انواع نسلهای کامپیوتر

انواع نسلهای کامپیوتر
بدون شک دنیایى که امروز ما در آن زندگى مى کنیم توسط کامپیوترها اداره مى شود. البته در هر کشورى میزان نفوذ کامپیوترها بسته به فرهنگ و تکنولوژى مورد استفاده در آن کشور متفاوت است. به طور مثال در کشورى چون ایران که کشورى در حال توسعه است شاید بتوان بسیارى از کارها را به راحتى بدون استفاده از کامپیوتر انجام داد، به دلیل اینکه هم از نظر تکنولوژى و زیرساخت هاى مورد نیاز استفاده از کامپیوترها به حدى که باید نرسیده ایم و هم اینکه فرهنگ استفاده از کامپیوتر در کشور ما به درستى جا نیفتاده است و اکثر جوانان که بزرگ ترین قشر استفاده کننده از کامپیوتر را تشکیل مى دهند به جاى استفاده از کامپیوتر و اینترنت در جهت افزایش آگاهى ها و اطلاعات بیشتر به بازى و چت مى پردازند.

با این حال مشخص است که روزبه روز به کارایى کامپیوتر و اینترنت در ایران بیشتر پى برده مى شود و مى توان روزى را تصور کرد که حتى در دورافتاده ترین مناطق ایران هم هر فردى مى تواند به کامپیوتر و اینترنت دسترسى پیدا کند اما وضعیت کشورهاى پیشرفته دنیا در مورد استفاده از کامپیوتر کاملاً متفاوت با ایران است.

در کشورهایى چون آمریکا، ژاپن، آلمان و… کامپیوترها همه مشاغل را در اختیار خود گرفته اند و مردم این کشورها حتى یک روز را نمى توانند بدون استفاده از کامپیوتر سپرى کنند. کامپیوترها با تمام خوبى ها و بدى هایى که دارند دنیا را تسخیر کرده اند و حتى در ساده ترین جاها همچون سوپرمارکت ها نیز کامپیوترها حرف اول را مى زنند. اما ممکن است بسیارى این سئوال را در ذهن خود داشته باشند که منشا و سرچشمه این تکنولوژى چیست؟ مطمئناً براى درک بهتر کامپیوتر و کارایى آن که در زندگى امروز و فرداى بشر نقش اساسى دارد نخستین قدم این است که سیر تکاملى این تکنولوژى را بررسى کنیم. شاید باورتان نشود، اما مى توان گفت کامپیوترها از پنج هزار سال پیش مورد استفاده قرار مى گرفتند.

انسان هایى که در آن زمان زندگى مى کردند براى انجام محاسبات خود «چرتکه» را اختراع کردند که امروزه هم در بسیارى از نقاط ایران از آن استفاده مى شود. این اختراع اجازه مى داد تا محاسبات ریاضى خود را با عقب و جلو بردن چند مهره بر روى چند میله انجام دهند. تجار و بازرگانان اولیه براى خرید و فروش و معاملات خود از چرتکه استفاده مى کردند. استفاده از چرتکه تا زمان اختراع کاغذ رواج داشت اما پس از آن به دلیل اینکه مردم به خصوص در اروپا از کاغذ و قلم براى انجام محاسبات خود استفاده مى کردند از محبوبیت چرتکه در بین مردم کاسته شد و روزبه روز بیشتر به فراموشى سپرده شد.

شاید این تصور در ذهن شما ایجاد شود که چرا چرتکه را مى توان نوعى کامپیوتر به حساب آورد؟ دلیل آن، این است که ریشه کلمه Computer، لغت Compute است که به معنى محاسبه کردن است و چرتکه هم وسیله اى بود که براى انجام محاسبات ریاضى از آن استفاده مى شد. فراموش نکنیم در سال هاى نخستین اختراع کامپیوتر به شکل امروزى هم از کامپیوترها براى انجام محاسبات ریاضى استفاده مى کردند اما کامپیوتر تا زمانى که به شکل امروزى مورد استفاده قرار بگیرد سیر تکاملى جالبى را پشت سر گذاشت. در سال ۱۶۴۲ بلز پاسکال پسر یکى از مالیات بگیران فرانسوى هنگامى که هجده سال داشت دستگاهى به نام «چرخ محاسبه گر عددى» را اختراع کرد تا به پدرش در کارهایش کمک کند.

