انواع نسلهای کامپیوتر

بدون شك دنيايى كه امروز ما در آن زندگى مى كنيم توسط كامپيوترها اداره مى شود. البته در هر كشورى ميزان نفوذ كامپيوترها بسته به فرهنگ و تكنولوژى مورد استفاده در آن كشور متفاوت است. به طور مثال در كشورى چون ايران كه كشورى در حال توسعه است شايد بتوان بسيارى از كارها را به راحتى بدون استفاده از كامپيوتر انجام داد، به دليل اينكه هم از نظر تكنولوژى و زيرساخت هاى مورد نياز استفاده از كامپيوترها به حدى كه بايد نرسيده ايم و هم اينكه فرهنگ استفاده از كامپيوتر در كشور ما به درستى جا نيفتاده است و اكثر جوانان كه بزرگ ترين قشر استفاده كننده از كامپيوتر را تشكيل مى دهند به جاى استفاده از كامپيوتر و اينترنت در جهت افزايش آگاهى ها و اطلاعات بيشتر به بازى و چت مى پردازند.

با اين حال مشخص است كه روزبه روز به كارايى كامپيوتر و اينترنت در ايران بيشتر پى برده مى شود و مى توان روزى را تصور كرد كه حتى در دورافتاده ترين مناطق ايران هم هر فردى مى تواند به كامپيوتر و اينترنت دسترسى پيدا كند اما وضعيت كشورهاى پيشرفته دنيا در مورد استفاده از كامپيوتر كاملاً متفاوت با ايران است.

در كشورهايى چون آمريكا، ژاپن، آلمان و... كامپيوترها همه مشاغل را در اختيار خود گرفته اند و مردم اين كشورها حتى يك روز را نمى توانند بدون استفاده از كامپيوتر سپرى كنند. كامپيوترها با تمام خوبى ها و بدى هايى كه دارند دنيا را تسخير كرده اند و حتى در ساده ترين جاها همچون سوپرماركت ها نيز كامپيوترها حرف اول را مى زنند. اما ممكن است بسيارى اين سئوال را در ذهن خود داشته باشند كه منشا و سرچشمه اين تكنولوژى چيست؟ مطمئناً براى درك بهتر كامپيوتر و كارايى آن كه در زندگى امروز و فرداى بشر نقش اساسى دارد نخستين قدم اين است كه سير تكاملى اين تكنولوژى را بررسى كنيم. شايد باورتان نشود، اما مى توان گفت كامپيوترها از پنج هزار سال پيش مورد استفاده قرار مى گرفتند.

انسان هايى كه در آن زمان زندگى مى كردند براى انجام محاسبات خود «چرتكه» را اختراع كردند كه امروزه هم در بسيارى از نقاط ايران از آن استفاده مى شود. اين اختراع اجازه مى داد تا محاسبات رياضى خود را با عقب و جلو بردن چند مهره بر روى چند ميله انجام دهند. تجار و بازرگانان اوليه براى خريد و فروش و معاملات خود از چرتكه استفاده مى كردند. استفاده از چرتكه تا زمان اختراع كاغذ رواج داشت اما پس از آن به دليل اينكه مردم به خصوص در اروپا از كاغذ و قلم براى انجام محاسبات خود استفاده مى كردند از محبوبيت چرتكه در بين مردم كاسته شد و روزبه روز بيشتر به فراموشى سپرده شد.

شايد اين تصور در ذهن شما ايجاد شود كه چرا چرتكه را مى توان نوعى كامپيوتر به حساب آورد؟ دليل آن، اين است كه ريشه كلمه Computer، لغت Compute است كه به معنى محاسبه كردن است و چرتكه هم وسيله اى بود كه براى انجام محاسبات رياضى از آن استفاده مى شد. فراموش نكنيم در سال هاى نخستين اختراع كامپيوتر به شكل امروزى هم از كامپيوترها براى انجام محاسبات رياضى استفاده مى كردند اما كامپيوتر تا زمانى كه به شكل امروزى مورد استفاده قرار بگيرد سير تكاملى جالبى را پشت سر گذاشت. در سال ۱۶۴۲ بلز پاسكال پسر يكى از ماليات بگيران فرانسوى هنگامى كه هجده سال داشت دستگاهى به نام «چرخ محاسبه گر عددى» را اختراع كرد تا به پدرش در كارهايش كمك كند.

