رایانه آتاناسفبری
در سال 1938? جان وینسنت آتاناسفاستاد فیزیکو ریاضیاتدانشگاه ایالتی آیووادر آمریکابه فکر ساختن اولین رایانهالکترونیکی یک منظوره افتاد. او با همکاری دستیارش و دانشجوی فارق التحصیلش کلیفرد بری?با استفاده از لامپ خلاءشروع به ساختن رایانه مذبور کرد و آن را کامپیوتر آتاناسفبری یا ABC نامید که می‌توانست 29 معادله چند مجهولی را با 29 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 وطراحی انها تنها مناسب برای یک نوع از مشکلات ریاضی (معادلات چند مجهولی ) بود . ولی به خاطر درگیری ارتش آمریکادر جنگ جهانی دومو لزوم پیوستن آناتاسف به ارتش همکاری او با ارتش آمریکا? ساخت این رایانه عملی نشد و ساخت آن ادامه نیافت.متاسفانه 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 .
رایانه کلوسوس به هدف شکستن کدهای پنهانی آلمانیان در طول جنگ جهانی دوم ساخته شد
یکی دیگر از کسانی که در زمینه? کامپیوترهای مدرن کار کردکلوسوس بود که در طول جنگ جهانی دومبه 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 معمولا قادر به خواندن امواج رادیویی کد دار المانی‌ها بود .کامپیوتر هاروارد مارک 1 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 نازیآلمان ساخته بود در حقیقت زد 1 اولین بود چرا که در بین سال‌های 1936 و1938 ساخته شده بود.
رایانه بازسازی شده زد 1
سومین ماشین زیوس که به زد 3 معروف است درسال 1941 ساخته شد ، که احتمالا اولین کامپیوتر دیجیتال چند منظوره قابل برنامه ریزی عملی بود . یعنی به وسیله نرم افزار کنترل می‌شود .زد 3 به وسیله هجوم بمباران پیوسته خراب شد . زد 1 و زد2 هم به همان سر نوشت دچار شدند و تنها زد 4 باقی ماند زیرا زیوس ان را داخل واگنی گذاشت و روانه کوهستان کرد.
در سال 1943فیزیکدانی به نام جان ماکلیبا همکاری جی پرسیر اکرتکه مهندس برقبود? شروع به ساختن اولین رایانه الکترونیکی همه منظوره نمود. این رایانه که در ساخت آن افزون بر اجزاء الکترومکانیکی?از هجده هزار لامپ خلا استفاده شده بود بنام انیاکنامگذاری شد و در سال 1946میلادی 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 9 سال مورد استفاده ارتش آمریکا قرار گرفت.
انیاک
یکی از موفقیت‌های کامپیوتر هاروارد ( مارک 1 ) بود که به طور شریکی بین هاروارد و ای بی ام در سال 1944 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 5 تن بود و در آن 500 مایل سیم جا داده شده بود . آن دارای طول 8 فیت ودرازی 51 فیت بود .مارک 1 به مدت به مدت 15 سال بدون توقف کار کرد و به شکل یک اتاق بافندگی شبیه بود .
مارک 1 عملیات را روی اعدادی انجام می‌داد که 23 رقم عرض داشتند . او می‌توانست 2تا از این اعداد را جمع یا تفریق کند در زمانی برابر سه دهم ثانیه یا انها را ضرب کند در حدود 4 ثانیه و تقسیم کند در 10 ثانیه 45 سال بعد کامپیوترها می‌توانستند عملیات جمع را در یک بیلیونیم ثانیه انجام دهند.
اگر چه مارک 1 سه بخش مساوی از میلیون‌ها اجزا داشت ولی تنها می‌توانست 72 عدد را ذخیره کنند . و 10میلیون 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 می‌ایند .هاروارد ایکن یکی از مدیران طراحی مارک 1 در نامه? فکاهی خود نوشت تا سال 1947شش 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 1959 بی خبر بود .
اپل 1 که با عنوان «خودتان انجام دهید» بدون ظاهری زیبا فروخته شد . کامپیوترها به صورت شگفت انگیزی گران بودند چرا که در آن نیاز به اسمبلی دستی زیادی بود .
در سال 1945نابغه ریاضی جان فون نویمانطی 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 ادواکنامید. 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 1946شروع شده بود و تا اواخر سال 1950به تاخیر افتاد. با نگرش به اینکه در طراحی و ساخت رایانههای مدرن از نظریههای نویمان بهره گرفته می‌شود? لذا وی را پدر کامپیوتر میخوانند.
طرحی از جان فون نویمان در سال 1947
در سال 1947موریس ویلکساستاد دانشگاه کمبریجانگلیسشروع به ساخت اولین رایانه رقمی الکترونیکی حاوی برنامههای ذخیره شده نمود و آن را ادساکنامید. ساخت این رایانه در سال 1949به پایان رسید و آماده نصب و بهرهبرداری گردید.