این دستگاه پس از آن به نام «پاسکالین» شناخته مى شد و از هشت صفحه شماره گیر متحرک و هشت میله بلند تشکیل شده بود. پاسکالین مشکلاتى نیز در کنار مزایاى خود به همراه داشت که مهم ترین آن ها محدودیت محاسبه ارقام بود. در حقیقت این ماشین فقط توانایى جمع زدن اعداد را داشت. پس از آن و در سال ۱۶۹۴ یک ریاضیدان آلمانى به نام «گاتفرد ویلهم فول لیبنتیس» اصلاحاتى را در پاسکالین ایجاد کرد که از جمله آنها مى توان به قابلیت ضرب کردن اعداد اشاره کرد که تا آن زمان هیچ دستگاهى توانایى انجام چنین کارى را نداشت. در هر حال پاسکالین تا سال ۱۸۲۰ رایج ترین کامپیوتر زمان خود بود. بعدها «چارلز خاویر کولمار» فرانسوى ماشینى اختراع کرد که توانایى انجام چهار عمل اصلى ریاضى را داشت.

او این دستگاه را «آرتیومتر» نامید. آرتیومتر هم تا زمان جنگ جهانى اول کاربرد زیادى داشت تا اینکه یک ریاضیدان انگلیسى به نام «چارلز بابیج» این دستگاه را در ساختمان جامعه نجوم انگلستان مورد مطالعه قرار داد تا مشکلات و کاستى هایش را رفع کند. البته او در پى این بود که بتواند دستگاه محاسبه گرى بسازد که با انرژى بخار کار کند. اولین جرقه اتوماتیک شدن کامپیوترها هم در این زمان زده شد. در سال ۱۸۱۲ بابیج توازن کلى بین ماشین ها و ریاضیات برقرار کرد. از این پس ماشین ها مى توانستند یک کار را به طور مکرر و بدون اشتباه انجام دهند. او در سال ۱۸۲۲ تصمیم به ساخت دستگاهى گرفت که توانایى انجام محاسبات دیفرانسیل را داشته باشد و این دستگاه را «ماشین تفاضل» نامید.

ماشین تفاضل با بخار کار مى کرد و به بزرگى موتوریک دیزل بود. این ماشین پر از دستورات و برنامه هایى بود که به صورت مکانیکى به آن داده شده بود و نتایج محاسبات خود را به صورت اتوماتیک کپى مى گرفت. این ماشین به مدت ده سال بعد مورد استفاده قرار گرفت و پس از آن بابیج به فکر ساخت ماشینى کامل تر افتاد و آن را «ماشین تحلیلى» نام نهاد. یکى از برجسته ترین دستیاران بابیج در طرح ساخت ماشین تحلیلى «آگوستا آداکینگ» دختر «لرد بایرون» شاعر انگلیسى بود که نظراتش در طرح ریزى این ماشین بسیار مفید واقع شد. با تمام زحماتى که این گروه براى ساخت ماشین تحلیلى متحمل شدند اما این ماشین به دلایل نامشخص هرگز ساخته نشد.

به عقیده بسیارى از صاحبنظران که بابیج را پدر کامپیوتر مى نامند اگر ماشین تحلیلى در زمان خودش ساخته مى شد پیشرفت هاى عظیمى در صنعت و تکنولوژى کامپیوتر ایجاد مى کرد. این دستگاه داراى حافظه مکانیکى بود و مى توانست هزار عدد را با بیش از پنجاه اعشار در خود ذخیره کند. پس از ناموفق ماندن این طرح بابیج به فکر ساخت کارت هاى سوراخ دار افتاد و هدف از ساخت آن رمزگذارى از تحقیقات مخترعى به نام «جوزف ماریا جاکارد» بود. در سال ۱۸۸۹ نیز مخترعى آمریکایى به نام «هرمان هولریس» از تحقیقات جاکارد استفاده کرد تا بتواند راه سریع ترى براى آمارگیرى در آمریکا پیدا کند. به این دلیل که در آمارگیرى قبلى که در سال ۱۸۸۰ در آمریکا اجرا شده بود حدود هفت سال طول کشید تا نتایج آن مشخص شود که گذشت این زمان طولانى موجب شد که ارزش این نتایج زیر سئوال برود.

