سخت افزار رایانه
رایانه یکی از دو چیز برجستهای است که بشر در سده بیستم اختراع کرد. دستگاهی که بلز پاسکال در سال ۱۶۴۲ ساخت، اولین تلاش در راه ساخت دستگاههای محاسب خودکار بود. تا کنون پنج نسل از رایانهها ساخته و عرضه شدند.کامپیوترهای الکترونیکی و کامپیوترهای مکانیکی اولیه به این خاطر نام گرفتند که کارهایی را که قبلاً انسانهای کامپیوتر اختصاص داشت انجام میدادند .
کامپیوتر اصالتاً یک عنوان شغلی بود و به کسانی گفته میشد که کارشان این بود که محاسبات برای چیزهایی مانند فهرستهای کشتیرانی و جداول جزر و مد و موقعیتهای نجومی نیاز بودند. تصور کنید که شما ساعتی پس از ساعتی و روزی پس از روزی هیچ کاری جز محاسبه کردنهای بی شمار را انجام نمیدادید؛ و حتی در بهترین روز هایتان شما نمیتوانستید جوابها را خیلی تند ارائه دهید. بنا براین مخترعین صدها سال به جستجو پرداختند تا راهی برای مکانیزه شدن پیدا کنند. به این معنی که دستگاهی اختراع کنند تا این کار را انجام دهد. به دنبال انسانهای کامپیوتر نوعی کامپیوتر عملگر آمد.
قدیمیترین سختافزار درست
دستگاه به کمک محاسبات، عمدتاً با استفاده از یک به یک مکاتبه با انگشتان دست برای هزاران سال مورد استفاده قرار گرفته است. اولین دستگاه شمارش احتمالاً به شکل شمارش چوب بودهاند. بعد از نگهداری سوابق کمک در سراسر هلال حاصلخیز شامل محاسبه (حوزههای خاک رس، مخروط و غیره) که تعدادی از موارد، احتمالاً دام و دانه، مهرو موم شده در ظروف تو خالی پخته نشده خاک رس نشان داده شده است. استفاده از شمارش میله هایک نمونه است. چرتکه اولیه برای کارهای ریاضی مورد استفاده قرار گرفت. چیزی که ما آن را چرتکه روم مینامیم در بابل زودتر از ۲۴۰۰ سال قبل از میلاد مورد استفاده قرار گرفت. از آن زمان، بسیاری از اشکال دیگر تخته حساب و یا جداول ابداع شده است. در یک قرون وسطی اروپا خانه شمارش، یک پارچه شطرنجی میتواند بر روی یک جدول قرار داده شده است و استفاده از نشانگر در اطراف آن با توجه به قوانین خاص نقل مکان کرد، به عنوان کمکی برای محاسبه مبالغ از پول است.
چرتکه
چرتکه که یک کمک رسان اولیه برای محاسبات ریاضی بود تنها خصوصیت آن این بود که به حافظه افراد برای انجام محاسبات کمک میکرد. یک چرتکه اندازه ماهر میتواند عملیات جمع و تفریق را با سرعتی برابر با دست جمع و تفریق میکند انجام دهد. قدیمیترین چرتکهای که باقیماندهاست مربوط به ۳۰۰ سال قبل از میلاد است که به وسیله یک امپراطوری در جنوب غرب آسیا استفاده میشده. چرتکههای مدرن از حلقههایی درست شدهاند که روی میلهها میلغزند در یک چرتکه خیلی پیشرفته ۵ حلقه پایینی در هر میله نشانگر ۵ انگشت دست است و ۲ حلقه بالایی نشانگر ۲ دست است.
خط کش محاسبه
پیش از ۱۶۱۷ یک اسکاتلندی به نام جان نپر، لگاریتم را اختراع کرد؛ که این اختراع با عنوان تکنولوژی باعث شده که غرب، مورد توجه مردم دنیا قرار گیرد. این عنصر جادویی لگاریتم هر عملوند بود که عموماً از یک فهرست کنده کاری شده گرفته شده بود. اما نپر به آن یک اختیار دیگر اضافه کرد چیزی که ارزشهای لگاریتم که بر روی عاجها کنده کاری شده بودند امروزه استخوانهای پنر نامیده میشوند. اختراع نپر مخترعان را مستقیماً به سوی اختراع خط کش محاسبه راهنمایی کرد که اولین بار در سال ۱۶۲۳ در انگلستان ساخته شد و تا دهه ۱۹۶۰ به وسیله مهندسیناخترشناسی برای برنامه فرود آپولو و انسانها به روی ماه استفاده شد.
ماشین محاسبه
لئوناردو داوینچی (۱۵۱۹-۱۴۵۷) طرحی از ماشین محاسبه چرخ دنده دار کشید که ظاهراً هیچگاه آن را نساخت. اولین ماشین محاسبه چرخ دنده دار که واقعاً ساخته شد احتمالاً در ساعت محاسبه گر بود که به نام مخترعش ویلیام چیکارد نام گرفت. این وسیله تبلیغ زیادی به همراه نداشت چرا که چیکارد خیلی زود پس از آن در اثر طاعون درگذشت.
