تاریخچه تکامل کامپیوتر و نسل ها و انواع آن

فصل اول – تاریخچه
همزمان با شناسائی عدد، برای بشر این نیاز پیدا شد تا راهی بیابد که محاسبه را ساده‌تر انجام دهد. اولین وسیله‌ای که انسان از آن در امر شمارش کمک گرفت است، شاید انگشتان دست باشد. در مراحل بعدی «چوب خط» به عنوان یک ماشین ساده که می‌توانست در امر شمارش انسان کمک کند، به کار آمد. گاهی نیز دسته‌های نی و چوب‌های باریک جانشین «چوب خط» می‌شد و زمانی نیز سنگ ریزه‌ها همین نقش را ایفامی کردند. بعدها، چرتکه به عنوان یک ماشین حساب کار آمد مورد بهره برداری قرار گرفت، تا این که در قرن هفدهم، اولین ماشین حساب واقعی تاریخ پا به عرصه هستی نهاد.
در سال ۱۶۴۱، فردی فرانسوی به نام بیلز پاسکال ماشین جالبی ساخت که به «ماشین حساب پاسکال» معروف شد. در ماشین حساب پاسکال ۶ چرخ دندانه دار نصب شده بود و هر چرخ ده دندانه داشت. هر دندانه نمایشگر یکی از ارقام صفر تا ۹ بود. این چرخ‌ها طوری در جوار یکدیگر قرار گرفته بودند که دوران کامل یک چرخ، دوران چرخ‌های بعدی به‌اندازه یک دندانه را باعث می‌شد. علاوه بر این، چرخها از راست به چپ به ترتیب نماینده مرتبه‌های یکان، دهگان، صدگان،…عدد بودند.
سی سال پس از پاسکال، یک ریاضی دان آلمانی به نام لایبنیتز در تکمیل اختراع پاسکال کوشید و ماشینی ساخت که به کمک آن می‌شد اعمال ضرب و تقسیم را نیز انجام داد و حتی جذر گرفت. ابتکار لایبنیتز بسیاری از مشکلات فنی ماشین را برطرف کرد و راه را برای تکامل این ماشینها گشود. با این حال، موضوع ماشینهای حساب سالها به بوته فراموشی سپرده شد و تنها صاحبان صنایع برای ساخت و رواج این ماشینها کوششهایی انجام دادند.
در قرن نوزدهم یک ریاضیدان انگلیسی به نام چارلزبابیج به فکر طرح یک ماشین حساب خودکار افتاد که با کارتهای سوراخ شده ، اطلاعات و ارقام را می‌پذیرفت. در سال ۱۸۹۰دانشمند جوانی به نام هلریت، با توجه به نیازهای آمارگران، از کارتهای سوراخ شده و دستگاههای شمارنده این کارتها استفاده کرد. مثلاً برای تفکیک زن و مرد، سمت چپ یا راست کارت سوراخ می‌شد و با تکامل دستگاه هلریت، وی ماشینهایش را در نیویورک، پاریس و سن پترزبورگ به نمایش گذاشت. علی رغم استقبال کم از این دستگاه، جمعی از بازرگانان آمریکایی، ازجمله توماس واتسون، به فکر خرید امتیاز ساخت ماشینهای هلریت افتادند. او بنیانگذار International Business Machines یا IBM است.

