تاریخچه کامپیوترها
تهیه کنندگان :
مصطفی فرزاد – زهره خزاعی
زیر نظر استاد گرامی:
جناب آقای مهندس اشکان جامی الاحمدی
تاریخچه کامپیوتر
بشر اولیه شمارش را باانگشتان دست و اندازگیری کمیت ها رابا بعضی از اعضای بدن مانند دست و پا انجام میداد و بدین ترتیب واحدهای اندازه گیری مانند وجب و قدم بوجود آمد . سیستم دهدهی امروزه که برای بیان کمیتها بکار میرود از بکار بردن انگشتان دست برای انجام شمارش نتیجه شده است . قدیمی ترین دستگاهی که برای شمارش و انجام محاسبات عددی بکار میرفت چرتکه بود که در حدود 610 سال قبل از میلاد در خاور دور ساخته شد . پیشرفت مهم بعدی در زمینه محاسبات عددی در سال 1614 صورت گرفت که درآن موقع نپر (Nepeir) جدولهای لگاریتم را تهیه و چاپ کرد. در سال 1642 پاسگال (Pascal) اولین نوع ماشین حساب را تهیه نمود که نوع اولیه آن فقط عملهای جمع و تفریق را انجام میداد و بعدها توسط دانشمندان دیگری تکمیل شد و عمل ضرب را نیزممکن ساخت .
دراواخر قرن هفدهم لایبنیتز(Leibnitz) ماشین حساب ساخت که عمل نگهداشتن رقمها را از یک مرتبه به مرتبه دیگر انجام میداد و این یک قدم مهم بسوی تکمیل ماشینهای حساب بشمار میرفت . در اوائل قرن نوزدهم بابج (Babbage) ماشین حساب طرح کرد که میتوانست محاسبات عددی را انجام دهد و جوابها را چاپ نماید . درطرح بابج پیش بینی شده بود که ماشین بطور خودکاراز دستورهای ذخیره شده معینی پیروی کند و محاسبات لازم را انجام دهد . ماشین بابج هرگز ساخته نشده زیرا ابزارهای فنی آن زمان لازم برای ساختن اجزائ چنین ماشینی را نداشتند و در واقع طرح بابج پیشرفته تر از تکنولوژی آن زمان بود . نخستین کامپیوتر الکترونیکی در سال 1940 توسط آزمایشگهای تلفن بل ساخته شد که فقط می توانست در مورد محاسبات عددی بکار رود.
نسلهای مختلف کامپیوتر:
هردگرگونی بزرک موجب تولد ( نسل ) جدیدی ازکامپیوترها شده است و واژه نسل برای طبقه بندی پیشرفتهای کامپیوتر به کار برده می شود. تا به امروز شش نسل ازکامپیوترها به وجود آمده اند که ما در آستانه نسل ششم کامپیوترها قرار داریم.
زبان ماشین:
تنها زبانی قابل فهم برای کامپیوتر می باشد که در این زبان از ارقام صفر و یک به عنوان علائم اولیه استفاده میشود ، و هر دستورالعمل به صورت رشته ای از صفر و یک ها نوشته می شود.لازم به ذکر است که زبان ماشین یک زبان سطح پایین به شمار می رود که در جای خود بیشتر توضیح داده خواهد شد.
1- دارای کاربردهای ویژه تک منظوره بودند.
2- کلیه برنامه ها به زبان ماشین نوشته می شد (توسط صفر و یک)
3- در آنها از لامپ خلاء استفاده می شود به طوری که در کامپیوتر انیاک درحدود 19000 لامپ خلاء به عنوان حافظه بکار رفته بود.
ویژگی های کلی کامپیوتر های نسل اول:
سال ساخت : 1945 (شصت سال پیش) قیمت: تقریبا 500 هزار دلار
ویژگی های کلی کامپیوتر های نسل دوم:
با اختراع و ساخت ترانزیتور نسل دوم کامپیوتر ها بوجود آمدند برخی از ویژگی های این نسل عبارتند از: 1- از ترانزیتور در آنها استفاده شده بود
2- دارای کاربرد های عمومی و همه منظوره بودند
3- زبان های برنامه نویسی آنها فوق العاده آسان بود
4- ازحلقه های کوچک مغناطیسی به عنوان حافظه در آنها استفاده شده بود
5- دارای حجم بسیار کمتری نسبت به کامپیوتر های نسل اول بودند.
