در دهه های اخیر، بشریت وارد عصر رایانه شده است. کامپیوترهای هوشمند و قدرتمند، بر اساس اصول عملیات ریاضی، با اطلاعات کار می کنند، فعالیت ماشین ها و کل کارخانه ها را مدیریت می کنند، کیفیت محصولات و محصولات مختلف را کنترل می کنند. در عصر ما، فناوری رایانه مبنای توسعه تمدن بشری است. در مسیر رسیدن به این موقعیت باید مسیری کوتاه اما بسیار پرتلاطم طی می شد. و برای مدت طولانی این ماشین ها نه کامپیوتر، بلکه کامپیوتر (کامپیوتر) نامیده می شدند.
طبقه بندی رایانه
طبق طبقه بندی کلی، کامپیوترها در چندین نسل توزیع می شوند. ویژگی‌های تعیین‌کننده هنگام طبقه‌بندی دستگاه‌ها به یک نسل خاص، ساختارها و تغییرات فردی آنها است، مانند الزامات رایانه‌های الکترونیکی مانند سرعت، اندازه حافظه، روش‌های کنترل و روش‌های پردازش داده‌ها.
البتهتوزیع رایانه ها در هر صورت مشروط خواهد بود - تعداد زیادی ماشین وجود دارد که طبق برخی علائم، مدل های یک نسل در نظر گرفته می شوند و به گفته برخی دیگر متعلق به نسلی کاملاً متفاوت هستند.
در نتیجه، این دستگاه‌ها را می‌توان به عنوان مراحل غیر منطبق از شکل‌گیری مدل‌های یک نوع محاسبات الکترونیکی طبقه‌بندی کرد.
در هر صورت، بهبود کامپیوترها از یک سری مراحل می گذرد. و تولید رایانه های هر مرحله از نظر پایه های عنصری و فنی، پشتیبانی معین از یک نوع ریاضی خاص، تفاوت های قابل توجهی با یکدیگر دارند.
نسل اول کامپیوتر
ماشین‌های محاسباتی نسل 1 در سال‌های اولیه پس از جنگ توسعه یافتند. رایانه های الکترونیکی نه چندان قدرتمندی بر اساس لامپ های نوع الکترونیکی (همانطور که در تمام مدل های تلویزیون آن سال ها وجود داشت) ساخته شدند. تا حدودی این مرحله شکل گیری چنین تکنیکی بود.
اولین رایانه ها انواع آزمایشی دستگاه هایی در نظر گرفته می شدند که برای تجزیه و تحلیل مفاهیم موجود و جدید (در علوم مختلف و در برخی صنایع پیچیده) شکل گرفتند. حجم و جرم ماشین های کامپیوتری، که بسیار بزرگ بودند، اغلب به اتاق های بسیار بزرگ نیاز داشتند. اکنون به نظر می رسد یک افسانه از سال های دور و نه حتی واقعی باشد.
معرفی داده ها به ماشین های نسل اول با روش بارگیری کارت های پانچ انجام شد و مدیریت برنامه دنباله های حل توابع به عنوان مثال در ENIAC - با روش ورود انجام شد. شاخه ها و اشکال یک کره حروفچینی.
با وجودبا توجه به اینکه چنین روش برنامه نویسی برای آماده سازی واحد زمان زیادی را صرف می کند، برای اتصالات در زمینه های حروفچینی بلوک های ماشینی، همه فرصت ها را برای نشان دادن "توانایی های" ریاضی انیاک فراهم می کند و با مزایای قابل توجهی که دارد. تفاوت هایی با روش نوار پانچ برنامه داشت که برای ماشین های نوع رله مناسب است.
اصل "تفکر"
کارمندانی که روی اولین کامپیوترها کار می کردند، آنجا را ترک نکردند، آنها دائماً نزدیک ماشین ها بودند و کارایی لوله های خلاء موجود را زیر نظر داشتند. اما به محض اینکه حداقل یک لامپ از کار افتاد، انیاک فوراً بلند شد، همه با عجله به دنبال لامپ شکسته شدند.