دستگاه پاسکالین
در سال ۱۶۴۲ بیلز پاسکال در سن ۱۹ سالگی پاسکالین را به عنوان یک کمک رسان برای پدرش که یک جمع آورنده مالیات بود اختراع کرد. پاسکال ۵۰ عدد از این دستگاههای چرخدندهای را ساخت ماشین حسابی تک کاره که فقط میتوانست جمع کند؛ ولی به خاطر قیمت زیاد ان واینکه این دستگاه واقعاً دقیق نبود (چون در ان زمان ساخت چرخ دندهها با دقت لازم مقدور نبود) نتوانست خیلی به فروش برسد. سپس تا جایی ترقی کرد که در حال حاضر دانشبرد ماشینها دیجیتال شدند بخش کیلومتر شمار و سرعت سنج ماشینهای امروزی از دستگاهی بسیار شبیه به پاسکالین استفاده میکنند. پاسکال یک بچه نابغه بود او در سن ۱۲ سالگی در حال انجام آزمایش مدل موقعیتهای ۳ ثانیهای اقلیدس در کف آشپزخانه دیده شده بود. پاسکال ادامه داد و اختراعهای زیاد دیگری مانند اختراع قطریه احتمال و منگنه آبی و سرنج را انجام داد. عکس زیر نشان دهنده یک ورزن ۸ رقمی از پاسکالین ودو صحنه از ورزن ۶۶ رقمی پاسکالین است. تنها چند سال پس از پاسکال گات فراید ویلهم لیبنیز (همکار نیوتون) ساختن ماشین حساب چهار کاره (جمع و تفریق و ضرب و تقسیم) را مدیریت کرد؛ که محاسبه گر پلهای نامیده شد. چون این دستگاه بجای چرخ دنده از طبلهای شیار دار دارای ۱۰ شیار که به ترتیب در پیرامون این طبلها چیده شده بودند استفاده میکرد. همچنین این محاسبه گر پلهای از سیستم عدد ده دهی (هر طبل ۱۰ شیار داشت) استفاده کرد. لیبنیز اولین کسی بود که از استفاده از سیستم باینری اعداد طرف داری کرد؛ که پایه و اساس بهرهبرداری از کامپیوترهای مدرن است. لیبنیز به عنوان یکی از بزرگترین فیلسوفها شناخته شد ولی او در تنهایی و فقر از دنیا رفت.
کارتهای منگنه
در سال ۱۸۰۱ جوزف ماری جکوارد فرانسوی یک دستگاه بافندگی قوی را اختراع کرد که توانست بافندگیاش (و تزئین رویپارچه روی یک الگو به طور اتوماتیک) را بنیانگذاری کند. این دستگاه از روی کارتهای چوبی منگنهای که در یک ردیف طولانی به وسیله یک طناب به هم کمک میکردند میخواند. نسلهای این کارتهای منگنهای از قبل از این نیز استفاده میشدهاند. تکنولوژی جکوارد یک عطیه و نعمت راستین برای کارخانه داران بود اما خیلی از کار کنان کارخانهها را بیکار میکرد و جمعیت انبوه مردم عصبانی کار خانههای جکوارد را بر شکست کرد وحتی یک نفر هم به او حمله کرد. تاریخ پر از مثالهایی از آشوبهای کارگران به دنبال ابداع یک تکنولوژی است؛ ولی بیشتر مطالعات این را نشان میدهد که در همه جا تکنولوژی در حقیقت تعداد شغلها را افزایش دادهاست.
ماشین محاسبه گر بخاری
در سال ۱۸۲۲ یک ریاضیدان انگلیسی چارلز پاپیج ماشین محاسبه گر بخاری را پیشنهاد کرد. این ماشین به اندازه یک اتاق بود که ان را موتور متفاوت نامید. این ماشین قادر به محاسبه فهرستهایی از اعداد بود مانند جداول لگاریتمی. او سر مایه و بودجه دولتی را برای این پروزه به خاطر اهمیت جداول عددی در کشتی رانی در اقیانوس که به وسیله ان تجارت ابی ونیز نیروی دریایی نظامیشان را ترقی میدادند جذب کرد. دولت انگلیس برنامه ریزی کرده بود که بزرگترین امپراطوری جهان شود اما در آن زمان دولت انگلستان در حال چاپ یک سری ۷ جلدی جداول کشتیرانی به همراه یک جلد کتاب تصحیحات بود که نشان میداد این سری کتاب بالغ بر ۱۰۰۰ اشتباه عددی داشت. این آرزو میرفت که ماشین بابیج بتواند اشتباهات به این گونه را رفع کند. اما ساخت دستگاه «ماشین متفاوت بابیج» ثابت کرد بسیار سخت است. واین پروزه به زودی تبدیل به گرانترین پروزه بودجهای دولت تا آن زمان در تاریخ انگلستان شد. ده سال بعد کامل کردن این دستگاه غیرممکن شد.