دومین کامپیوتر ساخته شده در جهان جونیاک است که در سال ۱۹۵۴ ساخته شد 4کیلوبایت حافظه داشت
ویژگی های کلی نسل سوم:
مدار های مجتمع IC که مجموعه ای از اجزای دیگر نظیر ترانزیتورها بودند موجب بوجود آمدن نسل سوم کامپیوترها شد برخی از ویژگی های این نسل عبارتند از: 1- امکان تبادل اطلاعات از راه دور با استفاده از شبکه مخابرات
2- گسترش زبان های برنامه نویسی
3- امکان اجرای موازی چند برنامه
4- تراکم و مینیاتوری شدن اجزای سخت افزاری
آدرس حافظه ها
ویژگی های کلی کامپیوتر های نسل چهارم:
تولدریز پردازنده که حاصل ساخت مدار های فشرده ( LIS ) و بسیار فشرده(VLSI ) بود این نسل را بوجود آورد. مشخصات کلی کامپیوتر های نسل چهارم عبارتند از: 1- استفاده از میکروپروسسورها ( ریز پردازنده یا CPU ) 2- استفاده از حافظه نیمه هادی ( نیمه رسانا ) 3- استفاده از مدار های مجتمع ( IC ) با تراکم بالا
( LSI ) تراکم خیلی بالا ( VLSI ) و تراکم فوق العاده بالا ( ULSI ) 4- بکارگیری شبکه های کامپیوتری .
توجه:
در نسل چهارم از کامپیوترها دسته بندی هایی برای کامپیوتر ها در نظر گرفته شد که عبارتند از:
الف) ابر کامپیوترها ( SUPER COMPUTER )
ب ) کامپیوترهای بزرگ ( MAIN FRAME )
ج ) کامپیوترهای کوچک ( MINI COMPUTER )
د ) ریز کامپیوترها ( MICRO COMPUTER )
نسل پنجم کامپیوترها:
نسل پنجم کامپیوترها که ایده آن اولین بار توسط ژاپنی ها در سال 1980 مطرح شد ساختن کامپیوترهایی را پیشنهاد می کند که بتواند بیاموزد ، 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 ساده تر هوشمند باشند.
نسل ششم کامپیوترها:
طراحی این کامپیوترها بر اساس کپی برداری عینی از مغز آدمی می باشد البته میبایست خاطر نشان ساخت که مرز بین کامپیوترهای نسل پنجم و ششم کاملاً مشخص نیست.
به طور کلی می توان کامپیوتر را چنین تعریف نمود:
کامپیوتر ماشینی است که می توانیم آنرا برای انجام کار ویژه ای برنامه نویسی کنیم و سپس داده هایی را به آن بدهیم تا بر اساس برنامه ریزی تعیین شده روی داده ها کار کند و نتیجه مورد نظر را در خروجی ارائه دهد.
تعریف کامپیوتر:
رایانه ها چگونه کار می کنند
از زمان رایانه های اولیه که در سال 1941 ساخته شده بودند تا کنون فناوری های دیجیتالی رشد نموده است، معماری فون نوِیمن یک رایانه را به چهار بخش اصلی توصیف می کند: واحد محاسبه و منطق (Arithmetic and Logic Unit یا ALU)، واحد کنترل یا حافظه، و ابزارهای ورودی و خروجی ( که جمعا I/O نامیده می شود). این بخشها توسط اتصالات داخلی سیمی به نام گذرگاه (bus) با یکدیگر در پیوند هستند.