دلیل اصلی (البته تقریبی) برای جایگزینی بسیار مکرر لامپ ها موارد زیر بود: گرما و درخشش لامپ ها حشرات را به خود جذب می کرد، آنها به حجم داخلی دستگاه پرواز می کردند و به ایجاد برق کوتاه "کمک می کردند". جریان. یعنی نسل اول این ماشین‌ها در برابر تاثیرات خارجی بسیار آسیب‌پذیر بود.
اگر تصور کنیم که این فرضیات می توانند درست باشند، پس مفهوم "اشکالات" ("اشکالات") که به معنای خطاها و اشتباهات در تجهیزات نرم افزاری و سخت افزاری کامپیوتر است، معنای کاملاً متفاوتی دارد.
خب، اگر لامپ‌های خودرو درست کار می‌کردند، پرسنل تعمیر و نگهداری می‌توانستند ENIAC را با تنظیم دستی اتصالات حدود شش هزار سیم برای کار دیگری تنظیم کنند. همه این مخاطبین باید دوباره تغییر می‌کردند که نوع دیگری از کار ایجاد شد.
ماشین های سریال
اولین رایانه الکترونیکی که شروع به تولید انبوه کرد، UNIVAC بود. این اولین نوع کامپیوتر دیجیتال الکترونیکی چند منظوره شد. UNIVAC، که به سال‌های 1946-1951 برمی‌گردد، به دوره جمع 120 میکروثانیه، ضرب کل 1800 میکروثانیه و تقسیم‌های 3600 میکروثانیه نیاز داشت.
چنین ماشین‌هایی به مساحت وسیع، برق زیاد و تعداد قابل توجهی لامپ الکترونیکی نیاز داشتند.
به ویژه، رایانه الکترونیکی شوروی "Strela" دارای 6400 عدد از این لامپ ها و 60 هزار نسخه از دیودهای نیمه هادی بود. سرعت این نسل از کامپیوترها بیشتر از دو یا سه هزار عملیات در ثانیه نبود، حجم رم هم دو کیلوبایت بیشتر نبود. تنها واحد M-2 (1958) به رم حدود چهار کیلوبایت رسید و سرعت دستگاه به بیست هزار عمل در ثانیه رسید.
کامپیوترهای نسل دوم
در سال 1948، اولین ترانزیستور کار توسط چندین دانشمند و مخترع غربی به دست آمد. این یک مکانیسم تماس نقطه ای بود که در آن سه سیم فلزی نازک با نواری از مواد پلی کریستالی در تماس بودند. در نتیجه، خانواده رایانه‌ها در آن سالها بهبود یافته است.
نخستین مدل های کامپیوترهای ترانزیستوری منتشر شده به نیمه آخر دهه 1950 برمی گردد و پنج سال بعد اشکال خارجی کامپیوتر دیجیتال با عملکردهای بسیار پیشرفته ظاهر شدند.
ویژگی های معماری
یکی ازاصل مهم ترانزیستور این است که در یک کپی می تواند برای 40 لامپ معمولی کار کند و حتی در این صورت سرعت عملکرد بالاتری را حفظ می کند. دستگاه حداقل مقدار گرما را منتشر می کند و تقریباً از منابع الکتریکی و انرژی استفاده نمی کند. در این راستا، الزامات رایانه های الکترونیکی شخصی افزایش یافته است.
به موازات جایگزینی تدریجی لامپ های نوع الکتریکی معمولی با ترانزیستورهای کارآمد، بهبود تکنیک ذخیره سازی داده های موجود افزایش یافته است. گسترش حافظه در حال انجام است، و نوار مغناطیسی اصلاح شده، که برای اولین بار در نسل اول کامپیوترهای UNIVAC استفاده شد، شروع به بهبود کرده است.