اين دستگاه پس از آن به نام «پاسكالين» شناخته مى شد و از هشت صفحه شماره گير متحرك و هشت ميله بلند تشكيل شده بود. پاسكالين مشكلاتى نيز در كنار مزاياى خود به همراه داشت كه مهم ترين آن ها محدوديت محاسبه ارقام بود. در حقيقت اين ماشين فقط توانايى جمع زدن اعداد را داشت. پس از آن و در سال ۱۶۹۴ يك رياضيدان آلمانى به نام «گاتفرد ويلهم فول ليبنتيس» اصلاحاتى را در پاسكالين ايجاد كرد كه از جمله آنها مى توان به قابليت ضرب كردن اعداد اشاره كرد كه تا آن زمان هيچ دستگاهى توانايى انجام چنين كارى را نداشت. در هر حال پاسكالين تا سال ۱۸۲۰ رايج ترين كامپيوتر زمان خود بود. بعدها «چارلز خاوير كولمار» فرانسوى ماشينى اختراع كرد كه توانايى انجام چهار عمل اصلى رياضى را داشت.

او اين دستگاه را «آرتيومتر» ناميد. آرتيومتر هم تا زمان جنگ جهانى اول كاربرد زيادى داشت تا اينكه يك رياضيدان انگليسى به نام «چارلز بابيج» اين دستگاه را در ساختمان جامعه نجوم انگلستان مورد مطالعه قرار داد تا مشكلات و كاستى هايش را رفع كند. البته او در پى اين بود كه بتواند دستگاه محاسبه گرى بسازد كه با انرژى بخار كار كند. اولين جرقه اتوماتيك شدن كامپيوترها هم در اين زمان زده شد. در سال ۱۸۱۲ بابيج توازن كلى بين ماشين ها و رياضيات برقرار كرد. از اين پس ماشين ها مى توانستند يك كار را به طور مكرر و بدون اشتباه انجام دهند. او در سال ۱۸۲۲ تصميم به ساخت دستگاهى گرفت كه توانايى انجام محاسبات ديفرانسيل را داشته باشد و اين دستگاه را «ماشين تفاضل» ناميد.

ماشين تفاضل با بخار كار مى كرد و به بزرگى موتوريك ديزل بود. اين ماشين پر از دستورات و برنامه هايى بود كه به صورت مكانيكى به آن داده شده بود و نتايج محاسبات خود را به صورت اتوماتيك كپى مى گرفت. اين ماشين به مدت ده سال بعد مورد استفاده قرار گرفت و پس از آن بابيج به فكر ساخت ماشينى كامل تر افتاد و آن را «ماشين تحليلى» نام نهاد. يكى از برجسته ترين دستياران بابيج در طرح ساخت ماشين تحليلى «آگوستا آداكينگ» دختر «لرد بايرون» شاعر انگليسى بود كه نظراتش در طرح ريزى اين ماشين بسيار مفيد واقع شد. با تمام زحماتى كه اين گروه براى ساخت ماشين تحليلى متحمل شدند اما اين ماشين به دلايل نامشخص هرگز ساخته نشد.

به عقيده بسيارى از صاحبنظران كه بابيج را پدر كامپيوتر مى نامند اگر ماشين تحليلى در زمان خودش ساخته مى شد پيشرفت هاى عظيمى در صنعت و تكنولوژى كامپيوتر ايجاد مى كرد. اين دستگاه داراى حافظه مكانيكى بود و مى توانست هزار عدد را با بيش از پنجاه اعشار در خود ذخيره كند. پس از ناموفق ماندن اين طرح بابيج به فكر ساخت كارت هاى سوراخ دار افتاد و هدف از ساخت آن رمزگذارى از تحقيقات مخترعى به نام «جوزف ماريا جاكارد» بود. در سال ۱۸۸۹ نيز مخترعى آمريكايى به نام «هرمان هولريس» از تحقيقات جاكارد استفاده كرد تا بتواند راه سريع ترى براى آمارگيرى در آمريكا پيدا كند. به اين دليل كه در آمارگيرى قبلى كه در سال ۱۸۸۰ در آمريكا اجرا شده بود حدود هفت سال طول كشيد تا نتايج آن مشخص شود كه گذشت اين زمان طولانى موجب شد كه ارزش اين نتايج زير سئوال برود.