نسل اول کامپیوترها
اولین کامپیوتر در سال ۱۹۳۷ در آمریکا اختراع شد. پروفسور«ایکن» با استفاده از لامپهای خلاء(Diode) این کار را به انجام رسانید(لامپهای خلاء Diode و Triodeیا دوقطبی و سه قطبی، اغلب در رادیوها استفاده می‌شود. این لامپها خاصیت یک سو کننده جریان برق را دارند). با دیودها مشکل ایجاد حافظه و دسترسی به آن حل شد. اما، در سال ۱۹۳۷ دیودها، لامپی و حجیم بودند و با روشن شدن حرارت زیادی تولید می‌کردند.
اولین پیشرفت در جهت استفاده بهتر از کامپیترهای نسل اول جایگزینی مبنای دودویی به جای مبنای ۱۰ بود. زیرا در طرح پروفسور ایکن، برای معرفی هر کاراکتر وجود ده دیود ضروری بود که باید یکی روشن و بقیه خاموش می‌ماندند. این امر، در افزایش خانه‌های حافظه در کامپیوترهای آن زمان، محدودیت مهمی به شمار می‌رفت. به هر حال، در سال ۱۹۴۷، دانشگاه پنسیلوانیا با استفاده از این روش، کامپیوتری به نام ENIAC را طراحی کرد.
با اختراع EDSAC[1] در سال ۱۹۴۹، انگلستان اولین کامپیوتر به معنای واقعی را عرضه داشت. این دستگاه برنامه و دستورالعملها را در خود ذخیره می‌کرد. در سال ۱۹۵۱، رمینگتون، UNIVAC-1 که بزرگترین کامپیوتر آن زمان برای مقاصد بازرگانی بود را عرضه داشت.

نسل چهارم کامپیوتر
کامپیوترهای نسلهای اول، دوم و سوم از نظر مشخصات به سادگی قابل تفکیک اند. ولی مرز بین نسل سوم و چهارم چندان مشخص نیست. آنچه مسلم است آنکه کامپیوترهای نسل چهارم از نظر طرح واحد پردازش مرکزی و دستاههای پیرامونی، توانایی بیشتر، عمر طولانی‌تر قطعات و اطمینان بیشتری را عرضه می‌کنند. مهمترین تغییرات سخت اَفزاری در کامپیوترهای نسل چهارم عبارتند از:
- به کارگیری مدارهای مجتمع با تراکم زیاد؛
-  استفاده از «ریزپردازنده»؛
- توسعه امکان پردازش مستقیم به جای پردازش با رسانه‌های ورودی(Batch).

نسل پنجم کامپیوتر ها
در نسل پنجم کامپیوترها، به سادگی استفاده کاربران از کامپیوتر و برنامه نویسی توجه بسیار زیادی شده است. چرا که با کاهش قیمت سخت افزار، مخارج استفاده از کامپیوتر به مراتب از قیمت خود آن بیشتر خواهد بود. استفاده کنندگان خواهند توانست بودن اطلاع از طرز کار و جزئیات داخلی قسمتهای مختلف، آنها را به صورت آماده تهیه کرده و به دلخواه خود سیستم‌هایی کامپیوتری(نرم‌افزارهای کاربردی) بسازند. امروزه، به کمک نرم‌افزارهای موجود، مهندسین تعمیرات کامپیوتر، می‌توانند بسیاری از خرابی‌ها را تشخیص دهند. ارتباط با کامپیوتر از طریق صوت و تصویر نیز امکان پذیر خواهد بود. اطلاعات از همان زمان پیدایش به صورت مناسب برای کامپیوتر ذخیره شده و در هنگام لزوم، از طریق سیستم‌های کامپیوتری مورد استفاده قرار خواهد گرفت. استفاده از حافظه‌های نوری- حافظه‌هایی با حجم کم و گنجایش غیر قابل تصور- ویژگی مهم این نسل است. استفاده از هوش مصنوعی و قدرت تفکر و استنتاج کامپیوتری، از دیگر ویژگیهای کامپیوترهای این نسل است.

نسل ششم کامپیوترها
کامپیوترهای نوع پنتیوم را می‌توان نسل ششم نامید. از جمله ویژگی‌های محسوس این نسل می‌توان استفاده غیر قابل اجتناب از سیستم چند رسانه‌ای را بر شمرد. امکانات جانبی، جاذبه‌های بسیاری را برای کامپیوترهای فراهم می‌آورد.