لازم به ذکر است که در اواسط دهه شصت قرن گذشته از روش ذخیره داده ها بر روی دیسک ها استفاده می شد. پیشرفت های قابل توجه در استفاده از رایانه باعث شد تا سرعت یک میلیون عملیات در ثانیه به دست آید! به طور خاص، "کشش" (بریتانیا)، "اطلس" (ایالات متحده آمریکا) را می توان در میان رایانه های ترانزیستوری معمولی نسل دوم رایانه های الکترونیکی به حساب آورد. در آن زمان، اتحاد جماهیر شوروی همچنین مدل های کامپیوتری با کیفیت بالا (به ویژه BESM-6) تولید می کرد.
انتشار رایانه‌های مبتنی بر ترانزیستور باعث کاهش حجم، وزن، هزینه‌های برق و هزینه ماشین‌ها و همچنین بهبود قابلیت اطمینان و کارایی آنها شد. این امکان افزایش تعداد کاربران و لیست کارهایی که باید حل شوند را فراهم کرد. با در نظر گرفتن ویژگی هایی که نسل دوم کامپیوترها را متمایز می کرد،توسعه دهندگان چنین ماشین هایی شروع به ساخت اشکال الگوریتمی زبان برای مهندسی (به ویژه، ALGOL، FORTRAN) و اقتصادی (به ویژه، COBOL) انواع محاسبات کردند.
الزامات بهداشتی برای رایانه های الکترونیکی نیز در حال افزایش است. در دهه پنجاه پیشرفت دیگری رخ داد، اما هنوز با سطح مدرن فاصله داشت.
اهمیت سیستم عامل
اما حتی در آن زمان، وظیفه اصلی فناوری رایانه کاهش منابع - زمان کار و حافظه بود. برای حل این مشکل، آنها سپس شروع به طراحی نمونه های اولیه سیستم عامل های فعلی کردند.
انواع اولین سیستم عامل ها (OS) امکان بهبود اتوماسیون کار کاربران رایانه را فراهم می کند که با هدف انجام وظایف خاصی انجام می شود: وارد کردن داده های برنامه به دستگاه، فراخوانی مترجمان لازم، فراخوانی زیرروال های کتابخانه مدرن لازم برای برنامه، و غیره.
بنابراین، علاوه بر برنامه و اطلاعات مختلف، در رایانه های نسل دوم نیز لازم بود دستورالعمل خاصی گذاشته شود که در آن مراحل پردازش و فهرستی از داده های برنامه و توسعه دهندگان آن ذکر شده باشد. پس از آن، تعداد معینی از وظایف برای اپراتورها (مجموعه هایی با وظایف) به طور موازی به ماشین ها وارد شد، در این اشکال سیستم عامل ها لازم بود انواع منابع کامپیوتری بین اشکال خاصی از وظایف تقسیم شود - یک روش چندبرنامه نویسی کار برای مطالعه داده ها ظاهر شد.
نسل سوم
به دلیل توسعهفناوری ایجاد مدارهای مجتمع (IC) رایانه‌ها توانسته است سرعت و درجه اطمینان مدارهای نیمه‌رسانای موجود را افزایش دهد و همچنین در ابعاد، میزان توان مصرفی و قیمت آنها کاهش یابد.
اشکال یکپارچه ریزمدارها اکنون از مجموعه ای ثابت از قطعات الکترونیکی ساخته می شوند که در ویفرهای سیلیکونی کشیده مستطیل شکل عرضه می شدند و طول یک طرف آن بیش از 1 سانتی متر نبود. این نوع ویفر (کریستال ها) در یک جعبه پلاستیکی با حجم های کوچک قرار می گیرد، ابعاد در آن فقط با استفاده از انتخاب به اصطلاح قابل محاسبه است. "پاها".
