A Hét 1983/1 (28. évfolyam, 1-26. szám)
1983-01-01 / 1. szám
Tudomány-technika A SZÁMÍTÓGÉP „EMLÉKEZETE A számítógéptechnika egyike azoknak a műszaki ágazatoknak, amelyek körül már születésüktől fogva sok téveszme, hiedelem kering. A gyakorlatban való elterjedés után általában eloszlik a köd, a nagyközönség egyre tájékozottabb lesz, de ez a számítástechnikára mintha nem lenne érvényes: bár napjainkban egyre megszokottabbá válik alkalmazása az ipar, a szolgáltatások és az adminisztráció valamennyi területén, sőt újabban a háztartásokba is kezdenek bevonulni a mikroszámítógépek, ennek ellenére laikusok körében meglehetősen nagy a bizonytalanság. Csak kirívó példaként említem azt az elképzelést, hogy már a közeljövőben versenyre kelhet az „elektronikus agy" az emberrel; sokkal feltűnőbb az a tény, hogy ismeretterjesztő kiadványokban, rádió- és tévéműsorokban is aránylag gyakran szarvashibák fordulnak elő. A leggyakoribb probléma az operációs sebesség és a memória kapacitásának helytelen magyarázata. Az emberi agy tevékenysége még is a legnagyobb rejtélyek közé tartozik, ennek megfelelően csupán feltételezzük a gondolkodás mechanizmusát, nem tudjuk, hogy pontosan milyen folyamatok eredményeképp végzi az ember akárcsak a legegyszerűbb számtani műveleteket is, a gondolkodás magasabb szféráiról nem is beszélve. Ezzel szemben a gép minden egyes alkatrészét mérnökök tervezik, a programokat matematikusok készítik, tehát a szakemberek nemcsak tökéletesen ismerik a gép felépítését, hanem minden műveletéről is tudnak. A köztudatban úgy rögződött meg, hogy két egyjegyű szám szorzata („a kis egyszeregy") egyetlen művelet az agy számára. Nem így a gépnek, amely nem tud szorozni, osztani, csakis műveleteket végezni, amelynek köszönhetően megszületik a végeredmény. Emiatt nem véletlenül beszélnek a szakemberek a gép műveleti sebességéről szorzási, osztási stb. sebesség helyett, ami a gyakorlatban azt jelenti, hogy egyetlen szorzás elvégzéséhez akár több tucatnyi műveletre is szükség van. Már a „számítógép" elnevezés is félreértésekre adhat okot, azt sugallva, hogy a gép számokkal végez műveleteket, emiatt elég nehéz megérteni, hogyan tud egy elektronikus szerkezet ’számjegyekkel dolgozni. A gép valójában nem számokkal, hanem impulzusokkal végzi a műveleteket, emiatt nem az általunk megszokott tízes számrendszert használja. Ugyanis van ennél egy sokkal egyszerűbb is: a kettes számrendszer, amely csak két számjegyet (állapotot) ismer, az J"-t (egyes) és a „0"-t (nulla), amit fizikailag impulzussal illetve annak hiányával lehet létrehozni. A tízes számrendszerhez szokott gondolkodásunknak az első pillanatban egy kissé komplikáltnak tűnik a kettes számrendszer, elsajátítása után azonban csodálkozik az ember rendkívüli egyszerűségén. Leginkább a morze-ábécéhez lehetne hasonlítani. Ha a „pontot" vesszük nullának, a „vesszőt" egyesnek, rögtön kézzelfoghatóvá válik a kérdés. A két jel variációja (egy pont és egy vessző) összesen négy állapot (például betű) rögzítésére alkalmas (pont-pont, pont-veszszö, vessző-pont, vessző-vessző), minden egyes jellel (bittel) való bővítés a duplájára emeli a variációk számát. Tehát három jelből álló „csomag" nyolc, négyből álló tizenhat, öt „információs egység" harminckettő, hat pedig hatvannégy állapot rögzítésére alkalmas. Tehát a bitek számának növelésével tetszés szerinti állapotot fejezhetünk ki. A morze-ábécénél maradva attól függően, hogy hány betűt, számot, kiegészítő jelet akarunk rögzíteni, négy, öt vagy hat információs egységből álló szót választunk. Míg a nyelvben a rögzített szöveg információs egysége a hangzó (betű) illetve a számjegy (a tizes számrendszerben 0-9), addig a számítástechnikában az impulzus, amit angol eredetű szóval „bit"-nek jelölnek, tehát az Írott