حافظه :
در این سامانه، حافظه بصورت متوالی شماره گذاری شده در خانه ها است، هرکدام محتوی بخش کوچکی از داده ها می باشند. داده ها ممکن است دستورالعملهایی باشند که به رایانه می گویند که چه کاری را انجام دهد باشد. خانه ممکن است حاوی اطلاعات مورد نیاز یک دستورالعمل باشد. اندازه هر خانه، وتعداد خانه ها، در رایانهٔ مختلف متفاوت است، همچنین فناوریهای بکاررفته برای اجرای حافظه نیز از رایانه ای به رایانه دیگر در تغییر است(از بازپخش کننده های الکترومکانیکی تا تیوپها و فنرهای پر شده از جیوه و یا ماتریس های ثابت مغناطیسی و در آخر ترانزیستورهای واقعی و مدار مجتمعها با میلیونها خازن روی یک تراشه تنها).
پردازش
واحد محاسبه و منطق یا ALU دستگاهی است که عملیات پایه مانند چهار عمل اصلی حساب (جمع و تفریق و ضرب و تقسیم)، عملیات منطقی (و،یا،نقیض)، عملیات قیاسی (برای مثال مقایسه دو بایت برای شرط برابری) و دستورات انتصابی برای مقدار دادن به یک متغیر را انجام می دهد. این واحد جائیست که "کار واقعی" در آن صورت می پذیرد. البته CPUها به دو دسته کلی RISC و CISC تقسیم بندی میشوند. نوع اول پردازش گرهای مبتنی بر اعمال ساده هستند و نوع دوم پردازشگرهای مبتنی بر اعمال پیچیده میباشند. پردازشگرهای مبتنی بر اعمال پیچیده در واحد محاسبه و منطق خود دارای اعمال و دستوراتی بسیار فراتر از چهار عمل اصلی یا منطقی می باشند
تنوع دستورات این دسته از پردازنده ها تا حدی است که توضیحات آن ها خود میتواند یک کتاب با قطر متوسط ایجاد کند. پردازنده های مبتنی بر اعمال ساده اعمال بسیار کمی را پوشش میدهند و در حقیقت برای برنامه نویسی برای این پردازنده ها بار نسبتا سنگینی بر دوش برنامه نویس است. این پردازنده ها تنها حاوی 4 عمل اصلی و اعمال منطقی ریاضی و مقایسه ای به علاوه چند دستور بی اهمیت دیگر میباشند.هرچند ذکر این نکته ضروری است که دستورات پیچیده نیز از ترکیب تعدادی دستور ساده تشکیل شده اند و برای پیاده سازی این دستورات در معماری های مختلف از پیاده سازی سخت افزاری(معماری CISC) و پیاده سازی نرم افزاری(معماری RISC) استفاده می شود.
کاربردهای رایانه
نخستین رایانه های رقمی، با قیمت های زیاد و حجم بزرگشان، در اصل محاسبات علمی را انجام می دادند، انیاک یک رایانه قدیمی ایالات متحده اصولا طراحی شده تا محاسبات پرتابه ای توپخانه و محاسبات مربوط به جدول چگالی نوترونی را انجام دهد. (این محاسبات بین دسامبر ۱۹۴۱ تا ژانویه ۱۹۴۶ روی حجمی بالغ بر یک میلیون کارت پانچ انجام پذیرفت! که این خود طراحی و سپس تصمیم نادرست بکارگرفته شده را نشان می دهد) بسیاری از ابررایانه های امروزی صرفاً برای کارهای ویژه محاسبات جنگ افزار هسته ای استفاده می گردد.
–4CSIR Mk I نیز که نخستین رایانه استرالیایی بود برای ارزیابی میزان بارندگی در کوه های اسنوئی (Snowy)این کشور بکاررفت، این محاسبات در چارچوب یک پروژه عظیم تولید برقابی انجام گرفت.
برخی رایانه ها نیز برای انجام رمزگشایی بکارگرفته می شد، برای مثال Colossus که در جریان جنگ جهانی دوم ساخته شد، جزو اولین کامپیوترهای برنامه پذیر بود(البته ماشین تورینگ کامل نبود). هرچند رایانه های بعدی می توانستند برنامه ریزی شوند تا شطرنج بازی کنند یا تصویر نمایش دهند و سایر کاربردها را نشان دهد.
سیاستمداران و شرکت های بزرگ نیز رایانه های اولیه را برای خودکارسازی بسیاری از مجموعه های داده و پردازش کارهایی که قبلا توسط انسان ها انجام می گرفت، بکار بستند – برای مثال، نگهداری و بروزرسانی حساب ها و دارایی ها. در موسسات پژوهشی نیز دانشمندان رشته های مختلف شروع به استفاده از رایانه برای مقاصدشان نمودند.