موتور تحلیلی
بابیج دلسرد نبود و با وجود این سراغ فکر بعدیش رفت. چیزی که او آن را موتور تحلیلی نامید. این وسیله به اندازه یک خانه بزرگ بود و به اندازه ۶ اسب بخار قدرت داشت؛ که چون این دستگاه به خاطر تکنولوژی کارتهای منگنه جکوارد قابل برنامه ریزی بود هدف کلی تری داشت. اما این بابیج بود که پرش خردمندانه مهمی را مربوط به کارتهای منگنه کرده بود. در دستگاه بافندگی جکوارد بودن یا نبودن هر سوراخ در کارت به یک نخ اجازه میداد که بگذرد ویا اینکه متوقف شود. بابیج فهمید که الگوی حفرهها میتواند برای نشان دادن یک ایده انتزاعی استفاده شود. بابیج فهمید که نیازی ندارد که یک مسئله به خودی خود به طور فیزیکی از سوراخها عبور کند. ازاین گذشته بابیج دریافت که کارتهای منگنه میتوانند به عنوان دستگاه ذخیره به کار روند و اعداد محاسبه شده را برای محاسبات بعدی نگه دارند. بابیج به خاطر ربط این دستگاه به دستگاه جکوارد نام دو قسمت مهم از دستگاهش را میل واستور گذاشت. چون هر دو کلمه در صنعت بافندگی استفاده میشد. استور جایی بود که اعداد نگه داری میشدند و میل جایی بود که آنها به منظور رسیدن به نتایج تازه ترکیب میشوند. در کامپیوترهای مدرن استور واحد حافظه نامیده میشود وبه میل واحدپردازش مرکزی میگویند. موتور تحلیلی دارای کلید تابعی بود که کامپیوترها را از ماشینهای حساب متمایز میکرد. (جملهٔ شرطی) یک جملهٔ شرطی اجازه میداد که برنامه نتایج مختلفی را در یک زمان واحد به دست آورد. بر اساس جملهٔ شرطی مسیر بر نامه مشخص میشد.
هالریت دسک
موفقیت بعدی در آمریکا رخ داد. دولت آمریکا مجبور بود هر ۱۰ سال یک بار اماری از تمامی آرای شهروندان آمریکایی برای تعیین نمایندگان مجلس بگیرد. واین کار بسیار به طول میانجامید برای همین مجلس جایزهای برای مخترعی که بتواند برای انتخابات سال ۱۸۹۰ دستگاهی اختراع کند قرار داد؛ که این فرد کسی نبود جز هرمن هالریت کسی که به طور موفقیتآمیزی کارتهای منگنهای جکوارد را برای شمارش آرا به کار گرفت. اختراع او به عنوان هالریت دسک شناخته شد که شامل یک کارت خوان بود که سوراخهای داخل کارت را درک میکرد. ویک دنده دستگاهی را که میتوانست بخواند میچرخاند ویک شمارش گر نتایج را نشان میداد. تکنیک هالریت موفق بود و انتخابات خیلی زود تر از سالهای قبل انجام گرفت.
IBM
هالریت یک شرکت بنا کرد که بعد از مدتی به یک شرکت تجاری بینالمللی تبدیل شد که امروزه ما آن را به نام ای بی ام میشناسیم. ای بی ام به سرعت رشد کرد و کارتهای منگنه همه جا را فرا گرفتند. امروزه کارتهای منگنه اطلاعات مشخصی از قبیل نام شما و آدرس شما و به عنوان مثال مصرف گاز شما را ذخیره میکنند وسپس از این طریق قبض شما محاسبه و برایتان فرستاده خواهد شد. البته امروزه هکرهایی هستند که با هک کردن این کارتها مبالغ مصرفی خود را کاهش میدهند. ماشین شمارشگر هالریت اولین ماشینی بود که بر روی جلد مجلهای تا به ان زمان به چاپ رسیده بود. آی بی ام ماشین حسابهایش را برای فروش به شرکتهای تجاری همراه با حساب داری مالی و حسابداری اموال پیشرفت داد. یک خصوصیت در قالب دو ویژگی حسابداری مالی وحسابداری اموالی. اما ارتش آمریکا به یک حسابگر بهینه برای انجام محاسبات علمی نیاز داشت. در جنگ جهانی دوم آمریکا ناوهای جنگی ای داشت که به سختی فشنگها و گلولههایی به وزن برابر با یک ماشین کوچک را تا ۲۵ مایل میکشید.