توضیح چند اصطلاح
داده ها: هر نوع و هر شکل از اطلاعات که به کامپیوتر داده می‌شود تا عملیات بعدی بر روی آنها اجرا شود. داده‌ها ممکن است از نوع اطلاعات متنی، تصاویر، فیلم‌های دیجیتالی، نقشه‌ها یا انواع دیگر باشند. داده‌ها ممکن است قبلاً نیز، تحت پردازش قرار گرفته باشند.
ورودی:هرچیزی که بتوان از طریق دستگاههای ورودی به کامپیوتر وارد کنیم.
پردازش:هر نوع عملیات هدفدار و برنامه پذیر که کامپیوتر بر روی داده‌ها انجام می‌دهد.محاسبات، تبدیلها، تغییرات، ترسیمات و مقایسه و … از نوع پردازشهای کامپیوتری محسوب می‌شوند.
اطلاعات:داده‌هایی که مورد پردازش کامپیوتری قرار گرفته و به شیوه مورد نظر کاربر تبدیل شده اند. بانکهای اطلاعاتی مرتب شده، تصاویر دیجیتالی تغییر یافته، فیلمهای دیجیتالی پردازش شده، ترسیمات انجام گرفته توسط کامپیوتر و … نمونه‌هایی از اطلاعات هستند.
ذخیره: نگهداری داده‌ها یا اطلاعات پردازش شده در کامپیوتر و در یکی از وسایل ذخیره سازی به منظور حفظ موقتی، دایمی و یا جابجایی و انتقال اطلاعات.
حافظه: مکان حفظ و نگهداری اطلاعات داخل کامپیوتر یا بیرون آن در یکی از وسایل ذخیره سازی.
برنامه پذیر:توانایی کامپیوترها برای درک و اجرای یک سری پی در پی از دستورات هدفدار نوشته شده توسط انسانها.

ویژگیهای کامپیوتر
۱- کامپیوتر ماشینی است که فقط بر اساس برنامه‌ها و داده‌های عرضه شده به آن کار می‌کند.
۲- هر کامپیوتر از دو بخش کلی سخت افزار و نرم افزار تشکیل شده است. هر نوع قطعات فیزیکی و قابل لمس در کامپیوتر را سخت افزار می‌نامند. هر نوع اطلاعات و برنامه‌های موجود در کامپیوتر و غیر قابل لمس را نرم افزار می‌نامند.
۳- کامپیوتر ماشینی به شدت منظم و برنامه پذیر است. هر برنامه مجموعه‌ای هماهنگ از دستوراتی است که سخت افزار کامپیوتر را وادار به اجرای عملیات پی‌در‌پی و هدفدار می‌کند.
۴- کامپیوتر حافظه دارد. حافظه نوعی انبار مجازی است که انواع اطلاعات و برنامه‌ها و نتایج مبانی و نهایی عملیات کامپیوتر در آن ذخیره می‌شوند.
۵- کامپیتر منطقی است.

شباهتها و تفاوتهای انسان و کامپیوتر
انسان برای انجام فعالیتهای روزمره نیاز به کسب اطلاعات دارد. اطلاعات مورد نیاز انسان یا از حافظه فراخوانی شده و یا توسط حواس پنجگانه دریافت و به مغز منتقل می‌شوند. مغز انسان بر اساس تواناییهای ذاتی و نیز بر اساس آموزشهای اندوخته و آموخته و به روشهای الکتروشیمیایی قادر به انجام انواع پردازش است. خاصل پردازش اطلاعات در مغز به شکل فرامین و دستورات به قسمتهای مختلف بدن صادر شده و یا در حافظه ذخیره شده و یا به شکل خروجی به دیگران تحویل داده می‌شود.
کامپیوتر نیز اطلاعات مورد نیاز را از حافظه فراخوانی کرده یا از طریق وسایل ورودی دریافت کرده و سپس براساس برنامه‌ها و دستورات از پیش تعیین شده(برنامه ها) اقدام به اجرای انواع عملیات پردازشی می‌کند. حاصل پردازش اطلاعات به شکل فرمانهای مختلف به قسمتهای دیگر صادر شده و یا در حافظه کامپیوتر ذخیره شده و یا به شکل خروجی قابل فهم توسط انسان تحویل داده می‌شوند.
عملیات پردازش در کامپیوتر توسط مدارهای منطقی و نرم‌افزارهای موجود انجام می‌گیرد. مدارهای منطقی و نرم‌افزارهای کامپیوتر از ابتدا تا کنون بسیار سریعتر و پیچیده‌تر شده اند. کامپیوترهای امروزی کارهای عجیب و پیچیده ای انجام می‌دهند. اما حتی بزرگترین و سریعترین کامپیوتر نیز فاقد شعور، احساس و خلاقیت است.
البته دانشمندان تلاش می‌کنند تا مدارهای هوشمندی بسازند که توانایی شبیه سازی برخی فعالیتهای خلاق را داشته باشند. عده دیگری از دانشمندان تلاش می‌کنند تا فعالیتهای احساسی و خلاقیت مغز انسان را تحت نظم و قاعده منطقی در آورند. اگر تلاش شبانه روزی این دانشمندان با موفقیت همراه باشد، در آینده کامپیوترها، توانایی انجام عملیات خلاق و احساسی و تصمیم گیری مستقل راخواهند داشت. رؤیای شور انگیز و خوفناک روباتهای هوشمند و شبه انسانی به زودی تحقق خواهد یافت.