به همین دلایل، سرعت توسعه رایانه ها به سرعت شروع به افزایش کرد. این امر نه تنها باعث بهبود کیفیت کار و کاهش هزینه چنین ماشین‌هایی می‌شود، بلکه می‌تواند دستگاه‌هایی از نوع جرم کوچک، ساده، ارزان و قابل اعتماد - یک مینی کامپیوتر را نیز تشکیل دهد. این ماشین‌ها در ابتدا برای حل مشکلات فنی در تمرین‌ها و تکنیک‌های مختلف طراحی شدند.
لحظه پیشرو در آن سالها امکان متحد کردن ماشین ها در نظر گرفته شد. نسل سوم رایانه ها با در نظر گرفتن مدل های فردی سازگار از انواع مختلف ایجاد شده است. تمام شتاب های دیگر در توسعه نرم افزارهای ریاضی و مختلف به شکل گیری برنامه های دسته ای برای حل مشکلات استاندارد یک زبان برنامه نویسی مسئله محور کمک می کند. سپس، برای اولین بار، بسته های نرم افزاری ظاهر می شوند - اشکالی از سیستم عامل ها که نسل سوم رایانه ها بر روی آنها توسعه می یابد.
نسل چهارم
بهبود فعال دستگاه های الکترونیکی رایانه هابه پیدایش مدارهای مجتمع بزرگ (LSI) کمک کرد، جایی که هر کریستال حاوی چندین هزار قطعه از نوع الکتریکی بود. به لطف این، نسل‌های بعدی رایانه‌ها شروع به تولید کردند، که اساس عنصری آنها مقدار بیشتری از حافظه را دریافت کرد و چرخه‌های اجرای دستورات را کاهش داد: استفاده از بایت‌های حافظه در یک عملیات ماشین به طور قابل توجهی کاهش یافت. اما، از آنجایی که هزینه های برنامه نویسی به سختی کاهش یافته است، وظایف کاهش منابع از نوع صرفاً انسانی، و نه از نوع ماشینی، مانند گذشته، به منصه ظهور رسیده است.
سیستم های عامل از انواع بعدی تولید شد که به اپراتورها امکان می داد برنامه های خود را مستقیماً در پشت نمایشگرهای رایانه بهبود بخشند، این کار کاربران را ساده کرد، در نتیجه اولین پیشرفت های یک پایگاه نرم افزاری جدید به زودی ظاهر شد. این روش کاملاً با نظریه مراحل اولیه توسعه اطلاعات که از رایانه های نسل اول استفاده می کرد، در تضاد بود. اکنون رایانه‌ها نه تنها برای ثبت حجم زیادی از اطلاعات، بلکه برای اتوماسیون و مکانیزه کردن زمینه‌های مختلف فعالیت استفاده می‌شوند.
تغییر در اوایل دهه هفتاد
در سال 1971، مدار مجتمع بزرگی از کامپیوترها منتشر شد که در آن کل پردازنده یک کامپیوتر با معماری های معمولی قرار داشت. اکنون می توان تقریباً تمام مدارهای نوع الکترونیکی را که در یک معماری رایانه معمولی پیچیده نبودند، در یک مدار مجتمع بزرگ ترتیب داد. بنابراین، امکانات تولید انبوه دستگاه های معمولی برای کوچکقیمت. این نسل چهارم کامپیوترها بود.
از آن زمان تاکنون، مدارهای کنترلی و ارزان قیمت زیادی (که در کامپیوترهای صفحه کلید فشرده استفاده می شود) تولید شده اند که بر روی یک یا چند برد مدار مجتمع بزرگ با پردازنده، رم کافی و ساختاری از اتصالات با نوع اجرایی قرار می گیرند. حسگرها در مکانیسم های کنترلی.
برنامه هایی که با تنظیم بنزین در موتور خودروها، با انتقال اطلاعات الکترونیکی خاص یا با حالت های شستشوی ثابت کار می کردند، به حافظه رایانه یا با استفاده از انواع مختلف کنترلرها یا مستقیماً در شرکت ها وارد شدند.