هولریس قصد داشت تا اطلاعات را به صورت «Data» روى کارت هاى سوراخ دار ذخیره کند. در این طرح هر نقطه روى کارت ها نشان دهنده یک حرف یا یک عدد بود. روى هر کارت در حدود هشتاد عدد متغیر ذخیره مى شد. هولریس این کارت ها را «پانچ» نام نهاد. با استفاده از این طرح سرشمارى که پیش بینى مى شد ده سال طول بکشد در عرض شش هفته تمام شد. هولریس در سال ۱۸۹۶ طرح خود را وارد بازار کرد و با یک شرکت طراحى ماشین هاى مکانیکى در آمریکا قرارداد بست. این شرکت بعدها در سال ۱۹۲۴ با شرکت «IBM» ادغام شد. کامپیوتر روزبه روز پیشرفت مى کرد تا اینکه در دهه ۳۰ میلادى پروفسورى آمریکایى به نام «جان آتاناسوف» به همراه شاگرد خود تصمیم به ساخت یک کامپیوتر تمام الکترونیک گرفتند که مدارهاى این دستگاه براساس معادلات «بولین» طراحى شده بود.

بول کاشف سیستم جبرى مضاعف یا جفتى بود که براساس آن درستى یا نادرستى یک معادله ریاضى مشخص مى شد. با استناد به این نظریه مى توان مشخص کرد که یک مدار الکترونیکى روشن است یا خاموش. این روش همان کدهاى صفر و یک در کامپیوترها است که یک به معنى روشن و صفر به معنى خاموش است. در نهایت در سال ۱۹۴۰ پروفسور آتاناسوف و شاگردش توانستند اولین کامپیوتر تمام الکترونیک را بسازند. از آن پس کامپیوترها، پنج نسل را پشت سر گذاشتند تا به وضعیت امروزى خود برسند.

• نسل اول ۱۹۴۶ تا ۱۹۵۵

با آغاز جنگ جهانى دوم، دولت ها به دنبال کامپیوترهایى بودند که بتوانند اطلاعات سرى خود را در آنها ذخیره کننده و محاسبات اطلاعاتى خود را هم به سرعت انجام دهند. به همین دلیل دولت ها شروع به سرمایه گذارى در صنعت کامپیوتر کردند. در میان کشورهاى اروپایى، آلمانى ها سرمایه گذارى کلان ترى انجام دادند. با این حال تلاش آمریکایى ها براى ساخت کامپیوترهاى پیشرفته تر با موفقیت بیشترى همراه بود. «هاوارد آیکن» که با شرکت IBM کار مى کرد موفق شد یک ماشین حساب تمام الکترونیک به نام «Mark I» بسازد. هدف او از ساخت این ماشین انجام محاسبات نیروى دریایى آمریکا بر روى نقشه هایشان بود. پهناى این دستگاه نصف یک زمین فوتبال بود و حدود پانصد مایل سیم کشى نیز در این دستگاه انجام شده بود.

کامپیوتر دیگرى که در طول سال هاى جنگ جهانى دوم ساخته شد «ENIAC» نام داشت که مخفف عبارت Electronic Numerical Integrater & Computer بود. این دستگاه با مشارکت دولت آمریکا و دانشگاه پنسیلوانیا ساخته شد. پایه تکنولوژى این دستگاه لامپ خلاء بود که شامل هجده هزار لامپ خلاء، هفتاد هزار مقاومت الکتریکى و پنج میلیون اتصالات لحیم شده بود. «ایناک» ۳۰ تن وزن داشت و یک ساختمان بزرگ را به خود اختصاص داده بود. این دستگاه به هنگام مصرف معادل یکصد و شصت کیلو وات برق مصرف مى کرد که این میزان برق مى توانست شهرى مثل «فیلادلفیا» را تغذیه کند. به همین خاطر هنگام کار این دستگاه در وضعیت برق شهر اختلال ایجاد مى شد. سرعت «ایناک» حدود هزار برابر سرعت MarkI بود. در سال ۱۹۴۵ جان فون نیومن دستگاهى به نام «EDVAC» طراحى کرد. این دستگاه قدرت ذخیره داده ها را بهتر از دیتا داشت.

این نوع حافظه بهتر از نوع قبلى خود یعنى کنترل کننده انتقالات بود و به دستگاه اجازه مى داد تا هر زمان که کاربر بخواهد دست از کار کشیده و مجدداً شروع به کار کند. عنصر کلیدى نیومن در این طرح استفاده از پردازنده مرکزى بود که قسمت هاى مختلف دستگاه را بر اساس یک روش کلى هماهنگ مى کرد. عقاید و ابتکارات نیومن آنقدر نوآورانه بود که تا چهل سال پس از آن هم مورد استفاده دانشگاه پنسیلوانیا قرار مى گرفت. در سال ۱۹۵۱ کامپیوتر «UNIVAC» ساخته شد که از ارزشمندترین دستگاه هاى محاسبات بازرگانى و تجارى بود.

