Från början delas moderna datorer vanligtvis in i fyra ”generationer”. Varje generation kännetecknas av förbättringar i den grundläggande tekniken. Dessa förbättringar i tekniken har varit extraordinära och varje framsteg har resulterat i datorer med lägre kostnad, högre hastighet, större minneskapacitet och mindre storlek.
Denna gruppering i generationer är inte entydig och inte heller utan debatt. Många av de uppfinningar och upptäckter som bidrog till den moderna datoreraen passar inte in i dessa strikta kategorier. Läsaren bör inte tolka dessa datum som strikta historiska gränser.
Första generationen (1945-1959)
Vakuumröret uppfanns 1906 av en elektroingenjör vid namn Lee De Forest (1873-1961). Under första halvan av 1900-talet var det den grundläggande tekniken som användes för att konstruera radioapparater, tv-apparater, radar, röntgenapparater och ett stort antal andra elektroniska apparater. Det är också den primära tekniken som förknippas med den första generationen datamaskiner.
Den första operativa elektroniska allmändatorn, kallad ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer), byggdes 1943 och använde 18 000 vakuumrör. Den konstruerades med statliga medel vid University of Pennsylvania’s Moore School of Engineering och dess huvudkonstruktörer var J. Presper Eckert, Jr. (1919-1995) och John W. Mauchly (1907-1980). Den var nästan 30,5 meter (100 fot) lång och hade tjugo 10-siffriga register för tillfälliga beräkningar. Den använde sig av hålkort för in- och utmatning och programmerades med hjälp av pluggkortsledningar. ENIAC kunde beräkna med en hastighet av 1 900 adderingar per sekund. Den användes främst för krigsrelaterade beräkningar, t.ex. för att konstruera ballistiska avfyrningstabeller och beräkningar för att underlätta byggandet av atombomben.
Colossus var en annan maskin som byggdes under dessa år för att hjälpa till att utkämpa andra världskriget. Det var en brittisk maskin som användes för att hjälpa till att avkoda hemliga meddelanden från fienden. Maskinen använde 1 500 vakuumrör och programmerades, liksom ENIAC, med hjälp av ledningar från pluggkort.
De här tidiga maskinerna styrdes vanligtvis med hjälp av ledningar från pluggkort eller med hjälp av en rad anvisningar som kodades på pappersband. Vissa beräkningar krävde en viss kabeldragning medan andra beräkningar krävde en annan kabeldragning. Även om dessa maskiner var klart programmerbara lagrades deras program inte internt. Detta skulle förändras i och med utvecklingen av datorn med lagrade program.
Det team som arbetade med ENIAC var förmodligen det första som insåg betydelsen av konceptet med lagrade program. Några av de personer som deltog i den tidiga utvecklingen av detta koncept var J. Presper Eckert Jr. (1919-1955) och John W. Mauchly (1907-1980) samt John von Neumann (1903-1957). Under sommaren 1946 hölls ett seminarium vid Moore School som riktade stor uppmärksamhet mot utformningen av en dator med lagrade program. Ett trettiotal forskare från båda sidor av Atlanten deltog i dessa diskussioner och flera maskiner med lagrade program byggdes snart.
En av deltagarna i seminariet vid Moore School, Maurice Wilkes (1913-), ledde ett brittiskt team som byggde EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Calculator) i Cambridge 1949. På den amerikanska sidan ledde Richard Snyder det team som färdigställde EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer) vid Moore School. Von Neumann hjälpte till att konstruera IAS-maskinen (Institute for Advanced Study) som byggdes vid Princeton University 1952. Dessa maskiner, som fortfarande använde vakuumrör, byggdes alla så att deras program kunde lagras internt.
En annan viktig maskin med lagrade program av denna generation var UNIVAC (UNIVersal Automatic Computer). Det var den första framgångsrika kommersiellt tillgängliga maskinen. UNIVAC konstruerades av Eckert och Mauchly. Den använde mer än 5 000 vakuumrör och använde magnetband för masslagring. Maskinen användes för uppgifter som bokföring, beräkning av försäkringstabeller och valprognoser. Fyrtiosex av dessa maskiner installerades så småningom.
Univac, som körde sitt första program 1949, kunde utföra tio gånger så många adderingar per sekund som ENIAC. I moderna dollar kostade UNIVAC 4 996 000 dollar. Under denna period levererades också den första IBM-datorn. Den kallades IBM 701 och nitton av dessa maskiner såldes.
Den andra generationen (1960-1964)
När det kommersiella intresset för datorteknik intensifierades i slutet av 1950- och 1960-talet introducerades den andra generationens datorteknik som inte bygger på vakuumrör utan på transistorer .
John Bardeen (1908-1991), William B. Shockley (1910-1989) och Walter H. Brattain (1902-1987) uppfann transistorn vid Bell Telephone Laboratories i mitten av 1940-talet. År 1948 var det uppenbart för många att transistorn troligen skulle ersätta vakuumröret i apparater som radioapparater, TV-apparater och datorer.
En av de första datamaskinerna som byggde på transistorn var Philco Corporations Transac S-2000 år 1958. IBM följde snart efter med den transistorbaserade IBM 7090. Dessa andra generationens maskiner programmerades i språk som COBOL (Common Business Oriented Language) och FORTRAN (Formula Translator) och användes för en mängd olika affärs- och vetenskapliga uppgifter. Magnetskivor och band användes ofta för datalagring.