در سال 1950 اولین رایانه دارای برنامه ذخیره شده ساخت آمریکا به نام سیکدر سازمان ملی استانداردهادر واشنگتننصب گردید و بیش از ده سال مورد استفاده قرار گرفت. در فاصله سال‌های 1951تا 1957نیز شرکت‌های رایانه‌ای آی بی امو یونیواکرایانههای الکترونیکی گوناگونی ساخته و عرضه کردند.
در رایانههای نسل اول از ویژگی دو حالته بودن لامپ خلا که وسیلهای الکترونیکی است و می‌تواند خاموش یا روشن باشد بهره گرفته شد و در اغلب آنها لامپ خلا 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 خلا و ایجاد گرمای زیاد? استفاده از آنها به چند ساعت در روز محدود بود.
در رایانههای نسل دوم ترانزیستور جایگزین لامپ خلا گردید. ترانزیستور چند برابر کوچکتر از لامپ خلا بود و تاثیر 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 1958 تا 1964 توسط شرکت‌های کامپیوتری ان‌سی‌آر? ای‌بی‌ام و سی‌دی‌سی رایانههای مختلف الکترونیک ساخته شدند و عرضه شدند و در سال 1963 اولین مینی رایانه بنام پی‌دی‌وی 8 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 12) 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 1959 در ازای 33 فوتی را برای نگاه داشتن 150000 ترانزیستور داخلش را لازم داشت . این ترانزیستورها به طور شگفت انگیزی کوچک تر از لامپ‌های خلا هستند . اما آنها عناصر منحصر به فردی بودند که نیاز به اسمبلی منحصر به فردی داشت در اوایل دهه 1980 این ترانزیستورهای زیاد توانست به طور هم زمان بر روی یک مدار مجتمع ساخته شود امروزه کامپیوترهای پنتیوم 4 شامل 42000000 ترانزیستور برروی یک مدار مجتمع به اندازه? یک ناخن شست است
برای ساختن کامپیوترهای سریعتر و قویتر کوششها همچنان ادامه داشت تا در اوایل 1960 اولین کامپیوتر نسل سوم (Third Generation) به بازار عرضه شد. این کامپیوتر از سری IBM 360 بود که برای ساختن آن 5 میلیارد دلار سرمایه گذاری 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 اجزا 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 100 عنصر منطقی تشکیل شده بود و در هر عنصر منطقی حدود 10 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 1964 تا 1971 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 10 و پی‌دی‌پی 11 راه را برای پیشرفت سریع پدیده مینی رایانهها باز کرد و هزاران مینی رایانه به بازار عرضه کرد.
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 پنجم 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 4004 در سال 1971 توسط شرکت اینتل و عرضه ریزوردازنده 8 بیتی808 در اواخر همان سال و ریزپردازنده 8080 در سال 1974 توسط همان شرکت? زمینه کاری جهت ساختن رایانههای شخصی (PC) فراهم گردید. با معرفی ریز رایانه سلب 8-اینچ در سال 1972 توسط شرکت سلبی و ریز رایانه التایر 880 در سال 1975 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 80 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
در رایانههای نسل پنجم که از سال 1990به بعد هستند اندازه تراشهها خیلی کوچکتر شده و از پردازندههای با تراکم خیلی زیاد در آنها استفاده می‌شود. در این نسل از رایانه بجای معماری ترتیبیاز معماری موازیبهره گرفته شده. کشورهای پیشرفته زیادی مانند آمریکا و ژاپنپژوهشهای زیادی برای ساخت رایانههای بسیار پیشرفته در گذشته و حال انجام دادهاند.
ابر رایانههایدر دست ساخت به نام سی ام 5که از 32 تا 16000 پردازنده بصورت 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 1980مطرح شد، ساختن کامپیوترهایی را پیشنهاد می‌کند که بتوانند بیاموزند ، استنباط کنند و تصمیم بگیرند و بطور کلی رفتاری داشته باشند که معمولا در حوزه منطق و استدلال خاص انسان قرار دارد و به عبارت ساده تر هوشمند باشند. در این نسل از مدارهای مجتمع با تراکم فوق العاده بالا استفاده می‌شود.
بعد از موفقیت کامل بشر در ساخت کامپیوترهای هوشمند، ایده بعدی انسان طراحی کامپیوتری خواهد بود که مدارهای داخلی آن کپی برداری عینی از مغزآدمی است.
با توجه به تحولات در تغییر نسل‌های کامپیوتری ،در نسل بعد باید منتظر تغییرات 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
بعد از موفقیت کامل بشر در ساخت کامپیوتر های هوشمند، ایده بعدی انسان طراحی کامپیوتری خواهد بود که مدارهای داخلی آن کپی برداری عینی از مغز آدمی است.
با توجه به تحولات در تغییر نسل های کامپیوتری ،در نسل بعد باید منتظر تغییرات 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
