عصر لامپ ها تولد ترانزيستور كامپوتر هاي ديجيتال

Visits: 24

عصر لامپ ها
كامپيوتر هاي نسل اول ماشين هاي حجيمي بودند كه بر اساس تكنولوژي لامپ ساخته مي شدند. آنها اتاقهاي بزرگي اشغال مي كردند و براي كار درست بايد اتاقها به خوبي تهويه مي شدند. در واقع چون عمر متوسط لامپ ها 3000 ساعت است و براي ساخت كامپيوتر هزاران لامپ به كار مي رفت، بعضي مي گفتند كه اين ماشينها نمي توانند كار مفيدي انجام دهند. تكنسين ها بايد مداوم به دنبال لامپ هاي خراب مي گشتند و آنها را تعويض مي كردند. در سال 1951 كمپاني رمينگتون-راند اولين كامپيوتر خودكار عمومي نيويورك 1 را به دايره ماليات فروخت. در 1952 CBS با استفاده از يونيوك 1 شكست استيون در مقابل آيزنهاور را در انتخابات رياست جمهوري پيش بيني كرد.
IBM در سال 1952 با بي ميلي وارد زمينه كامپيوتر شد و سيستم داده پردازي مدل 701 را ارائه داد. توماس داتسون پسر بايد پدرش توماس داتسون پدر، بنيانگذار IBM را در مورد اهميت اين ماشينها قانع كند. در واقع داتسون پدر گفته بود بعيد مي داند كل جامعه علمي و تجاري بيش از هشت "مغز بزرگ" بخواهد.

 تولد ترانزيستور
در سال 1956 سه دانشمند آزمايشگاه بل "پلي ويليام شوكلي، جان باردين ، والتر براتين" جايزه نوبل فيزيك را براي اختراع ترانزيستور در سال 1948 گرفتند . در سال 1954 يك تيم ديگر از آزمايشگاه بل اهميت اين اختراع را با اولين كامپيوتر تمام ترانزيستوري TRADK نشان دادند. ماشين 800 ترانزيستوري كمتر از نوع لامپي حرارت توليد مي كردند،قابل اعتمادتر و ارزانتر بودند.
اولين كامپيوتر ترانزيستوري IBM 7070/7090 در سال 1958 عرضه شد. به دنبال آن كامپوتر تمام ترانزيستوري ديگري در سال 1959 عرضه شد، 1401 كه براي كارهاي تجاري طراحي شده بود. ماشين هاي اين عصر را كامپيوتر هاي نسل دوم مي نامند و به خاطر كوچكي و ازاني در تجارت و صنعت متداول شدند. اين كامپيوتر ها روي مدار چاپي ساخته شده در قفسه هايي قرار مي گرفتند. اصطلاح mainframe براي توصيف واحد پردازنده اصلي اين كامپيوتر ها به كار مي رفت. امروز mainframe به كامپيوتر هاي بزرگ اطلاق مي شود كه همزمان هزاران كاربر را سرويس مي دهند.
كامپوتر هاي ديجيتال
در اوائل دهه 1990 ايالات متحده در گير موجي از تكنولوژي نو بود. ترانزيستور، كه كمي پس از اتمام جنگ جهاني دوم توسط سه دانشمند در آزمايشگاههاي بل ابداع شده بود، كم كم جايگزين رقيبش لامپ مي شد. ناگهان بر روي همه چيز از راديو هاي اتومبيل گرفته تا همزنهاي برقي بر چسپ حالت-جامد زده شد. شركتهاي الكترونيكي خلق الساعه فراوان شدند،يكي از اين شركت ها به عنوان تگزاس اينسترومنتس در دالاس تگزاس تاسيس شد و بعد ها به نام اختصاري TI معروف شد. اين شركت ساخت قطعه حالت جامدي به نام مدار مجتمع IC  را اعلام كرد. اكنون مي دانيم يك انقلاب صنعتي از نوع الكتريكي اش در حال تكوين بود.

كامپوتر با برنامه ذخيره شده
واحد پردازش مركزي يا CPU را اغلب به مغز انسان تشبيح مي كنند چون در اينجا است كه تصميم ها گرفته، و زمان بندي سيستم تئليد مي شود. واحد رياضي منطقي يا ALU در CPU قرار دارد و تمام عمليات رياضي در آنجا انجام مي شود و نتايج اين محاسبات در ثبات خاصي از ALU به نام انباره قرار مي گيرد.
واحد حافظه براي ذخيره سازي يك رشته فرمان خاص به كار مي رود اين فرمانها به CPU مي گويند كه وظايف خاصي را انجام دهند. اين فرمانها برنامه كامپوتر ناميده مي شوند.(نام كامپوتر با برنامه ذخيره شده از همين ناشي شده).هيچ كار مفيدي نمي تواند بدون وسايل ورودي /خروجي (به زبان كامپيوتر I/O) انجام شود. به وسيله صفحه كليد است كه دستور ها و فرمانها را براي كاري كه بايد انجام شود وارد مي كنيم. نتايج روي چاپگر يا صفحه CRT (لامپ اشعه كاتدي) نمايش داده شود.
 