این کامپیوتر توسط «آژانس سرشمارى آمریکا» و شرکت «جنرال الکتریک» ساخته شد و از نکات جالب در مورد این کامپیوتر مى توان به مورد تائید قرار گرفتن «UNIVAC» توسط ژنرال آیزنهاور اشاره کرد. به طور کلى همان طور که مشخص بود نسل اول کامپیوترهاى مدرن بر اساس سفارشات قبلى و براى کارهاى خاص ساخته مى شد. در آن زمان هر دستگاه براى خود یک رمز برنامه دورویى داشت که به عنوان زبان کامپیوتر شناخته مى شد و نوع عملیات دستگاه را مشخص مى کرد. البته این رمزها از نظر سرعت و تطبیق پذیرى میان اجزا محدودیت هایى را به وجود مى آورد.

• نسل دوم ۱۹۶۳ _ ۱۹۵۶

در سال ۱۹۴۸ اختراع ترانزیستور تحول عظیمى در روند توسعه کامپیوترها ایجاد کرد. ترانزیستورها به جاى لامپ هاى خلاء در تلویزیون ها، رادیوها و به ویژه در کامپیوترها مورد استفاده قرار گرفتند. مهمترین مزیت اختراع ترانزیستور این بود که باعث مى شد ابعاد کامپیوتر کوچک شده و فضاى بسیار کمى را به خود اختصاص دهد و در سرعت محاسبات و کاهش مصرف انرژى نیز سهم بسزایى داشت. نخستین کامپیوترهایى که از این تکنولوژى به صورت گسترده استفاده کردند ابرکامپیوترهاى اولیه بودند که طرح کامپیوتر «Stretch» توسط «IBM» و طرح کامپیوتر «LARC» توسط «اسپرى راند» بر این اساس بود. هر دوى این کامپیوترها در لابراتوار انرژى اتمى ساخته شده بودند و به این خاطر دانشمندان مى توانستند حافظه بیشترى را به این کامپیوترها اختصاص دهند.

این دستگاه ها بسیار گران بودند و با اینکه براى کارهاى تجارى و بازرگانى مفید بودند اما به خاطر قیمت بسیار بالا گیرایى زیادى نداشتند و تنها در برخى ارگان هاى دولتى و استراتژیک مورد استفاده قرار مى گرفتند. در کامپیوترهاى نسل دوم از زبان اسمبلى به جاى (صفر و یک) استفاده مى شد و از میزان مشکلات و محدودیت هاى رمز دورویى کاسته بود. دهه ۶۰ میلادى استقبال فوق العاده اى از این نسل از کامپیوترها شد و در بسیارى مراکز مورد استفاده قرار گرفت. کامپیوترهاى نسل دوم از ماکت هاى اجرایى قبل از ساخت نیز بهره مى بردند. در این نسل تجهیزاتى مانند پرینترها، انواع حافظه هاى جامد و فیزیکى قابل افزایش و سیستم عامل هاى اولیه و برنامه هاى داخلى مورد استفاده قرار گرفت. نخستین کامپیوتر در سال ۱۹۶۳ و در این نسل ساخته شد.

• نسل سوم ۱۹۷۷ _ ۱۹۶۴

حرارت زیاد ترانزیستورها باعث آسیب رساندن به بخش هاى داخلى کامپیوترها مى شد، به همین دلیل دانشمندان به فکر جایگزینى براى آن افتادند و از «سنگ کوارتز» در کامپیوترهاى نسل سوم استفاده کردند. در سال ۱۹۵۸ «جک کیبلى» توانست یک مدار مجتمع (IC) را طراحى کند. این مدار از سه بخش مجزاى الکترونیکى تشکیل شده بود و یک بخش آن دیسک سیلیکونى کوچکى بود که از کوارتز ساخته شده بود.