هولريس قصد داشت تا اطلاعات را به صورت «Data» روى كارت هاى سوراخ دار ذخيره كند. در اين طرح هر نقطه روى كارت ها نشان دهنده يك حرف يا يك عدد بود. روى هر كارت در حدود هشتاد عدد متغير ذخيره مى شد. هولريس اين كارت ها را «پانچ» نام نهاد. با استفاده از اين طرح سرشمارى كه پيش بينى مى شد ده سال طول بكشد در عرض شش هفته تمام شد. هولريس در سال ۱۸۹۶ طرح خود را وارد بازار كرد و با يك شركت طراحى ماشين هاى مكانيكى در آمريكا قرارداد بست. اين شركت بعدها در سال ۱۹۲۴ با شركت «IBM» ادغام شد. كامپيوتر روزبه روز پيشرفت مى كرد تا اينكه در دهه ۳۰ ميلادى پروفسورى آمريكايى به نام «جان آتاناسوف» به همراه شاگرد خود تصميم به ساخت يك كامپيوتر تمام الكترونيك گرفتند كه مدارهاى اين دستگاه براساس معادلات «بولين» طراحى شده بود.

بول كاشف سيستم جبرى مضاعف يا جفتى بود كه براساس آن درستى يا نادرستى يك معادله رياضى مشخص مى شد. با استناد به اين نظريه مى توان مشخص كرد كه يك مدار الكترونيكى روشن است يا خاموش. اين روش همان كدهاى صفر و يك در كامپيوترها است كه يك به معنى روشن و صفر به معنى خاموش است. در نهايت در سال ۱۹۴۰ پروفسور آتاناسوف و شاگردش توانستند اولين كامپيوتر تمام الكترونيك را بسازند. از آن پس كامپيوترها، پنج نسل را پشت سر گذاشتند تا به وضعيت امروزى خود برسند.

• نسل اول ۱۹۴۶ تا ۱۹۵۵

با آغاز جنگ جهانى دوم، دولت ها به دنبال كامپيوترهايى بودند كه بتوانند اطلاعات سرى خود را در آنها ذخيره كننده و محاسبات اطلاعاتى خود را هم به سرعت انجام دهند. به همين دليل دولت ها شروع به سرمايه گذارى در صنعت كامپيوتر كردند. در ميان كشورهاى اروپايى، آلمانى ها سرمايه گذارى كلان ترى انجام دادند. با اين حال تلاش آمريكايى ها براى ساخت كامپيوترهاى پيشرفته تر با موفقيت بيشترى همراه بود. «هاوارد آيكن» كه با شركت IBM كار مى كرد موفق شد يك ماشين حساب تمام الكترونيك به نام «Mark I» بسازد. هدف او از ساخت اين ماشين انجام محاسبات نيروى دريايى آمريكا بر روى نقشه هايشان بود. پهناى اين دستگاه نصف يك زمين فوتبال بود و حدود پانصد مايل سيم كشى نيز در اين دستگاه انجام شده بود.

كامپيوتر ديگرى كه در طول سال هاى جنگ جهانى دوم ساخته شد «ENIAC» نام داشت كه مخفف عبارت Electronic Numerical Integrater & Computer بود. اين دستگاه با مشاركت دولت آمريكا و دانشگاه پنسيلوانيا ساخته شد. پايه تكنولوژى اين دستگاه لامپ خلاء بود كه شامل هجده هزار لامپ خلاء، هفتاد هزار مقاومت الكتريكى و پنج ميليون اتصالات لحيم شده بود. «ايناك» ۳۰ تن وزن داشت و يك ساختمان بزرگ را به خود اختصاص داده بود. اين دستگاه به هنگام مصرف معادل يكصد و شصت كيلو وات برق مصرف مى كرد كه اين ميزان برق مى توانست شهرى مثل «فيلادلفيا» را تغذيه كند. به همين خاطر هنگام كار اين دستگاه در وضعيت برق شهر اختلال ايجاد مى شد. سرعت «ايناك» حدود هزار برابر سرعت MarkI بود. در سال ۱۹۴۵ جان فون نيومن دستگاهى به نام «EDVAC» طراحى كرد. اين دستگاه قدرت ذخيره داده ها را بهتر از ديتا داشت.

اين نوع حافظه بهتر از نوع قبلى خود يعنى كنترل كننده انتقالات بود و به دستگاه اجازه مى داد تا هر زمان كه كاربر بخواهد دست از كار كشيده و مجدداً شروع به كار كند. عنصر كليدى نيومن در اين طرح استفاده از پردازنده مركزى بود كه قسمت هاى مختلف دستگاه را بر اساس يك روش كلى هماهنگ مى كرد. عقايد و ابتكارات نيومن آنقدر نوآورانه بود كه تا چهل سال پس از آن هم مورد استفاده دانشگاه پنسيلوانيا قرار مى گرفت. در سال ۱۹۵۱ كامپيوتر «UNIVAC» ساخته شد كه از ارزشمندترين دستگاه هاى محاسبات بازرگانى و تجارى بود.