szöveg kettes számrendszerű kódban való rögzítéséhez általában öt bitre van szükség (ahogy ezt a telex gépeknél is használják, de azok csak egy betűtípussal működnek és a hosszú magánhangzókat se jelölik), de inkább hat a megfelelőbb. Ezt azért érdemes megemlíteni, mivel gyakran előfordul, hogy az ábécé egy-egy betűjét a számítástechnikára vonatkoztatva (például az író-olvasó automaták esetében) is egy információs egységnek (tehát bitnek) könyvelik el. Csakúgy a számolás területén. Mint a megjelölés is elárulja, a tízes számrendszer minden egyes számát kifejezhetjük, az alap-számsor (0-9) és a tizes szám hatványának összegével. Egy tetszés szerinti számot véve alapul, például az 1022-t a következőképpen is kifejezhetjük: 1 X 103 + 0 X 10: + 2 X 10’ + 2 X 10° - 1022. A digitális technikában a kettes számrendszert alkalmazva a számok nagyságának meghatározásánál a hatvány alapjául a „2" szám szolgál, az előbbi példánál maradva az 1022 a következőképpen bontható fel 1 X 109 + 1X10»-MX10’ + 1X 106 + 1 X 106 + 1 X 104 + 1 X 103+ 1 X 102 + 1 X 101 + 1 X 10°= 1022. Ha a számrendszer alapját képező számjegy hatványait elhagyjuk és akárcsak a tizes számrendszerben, a helyértékkel fejezzük ki a szám nagyságát, akkor az 1022 a következőképp írható fel: 1111111110. Tehát tíz bitből álló impulzuskombinációt kapunk, amivel a gép minden nehézség nélkül tud dolgozni. A számítógép memóriájának kapacitását a leggyakrabban nem bitben, hanem nagyobb információs egységben, byte-ben adják meg (1 byte — 23 bit = 8 bit). Erre azért van szükség, mivel egyetlen információs egységgel gyakorlatilag nem érdemes dolgozni. Nagyon érdekes a nagyobb egységek fogalma is. A tizes számrendszerben a „kilo" ezret jelent, ezt az előtagot használva mindig az alapegység ezerszeresét értjük alatta (kilométer, kilogramm, kilopond, kilopascal stb.), az 1 kilobyt azonban nem ezer bit, hanem 210, tehát 1024 bit. Ennek megfelelően az 1 Kbyte 1024 bit x 8 - 8192 bit. Azzal, hogy a betűket és a számokat kettes számrendszerbe transzformáltuk, lehetővé válik, hogy a gép csupán impulzuskombinációkkal dolgozzon, „agyában" azokat tárolja. A számítógépeknek nagyjából kétféle memóriájuk lehet: elektronikus és mágneses. Az elektronikus memóriában az egyetlen impulzust, tehát bitet, egy áramkör, a „memóriasejt" tárolja. Az ún. permanens memóriasejtek (ROM — read only memory) miniatűr vezetékhálózatból, ellenállásokból vagy diódákból állnak, természetesen integrált technológiával készülnek. Mint a nevük is elárulja, csupán „olvasásra" alkalmasak, tehát új információ tárolására nem (pl. dekadikus-bináris átalakításra, kódolásra stb.) Az átprogramozható (RAM — Random acces memory) memóriák alapját tranzisztorok képezik. Újabban kezd terjedni az ún „asszociációs memória", amelyből a kiemelés az információtartalom szerint történik. A számítógépeknek szüksége van „kéznél levő" információkra, amelyeket az operációs memóriában tárol. Technológiailag a leggyakrabban (bipoláris technológiával készülő) ún. sztatikus memóriasejt a tárolóegység, amelynek alapja a billegő (flip-flop) áramkör, vagy pedig az (unipoláris technológiával készülő) ún. dinamikus memória. Az elektronikus programozható memóriák többségében az információ a gép kikapcsolásával elveszik (az áramkör „kinullázódik"). Minden nagyobb számítógépnek ezért szüksége van mágneses memóriára is, amelynek több előnye is van. Egyrészt a mágnesezhető vasoxid rétegen gyakorlatilag korlátlan ideig tárolható az információ függetlenül a gép működésétől. Másrészt az adattárolás magától a géptől is független, hiszen a hordozóanyaggal (mágnesszalaggal) együtt kiemelhető, bárhol elraktározható, sőt egy másik számítógépben is felhasználható. Számottevő hátránya az aránylag kicsi információsürűség és a lassú