بخش اول مبانی و آشنائی با کامپیوتر
تاریخچه پیدایش دستگاه های محاسباتی
با افزایش روز افزون اطلاعات و دانستنیهای بشر اولیه وی به فکر ابداع راهی برای انتقال آنها به دیگران افتاد که در نتیجه آن سیستم های عدد نویسی بوجود آمدند ، پس از ابداع سیستم های عدد نویسی بشر نیاز به یک سری عملیات ریاضی و محاسباتی پیدا کرد که در پی این موضوع ابتدا اعمال جمع و تفریق و پس از آن اعمال پیچیده تری همچون ضرب ، تقسیم ، به توان رساندن ، محاسبه ریشه و … را ابداع کرد ؛ با توجه به حجم بالای محاسبات تکراری که برای بشر پدیدار گردید وی در صدد ساخت وسیله ای برآمد که با استفاده از آن بتواند عملیات ریاضی خود را سریعتر و با دقت بالاتری به انجام برساند که برای اولین بار در این راه چینی ها حدوداً 3000 سال پیش موفق به اختراع وسیله أی به نام چرتکه شدند که با استفاده از آن اعمال جمع و تفریق با سرعت بالاتری انجام می گرفت . این وسیله تا مدتهای بسیار طولانی مورد استفاده بود ( امروزه نیز در بسیاری جاها هنوز از آن استفاده می شود ؛ که در چین امروزی کلاسهائی برای آموزش نحوه استفاده از این وسیله مکانیکی قدیمی وجود دارد که در آنها آموزشهایی برای انجام محاسبات پیچیده تر همچون توان ، ضرب و تقسیم توسط این وسیله داده می شود . ) تا اینکه در سال 1642 اولین ماشین محاسباتی توسط یک دانشمند فرانسوی به نام پاسکال اختراع گردید که این ماشین فقط توانائی انجام جمع و تفریق را داشت که دو عدد ابتدا روی دوسری چرخ دنده تنظیم می شد و سپس با چرخاندن دسته ای مخصوص به سمت راست یا چپ عمل جمع یا تفریق دو عدد انجام می گرفت که نتیجه روی چرخ دنده اول مشخص می شد . حدوداً پس از 30 سال ماشین مکانیکی دیگری توسط یک دانشمند آلمانی به نام لایب نیتز اختراع گردید که علاوه بر اعمال جمع و تفریق توانائی انجام اعمال ضرب و تقسیم را نیز داشت .
اولین طرح کامپیوتر های امروزی :
برای اولین بار طرح ماشین محاسباتی که دارای حافظه باشد حدود 150 سال قبل توسط یک دانشمند ریاضی به نام چارلز بابیچ مطرح گردید ؛ ماشینی که وی آنرا طرح کرده بود دارای حافظه بود که توانائی دریافت اعدادی با حد اکثر20 رقم را داشت و می توانست اعمال گوناگون ریاضی را بر روی آنها انجام دهد ، ولی به دلیل اینکه در آن زمان علم الکترونیک ( که یکی از دوعلم پایه کامپیوتر می باشد ) به اندازه علم ریاضیات ( علم دیگر پایه علم کامپیوتر) پیشرفت نکرده بود هرگز دستگاه آقای بابیچ در زمان حیات وی ساخته نشد ، ولی به جهت احترام وی در جهان وی را به نام پدر علم کامپیوتر می شناسند .
اولین کامپیوترهای امروزی :
در آمار گیری سال 1880 که در ایلات متحده آمریکا انجام گرفت متخصصان امر به این نتیجه رسیدند که با روشهای دستی مرسوم آن زمان نتایج آمارگیری بعدی که در سال 1890 باید انجام می گرفت در مدتی بسیار طولانی آماده می شد که در نتیجه این امر آمار مزبور عملاً بلا استفاده می نمود ، به همین لحاظ به فکر ابداع راهی افتادند که توسط آن بتوان نتایج آمار گیری را با سرعتی بالاتر بدست آورند ، در همین راستا با گرفتن ایده از ماشینهای بافندگی ژاکارد فرانسه که در آنها برای دادن طرح مورد نظر از کارتهای مخصوصی که در محلهای مناسبی از آنها سوراخهایی ایجاد می شد ، آنها نیز دست به ساخت کارتهایی زدند که امروز آنها را با نام کارتهای منگنه ( Punched Card ) می شناسیم ، هر یک از اطلاعات یک خانواده را روی یکی از سطر های آنها توسط پانچ علامت گذاری کرده و سپس با ورود کارتها به ماشینی که می توانست اطلاعات روی کارتهای منگنه شده را بخواند و محاسبات آماری لازم را بر روی آنها انجام دهد عملیات آمار گیری سال 1890 را انجام دادند که با استفاده از این روش سرعت عملیات محاسباتی حدوداً 8 برابر افزایش پیدا کرد و آمار سال 1890 پس از گذشت حدود شش ماه آماده گردید ، و این نقطه عطفی برای تولید کامپیوترهای الکترومکانیکی نسل اول بود .