کاهش پیوسته قیمت های رایانه باعث شد تا سازمان های کوچک تر نیز بتوانند آن ها را در اختیار بگیرند. بازرگانان، سازمان ها، و سیاستمداران اغلب تعداد زیادی از کامپیوترهای کوچک را برای تکمیل وظایفی که قبلا برای تکمیلشان نیاز به رایانه بزرگ (mainframe) گران قیمت و بزرگ بود، به کار بگیرند. مجموعه هایی از رایانه های کوچک تر در یک محل اغلب به عنوان خادم سرا (server farm) نام برده می شود.
با اختراع ریزپردازندهها در دهه 1970 این امکان که بتوان رایانه هایی بسیار ارزان قیمت را تولید نمود بوجود آمد. رایانه های شخصی برای انجام وظایف بسیاری محبوب گشتند، از جمله کتابداری، نوشتن و چاپ مستندات. محاسبات پیش بینی ها و کارهای تکراری ریاضی توسط صفحات گسترده (spreadsheet)، ارتباطات توسط پست الکترونیک، و اینترنت. حضور گسترده رایانه ها و سفارشی کردن آسانشان باعث شد تا در امورات بسیار دیگری بکارگرفته شوند.
در همان زمان، رایانه های کوچک، که معمولاً با یک برنامه ثابت ارائه می شدند، راهشان را بسوی کاربردهای دیگری باز می نمودند، کاربردهایی چون لوازم خانگی، خودروها، هواپیماها، و ابزار صنعتی. این پردازشگرهای جاسازی شده کنترل رفتارهای آن لوازم را ساده تر کردند، همچنین امکان انجام رفتارهای پیچیده را نیز فراهم نمودند (برای نمونه، ترمزهای ضدقفل در خودروها). با شروع قرن بیست و یکم، اغلب دستگاه های الکتریکی، اغلب حالت های انتقال نیرو، اغلب خطوط تولید کارخانه ها توسط رایانه ها کنترل می شوند. اکثر مهندسان پیش بینی می کنند که این روند همچنان به پیش برود. یکی از کارهایی که می توان به وسیله رایانه انجام داد پروگرام گیرنده ماهواره است.
گونه های رایانه
رایانه های توکار
در ۲۰ سال گذشته ، هرچند برخی ابزارهای خانگی که از نمونه های قابل ذکر آن می توان جعبه های بازی های ویدئویی را که بعدها در دستگاه های دیگری از جمله تلفن همراه، دوربین های ضبط ویدئویی، و PDAها و دهها هزار وسیله خانگی، صنعتی، خودروسازی و تمام ابزاری که در درون آنها مدارهایی که نیازهای ماشین تورینگ را مهیا ساخته اند، گسترش یافت، را نام برد(اغلب این لوازم برنامه هایی را در خود دارند که بصورت ثابت روی ROM تراشه هایی که برای تغییر نیاز به تعویض دارند،نگاشته شده اند). این رایانه ها که در درون ابزارهای با کاربرد ویژه گنجانیده شده اند «ریزکنترل گرهاً یا »رایانه های توکار" (Embedded Computers) نامیده می شوند. بنابراین تعریف این رایانه ها به عنوان ابزاری که با هدف پردازش اطلاعات طراحی گردیده محدودیت هایی دارد. بیشتر می توان آنها را به ماشین هایی تشبیه کرد که در یک مجموعه بزرگ تر به عنوان یک بخش حضور دارند مانند دستگاه های تلفن، ماکروفرها و یا هواپیما که این رایانه ها بدون تغییر فیزیکی توسط کاربر می توانند برای مقاصد مختلفی بکارگرفته شوند.
رایانه های شخصی
اشخاصی که با انواع دیگری از رایانه ها ناآشنا هستند از عبارت رایانه برای رجوع به نوع خاصی که رایانه شخصی (PCها) نامیده می شوند استفاده می کنند.
با تشکر از همراهی شما:
استاد گرامی
و
همکلاسی های محترم