احضار و اجرا:
1) احضار داده ها از واحد حافظه اي كه آدرس آن فعلا در رجيستر شمارنده برنامه ذخيره شده است و قرار دادن اين داده ها در رجيستر دستور.
2) اضافه كردن يك واحد به آدرس موجود در شمارنده برنامه (Program counter)
3) تعبير و اجراي فرماني كه فعلا در رجيستر دستور است.
4) بازگشت به گام 1 .
اين چهار گام اصول عمليات تمام كامپوتر هاي ديجيتال با برنامه ذخيره شده، از بزرگترين main frame آي بي ام IBM گرفته تا كوچكترين ميكرو كامپيوتر، را تشكيل مي دهند. قاعده فوق احضار و اجرا نام دارد و كليد درك فعاليتهاي يك ميكرو كامپيوتر است.

مدار مجتمع
مسلما يكي از مهم ترين پيشرفتهاي علمي قرن بيستم اختراع مدار مجتمع IC در سال 1959 توسط دكتر رابرت نويسي از شركت نيمه رساناي فرچايله و جك كيلبي از تگزاس اينسترومنتس است. اين اختراع بيشر پيروزي فكر كلان بود تا جهت فناوري. اختراع ترانزيستور در آزمايشگاههاي بل 21 سال پيش راه پيشرفت هاي حالت جامد را باز كرده بود. در واقع مفهوم مداول منطقي حات جامد (يعني مدولي كه تمام اجزاء مداري آن روي يك تراشه نيمه رسانا ساخته شده باشد) از سالهل قبل ساخته شده بود. شكل چگونگي پياده كردن آن بود. نقل قول زير از رابرت نويس اين مشكل را بازگو مي كند:
"با پيشرفت صنعت نفوذ دهي امكان ساخت صدها ترانزيستور بر روي برشي از سيليسيوم فراهم شد. ولي اين ترانزيستورها بريده شده، به آنها سيمهاي نازكي لحيم مي شد و در بسته هايي قرار مي گرفت. مشتريان اين بسته ها را روي بوردهاي مداري لحيم مي كردند". ((MGH
در اختراع كيلبي كه سال 1959 ثبت شد مقاومت، خازن، و ترانزيستور روي يك تراشه ژرمانيومي ساخته مي شد و اجزاء مدار توسط سيم هاي نازك طلا به هم وصل مي شد. در اواخر آن سال نويسي كه مستقل از كيلبي كار مي كرد پيشنهاد داد كه اجزاو توسط ديود هاي باياس معكوس از هم جدا شوند، روي تمامي آنها يك فيلم فلزي قرار گيرد و توسط آن اجزائ به هم وصل شوند (به اين ترتيب ديگر نيازي به لحيم كردن سيمهاي طلايي نبود). نويس اين اختراع را شش ماه بعد از كيلبي به ثبت رساند.
كامپيوتر هاي نسل سوم
در اولين مدار مجتمع تنها تعداد محدودي عنصر قرار داشت،آنقدر كه براي ساخت يك نوسانساز دو ترانزيستوري كافي باشد. ولي به زودي مدار هاي مجتمعي با چند صد عنصر ساخته شد و رد اواسط دهه 1960  IC حافظه داراي 1000 عنصر چيزي متداول بود. در سال 1963 كمپاني IBM يكي از مشهور ترين كامپيوترهاي تاريخ را اعلام كرد، اولين كامپيوتري كه با مدار مجتمع ساخته مي شد، سري 32 بيتي 360 ، خانواده IBM 360 در واقع شش كامپيوتر سازگار با 40 ورودي/خروجي متفاوت و وسايل ذخيره سازي بيتي بود. ظرفيت حافظه اينها بين 16 كيلو كلمه تا بيش از 1 مگا كلمه بود. پروسسور 16 رجيستر 32 بيتي، باس آدرس 23 بيتي و داده 128 بيتي بود. IBM 360 مي توانست در هر ثانيه 375000 محاسبه انجام دهد. در گزارش IBM آمده است كه 5 بيليون دلار خرج ساختن اين كامپيوتر شد و جانشينهاي آن در رده كامپيوترهاي بزرگ تجاري (Mainframe) هميشه پيشگام بوده اند.
 