فیزیک دانان باید معادلهای مینوشتند که بیان کند چگونه شرایط جوی و باد و جاذبه و سرعت اولیه وغیره میتوانند مسیر گلولهها را تعیین کنند. اما حل چنین معادلهای بسیار سخت بود. اینها کارهایی بود که توسط کامپیوترهای بشری انجام شد و نتایج آنها در دفتر چه راهنمای نظامی منتشر میشد.
اولین ویروس
یکی از بر نامه نویسان مارک۱ یک زن بود به نام گریس هاپر. این زن اولین ویروس کامپیوتر به نام باگ را پیدا کرد. یک حشره مرده که در دستگاه افتاده بود و بالهایش مانع خواندن روزنهها میشد. باگ برای نشان دادن نقصی در سیستم بکار میرود از آن زمان این کلمه سال ۱۹۵۳ گریس هاپر اولین زبان پیشرفته به نام فلو ماتیک را اختراع کرد، شناخته شد. زبانهای سطح بالا به منظور راحت تر فهمیدن انسانها ساخته شد. چنانکه زبان باینری برای کامپیوتر قابل فهم تر بود که بعدها به نام کوبول اما یک زبان برنامه نویسی پیشرفته بدون یک برنامهٔ مترجم ارزشی نداشت. تا زبان سطح بالا را به زبان باینری (یا زبان ماشین) ترجمه کند که هاپر اولین مترجم یا کامپایلر را هم ساخت. این زن تا سن ۷۹ سالگی در زمینه کامپیوتر و برنامه نویسی فعال بود.
رایانههای نسل اول
در سال ۱۹۳۸، جان وینسنت آتاناسف استاد فیزیک و ریاضیات دانشگاه ایالتی آیووا در آمریکا به فکر ساختن اولین رایانه الکترونیکی یک منظوره افتاد. او با همکاری دستیارش و دانشجوی فارغالتحصیلش کلیفرد بری، با استفاده از لامپ خلاء شروع به ساختن رایانه مزبور کرد و آن را کامپیوتر آتاناسف بری یا ABC نامید که میتوانست ۲۹ معادله چند مجهولی را با ۲۹۹ مجهول حل کند. این اولین ماشینی بود که توانست دادهها را به عنوان بار الکتریکی در خازن ذخیره کند. کاری که امروزه کامپیوترها برای ذخیره اطلاعاتشان در حافظه اصلی میکنند. اما این دستگاه قابل برنامه ریزی نبود و طراحی آنها تنها مناسب برای یک نوع از مشکلات ریاضی (معادلات چند مجهولی) بود؛ ولی به خاطر درگیری ارتش آمریکا در جنگ جهانی دوم و لزوم پیوستن آناتاسف به ارتش همکاری او با ارتش آمریکا، ساخت این رایانه عملی نشد و ساخت آن ادامه نیافت. متأسفانه مخترعینش هیچ تلاشی برای نگه داری آن نکردند و سرانجام این دستگاه رها شده و به وسیله کسانی که به داخل اتاق آمده بودند غارت شد.
یکی دیگر از کسانی که در زمینه کامپیوترهای مدرن کار کردکلوسوس بود که در طول جنگ جهانی دوم به کمک دولت بریتانیا به هدف شکستن کدهای پنهانی آلمانیان دستگاهی ساخت.
در حقیقت انگلستان جهان را به سوی ساخت و طراحی ماشینهای الکترونیکی هدایت کرد که برای شکستن رمزها اختصاص یافته بود و معمولاً قادر به خواندن امواج رادیویی کد دار آلمانیها بود .کامپیوتر هاروارد مارک ۱ اتانا سوف بری و کلوساس انگلیسی سهم عمدهای در این صنعت دارا بودند ولی پیش گامان آمریکایی و انگلستانی هنوز بر سر اینکه چه کسی اول بود بحث میکردند. اما زود تر از ان زیوس رشته کامپیوترهایی برای اهداف عمومی در نازی آلمان ساخته بود در حقیقت زد ۱ اولین بود چرا که در بین سالهای ۱۹۳۶ و ۱۹۳۸ ساخته شده بود.
سومین ماشین زیوس که به Z3 معروف است در سال ۱۹۴۱ ساخته شد، که احتمالاً اولین کامپیوتر دیجیتال چند منظوره قابل برنامه ریزی عملی بود. یعنی به وسیله نرمافزار کنترل میشود. Z3 به وسیله هجوم بمباران پیوسته خراب شد. Z1 و Z2 هم به همان سر نوشت دچار شدند و تنها Z4 باقی ماند زیرا زیوس ان را داخل واگنی گذاشت و روانه کوهستان کرد.