دانشمندان سعى کردند تا اجزاى بیشترى را درون چیپ هاى نیمه رسانا جاى دهند، در نتیجه نیمه رساناها بیشتر مورد استفاده قرار گرفت و کامپیوترها کوچک تر شد. از دیگر پیشرفت هاى نسل سوم استفاده از سیستم هاى عامل بود که اجازه مى داد برنامه ها از یک هسته مرکزى تبعیت کرده و با هم هماهنگ تر شوند. بد نیست بدانید که اولین میکروپروسسور در زمان این نسل و در سال ۱۹۷۱ ساخته شد که Intel و Motorola نخستین سازندگان میکروپروسسورها بودند. اولین ریزکامپیوتر هم در سال ۱۹۷۵ و باز هم در این نسل ساخته شد.

• نسل چهارم ۱۹۷۸ _ تاکنون

در دهه هشتاد میلادى تکنولوژى هایى مانند «LSI»، «VLSI» و «ULSI» پا به عرصه گذاشتند و توانایى این را داشتند که میلیونها قطعه الکترونیکى را در درون خود جاى دهند. با استفاده از این تکنولوژى ها کامیپوترها در نسل چهارم کوچکتر شده و قیمت آنها نیز کاهش یافت و نیز قدرت، بازده و اطمینان به نتیجه محاسبات در کامپیوترهاى این نسل بیشتر شده بود. نخستین اقدام مهم در کامپیوترهاى این نسل چیپ «۴۰۰۴» اینتل بود که مى توانست بسیارى از کارهاى کامپیوتر مانند اجراى سریع تر نرم افزارها، کنترل حافظه و ورودى ها و خروجى ها را تحت کنترل داشته باشد. «۴۰۰۴» اولین ریزپردازنده اى بود که براى استفاده عموم کارایى داشت. پس از آن «CPU»ها در اشکال مختلف حتى در اتومبیل ها نیز مورد استفاده قرار مى گرفتند.

کوچکتر و ارزان تر و قابل دسترس شدن کامپیوترها این امکان را فراهم مى کرد تا عموم مردم بتوانند از قابلیت کامپیوترها استفاده کنند. به تدریج توسعه و تولید کامپیوترها از انحصار دولت ها و شرکت هاى بازرگانى خارج شده و در اواسط دهه هفتاد شکل عمومى ترى به خود گرفت. با کوچکتر شدن کامپیوترها برنامه هاى نرم افزارى کامل تر و ساده ترى به بازار آمد که استفاده از آنها به تخصص خاصى نیاز نداشت و از طریق این برنامه ها امکانات بیشترى براى کاربران کامپیوتر فراهم شد. در اوایل دهه هشتاد شرکت هایى با هدف ساخت بازى هاى کامپیوترى ایجاد شده و موجب شدند محبوبیت بیشترى بر استفاده از کامپیوترها در خانه ها ایجاد شود. نخستین محصول آنها نیز «۲۶۰۰ Atari» بود که در زمان خود بسیارى از کاربران را به سوى خود جذب مى کرد.

IBM در سال ۱۹۸۱ اولین نسل کامیپوترهاى شخصى (PC) را ساخت و در دفاتر ادارى، خانه ها و مدارس مورد استفاده قرار گرفت. تعداد کامپیوترهاى (PC) که در سال ۱۹۸۱ مورد استفاده عموم قرار گرفت ۲ میلیون بود که در سال ۱۹۸۲ به ۵/۵ میلیون رسید و در سال ۱۹۹۲ به شصت میلیون افزایش پیدا کرد و هم اکنون صدها میلیون (PC) در نقاط مختلف دنیا مورد استفاده قرار مى گیرد. در سال هاى اخیر (PC)ها همچنان به روند کوچکتر شدن خود ادامه دادند و PDI، Laptop و Palmtopها نیز ساخته شدند.

البته تنها IBM نبود که در زمینه تولید PC فعالیت گسترده انجام مى داد در سال ۱۹۸۴ شرکت Apple براى رقابت با IBM کامپیوترهاى «مکینتاش» را ساخت که طرح این کامپیوتر براى کاربرانش بسیار جالب توجه بود. در هر حال کامپیوترها روز به روز بیشتر پیشرفت کردند و امکانات و تسهیلات جالب ترى را هم براى کاربران خود فراهم مى کنند. شبکه جهانى اینترنت، دوربین دیجیتال و صدها نوآورى دیگر. شاید زمانى هیچ کسى چنین پیشرفتى را تصور نمى کرد اما مطمئناً این تکنولوژى روزبه روز مدرن تر شده و نه تنها هر سال و یا هر ماه، بلکه هر روز مردم را با دستاوردهاى جدید خود به حیرت وامى دارد