A korai modern számítógépeket általában négy “generációba” sorolják. Mindegyik generációt az alapvető technológia fejlődése jellemzi. Ezek a technológiai fejlesztések rendkívüliek voltak, és minden egyes előrelépés alacsonyabb költségű, nagyobb sebességű, nagyobb memóriakapacitású és kisebb méretű számítógépeket eredményezett.
Ez a generációk szerinti csoportosítás nem egyértelmű, és nem is vitamentes. A modern számítógépes korszakhoz hozzájáruló találmányok és felfedezések közül sok nem illeszkedik pontosan ezekbe a szigorú kategóriákba. Az olvasónak nem szabad ezeket a dátumokat szigorú történelmi határvonalakként értelmeznie.
Első generáció (1945-1959)
A vákuumcsövet 1906-ban találta fel egy Lee De Forest (1873-1961) nevű villamosmérnök. A huszadik század első felében ez volt az az alapvető technológia, amelyet rádiók, televíziók, radarok, röntgenkészülékek és számos más elektronikus eszköz megépítéséhez használtak. A számítástechnikai gépek első generációjához is ez az elsődleges technológia kapcsolódik.
Az első működőképes elektronikus általános célú számítógép, az ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) néven 1943-ban készült, és 18 000 vákuumcsövet használt. Kormányzati támogatással építették a Pennsylvaniai Egyetem Moore School of Engineering intézményében, fő tervezői pedig J. Presper Eckert, Jr. (1919-1995) és John W. Mauchly (1907-1980). Csaknem 30,5 méter (100 láb) hosszú volt, és húsz 10 számjegyű regiszterrel rendelkezett az ideiglenes számításokhoz. A be- és kimenethez lyukkártyákat használt, és a programozás dugaszolótáblás kábelezéssel történt. Az ENIAC másodpercenként 1900 összeadással tudott számolni. Elsősorban háborús számításokra használták, például ballisztikus lövési táblázatok készítésére és az atombomba építését segítő számításokra.
A Colossus egy másik gép volt, amelyet ezekben az években építettek, hogy segítse a második világháborút. Ez egy brit gép volt, és arra használták, hogy segítsen a titkos ellenséges üzenetek dekódolásában. Az 1500 vákuumcsövet használó gépet, akárcsak az ENIAC-ot, dugaljkábelekkel programozták.
Ezeket a korai gépeket jellemzően dugaljkábelekkel vagy papírszalagra kódolt utasítások sorozatával vezérelték. Bizonyos számításokhoz az egyik huzalozásra, míg más számításokhoz egy másikra volt szükség. Tehát, bár ezek a gépek egyértelműen programozhatók voltak, programjaikat nem tárolták belsőleg. Ez a tárolt programú számítógépek kifejlesztésével megváltozott.
Az ENIAC-on dolgozó csoport volt valószínűleg az első, amely felismerte a tárolt program koncepciójának fontosságát. A koncepció korai fejlesztésében részt vett többek között J. Presper Eckert Jr. (1919-1955) és John W. Mauchly (1907-1980), valamint John von Neumann (1903-1957). 1946 nyarán a Moore Schoolban szemináriumot tartottak, amely nagy figyelmet szentelt a tárolt programú számítógép tervezésének. Az Atlanti-óceán mindkét partjáról mintegy harminc tudós vett részt ezeken a megbeszéléseken, és hamarosan több tárolt programú gépet is építettek.
A Moore School szemináriumának egyik résztvevője, Maurice Wilkes (1913-) vezette azt a brit csapatot, amely 1949-ben Cambridge-ben megépítette az EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Calculator) számítógépet. Amerikai részről Richard Snyder vezette azt a csapatot, amely a Moore Schoolban elkészítette az EDVAC-ot (Electronic Discrete Variable Automatic Computer). Von Neumann segített megtervezni az IAS (Institute for Advanced Study) gépet, amelyet a Princeton Egyetemen építettek 1952-ben. Ezek a gépek, bár még mindig vákuumcsöveket használtak, mind úgy épültek, hogy programjaikat belsőleg lehetett tárolni.