خلاصه‌ای از شباهتها و تفاوتهای انسان و کامپیوتر
۱-کامپیوتر مانند انسان برای اجرای عملیات نیاز به گرفتن اطلاعات از حافظه یا از خارج دارد. فرآیند دریافت اطلاعات توسط کامپیوتر نسبت به انسان بسیار دقیق‌تر است.
۲-کامپیوتر مانند انسان بر اساس برنامه‌ها و اندوخته‌های قبلی اقدام به پردازش اطلاعات می‌کند. کامپیوتر در مقایسه با انسان، عملیات پردازش را به دقت، با سرعت و با پیچیدگی و تنوع بیشتری انجام می‌دهد.
۳-نتایج حاصل از پردازش اطلاعات در کامپیوتر همیشه درست و قابل اطمینان است(به شرط آنکه داده‌ها و برنامه درست باشند) در حالی که ضریب خطا در فعالیتهای انسانی بسیار زیاد است.
۴-کامپیوتر مانندانسان توانایی ذخیره سازی و نگهداری اطلاعات در حافظه را دارد. اما کامپیوتر بر خلاف انسان قادر است حجم انبوهی از انواع اطلاعات را در فضایی اندک و به مدت نامحدود حفظ کند و سپس در هر زمان دلخواه اطلاعات ذخیره شده را به همان شکل قبل به کاربران تحویل دهد.
۵-سرعت، دقت و توانایی بازیابی اطلاعات ذخیره شده در کامپیوتر بسیار بالاتر از انسان است.
۶-کامپیوتر بر خلاف انسان به هنگام اجرای وظایف هرگز دچار خستگی، ملالت، بی‌حوصلگی و احساسات نخواهد شد. طولانی بودن مدت فعالیت، زیاد بودن حجم اطلاعات و تکراری بودن پردازشها تأثیر در صحت نتایج کامپیوتر ندارند(اگر چه بر سرعت اجرای عملیات تأثیر دارند).
۷-کامپیوتر بر خلاف انسان قادر است همزمان چند عملیات گوناگون را انجام داده یا مدیریت کند.
۸-کامپیوتر بر خلاف انسان قدرت تصمیم گیری مستقل و انتخاب و ادامه عملیات در شرایط پیش بینی نشده را ندارد. [۱]
۹-کامپیوتر بر خلاف انسان فاقد خلاقیت و ابتکار است.
۱۰-کامپیوتر بر خلاف انسان فاقد حس زیبایی شناسی و سلیقه است.
۱۱-کامپیتر بر خلاف انسان توانایی رویاپردازی و تصورات خلاف واقع را ندارد.

کاربردهای کامپیوتر
هدف اولیه از طراحی و ساخت کامپیوترها، انجام دقیق‌تر و سریع‌تر محاسبات بود. اما با توجه به موارد برتری کامپیوتر نسبت به انسان، به تدریج کاربردهای متنوعی برای کامپیوتر ابداع شد. همگام با پیشرفتهای سخت افزاری و پیچیده شدن مدارها و افزایش قابلیتهای کامپیوترها و همچنین ابداع و ظهور انواع نرم افزارها، به تدریج کاربرهای گسترده ای برای کامپیوتر‌ها ایجاد شد. این روند همچنان رو به گسترش است. در این قسمت فقط برخی از کاربردهای رایج و مهم کامپیوتر را ذکر می‌کنیم.