اين كامپيوتر توسط «آژانس سرشمارى آمريكا» و شركت «جنرال الكتريك» ساخته شد و از نكات جالب در مورد اين كامپيوتر مى توان به مورد تائيد قرار گرفتن «UNIVAC» توسط ژنرال آيزنهاور اشاره كرد. به طور كلى همان طور كه مشخص بود نسل اول كامپيوترهاى مدرن بر اساس سفارشات قبلى و براى كارهاى خاص ساخته مى شد. در آن زمان هر دستگاه براى خود يك رمز برنامه دورويى داشت كه به عنوان زبان كامپيوتر شناخته مى شد و نوع عمليات دستگاه را مشخص مى كرد. البته اين رمزها از نظر سرعت و تطبيق پذيرى ميان اجزا محدوديت هايى را به وجود مى آورد.

• نسل دوم ۱۹۶۳ _ ۱۹۵۶

در سال ۱۹۴۸ اختراع ترانزيستور تحول عظيمى در روند توسعه كامپيوترها ايجاد كرد. ترانزيستورها به جاى لامپ هاى خلاء در تلويزيون ها، راديوها و به ويژه در كامپيوترها مورد استفاده قرار گرفتند. مهمترين مزيت اختراع ترانزيستور اين بود كه باعث مى شد ابعاد كامپيوتر كوچك شده و فضاى بسيار كمى را به خود اختصاص دهد و در سرعت محاسبات و كاهش مصرف انرژى نيز سهم بسزايى داشت. نخستين كامپيوترهايى كه از اين تكنولوژى به صورت گسترده استفاده كردند ابركامپيوترهاى اوليه بودند كه طرح كامپيوتر «Stretch» توسط «IBM» و طرح كامپيوتر «LARC» توسط «اسپرى راند» بر اين اساس بود. هر دوى اين كامپيوترها در لابراتوار انرژى اتمى ساخته شده بودند و به اين خاطر دانشمندان مى توانستند حافظه بيشترى را به اين كامپيوترها اختصاص دهند.

اين دستگاه ها بسيار گران بودند و با اينكه براى كارهاى تجارى و بازرگانى مفيد بودند اما به خاطر قيمت بسيار بالا گيرايى زيادى نداشتند و تنها در برخى ارگان هاى دولتى و استراتژيك مورد استفاده قرار مى گرفتند. در كامپيوترهاى نسل دوم از زبان اسمبلى به جاى (صفر و يك) استفاده مى شد و از ميزان مشكلات و محدوديت هاى رمز دورويى كاسته بود. دهه ۶۰ ميلادى استقبال فوق العاده اى از اين نسل از كامپيوترها شد و در بسيارى مراكز مورد استفاده قرار گرفت. كامپيوترهاى نسل دوم از ماكت هاى اجرايى قبل از ساخت نيز بهره مى بردند. در اين نسل تجهيزاتى مانند پرينترها، انواع حافظه هاى جامد و فيزيكى قابل افزايش و سيستم عامل هاى اوليه و برنامه هاى داخلى مورد استفاده قرار گرفت. نخستين كامپيوتر در سال ۱۹۶۳ و در اين نسل ساخته شد.

• نسل سوم ۱۹۷۷ _ ۱۹۶۴

حرارت زياد ترانزيستورها باعث آسيب رساندن به بخش هاى داخلى كامپيوترها مى شد، به همين دليل دانشمندان به فكر جايگزينى براى آن افتادند و از «سنگ كوارتز» در كامپيوترهاى نسل سوم استفاده كردند. در سال ۱۹۵۸ «جك كيبلى» توانست يك مدار مجتمع (IC) را طراحى كند. اين مدار از سه بخش مجزاى الكترونيكى تشكيل شده بود و يك بخش آن ديسك سيليكونى كوچكى بود كه از كوارتز ساخته شده بود.