Egy másik fontos tárolt programú gép ebből a generációból az UNIVAC (UNIVersal Automatic Computer) volt. Ez volt az első sikeres kereskedelmi forgalomban kapható gép. Az UNIVAC-ot Eckert és Mauchly tervezte. Több mint 5000 vákuumcsövet használt, és mágnesszalagot alkalmazott az ömlesztett tároláshoz. A gépet olyan feladatokra használták, mint a könyvelés, biztosításmatematikai táblázatszámítás és választási előrejelzés. Végül negyvenhat ilyen gépet telepítettek.
A UNIVAC, amely 1949-ben futtatta le első programját, másodpercenként tízszer annyi összeadást volt képes végrehajtani, mint az ENIAC. Mai dollárban számolva az UNIVAC ára 4 996 000 dollár volt. Szintén ebben az időszakban szállították le az első IBM számítógépet. Ezt IBM 701-nek hívták, és tizenkilenc ilyen gépet adtak el.
Második generáció (1960-1964)
Amint az 1950-es évek végén és az 1960-as években megnőtt a kereskedelmi érdeklődés a számítástechnika iránt, megjelent a számítógépes technológia második generációja, amely nem vákuumcsöveken, hanem tranzisztorokon alapult.
John Bardeen (1908-1991), William B. Shockley (1910-1989) és Walter H. Brattain (1902-1987) az 1940-es évek közepén a Bell Telephone Laboratoriesban feltalálta a tranzisztort. 1948-ra sokak számára nyilvánvalóvá vált, hogy a tranzisztor valószínűleg felváltja majd a vákuumcsövet az olyan eszközökben, mint a rádiók, televíziók és számítógépek.
A tranzisztoron alapuló egyik első számítástechnikai gép a Philco Corporation Transac S-2000 volt 1958-ban. Az IBM hamarosan követte a tranzisztoralapú IBM 7090-esével. Ezeket a második generációs gépeket olyan nyelveken programozták, mint a COBOL (Common Business Oriented Language) és a FORTRAN (Formula Translator), és üzleti és tudományos feladatok széles skálájára használták. Az adatok tárolására gyakran mágneslemezeket és szalagot használtak.
Harmadik generáció (1964-1970)
A számítógépes technológia harmadik generációja az integrált áramköri technológián alapult, és körülbelül 1964-től 1970-ig tartott. Jack Kilby (1923-) a Texas Instruments és Robert Noyce (1927-1990) a Fairchild Semiconductor cégtől elsőként dolgozta ki az integrált áramkör ötletét 1959-ben. Az integrált áramkör egyetlen eszköz, amely sok tranzisztort tartalmaz.
Az ebben az időszakban készült vitathatatlanul legfontosabb gép az IBM System/360 volt. Egyesek szerint ez a gép egymaga vezette be a harmadik generációt. Ez nem egyszerűen egy új számítógép volt, hanem a számítógépek tervezésének új megközelítése. Egységes számítógép-architektúrát vezetett be az eszközök egy sora vagy családja fölé. Más szóval, egy program, amelyet a család egyik gépén való futtatásra terveztek, az összes többi gépen is futtatható volt. Az IBM körülbelül 5 milliárd dollárt költött a System/360 kifejlesztésére.
A család egyik tagja, az IBM System/360 Model 50 másodpercenként 500 000 összeadást volt képes végrehajtani, ára mai dollárban számolva 4 140 257 dollár volt. Ez a számítógép körülbelül 263-szor gyorsabb volt, mint az ENIAC.
A számítógépek harmadik generációjában a központi processzor sok integrált áramkör felhasználásával épült fel. Csak a negyedik generációban került egy teljes processzor egyetlen szilíciumchipre – amely kisebb volt, mint egy postai bélyeg -.
Negyedik generáció (1970-?)
A számítástechnika negyedik generációja a mikroprocesszoron alapul. A mikroprocesszorok nagyméretű integrációs (LSI) és nagyon nagyméretű integrációs (VLSI) technikákat alkalmaznak, hogy tranzisztorok ezreit vagy millióit pakolják egyetlen chipre.
Az Intel 4004 volt az első processzor, amelyet egyetlen szilíciumchipre építettek. Ez 2300 tranzisztort tartalmazott. Az 1971-ben gyártott számítógép egy olyan számítógép-generáció kezdetét jelentette, amelynek sora egészen napjainkig nyúlik.