در سال ۱۹۴۳ فیزیکدانی به نام جان ماکلی با همکاری جی پرسیر اکرت که مهندس برق بود، شروع به ساختن اولین رایانه الکترونیکی همه منظوره نمود. این رایانه که در ساخت آن افزون بر اجزاء الکترومکانیکی، از هجده هزار لامپ خلأ استفاده شده بود بنام انیاک نامگذاری شد و در سال ۱۹۴۶۶ آماده نصب و راهاندازی گردید و در زمان خود پیچیدهترین دستگاه الکترونیکی جهان بود. این رایانه قادر به انجام سیصد عمل ضرب در هر ثانیه بود و به مدت ۹ سال مورد استفاده ارتش آمریکا قرار گرفت. یکی از موفقیتهای کامپیوتر هاروارد (مارک ۱) بود که به طور شریکی بین هاروارد و ای بی ام در سال ۱۹۴۴ ساخته شد. این اولین کامپیوتر قابل بر نامه ریزی دیجیتال که در آمریکا ساخته شد، بود؛ ولی آن به طور کامل الکترونیکی نبود. در عوض این دستگاه بدون سوئیج و کلاج و میله و دستگاه تقویت و غیره ساخته شده بود. وزن ماشین ۵ تن بود و در آن ۵۰۰ مایل سیم جا داده شده بود. آن دارای طول ۸ فیت و درازی ۵۱ فیت بود. مارک ۱ به مدت به مدت ۱۵ سال بدون توقف کار کرد و به شکل یک اتاق بافندگی شبیه بود. مارک۱ عملیات را روی اعدادی انجام میداد که ۲۳ رقم عرض داشتند. او میتوانست ۲تا از این اعداد را جمع یا تفریق کند در زمانی برابر سه دهم ثانیه یا آنها را ضرب کند در حدود ۴ ثانیه و تقسیم کند در ۱۰ ثانیه ۴۵۵ سال بعد کامپیوترها میتوانستند عملیات جمع را در یک بیلیونیم ثانیه انجام دهند.
اگر چه مارک ۱ سه بخش مساوی از میلیونها اجزاء داشت ولی تنها میتوانست ۷۲ عدد را ذخیره کنند؛ و ۱۰میلیون عدد دیگر را در هارد دیسک؛ و سرعت نمایش این اطلاعات بسیار بسیار بالا است. برای همین سرعت بالاست که کامپیوترها ی الکترونیکی قاتل دستگاههای مکانیکی به حساب میآیند. هاروارد ایکن یکی از مدیران طراحی مارک ۱ در نامهٔ فکاهی خود نوشت تا سال ۱۹۴۷ شش کامپیوتر الکترونیکی برای انجام محاسبات تمام آمریکا کافی است. برای همین ای بی ام شروع به تحقیق کرد که ایا میشود این دستگاه را به یک شکل استا ندارد درآورد چرا که تا آن زمان تنها دولت و ارتش آمریکا توان پرداخت چنین هزینهای را داشتند. البته نظریه ایکن زیاد هم بد نبود جرا که او از انقلاب میکرو کامپیوترها در سال ۱۹۵۹ بی خبر بود. اپل ۱ که با عنوان «خودتان انجام دهید» بدون ظاهری زیبا فروخته شد. کامپیوترها به صورت شگفتانگیزی گران بودند چرا که در آن نیاز به اسمبلی دستی زیادی بود. در سال ۱۹۴۵ نابغه ریاضی جان فون نویمان طی مقالهای استفاده از سیستم اعداد دودویی (Binary) در ساختمان رایانه و نظریه انباشت برنامه در حافظه رایانه را مطرح کرد و بر این اساس ساخت رایانه رقمی الکترونیکی همه منظورهای را پیشنهاد نمود و آن را ادواک نامید. این دستگاه رایانهای با توانایی ذخیره داخلی برنامهها و سرعت بالای الکترونیکی بود. فن نویمان را اغلب بهعنوان بنیانگذار ذخیرهسازی برنامهها میشناسند. ساخت این رایانه در سال ۱۹۴۶ شروع شده بود و تا اواخر سال ۱۹۵۰ به تأخیر افتاد. با نگرش به اینکه در طراحی و ساخت رایانههای مدرن از نظریههای نویمان بهره گرفته میشود، لذا وی را پدر کامپیوتر میخوانند. در سال ۱۹۴۷ موریس ویلکس استاد دانشگاه کمبریج انگلیس شروع به ساخت اولین رایانه رقمی الکترونیکی حاوی برنامههای ذخیره شده نمود و آن را ادساک نامید. ساخت این رایانه در سال ۱۹۴۹ به پایان رسید و آماده نصب و بهرهبرداری گردید.