دهه هفتاد شاهد شروع تولید سیستم های محاسباتی جهانی بود که یک پردازنده، مقدار زیادی حافظه، مدارهای رابط های مختلف با مکانیزم ورودی-خروجی واقع در یک مدار مجتمع بزرگ مشترک (به اصطلاح رایانه های تک تراشه) یا در نسخه های دیگر، مدارهای مجتمع بزرگی که روی یک برد مدار چاپی مشترک قرار دارند. در نتیجه، زمانی که نسل چهارم کامپیوترها فراگیر شد، تکرار وضعیتی که در دهه شصت ایجاد شده بود، آغاز شد، زمانی که مینی کامپیوترهای معمولی بخشی از کار را در رایانه های بزرگ بزرگ انجام می دادند.
ویژگی های کامپیوتر نسل چهارم
کامپیوترهای الکترونیکی نسل چهارم پیچیده و دارای قابلیت های شاخه ای بودند:
- حالت چند پردازنده عادی؛
- برنامه‌هایی از نوع موازی متوالی؛
- انواع سطح بالا زبان های رایانه؛
- ظهوراولین شبکه های کامپیوتری.
توسعه قابلیت های فنی این دستگاه ها با مفاد زیر مشخص شد:
- تاخیر سیگنال معمولی 0.7 ns/v.
- نوع پیشرو حافظه یک نیمه هادی معمولی است. دوره تولید اطلاعات از این نوع حافظه 100 تا 150 نانو ثانیه است. حافظه - 1012-1013 نویسه.
استفاده از پیاده سازی سخت افزاری سیستم عامل
سیستم های ماژولار برای ابزارهای نوع نرم افزار استفاده می شوند.
اولین رایانه الکترونیکی شخصی در بهار سال 1976 ساخته شد. بر اساس کنترلرهای یکپارچه 8 بیتی یک مدار بازی الکترونیکی معمولی، دانشمندان یک ماشین بازی اپل معمولی با برنامه ریزی BASIC تولید کردند که محبوبیت زیادی به دست آورد. در اوایل سال 1977، Apple Comp. ظاهر شد و تولید اولین کامپیوترهای شخصی اپل بر روی زمین آغاز شد. تاریخچه این سطح رایانه این رویداد را به عنوان مهمترین رویداد برجسته می کند.
امروزه، اپل رایانه های شخصی مکینتاش را تولید می کند که از بسیاری جهات از مدل های PC IBM پیشی می گیرند. مدل های جدید اپل نه تنها با کیفیت استثنایی، بلکه با قابلیت های گسترده (با استانداردهای مدرن) متمایز می شوند. همچنین یک سیستم عامل ویژه برای رایانه ها از اپل توسعه یافته است که تمام ویژگی های استثنایی آنها را در نظر می گیرد.
نسل پنجم رایانه
در دهه هشتاد، روند توسعه رایانه ها (نسل های رایانه ای) وارد مرحله جدیدی می شود - ماشین های نسل پنجم. ظاهر این دستگاه هامرتبط با توسعه ریزپردازنده ها. از منظر ساختارهای سیستمی، تمرکززدایی مطلق کار مشخص است و با در نظر گرفتن مبانی نرم افزاری و ریاضی، حرکت به سطح کار در ساختار برنامه مشخص است. سازماندهی کار رایانه های الکترونیکی در حال رشد است.
کارایی کامپیوترهای نسل پنجم صد و هشت تا صد و نه عملیات در ثانیه است. این نوع ماشین ها با یک سیستم چند پردازنده ای مشخص می شوند که مبتنی بر ریزپردازنده هایی از انواع ضعیف است که بلافاصله به صورت جمع استفاده می شوند. اکنون انواع ماشین‌های محاسباتی الکترونیکی وجود دارد که انواع سطح بالایی از زبان‌های رایانه را هدف قرار می‌دهند.
