense Control) elődje, hatalmas (kb. 2-3 méter széles) számítógép volt, amelynek alapjait az MIT Whirlwind I számítógépe adta. Vastag vasbeton épületekben helyezték el, amelyek kisebb atombombákat is kibírtak.
• Minuteman rakéta vezérlése: Egy hengeres számítógép végezte, amely pontosan illeszkedett a rakétába. A leszerelt rakéták számítógépeit középiskoláknak ajándékozták!
• A Haditengerészet jelentős finanszírozója volt a pontos ágyúlövés fejlesztésének hullámzó hajóból.
• Űrkutatás (Apollo program) 🚀: A „komputer” szó eredetileg nőket jelentett, akik kézzel végezték a számításokat. Az űrprogram elején még sok számítást kézzel ellenőriztek, de az informatika vastagon benne volt a programban.
• Ferritmagos (ferritgyűrűs) memória: An Wang találmánya, az Apollo holdraszálláskor is használták. Nagyon drága, nagy, és csak néhány száz vagy ezer bitet tárolt. Olvasáskor elveszítette az adatot, ezért vissza kellett írni.
• Tranzisztor (Bell laboratórium) 🔬: Shockley, Bardeen és Brattain kaptak Nobel-díjat a tranzisztor feltalálásáért. Shockley alapította az első céget (Shockley Semiconductor) a Szilícium-völgyben. A „Tracherous Eight” („áruló nyolcak”) – Shockley kulcsemberei – alapították a Fairchildet, majd onnan kiválva megalapították az Intelt!
• Winchester merevlemez (IBM, Reinhold Johnson) 💾: Az első merevlemez hatalmas volt (1700 kg, 1,5 nm, 61 cm átmérőjű lemezek), és 5 MB kapacitású. Az „RA” (random access) azt jelentette, hogy közvetlenül lehetett elérni az adatokat a szalag végigpörgetése nélkül. A merevlemezgyártás volt az alapja Clayton Christensen „Az Innovátor Dilemmája” című könyvének, amely a diszruptív innovációt mutatja be. Megjelent a teljesítmény exponenciális növekedése (Moore-törvény) és az egységnyi kapacitásra eső ár exponenciális csökkenése.
• Integrált áramkör (Jack Kilby és Robert Noyce) 💡: Óriási áttörés volt, mivel a tranzisztorokat egy chipre integrálták. Ez exponenciálisan csökkentette a hibák számát és a fogyasztást. Robert Noyce később az Intel egyik alapítója lett.
• Grace Hopper 🐞: A COBOL programnyelv „anyjának” nevezik. Az első „bugot” (szó szerinti lepkét egy relé alatt) ő találta meg és rögzítette. Híres mondása: „A világ egyik leghaszontalanabb, legkárosabb mondása az, hogy mi ezt mindig így csináltuk”. Az Nvidia Hopper nevű GPU mikroarchitektúrája róla kapta a nevét.
• LCD (Liquid Crystal Display) (George Heyer, 1968) 📱: Az első LCD kijelző kezdetben egy számot tudott megjeleníteni, de forradalmi volt, mert felváltotta a Nixie csöveket. Az LCD kisebb helyigényű, kevesebbet fogyasztott, és jobb pixelméretet kínált. Ezzel a találmánnyal a modern informatika számos eleme már rendelkezésre állt.

📈 Számítógép generációk és híres gépek

A számítógépek fejlődését generációkra osztják, a technológiai és architekturális változások alapján:

• Első generáció (1940-es évek vége – 1950-es évek): Elektromechanikus relék vagy vákuumcsövek; nagyméretűek, lassúak, megbízhatatlanok (pl. ENIAC, UNIVAC I).
• Második generáció (1950-es évek – 1960-as évek közepe): Tranzisztorokat használtak; kisebbek, megbízhatóbbak, hatékonyabbak. Megjelent a kötegeléses technológia (pl. IBM 1401, DEC PDP-8).
• Harmadik generáció (1960-as évek közepe – 1970-es évek közepe): Integrált áramkörök; tovább csökkent a méret és nőtt a sebesség. Megjelentek a felhasználóbarát operációs rendszerek és a magas szintű programozási nyelvek (pl. IBM System/360, DEC PDP-11).
• Negyedik generáció (1970-es évek közepe – jelen): Mikroprocesszorok; az egész számítógép egy chipre integrálva, lehetővé téve a kisebb, hordozható változatok (laptopok, okostelefonok) megjelenését.

Néhány további híres gép:

• Commodore 64 (1980-as évek): Az egyik legkelendőbb otthoni számítógép.
• Apple Macintosh (1984): Az első számítógép grafikus felhasználói felülettel.
• IBM PC (1980-as évek): Az első személyi számítógép nyílt architektúrával.

💫 A jövőbe tekintve: Az 5. generáció és azon túl

Az 5. generációs számítógépek (1980-as évek közepétől a 21. század elejéig) fejlesztésének fő céljai a következők voltak:

• Paralel feldolgozás és nagy számítási kapacitás.
• AI (mesterséges intelligencia) és szakértőrendszerek fejlesztése.
• Természetes nyelvfeldolgozás képessége.
• Hatalmas adatbázisok hatékony kezelése.
• Széles körű hálózati kapcsolatok és kommunikáció, hozzájárulva az internet és online szolgáltatások elterjedéséhez.

A jövőbeli fejlesztések várhatóan forradalmi változásokat hozhatnak:

• Kvantumszámítógépek ⚛️: Hihetetlenül nagy számítási kapacitással rendelkezhetnek.
• A Mesterséges intelligencia és gépi tanulás további fejlődése.
• Kvantuminternetes kommunikáció és kvantumhálózatok.
• Holografikus adattárolás.
• Bioinformatika és kvantumgenomika, kvantumgyógyítás.
• Kiterjesztett valóság (AR) és virtuális valóság (VR).
• Biokomputerek és kvantumbiológia.
• Adatközpontok és felhőalapú szolgáltatások további fejlődése.
• Automatizáció és robotika.
• Az etikus és biztonságos számítástechnika kérdései egyre inkább előtérbe kerülnek.

Ez a podcast sorozat egy igazi kaland a szövőszéktől egészen a mesterséges intelligenciáig, a számítástechnika lenyűgöző történetén keresztül! A felhasznált prezentáció és háttéranyagok pedig a HWSW Discord szerverén érhetők el.