در سال ۱۹۵۰ اولین رایانه دارای برنامه ذخیره شده ساخت آمریکا به نام سیک در سازمان ملی استانداردها در واشنگتن نصب گردید و بیش از ده سال مورد استفاده قرار گرفت. در فاصله سالهای ۱۹۵۱ تا ۱۹۵۷ نیز شرکتهای رایانهای آی بی ام و یونیواک رایانههای الکترونیکی گوناگونی ساخته و عرضه کردند. در رایانههای نسل اول از ویژگی دو حالته بودن لامپ خلأ که وسیلهای الکترونیکی است و میتواند خاموش یا روشن باشد بهره گرفته شد و در اغلب آنها لامپ خلأ در قسمت محاسبه و منطق بکار رفته بود. رایانههای نسل اول دارای حجم زیادی بودند و میزان حافظه، سرعت و دقت در آنها کم بود و به انگیزه استفاده از لامپ خلأ و ایجاد گرمای زیاد، استفاده از آنها به چند ساعت در روز محدود بود.
رایانههای نسل دوم
در رایانههای نسل دوم ترانزیستور جایگزین لامپ خلأ گردید. ترانزیستور چند برابر کوچکتر از لامپ خلأ بود و تأثیر زیادی بر روی سرعت محاسبات رایانه داشت. ظرفیت حافظه در رایانههای نسل دوم در قیاس با رایانههای نسل اول دارای ظرفیت حافظه بیشتر و سریعتر، کوچکتر و قابل اطمینانتر بودند. در فاصله زمانی سالهای ۱۹۵۸ تا ۱۹۶۴ توسط شرکتهای کامپیوتری انسیآر، ایبیام و سیدی سی رایانههای مختلف الکترونیک ساخته شدند و عرضه شدند و در سال ۱۹۶۳ اولین مینی رایانه بنام پیدی وی ۸ توسط شرکت دک معرفی گردید.
انقلاب میکروالکترونیکها باعث شد مدارهای مجتمع که به اندازه ناخن انگشت شست شما باشند جای آن سیم کشیهای دستی را بگیرد. اولین سود مدارهای مجتمع ترانزیستورها نیستند بلکه کوچکی آنها هست چرا که ترانزیستورها فایده تعدادی آنها است و بیشتر از میلیونها ترانزیستور میتواند تولید شود و به فرایندهای ماشینی دستگاه مرتبط شود تمام عناصر بر روی یک مدار مجتمع ساخته شدهاند همزمان در طریق شماره کوچک (شاید ۱۲) از پوشانههای بصری که هندسه هر لایه را تعریف میکند. اینها سرعت پردازش و ساختن کامپیوترها را افزایش میدهد واز این جهت هزینه آنها هم کاسته شد همان گونه که دستگاه چاپ یوهانس گوتنبرگ ساختن کتابهایش را سرعت داد و بدین وسیله آنها را برای عموم قابل خرید کرد. کامپیوتر ای بی ام استرچ سال ۱۹۵۹ درازای ۳۳ فوتی را برای نگاه داشتن ۱۵۰٬۰۰۰ ترانزیستور داخلش را لازم داشت. این ترانزیستورها به طور شگفتانگیزی کوچکتر از لامپهای خلأ هستند. اما آنها عناصر منحصر به فردی بودند که نیاز به اسمبلی منحصر به فردی داشت در اوایل دهه ۱۹۸۰۰ این ترانزیستورهای زیاد توانست به طور همزمان بر روی یک مدار مجتمع ساخته شود امروزه کامپیوترهای پنتیوم ۴ شامل ۴۲٬۰۰۰٬۰۰۰ ترانزیستور برروی یک مدار مجتمع به اندازه یک ناخن شست است.
رایانههای نسل سوم
برای ساختن کامپیوترهای سریعتر و قویتر کوششها همچنان ادامه داشت تا در اوایل ۱۹۶۰ اولین کامپیوتر نسل سوم (Third Generation) به بازار عرضه شد. این کامپیوتر از سری IBM ۳۶۰ بود که برای ساختن آن ۵ میلیارد دلار سرمایهگذاری شد که بزرگترین پروژه مالی بخش خصوصی تا آن تاریخ به شمار میرفت. این کامپیوتر که مدلهای گوناگونی از نظر ظرفیت و سرعت کار داشت، در هر دو امور تجاری و علمی قابل استفاده بود.