اولین کامپیوترهای الکترومکانیکی امروزی :
اولین کامپیوتر الکترومکانیکی امروزی در سال 1944 با نام مارک 1 ( Mark I ) وارد بازار گردید ، که در دانشگاه هاوارد طراحی و ساخته شد و پس از حدود 4 سال نمونه دیگری با نام انیاک ( Eniac ) در دانشگاه پنسیلوانیا طراحی و ساخته شد که در آن تغییراتی را برای بهبود عملکرد کامپیوتر مارک 1 داده بودند ، از مشخصات کلی این کامپیوتر که جزو اولین کامپیوترهای نسل اول به شمار می رود می توان به موارد زیر اشاره کرد :
1 – دارای حجم بالائی معادل 9 * 15 متر مربع بود .
2 – انرژی مصرفی 150 کیلو وات بود ( معادل 1500 لامپ 100 وات معمولی ) که این موضوع استفاده کنندگان را مجبور به ساخت نیروگاهی کوچک در کنار آن می کرد .
3 – وزنی معادل 30 تن داشت .
4 - در ساختمان آن از 18000 لامپ خلاء و تعداد زیادی رله استفاده شده بود .
5 – هزینه نگهداری بالائی داشت ( به دلیل سوختن سریع لامپهای خلاء و از کار افتادن رله ها) .
6 – دارای قیمت بالایی بود ، به طوری که فقط تعداد انگشت شماری از آن تولید شد .
7 – سرعت محاسباتی آن در حدود 1000 عملیات در ثانیه بود ( می توان گفت سرعت محاسباتی حدوداً 1000 برابر قبل گردید(.
8 – دارای حافظه ای در حدود 4000 حرف بود .
نسل های کامپیوتر
چناچه روند تکامل را در مورد هر پدیده ای مورد بررسی قرار دهیم ، ملاحظه می کنیم که در طی یک دوره نسبتاً طولانی دارای روند پیشرفتی ملایم و پس از آن در مدت کوتاهی روند تکاملی آن از شیب زیادی بر خوردار می باشد ، این سیر تکاملی را در موارد گوناگون مثل پیشرفت اتومبیل ، دوچرخه ، علم ریاضیات ، علم الکترونیک و حتی در کامپیوتر نیز می توان دید و این باعث بوجود آمدن نسلهای مختلف در کامپیوتر ها شده است که در مبحث زیر به بررسی تغییر و تحولات هر نسل نسبت به نسل قبل از آن می پردازیم .
- نسل اول کامپیوترها :
این نسل از کامپیوتر ها از سال 1944 ، که اولین کامپیوتر وارد بازار شد ، تا سال 1950 ساخته شدند ؛ در این نسل کامپیوتر ها دارای مشخصاتی همانند مشخصات گفته شده برای کامپیوتر انیاک ( Eniac ) بودند که می توان بطور کلی به موارد زیر برای آنها اشاره کرد :
1 – همگی دارای حجمی بالا بودند .
2 – هزینه طراحی و ساخت آنها بالا بود لذا از آنها فقط در جاهای بسیار محدودی استفاده می شد .
3 – هزینه نگهداری آنها به دلیل استهلاک زیاد قطعات استفاده شده در آنها بالا بود به همین دلیل در کنار هر کامپیوتر مسئولی برای تعویض لامپها احتیاج بود .
4 – دارای وزن زیادی بودند ( حدود چند تن ) .
5 – در آنها از لامپ خلاء و رله استفاده شده بود .
6 – برنامه ریزی آنها از طریق کلیدها و سیم بندیهائی که در آنها وجود داشت انجام می گرفت .
7 – این نسل از کامپیوتر ها تک منظوره بودند .
8 – سرعت عملیات آنها در حدود 1000 عمل در ثانیه بود .
9 – حجم حافظه آنها حدوداً 4000 حرف بود .
حال به بررسی بعضی از اصطلاحاتی که در بالا زیر آنها خط کشیده شده است می پردازیم :
لامپ خلاء : یک عنصر الکترونیکی که می تواند به صورت یک کلید الکترونیکی باز یا بسته باشد ( حالت 0 و 1 داشته باشد . )