کاربرد کامپیوتر در صنعت
- طراحی قطعات و دستگاههای صنعتی
- تولید صنعتی به کمک کامپیوتر
- خودکار سازی کنترل و تنظیم شرایط محیطی تولید برای محصولات بسیار حساس.
- استفاده از روبات به جای کارگر در کارهای سخت و خیلی ظریف.
- کنترل کیفی و کمی محصولات و مواد اولیه.
- شبیه سازی شرایط و انجام آزمایشات که اجرای واقعی آنها مستلزم خطرات جانی و مالی و زیست محیطی است.

کاربرد کامپیوتر در طراحی سازه‌ها
کاربرد کامپیوتر در طراحی و اجرای سازه‌ها 
- کاربرد کامپیوتر برای طراحی و نقشه کشی و معماری(نرم افزار AUTOCAD و ARCHICAD)
- کاربرد کامپیوتر برای تجزیه و تحلیل انواع سازه ها.
- کاربرد کامپیوتر برای نقشه برداری و تهیه انواع نقشه ها.

کاربرد کامپیوتر در پزشکی
- دستگاههای تشخیص پزشکی.
- ابزارهای اندازه گیری و ثبت و تنظیم و کنترل آثار حیاتی بیمار.
- نگهداری سابقه و اطلاعات پزشکی بیماران.
- تشخیص و درمان بیماران از راه دور.
کاربرد کامپیوتر در تجارت
– عملیات بانکی به کمک کامپیوتر.
- عملیات حسابداری و انبارداری به کمک کامپیوتر.
- اطلاع رسانی و بازاریابی و ارائه خدمات و سفارشات به کمک کامپیوتر.
- تجارت الکترونیکی کالاها و خدمات.
- تجزیه و تحلیل اطلاعات مالی و پیش بینی تغییرات ارزش سهام در بورس اوراق بهادار.

کاربرد کامپیوتر در مدیریت
– نگهداری و ثبت و کنترل و تجزیه و تحلیل اطلاعات پرسنلی.
- تجزیه و تحلیل و کنترل پروژه ها.
- خودکار سازی سیستم‌های اطلاعات مدیریت(MIS).

کاربرد کامپیوتر در گرافیک
– طراحی دو بعدی مانند برچسب کالاها، بسته بندی، پوستر، لفافه.
- طراحی و متحرک سازی سه بعدی.
- عکاسی دیجیتالی و پردازش تصاویر.

کاربرد کامپیوتر در امور انتشاراتی
– حروفچینی و صفح آرایی کتاب، روزنامه و مجلات.
- طراحی جلدها.
- چاپ دیجیتالی.
کاربرد کامپیوتر در آموزش
– کاربرد کامپیوتر به عنوان یک وسیله مؤثر کمک آموزشی.
- کاربرد کامپیوتر و نرم‌افزارهای آموزشی برای آموزش افراد.
- کاربرد کامپیوتر در شبکه‌های اطلاع رسانی به عنوان شیوه تبادل اطلاعات علمی.

کاربرد کامپیوتر در سرگرمیها
– شنیدن موسیقی از طریق اجرای CD صوتی.
- دیدن فیلمها از طریق اجرایDVD.
- اجرای بازیهای کامپیوتری.

کاربرد کامپیوتر در ارتباطات
– انجام مکالمات تلفنی از طریق کامپیوتر و شبکه‌های اطلاع رسانی.
- برگزاری کنفرانسهای ویدیویی به کمک کامپیوتر و بزرگراههای اطلاع رسانی.
- استفاده از امکانات فوق‌العاده اینترنت و خدمات جانبی آن.
- استفاده از امکانات پست الکترونیکی به عنوان جایگزین پست سنتی.