1981-ben az IBM az Intel Corporationt választotta az új gép, az IBM-PC mikroprocesszorának (az Intel 8086) gyártójaként. Ez az új számítógép másodpercenként 240 000 összeadást volt képes végrehajtani. Bár jóval lassabb volt, mint az IBM 360 családba tartozó számítógépek, ez a számítógép mai dollárban számolva mindössze 4000 dollárba került! Ez az ár/teljesítmény arány fellendülést okozott a személyi számítógépek piacán.
1996-ban az Intel Corporation Pentium Pro PC-je másodpercenként 400 000 000 összeadást volt képes végrehajtani. Ez körülbelül 210 000-szer gyorsabb volt, mint az ENIAC – a második világháború munkagépe. A gép inflációval kiigazított dollárban számolva mindössze 4400 dollárba került.
A mikroprocesszor technológia ma már minden modern számítógépben megtalálható. Maguk a chipek olcsón és nagy mennyiségben gyárthatók. A processzorchipeket központi processzorként, a memóriachipeket pedig dinamikus véletlen hozzáférésű memóriaként (RAM) használják. Mindkét típusú chip a szilíciumfelületükre maratott tranzisztorok millióit használja. A jövő olyan chipeket hozhat, amelyek a processzort és a memóriát egyetlen szilíciumlapkán egyesítik.
Az 1980-as évek végén és az 1990-es években a gyorsítótáras, pipelines és szuperskalár mikroprocesszorok váltak általánossá. Mivel sok tranzisztort lehetett nagyon kis helyen koncentrálni, a tudósok képesek voltak ezeket az egychipes processzorokat fedélzeti memóriával (úgynevezett gyorsítótárral ) tervezni, és képesek voltak kihasználni az utasításszintű párhuzamosságot az utasításvezetékek és az egynél több utasítás egyidejű végrehajtását lehetővé tevő kialakítások (úgynevezett szuperskalár) alkalmazásával. Az Intel Pentium Pro PC egy gyorsítótáras, szuperskalátoros, pipelines mikroprocesszor volt.
Ebben az időszakban a párhuzamos processzorok használatának növekedése is bekövetkezett. Ezek a gépek sok, különböző módon összekapcsolt processzort kombinálnak, hogy párhuzamosan számítsák ki az eredményeket. Ezeket tudományos számításokhoz használták, és most már adatbázis- és fájlkiszolgálóként is alkalmazzák őket. Nem olyan elterjedtek, mint az egyprocesszorosok, mert sokéves kutatás után még mindig nagyon nehéz őket programozni, és sok probléma nem feltétlenül alkalmas párhuzamos megoldásra.
A számítástechnika korai fejlődése a technológia forradalmi fejlődésén alapult. A találmányok és az új technológia volt a hajtóerő. Az újabb fejlesztéseket valószínűleg inkább evolúciósnak, mintsem forradalmiaknak lehet tekinteni.
Felmerült, hogy ha a repülőgépipar ugyanolyan ütemben fejlődött volna, mint a számítógépipar, akkor 50 centért 5 másodperc alatt lehetne New Yorkból San Fransiscóba utazni. Az 1990-es évek végén a mikroprocesszorok teljesítménye évente 55 százalékkal javult. Ha ez a tendencia folytatódik, ami nem teljesen biztos, hogy így lesz, 2020-ra egyetlen mikroprocesszor rendelkezhet a XXI. század hajnalán a Szilícium-völgyben működő összes számítógép számítási teljesítményével.
Lásd még Apple Computer, Inc.; Bell Labs; Eckert, J. Presper, Jr. és Mauchly, John W.; Integrált áramkörök; Intel Corporation; Microsoft Corporation; Xerox Corporation.
Michael J. McCarthy
Bibliográfia
Hennessy, John és David Patterson. Számítógépek szervezése és tervezése. San Francisco: Morgan Kaufmann Publishers, 1998.
Rockett, Frank H. “The Transistor”. Scientific American 179, no. 3 (1948): 52.
Williams, Michael R. A History of Computing Technology. Los Alamitos, CA: IEEE Computer Society Press, 1997.