ميني كامپيوتر
صنعت الكترونيك در دهه 1960 با ورود ترانزيستور و آي سي وارد دوران شكوفايي شد. ايلات متحده با شوروي وارد مسابقه فضايي شده بود و جان اف كندي از ملت خواست كه تا پايان اين دهه انساني را در كره ماه پياده كند. به همين خاطر دانشمندان و مهندسي كامپيوتر ارزاني مي طلبيدند كه خودشان بتوانند با آن كار كنند. مهندس جواني به نام اديسون دوكاسترو كه براي شركت DEC كار مي كرد مسول طراحي چنين كامپيوتر شد حاصل كار در سال 1965 ماشين تاريخ ساز PDP-11 بود (پردازشگر داده قابل برنامه ريزي programmed dada processor) . گروه دوكاسترو با استفاده ار آيسي يك ميني كامپيوتر ارزان 25000 دلاري ساختند. PDP-8 12 بيتي موفقيتي آني يافت و به دنبال آن PDP-11 16بيتي به بازار آمد.
امروزه تفاوت ميني كامپيوتر و Mainframe (و حتي ميكرو كامپيوتر) چندان واضح نيست. كامپيوتر هاي سوپر ميني قابليتهاي در حد Mainframe دارند. امروزه ميني كامپيوتر ها عمدتا در شركتهاي كوچك و به صورت چند كاربر همزمان (معمولا بين 50 تا 100 ) استفاده مي شوند. با گسترش شبكه هاي محلي و عمومي اين جنبه كاربرد ميني كامپيوترها نيز در حال رنگ باختن است.
 

ميكرو كنترولر
ميكرو كامپيوتر مشهور تر است ولي ميكرو كنترولر متداولتر است. شركت ديتا كوئيست كه يك مركز پژوهش در مورد بازار نيمه رساناها در سن حوزه كاليفرنياست گزارش داده كه فروش ميكرو كنترولر 10 برابر ميكرو پروسسور است. ولي از اين آيسي كمتر مي شنويم.
ميكرو كنترولر يك كامپيوتر كامل بر روي تراشه است،يعني يك ميكرو پروسسور با حافظه و ورودي /خروجي I/O بر روي تراشه. معمولا ميكرو كنترولر در يك دستگاه نصب مي شود و برنامه اي دارد كه هرگز تغيير نمي كند. مثلا يك تروسات الكترونيكي كنترل شده با كامپيوتر درجه حرارت آنالوگ را مي گيرد، آن را با مبدل آنالوگ به ديجيتال داخلي تبديل به سيگنال ديجيتال مي كند،زمان و تاريخ را از روي ساعت داخلي اش حساب مي كند، مقدار خوانده شده را با مقدار برنامه ريزي شده مقايسه مي كند و با سيگنالهاي خروجي گرمكن يا كولر را به كار مي اندازد.
ميكرو كنترولرها كاربردهاي متعددي دارند. علائه بر كاربرد هاي خانگي، كاربردهاي صنعتي (مثل ماشين ابزار و كنترلرهاي برنامه پذير) كاربردهاي مخابراتي (مثل مودمها) و كاربردهاي خودكار سازي (اتوماسيون) نيز وجود داردند. خودروهاي جديد چند ميكرو كنترولر براي كنترل موتور، سيستم ضد قفل (ABS)، گرمايش، تهويه، سيستم ناوبري، و كنترل سيم كشي مالتي پلكس (وسايلي كه از طريق يك سيم كنترل مي شوند) دارد.
تحول ميكرو كنترولرها و ميكرو پروسسورها متفاوت بوده است. ميكرو پروسسورها دائما در جهت افزايش عرض باس داده و فركانس كار پيشرفت داشته است، ولي ميكرو كنترولرها از لحاظ توانايي هاي I/O پيشرفت كرده اند. مثلا خانواده MCS-51 ساخت اينتل بر اساس يك ميكرو پروسسور 8 بيتي با 32 كيلو بايت ROM و 32 خط I/O قبل برنامه ريزي، يك كانال مخابراتي سريال، و سه زمان سنج 16 بيتي ساخته مي شود. خانواده MCS-96 يك پروسسور 16 بيتي دارد و در آن يك مبدل آنالوگ به ديجيتال 10 بيتي نيز قرار دارد.