به اطراف خود نگاه کنید تا کاربردهای دیگری از کامپیوتر را مشاهده نمایید. در حال حاضر تعداد کامپیوترها و عمق کاربرد آن در هر جامعه یکی از معیارهای توسعه یافتگی است. در جوامع پیشرفته کار و زندگی بدون کامپیوتر ناممکن شده است. به همین دلیل در جهان، بخث سواد کامپیوتری مطرح شده و افراد را به دو دسته با سواد کامپیوتری و بیسواد کامپیوتری تقسیم می‌کنند.

فصل سوم تقسیمات علوم کامپیوتر

هرکامپیوتر از دو بخش مجزا و در عین حال مکمل تشکیل شده است: سخت افزار و نرم افزار.
نرم‌افزار (Soft Ware)
هرچیز غیر قابل لمس و غیر فیزیکی مربوط به کامپیوتر را نرم افزار می‌نامند. داده ها، برنامه‌های موجود در کامپیوتر، سیستم‌های عامل و … همگی در گروه نرم افزار قرار دارند.
سخت‌افزار (Hard Ware)
هر چیز قابل لمس و فیزیکی مربوط به کامپیوتر را سخت‌افزار می‌نامند. بدنه کامپیوتر، واحد پردازش مرکزی(CPU)، بورد اصلی، حافظه، رابطها، کانکتورها، سیم ها، و کابلها، و اتصالات و صفحه کلید و ماوس و مانیتور و … و انواع دیسکهای فلاپی و سخت و نوارهای ذخیره سازی در گروه سخت افزار قرار دارند.

طبقه بندی کامپیوترها بر اساس قدرت پردازش
تعریف پردازش داده‌ها (Data Processing)
هر نوع عملیاتی که سبب تغییر هدفمند داده‌ها در کامپیوتر شود. این عملیات ممکن است شامل محاسبات، مقایسات، ترسیمات و یا هر نوع عمل دیگری باشد. گاهی پردازش را دستکاری داده‌ها نیز می‌نامند.

۱- ابر کامپیوترها (Super Computer یا Maxi)
این نوع کامپیوترها ۵ میلیون بار سریعتر از کامپیوترهای عادی عمل می‌کنند. کامپیوترهای عادی برای حل مسأله از روش مراحل پی در پی(مانند انسان) اما با سرعت بسیار زیاد استفاده می‌کنند.
بدین ترتیب حل مسائل بزرگ یا پیچیده در کامپیوترهای عادی مستلزم زمان زیادی است. اما در ابر کامپیوترها از پردازنده‌های موازی استفاده می‌شوند که چند محاسبه را به طور همزمان اجرا می‌کنند. اولین ابر کامپیوتر با نام ILLIAC-IV توانایی اجرای ۶۴ محاسبه مختلف به طور همزمان داشت. در کامپیوتر فوق از واحد بزرگ کنترل استفاده شده بود که دستورات را به ۶۴ واحد پردازش همزمان ارسال می‌کرد.

کامپیوتر ماشینی است برنامه‌پذیر برای ذخیره، پردازش و بازیابی اطلاعات.

نسل سوم کامپیوترها
از سال ۱۹۶۴، به جای لامپها و ترانزیستورها، از خاصیت آهن ربایی حلقه‌ها یا میله‌ها در اثر عبور جریان برق استفاده شد. در حقیقت، به جای لامپ و ترانزیستور مورد استفاده در نسسلهای پیشین، سمت عبور جریان برق را قطب‌های آهنربا تعیین می‌کرد. در نتیجه دو حالت صفر یا یک به وجود می‌آمد. اما انتخاب جنس حلقه و آلیاژ لازم برای حلقه مطرح بود. در نسل دوم، اکسید آن به سبب توانایی خود پاسخگوی این نیاز بود. معروف‌ترین کامپیوتر این نسل IBM/360  می‌باشد.

نظرات شما عزیزان:

نام :

آدرس ایمیل:

وب سایت/بلاگ :

متن پیام:

نظر خصوصی

 کد را وارد نمایید:

 

 

 

عکس شما

آپلود عکس دلخواه: