Computerele moderne timpurii sunt de obicei grupate în patru „generații”. Fiecare generație este marcată de îmbunătățiri în tehnologia de bază. Aceste îmbunătățiri ale tehnologiei au fost extraordinare și fiecare progres a dus la calculatoare cu costuri mai mici, viteză mai mare, capacitate de memorie mai mare și dimensiuni mai mici.
Această grupare în generații nu este clară și nici nu este lipsită de dezbateri. Multe dintre invențiile și descoperirile care au contribuit la era modernă a calculatoarelor nu se încadrează perfect în aceste categorii stricte. Cititorul nu trebuie să interpreteze aceste date ca limite istorice stricte.
Prima generație (1945-1959)
Tubul cu vid a fost inventat în 1906 de un inginer electrician pe nume Lee De Forest (1873-1961). În prima jumătate a secolului al XX-lea, a fost tehnologia fundamentală care a fost folosită pentru a construi radiouri, televizoare, radare, aparate cu raze X și o mare varietate de alte dispozitive electronice. Este, de asemenea, tehnologia primară asociată cu prima generație de mașini de calcul.
Primul calculator electronic operațional de uz general, denumit ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer), a fost construit în 1943 și a folosit 18.000 de tuburi cu vid. A fost construit cu finanțare guvernamentală la Școala Moore de Inginerie a Universității din Pennsylvania, iar principalii săi proiectanți au fost J. Presper Eckert, Jr. (1919-1995) și John W. Mauchly (1907-1980). Avea o lungime de aproape 30,5 metri (100 de picioare) și douăzeci de registre de 10 cifre pentru calcule temporare. Folosea cartele perforate pentru intrări și ieșiri și era programat cu ajutorul cablajelor de pe plăci de conectare. ENIAC era capabil să calculeze la o rată de 1.900 de adaosuri pe secundă. A fost folosit în principal pentru calcule legate de război, cum ar fi construcția tabelelor de tragere balistică și calcule pentru a ajuta la construirea bombei atomice.
Colossus a fost o altă mașină care a fost construită în acești ani pentru a ajuta la combaterea celui de-al Doilea Război Mondial. O mașină britanică, a fost folosită pentru a ajuta la decodificarea mesajelor secrete ale inamicului. Folosind 1.500 de tuburi cu vid, mașina, la fel ca și ENIAC, era programată cu ajutorul cablurilor de pe plăcuțele de conectare.
Aceste mașini timpurii erau de obicei controlate de cablurile de pe plăcuțele de conectare sau de o serie de indicații codificate pe bandă de hârtie. Anumite calcule necesitau o cablare, în timp ce alte calcule necesitau o altă cablare. Astfel, deși aceste mașini erau în mod clar programabile, programele lor nu erau stocate intern. Acest lucru avea să se schimbe odată cu dezvoltarea calculatorului cu program memorat.
Echipa care a lucrat la ENIAC a fost probabil prima care a recunoscut importanța conceptului de program memorat. Unele dintre persoanele implicate în primele dezvoltări ale acestui concept au fost J. Presper Eckert Jr. (1919-1955) și John W. Mauchly (1907-1980), precum și John von Neumann (1903-1957). În vara anului 1946, la Școala Moore a avut loc un seminar care a concentrat o mare atenție asupra proiectării unui calculator cu program memorat. Aproximativ treizeci de oameni de știință de pe ambele maluri ale Oceanului Atlantic au participat la aceste discuții și în scurt timp au fost construite mai multe mașini cu program memorat.
Unul dintre participanții la seminarul de la Școala Moore, Maurice Wilkes (1913-), a condus o echipă britanică care a construit EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Calculator) la Cambridge în 1949. Din partea americană, Richard Snyder a condus echipa care a finalizat EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer) la Școala Moore. Von Neumann a contribuit la proiectarea mașinii IAS (Institute for Advanced Study) care a fost construită la Universitatea Princeton în 1952. Aceste mașini, deși foloseau încă tuburi cu vid, au fost toate construite astfel încât programele lor să poată fi stocate intern.
O altă mașină importantă cu programe stocate din această generație a fost UNIVAC (UNIVersal Automatic Computer). A fost prima mașină de succes disponibilă în comerț. UNIVAC a fost proiectat de Eckert și Mauchly. Folosea peste 5.000 de tuburi cu vid și folosea benzi magnetice pentru stocarea în masă. Mașina a fost utilizată pentru sarcini precum contabilitatea, calculul tabelelor actuariale și predicția alegerilor. În cele din urmă au fost instalate 46 de astfel de mașini.
UnIVAC, care a rulat primul său program în 1949, a fost capabil să execute de zece ori mai multe adunări pe secundă decât ENIAC. În dolari moderni, UNIVAC a avut un preț de 4.996.000 de dolari. De asemenea, în această perioadă, a fost livrat și primul computer IBM. S-a numit IBM 701 și au fost vândute nouăsprezece astfel de mașini.
A doua generație (1960-1964)
Cum interesul comercial pentru tehnologia calculatoarelor s-a intensificat la sfârșitul anilor ’50 și în anii ’60, a fost introdusă a doua generație a tehnologiei calculatoarelor, bazată nu pe tuburi cu vid, ci pe tranzistori .
John Bardeen (1908-1991), William B. Shockley (1910-1989) și Walter H. Brattain (1902-1987) au inventat tranzistorul la Bell Telephone Laboratories la mijlocul anilor 1940. Până în 1948 era evident pentru mulți că tranzistorul va înlocui probabil tubul cu vid în dispozitive precum radiourile, televizoarele și computerele.
Una dintre primele mașini de calcul bazate pe tranzistor a fost Transac S-2000 de la Philco Corporation în 1958. IBM a urmat la scurt timp cu IBM 7090 bazat pe tranzistori. Aceste mașini de a doua generație au fost programate în limbaje precum COBOL (Common Business Oriented Language) și FORTRAN (Formula Translator) și au fost utilizate pentru o mare varietate de sarcini comerciale și științifice. Discurile magnetice și benzile magnetice erau adesea folosite pentru stocarea datelor.
Cea de-a treia generație (1964-1970)
Cea de-a treia generație de calculatoare s-a bazat pe tehnologia circuitelor integrate și s-a extins aproximativ din 1964 până în 1970. Jack Kilby (1923-) de la Texas Instruments și Robert Noyce (1927-1990) de la Fairchild Semiconductor au fost primii care au dezvoltat ideea de circuit integrat în 1959. Circuitul integrat este un singur dispozitiv care conține mai mulți tranzistori.
Cert este că cea mai importantă mașină construită în această perioadă a fost IBM System/360. Unii spun că această mașină a introdus de una singură a treia generație. Nu a fost pur și simplu un nou calculator, ci o nouă abordare a proiectării calculatoarelor. A introdus o singură arhitectură de calculator pe o gamă sau o familie de dispozitive. Cu alte cuvinte, un program conceput pentru a rula pe o mașină din familie putea să funcționeze și pe toate celelalte. IBM a cheltuit aproximativ 5 miliarde de dolari pentru a dezvolta System/360.
Un membru al familiei, IBM System/360 Model 50, a fost capabil să execute 500.000 de adaosuri pe secundă la un preț în dolari de astăzi de 4.140.257 de dolari. Acest calculator a fost de aproximativ 263 de ori mai rapid decât ENIAC.
În timpul celei de-a treia generații de calculatoare, procesorul central a fost construit prin utilizarea mai multor circuite integrate. Abia în a patra generație, un întreg procesor va fi plasat pe un singur cip de siliciu – mai mic decât un timbru poștal.
Cele de-a patra generație (1970-?)
Cea de-a patra generație a tehnologiei calculatoarelor se bazează pe microprocesor. Microprocesoarele utilizează tehnici de integrare la scară mare (LSI) și de integrare la scară foarte mare (VLSI) pentru a împacheta mii sau milioane de tranzistori pe un singur cip.
Intel 4004 a fost primul procesor construit pe un singur cip de siliciu. Acesta conținea 2.300 de tranzistori. Construit în 1971, acesta a marcat începutul unei generații de calculatoare a căror descendență se va întinde până în zilele noastre.
În 1981, IBM a ales Intel Corporation ca și constructor al microprocesorului (Intel 8086) pentru noua sa mașină, IBM-PC. Acest nou calculator era capabil să execute 240.000 de adaosuri pe secundă. Deși mult mai lent decât calculatoarele din familia IBM 360, acest calculator a costat doar 4.000 de dolari în dolari de astăzi! Acest raport preț/performanță a provocat un boom pe piața computerelor personale.
În 1996, PC-ul Pentium Pro al Intel Corporation era capabil să execute 400.000.000 de adaosuri pe secundă. Acest lucru a fost de aproximativ 210.000 de ori mai rapid decât ENIAC-cavalul de bătaie al celui de-al Doilea Război Mondial. Mașina a costat doar 4.400 de dolari, în dolari ajustați la inflație.
Tehnologia microprocesoarelor se găsește acum în toate computerele moderne. Cipurile în sine pot fi fabricate ieftin și în cantități mari. Cipurile de procesor sunt folosite ca procesoare centrale, iar cipurile de memorie sunt folosite pentru memoria dinamică cu acces aleatoriu (RAM) . Ambele tipuri de cipuri utilizează milioanele de tranzistori gravate pe suprafața lor de siliciu. Viitorul ar putea aduce cipuri care combină procesorul și memoria pe o singură matriță de siliciu.
La sfârșitul anilor 1980 și în anii 1990 microprocesoarele de tip „cache”, „pipelined” și „superscaler” au devenit obișnuite. Deoarece mulți tranzistori puteau fi concentrați într-un spațiu foarte mic, oamenii de știință au reușit să proiecteze aceste procesoare pe un singur cip cu memorie încorporată (numită cache ) și au putut exploata paralelismul la nivel de instrucțiuni prin utilizarea de pipeline-uri de instrucțiuni împreună cu proiecte care permiteau executarea mai multor instrucțiuni în același timp (numite superscaler). PC-ul Intel Pentium Pro a fost un microprocesor cu memorie cache, superscaler și pipeline.
De asemenea, în această perioadă, a avut loc o creștere a utilizării procesoarelor paralele. Aceste mașini combină mai multe procesoare, legate în diverse moduri, pentru a calcula rezultatele în paralel. Ele au fost folosite pentru calcule științifice, iar acum sunt folosite și pentru servere de baze de date și de fișiere. Ele nu sunt la fel de omniprezente ca și uniprocesoarele deoarece, după mulți ani de cercetare, sunt încă foarte greu de programat și este posibil ca multe probleme să nu se preteze la o soluție paralelă.
Primele dezvoltări în tehnologia calculatoarelor s-au bazat pe progrese revoluționare în tehnologie. Invențiile și noile tehnologii au fost forța motrice. Cele mai recente dezvoltări sunt, probabil, cel mai bine privite ca fiind mai degrabă evolutive decât revoluționare.
S-a sugerat că, dacă industria aeronautică s-ar fi îmbunătățit în același ritm ca și industria calculatoarelor, cineva ar putea călători de la New York la San Franscisco în 5 secunde pentru 50 de cenți. La sfârșitul anilor 1990, microprocesoarele își îmbunătățeau performanțele cu un ritm de 55% pe an. Dacă această tendință continuă, și nu este absolut sigur că o va face, până în anul 2020 un singur microprocesor ar putea deține toată puterea de calcul a tuturor computerelor din Silicon Valley la începutul secolului XXI.
vezi și Apple Computer, Inc.; Bell Labs; Eckert, J. Presper, Jr. și Mauchly, John W.; Circuite integrate; Intel Corporation; Microsoft Corporation; Xerox Corporation.
Michael J. McCarthy
Bibliografie
Hennessy, John, și David Patterson. Computer Organization and Design. San Francisco: Morgan Kaufmann Publishers, 1998.
Rockett, Frank H. „The Transistor”. Scientific American 179, nr. 3 (1948): 52.
Williams, Michael R. A History of Computing Technology. Los Alamitos, CA: IEEE Computer Society Press, 1997.
.