دانشمندان سعى كردند تا اجزاى بيشترى را درون چيپ هاى نيمه رسانا جاى دهند، در نتيجه نيمه رساناها بيشتر مورد استفاده قرار گرفت و كامپيوترها كوچك تر شد. از ديگر پيشرفت هاى نسل سوم استفاده از سيستم هاى عامل بود كه اجازه مى داد برنامه ها از يك هسته مركزى تبعيت كرده و با هم هماهنگ تر شوند. بد نيست بدانيد كه اولين ميكروپروسسور در زمان اين نسل و در سال ۱۹۷۱ ساخته شد كه Intel و Motorola نخستين سازندگان ميكروپروسسورها بودند. اولين ريزكامپيوتر هم در سال ۱۹۷۵ و باز هم در اين نسل ساخته شد.

• نسل چهارم ۱۹۷۸ _ تاكنون

در دهه هشتاد ميلادى تكنولوژى هايى مانند «LSI»، «VLSI» و «ULSI» پا به عرصه گذاشتند و توانايى اين را داشتند كه ميليونها قطعه الكترونيكى را در درون خود جاى دهند. با استفاده از اين تكنولوژى ها كاميپوترها در نسل چهارم كوچكتر شده و قيمت آنها نيز كاهش يافت و نيز قدرت، بازده و اطمينان به نتيجه محاسبات در كامپيوترهاى اين نسل بيشتر شده بود. نخستين اقدام مهم در كامپيوترهاى اين نسل چيپ «۴۰۰۴» اينتل بود كه مى توانست بسيارى از كارهاى كامپيوتر مانند اجراى سريع تر نرم افزارها، كنترل حافظه و ورودى ها و خروجى ها را تحت كنترل داشته باشد. «۴۰۰۴» اولين ريزپردازنده اى بود كه براى استفاده عموم كارايى داشت. پس از آن «CPU»ها در اشكال مختلف حتى در اتومبيل ها نيز مورد استفاده قرار مى گرفتند.

كوچكتر و ارزان تر و قابل دسترس شدن كامپيوترها اين امكان را فراهم مى كرد تا عموم مردم بتوانند از قابليت كامپيوترها استفاده كنند. به تدريج توسعه و توليد كامپيوترها از انحصار دولت ها و شركت هاى بازرگانى خارج شده و در اواسط دهه هفتاد شكل عمومى ترى به خود گرفت. با كوچكتر شدن كامپيوترها برنامه هاى نرم افزارى كامل تر و ساده ترى به بازار آمد كه استفاده از آنها به تخصص خاصى نياز نداشت و از طريق اين برنامه ها امكانات بيشترى براى كاربران كامپيوتر فراهم شد. در اوايل دهه هشتاد شركت هايى با هدف ساخت بازى هاى كامپيوترى ايجاد شده و موجب شدند محبوبيت بيشترى بر استفاده از كامپيوترها در خانه ها ايجاد شود. نخستين محصول آنها نيز «۲۶۰۰ Atari» بود كه در زمان خود بسيارى از كاربران را به سوى خود جذب مى كرد.

IBM در سال ۱۹۸۱ اولين نسل كاميپوترهاى شخصى (PC) را ساخت و در دفاتر ادارى، خانه ها و مدارس مورد استفاده قرار گرفت. تعداد كامپيوترهاى (PC) كه در سال ۱۹۸۱ مورد استفاده عموم قرار گرفت ۲ ميليون بود كه در سال ۱۹۸۲ به ۵/۵ ميليون رسيد و در سال ۱۹۹۲ به شصت ميليون افزايش پيدا كرد و هم اكنون صدها ميليون (PC) در نقاط مختلف دنيا مورد استفاده قرار مى گيرد. در سال هاى اخير (PC)ها همچنان به روند كوچكتر شدن خود ادامه دادند و PDI، Laptop و Palmtopها نيز ساخته شدند.

البته تنها IBM نبود كه در زمينه توليد PC فعاليت گسترده انجام مى داد در سال ۱۹۸۴ شركت Apple براى رقابت با IBM كامپيوترهاى «مكينتاش» را ساخت كه طرح اين كامپيوتر براى كاربرانش بسيار جالب توجه بود. در هر حال كامپيوترها روز به روز بيشتر پيشرفت كردند و امكانات و تسهيلات جالب ترى را هم براى كاربران خود فراهم مى كنند. شبكه جهانى اينترنت، دوربين ديجيتال و صدها نوآورى ديگر. شايد زمانى هيچ كسى چنين پيشرفتى را تصور نمى كرد اما مطمئناً اين تكنولوژى روزبه روز مدرن تر شده و نه تنها هر سال و يا هر ماه، بلكه هر روز مردم را با دستاوردهاى جديد خود به حيرت وامى دارد