Tredje generationen (1964-1970)
Den tredje generationens datorteknik baserades på teknik med integrerade kretsar och sträckte sig från ungefär 1964 till 1970. Jack Kilby (1923-) från Texas Instruments och Robert Noyce (1927-1990) från Fairchild Semiconductor var de första som utvecklade idén om den integrerade kretsen 1959. Den integrerade kretsen är en enda enhet som innehåller många transistorer.
Den viktigaste maskinen som byggdes under denna period var förmodligen IBM System/360. Vissa säger att denna maskin på egen hand introducerade den tredje generationen. Det var inte bara en ny dator utan ett nytt tillvägagångssätt för datorkonstruktion. Den introducerade en enda datorarkitektur över en rad eller familj av enheter. Med andra ord kunde ett program som utformades för att köras på en maskin i familjen också köras på alla de andra. IBM spenderade cirka 5 miljarder dollar på att utveckla System/360.
En medlem i familjen, IBM System/360 Model 50, kunde exekvera 500 000 tillägg per sekund till ett pris i dagens dollar på 4 140 257 dollar. Denna dator var ungefär 263 gånger så snabb som ENIAC.
Under den tredje generationens datorer konstruerades den centrala processorn med hjälp av många integrerade kretsar. Det var inte förrän i den fjärde generationen som en hel processor skulle placeras på ett enda kiselchip – mindre än ett frimärke.
Fjärde generationen (1970-?)
Den fjärde generationens datorteknik bygger på mikroprocessorn. I mikroprocessorer används tekniker för storskalig integration (LSI) och mycket storskalig integration (VLSI) för att packa tusentals eller miljoner transistorer på ett enda chip.
Intel 4004 var den första processorn som byggdes på ett enda kiselchip. Den innehöll 2 300 transistorer. Den byggdes 1971 och markerade början på en generation datorer vars släktskap skulle sträcka sig fram till i dag.
I 1981 valde IBM Intel Corporation som byggare av mikroprocessorn (Intel 8086) till sin nya maskin, IBM-PC. Denna nya dator kunde utföra 240 000 adderingar per sekund. Även om denna dator var mycket långsammare än datorerna i IBM 360-familjen kostade den endast 4 000 dollar i dagens penningvärde! Detta förhållande mellan pris och prestanda orsakade en boom på marknaden för persondatorer.
1996 kunde Intel Corporation’s Pentium Pro PC exekvera 400 000 000 000 adderingar per sekund. Detta var ungefär 210 000 gånger snabbare än ENIAC – andra världskrigets arbetshäst. Maskinen kostade endast 4 400 dollar i inflationsjusterade dollar.
Mikroprocessorteknik finns nu i alla moderna datorer. Själva chipen kan tillverkas billigt och i stora mängder. Processorchip används som centrala processorer och minneschip används för dynamiskt RAM-minne (Random Access Memory) . Båda typerna av chip använder sig av de miljontals transistorer som är etsade på deras kiselyta. I framtiden kan det finnas chip som kombinerar processorn och minnet på en enda kiselchip.
Under slutet av 1980-talet och in på 1990-talet blev cached, pipelined och superscaler-mikroprocessorer vanliga. Eftersom många transistorer kunde koncentreras på ett mycket litet utrymme kunde forskarna utforma dessa processorer på ett enda chip med ett inbyggt minne (kallat cache ) och kunde utnyttja parallellitet på instruktionsnivå genom att använda instruktionspipelines tillsammans med konstruktioner som gjorde det möjligt att utföra mer än en instruktion åt gången (kallad superscaler). Intel Pentium Pro PC var en mikroprocessor med cachelagring, superskalering och pipeliner.
Under denna period har det också skett en ökning av användningen av parallella processorer. Dessa maskiner kombinerar många processorer, kopplade på olika sätt, för att beräkna resultat parallellt. De har använts för vetenskapliga beräkningar och används nu även för databas- och filservrar. De är inte lika utbredda som uniprocessorer eftersom de efter många års forskning fortfarande är mycket svåra att programmera och många problem kanske inte lämpar sig för en parallell lösning.
Den tidiga utvecklingen inom datortekniken byggde på revolutionerande framsteg inom tekniken. Uppfinningar och ny teknik var den drivande kraften. Den senaste utvecklingen ses nog bäst som evolutionär snarare än revolutionär.
Det har föreslagits att om flygbolagsindustrin hade förbättrats i samma takt som dataindustrin skulle man kunna resa från New York till San Franscisco på 5 sekunder för 50 cent. I slutet av 1990-talet förbättrades mikroprocessorernas prestanda med 55 procent per år. Om den trenden fortsätter, vilket inte är helt säkert, kan en enda mikroprocessor år 2020 besitta all beräkningskraft som alla datorer i Silicon Valley i början av det tjugoförsta århundradet.
Se även Apple Computer, Inc.; Bell Labs; Eckert, J. Presper, Jr. och Mauchly, John W.; Integrated Circuits; Intel Corporation; Microsoft Corporation; Xerox Corporation.
Michael J. McCarthy
Bibliografi
Hennessy, John och 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.