Processzorok
fejlődése, működése
(Intel 80486-ig)
Történelem
A számítógépek alkalmazásának kezdetei
• 1847-54 George Boole áramkörelméletben is alkalmazható logikai algebrája a
későbbi digitális működésű gépek tervezésének alapjait jelentette.
• 1887 Herman Hollerith (1860–1929) nagy tömegű adat statisztikai feldolgozására
alkalmas gépet épít. A kifejlesztését az tette szükségszerűvé, hogy az USA-ban a
népszámlálás (1890) feldolgozása hagyományos módszerekkel mintegy 3 évet (mások
szerint 10 évet) vett (volna) igénybe, a végül szükségesnek bizonyult 6 hét
helyett. A gép lyukkártyákat tudott rendezni és szétválogatni, mechanikus módon,
tűk segítségével. A (papír) lyukkártyák egydolláros nagyságúak voltak. Hollerith
1924-ben alapított cégéből fejlődik ki a későbbi IBM lyukkártya (1 lyuk – 1
szám, 2 lyuk – 1 betű);
• 1937–1942: John Vincent Atanasoff és asszisztense, Clifford Berry megterveznek
egy csak elektronikus egységekből álló gépet, ez volt az első elektronikus
digitális számítógép, az Atanasoff–Berry Computer (ABC). Jelenleg ezt tartjuk az
első mai értelemben vett (elektronikus) számítógépnek – érdekes, hogy ennek a
ténynek 1973-ban Amerikában bírósági tárgyalás útján kellett eldőlnie, különféle
elsőbbségi jogviták miatt.
• 1938–1941: Konrad Zuse megépíti az első szabadon programozható gépet, a Z3-t.
Felépítése hasonló a mai gépekhez: processzort (ALU), vezérlőegységet (CU),
memóriát, bemeneti egységet (szalag) és kimeneti egységet tartalmaz. Az
egytonnás gép néhány ezer elektromágneses reléből állt, repülők és rakéták
tervezéséhez használták. Egy összeadást átlag 0,7 mp, szorzást 3 mp alatt
végzett el, a tízes számrendszerbeli számokat már lebegőpontos bináris ábrázolás
útján kezelte. A gép 1944-ben egy bombázás során elpusztult, de Zuse a 60-as
években újra megépítette. Rekonstruált változata a müncheni Deutsches Museum-ban
látható. Bár a gépet aritmetikai műveletek végzésére tervezték, Raul Rojas
később bebizonyította, hogy alkalmas általános célú számítógépnek is (képes
tetszőleges Turing-gép emulálására).
• 1943-ban az angol titkosszolgálat megépítteti a Colossust, ez szintén relés és
elektronikus alapon épült meg Alan Turing matematikus elmélete, illetve Max
Newman matematikus és Tommy Flowers mérnök tervei alapján, és a második
világháborús német katonai rejtjelezőkód megfejtését segíti. A kódfejtés
egyébként különböző matematikai, katonai, titkosszolgálati módszerek ötvözésével
sikerült is.[3]
• 1944 Howard H. Aiken ballisztikai számítógépe, a Harvard Mark I
lövedékpálya-táblázatokat számol. E gép fél futballpálya méretű volt, 800 km
kábelt, vezetéket és relét tartalmazott, egy műveletet 3-5 másodperc alatt
végzett el, képes volt az összes alapművelet és komplex (változós?) egyenletek
megoldására.
Általános célú számítógépek és elterjedésük
• 1946 megépül John Presper Eckert és John W. Mauchly tervei alapján az első
digitális elektronikus gép, az ENIAC, 18 000 vákuumcsőből, 70 000 ellenállásból,
5 millió forrasztással.
Súlya 30 tonna, 160 kW-ot fogyaszt, 5000 összeadást, 357 szorzást, vagy 38
osztást tud végezni másodpercenként, 10 jegyig számol, 20 regisztere van,
1000-szer gyorsabb, mint a Mark I MTBF: 40 másodperc. Külső programvezérlése
huzalozással működik.
• 1949-ben elkészül a hasonló EDVAC gép Neumann János (1903–1957) vezetésével.
Ez már központi vezérlő egységet tartalmaz, van benne lehetőség feltételes
vezérlésátadásra, memória tárolja a programokat és az adatokat is.
• 1951 Megjelenik az első kereskedelemben kapható számítógép, az UNIVAC I..
• 1953 Megjelenik az első műszaki és tudományos számítások végzésére alkalmas
számítógép a BESZM 1.
• 1964 megjelenik az első általános célú kereskedelmi gép, az IBM 360.
Neumann János (1903–1957) matematikai szemszögből közelíti meg a kérdést és
általános irányelveket fogalmaz meg (Neumann-elvek):
• a programot és az adatokat nem kell megkülönböztetni, a gép szempontjából
mindkettő bemenő adat
• belső programvezérlés;
• folyamatábra, mint formalizmus bevezetése;
• gépi kódú programozás.
Az 1949-ben épített EDSAC és az 1952-ben épített EDVAC már a Neumann-elveket
követi.
1951-ben építették meg az első sorozatgyártásra szánt számítógépet, az
UNIVAC1-et.
Az elektroncsöveket tartalmazó, épp ezért költséges üzemű, ún. első generációs
gépek kb. 1958-ig voltak forgalomban.
A diszkrét félvezető-elemeket (diódát, tranzisztort) tartalmazó, nagyobb
tárolókapacitású második generációs gépek az 1960-as évek első feléig uralták a
piacot.
Az 1960-as években indítja útjára az IBM a 360-as sorozatot (1964: 360/40, az
első integrált áramköri elemeket tartalmazó ún. harmadik generációs gép).
A harmadik generációs gépek kora 1971-ig tartott, ekkor jelent meg ugyanis az
első mikroprocesszor, s néhány év múlva piacra kerültek az első (ún. negyedik
generációs) számítógépek.
A ma használt IBM PC (az első PC megjelenésének éve: 1981) kompatibilis
számítógépek többsége Intel processzorokkal működik, bár jelentős szerep jut az
AMD és a Cyrix processzorgyártó cégek termékeinek is.
A Neumann-elvű gépek felépítése
Az ilyen gépek tartalmazzák a számítógép önvezérlését végző CPU-t, azaz központi
feldolgozó egységet (processzort), az adatokat és programokat a műveletek
végzésének idejére tároló operatív memóriát, az egységek közti adatforgalmat
lebonyolító vezetékek rendszerét (adatsín-rendszer), a felhasználókkal történő
kommunikációt végző I/O rendszert (ide soroljuk a hosszútávú adattárolást végző
tárakat is), és tartalmazhatnak egyéb járulékos egységeket, melyek a működés
fizikai feltételeit biztosítják (hűtőrendszer, energiaellátás stb.).
Történelem Működés Kronológia 4004 4040 8008 8080 8085 8086 8088 80186 80286 80386 80486