جدیدترین تحول در تکامل کامپیوترها، ساختن وسایل ضبط اطلاعات با قابلیت دسترسی مستقیم (Direct Access Device) در این نسل بود. به این ترتیب کاربران توانستند به هر یک از اجزاء اطلاعات ذخیره شده در یک مجموعه عظیم اطلاعاتی، در کسری از ثانیه دسترسی پیدا کنند. علاوه بر آن در این نسل از کامپیوترها، سعی شده که قطعات مدارها را هرچه کوچکتر و با حجم کمتر بسازند و بدین ترتیب مدارهای مجتمع (Integrated Circuits(IC)) به وجود آمدند. ویژگی دیگر رایانههای نسل سوم امکان استفاده همزمان چندین کاربر از یک رایانه بود. این رایانهها بر خلاف نسل قبلی که فقط در یکی از دو حیط علمی و غیرعلمی توانایی کار داشتند، توانایی کار در هر دو محیط را دارا بودند. سرعت عملیان در رایانههای نسل سوم بسیار افزایش یافت. عملیات حسابی و منطقی در این رایانهها در مایکرو ثانیه (یک میلیونیم ثانیه) و حتی نانو ثانیه (یک بیلیونیم ثانیه) انجام میشد. در ایران، از زمان ارایه کامپیوترهای نسل سوم کاربرد کامپیوتر به سرعت توسعه یافت و مؤسسات مختلف تعدادی از آنها را نصب کردند. بارزترین ویژگی رایانههای نسل سوم استفاده از مدارهای مجتمع یا آی سی در قسمتهای مختلف ساختمان رایانه بود. این مدارها که از حدود ۱۰۰ عنصر منطقی تشکیل شده بود و در هر عنصر منطقی حدود ۱۰ عنصر الکترونیکی نظیر ترانزیستور و دیود بکار رفته بود، به روش خاصی در سطحی به اندازه یک سانتیمتر مربع تجمع پیدا میکردند و بدین لحاظ اندازه و حجم رایانههای نسل سوم در برابر با رایانههای نسل دوم کاهش یافتند. ظرفیت حافظه در رایانههای نسل سوم به چندین برابر قبل افزایش یافت. در فاصله زمانی سالهای ۱۹۶۴ تا ۱۹۷۱ شرکتهای از قبیل آیبیام، جنرال الکتریک، باروز، یونیواک، آرسیای، انسیآر، سیدیسی، هانیول و تعداد زیادی از شرکتهای کوچکتر ارائه گردید. بویژه شرکت دک با تولید مینی رایانههای پیدیپی ۱۰ و پیدیپی ۱۱ راه را برای پیشرفت سریع پدیده مینی رایانهها باز کرد و هزاران مینی رایانه به بازار عرضه کرد.
رایانههای نسل چهارم
در ساختمان رایانههای نسل چهارم از مدارهای مجتمع الکترونیکی با تراکم متوسط و زیاد که حاوی هزارها تا صدها هزار عنصر الکترونیکی بودند و بر روی یک تراشه مربع یا مستطیل شکل از جنس سیلیکان به سطح یک سانتیمتر مربع قرار گرفته بودند استفاده میگردید. سرعت عمل و ظرفیت حافظه رایانههای نسل چهارم به نسبت نسل قبلی افزایش زیادی داشت. توانایی قرار دادن مدارهای مجتمع الکترونیکی زیادی بر روی یک سطح بسیار کوچک سبب پیدایش ریزپردازنده در آغاز این دوره گردید که میتوانست بر روی یک سطح یک تراشه قرار بگیرد. ریز پردازنده دارای کلیه مدارهای مورد نیاز جهت عملیات حسابی، منطقی و کنترلی بود و با افزودن تعدادی تراشه جهت حافظه و سایر مدارهای مکمل به آن یک پردازشگر کامل بوجود آمد و در نتیجه ریز رایانه پا به عرصه وجود گذاشت.
با معرفی اولین ریزپردازنده به نام ۴۰۰۴ در سال ۱۹۷۱ توسط شرکت اینتل و عرضه ریزوردازنده ۸ بیتی ۸۰۸ در اواخر همان سال و ریزپردازنده ۸۰۸۰ در سال ۱۹۷۴ توسط همان شرکت، زمینه کاری جهت ساختن رایانههای شخصی (PC) فراهم گردید. با معرفی ریز رایانه سلب ۸-اینچ در سال ۱۹۷۲۱۹۷۲ توسط شرکت سلبی و ریز رایانه التایر ۸۸۰ در سال ۱۹۷۵ توسط شرکت میتس و ساخت ریزپردازندههای مختلف توسط شرکتهای اینتل، زیلاک، موتورولا و اماُاس تکنالوژی، فرایند ساخت و معرفی ریزرایانهها روز به روز گسترش یافت و توسط شرکتهای مختلف از آن جمله اپل(Apple)، آتاری(Atari)، کامودر(commodore) و آیبیام(IBM) ریز رایانههای گوناگونی عرضه گردید. در دهه ۸۰ میلادی در زمینه رایانههای بزرگ و مینی رایانهها شرکتهای مختلف از آن جمله آیبیام ٬سیدیسی ٬دک و باروز رایانههای بسیار پیشرفتهای ساختند و به بازار عرضه نمودند. در همین دهه ابر رایانههای پیشرفتهای توسط شرکتهای مختلف از جمله کری آیبیام، سیدیسی، فوجیتسو، هیتاچی و نک ساخته شدند.
رایانههای نسل پنجم
در رایانههای نسل پنجم که از سال ۱۹۹۰ به بعد هستند اندازه تراشهها خیلی کوچکتر شده و از پردازندههای با تراکم خیلی زیاد در آنها استفاده میشود. در این نسل از رایانه به جای معماری ترتیبی از معماری موازی بهره گرفته شده. کشورهای پیشرفته زیادی مانند آمریکا و ژاپن پژوهشهای زیادی برای ساخت رایانههای بسیار پیشرفته در گذشته و حال انجام دادهاند.