információátadás. A mágnesszalagon való tárolás a legrégibb és a legelterjedtebb módszer. Általában 1 "-os (25,4 mm) magnószalagot használnak, de újabban a 1/2", a 1/4" (a csévés magnetofonoknál használt közönséges magnószalag), sőt az 1/8"-os (kazettás magnók szalagszélessége) is használatos. Négyzetcentiméterenként — a műszaki megoldástól függően — 80—640 bit rögzíthető rajtuk. A szalagmemória legnagyobb hátránya a rendkívül rossz hozzáférhetőség. Hiszen hosszú másodpercekig kell várnia a gépnek, amíg a szalag túlsó végéről „előkerül" egy-egy információ, tekintve, hogy lassú a szalagtovábbítás. A leolvasás meggyorsítására dolgozták ki a mágneses lemezeket. Átmérőjüket tekintve a hanglemezhez hasonlítható (300 mm), a különbség csak annyi, hogy alumíniumból készülnek, vasoxid bevonattal, a felvétel nem csigavonalban, hanem koncentrikus körök formájában történik. A lemez állandóan forog — másodpercenként 360-as fordulattal — mindkét oldalán kb. egymikrométeres „légpárnán" sugárirányban csúszkál a felvevő ill. lejátszófej, tehát az információátadás rendkívül gyors a szalagmemóriához képest. A számítógépek radikális méretcsökkentésével beköszöntött a mikro-számitógép korszak, ami kikényszerítette a kisméretű lemezmemória elkészítését. Disketa néven az IBM hozta forgalomba a papír tasakban elhelyezett, 20 cm átmérőjű, műanyag alapanyagú hajlékony mágneslemezt. Közismert, hogy a számítógépek különféle nyelveken „értenek", attól függően, hogyan programozzák be őket. A szakembereken kívül azonban csak kevesen tudják, hogy a számítógépek ún. gépi kóddal, tehát teljesen egyforma rendszerben dolgoznak. Egy kis túlzással a programnyelvek csupán az emberek kedvéért készülnek. Számítástechnikusok oktatásánál bevált módszer, hogy egy problémát először is gépi kódban oldanak meg, majd ugyanezt magasabb programnyelven is el kell végezni. Ilyenkor az esetleg több oldalnyi utasitáshalmaz néhány soros programmá zsugorodik. Tehát a „nyelvek" elsőrangú feladata a bonyolult feladatok egyszerű utasításokkal való közlése. A számítógéppel aztán a fordítógép (emulátor) „érteti" meg az utasításokat. Ugyanígy az is problémát okozhat, hogy egy tudományos kérdést valamilyen nyelven (például ALGOL-lal) oldanak meg, míg egy másik számítógéptől kölcsönzött részfeladat más nyelvű (például FORTRAN). A szóértést a fordító programok (editor) teszik lehetővé, amelyeket az egyik nyelvből a másikba való transzformálásnál használnak. Egy interjú során Robert Feynmann Nobel-díjas fizikus annak a véleményének adott hangot, hogy elvileg elképzelhető az atomi szinten való információtárolás, tehát egy gombostű fején (talán) tárolható (lesz egyszer) akár a Nagy Brit Enciklopédia is. Ez azonban egyáltalán nem jelenti azt (mint ahogy a sci-fi írók oly gyakran sugallják), hogy a számítógép versenyre kelhet az emberi elmével. Néhány ezer oldalra, pár kiló papírra már több mint egy évszázada kinyomtatták azt a bizonyos Encyklopédia Britanniát, mégsem jut senkinek se az eszébe ezeket a köteteket az emberi intelligencia vetélytársának tekinteni, holott bizonyos, hogy széles e világon még a legnagyobb lángelmék is csak a töredékét ismerik a benne foglalt tudásanyagnak. A számítógép minél tökéletesebb lesz, annál bonyolultabb feladatok elvégzésére válik alkalmassá, felszabadítva ezzel az embert a monoton, ismétlődő munka, számolási műveletek végzése alól. A számítógép ma már képes, a jövőben még inkább képes lesz termelést irányítani, számolni, sőt még számítógépeket is gyártani. Csak épp gondolkodni nem tud. Ebben sosem lehet az ember vetélytársa. A természet legnagyobb csodája továbbra is az ember marad, ahogy azt Blaise Pascal a 17. század zseniális tudósa megfogalmazta: „Az ember törékeny nádszál. Csakhogy ez a nádszál gondolkodik". OZOGÁNY ERNŐ 18