ابر رایانههای در دست ساخت به نام سی ام ۵ که از ۳۲ تا ۱۶٬۰۰۰ پردازنده به صورت موازی بهره خواهند گرفت، سرعت رایانه را تا دو برابر ترافلاپس (تریلیون عملیات اعشاری در ثانیه) خواهند رساند. نسل پنجم رایانهها که ایده آن اولین بار توسط ژاپنیها در سال ۱۹۸۰ مطرح شد، ساختن رایانههایی را پیشنهاد میکند که بتوانند بیاموزند، استنباط کنند و تصمیم بگیرند و به طور کلی رفتاری داشته باشند که معمولاً در حوزه منطق و استدلال خاص انسان قرار دارد و به عبارت سادهتر هوشمند باشند. در این نسل از مدارهای مجتمع با تراکم فوقالعاده بالا استفاده میشود.
بعد از موفقیت کامل بشر در ساخت رایانههای هوشمند، ایده بعدی انسان طراحی رایانهای خواهد بود که مدارهای داخلی آن کپی برداری عینی از مغز آدمی است. با توجه به تحولات در تغییر نسلهای رایانهها، در نسل آینده باید منتظر تغییرهای زیر باشیم:
کاهش حجم مدارها تا حد مینیاتوری شدن و نیز کاهش توان مصرفی لازم
افزایش پیچیدگی مدارها
افزایش کارایی و بهبود کیفیت عملکرد مدارها
افزایش سرعت عملکرد مدارها
مشخصات کلی
پیشرفتهای سختافزاری
الف) مینیاتوری کردن (تقلیل حجم دستگاهها و اجزای آنها)
ب) افزایش ظرفیت حافظه به چندین برابر قبل
ج) استفاده از دستگاههای واسطه(Media)، با قابلیت دسترسی مستقیم
د) قدرت ارتباط با نقاط دور و متعدد
پیشرفتهای نرمافزاری
الف) هماهنگی بیشتر با سختافزار
ب) هماهنگی بیشتر با سیستمعامل
ج) پیشرفت در زبانهای برنامه نویسی و به کارگیری زبانهای سطح بال
عملیات و بهرهبرداری
الف) استفاده از روشهای پردازش مستقیم(on-line) و بازده فوری(real time)
ب) اجرای همزمان چند برنامه با یکدیگر
تقسیمبندی و تفکیک نسلهای کامپیوتری تا قبل از نسل چهارم(Forth Generation)، به لحاظ تغییرات عمده در پیشرفت و تکامل کامپیوتر در هر نسل، به سهولت صورت گرفت. دراوایل سال ۱۹۷۰ تکنیکهای جدیدتری در ساخت و بهرهگیری از کامپیوترها به کار برده شدکه بسیاری از دست اندرکاران آن را نسل چهارم نامیدند. مهمترین تغییرات در سختافزار کامپیوترهای نسل چهارم، به کارگرفتن مدارهای مجتمع با تراکم زیاد و تراکم خیلی زیاد است. در نسل سوم از تراکم SSI(Small Scale Integration) و (Scale Integration Medium)MSI یعنی تراکم کم و تراکم متوسط بهره گرفتند؛ ولی درنسل چهارم از تراکم (Scale Integration Large) LSI،(Scale Integration Very Large) VLSI و (Ultra Large Scale Integration)ULSI یعنی تراکم بالا، خیلی بالا و فوق العاده بالا بهره میگیرند.
نسل چهارم همچنین از حافظه نیمه هادی (Semiconductor) و میکرو پروسسور (Microprocessor)، سیستمهای محاورهای (Interactive System)، پردازش مستقیم و شبکههای کامپیوتری (Computer Network) بهره جستهاست. توسعه و پیشرفت سختافزار کامپیوترهای فعلی، در مقایسه با نسلهای قبلی با بررسی چند عامل نظیر سرعت، اندازه، هزینه و ظرفیت حافظه روشن میگردد. در کامپیوترهای اولیه از لامپ خلأ استفاده میشد و به همین جهت حجم و وزن زیادی داشتند (کامپیوتر انیاک ۳۰۰ تن وزن داشت) به کار بردن ترانزیستور در نسل دوم به طور قابل ملاحظهای، اندازه کامپیوترها را کاهش داد. در یک فوت مربع از کامپیوترهای نسل اول ۶۰۰۰ مؤلفه وجود داشت که با بکاربردن ترانزیستور۱۰۰۰۰۰۰ مدار درهمان حجم کار میکرد. در کامپیوترهای فعلی که در آنها میکروالکترونیک و مدارهای مجتمع با تراکم زیاد به کار میرود بیش از ۱۰ میلیون مدار در یک فوت مربع کار میکند.