موضوع مقاله: تاریخ سخت‌افزار رایانه | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # تاریخ سخت‌افزار رایانه | مقدمه: برای یافتن اولین رایانه‌ها و مطالعه تاریخچه رایانه، به هر دستگاهی درطول تاریخ اشاره دارد که توانایی انجام محاسبات ریاضی را داشته باشد. | ## بخش 1: تاریخ سخت‌افزار رایانه | انسان در طول تاریخ دستگاه های زیادی را برای انجام محاسبات ریاضی اختراع کرده است و همواره در کوشش ساخت دستگاه‌های سریعتر است. شاید اولین ابزار انسان برای محاسبه، انگشتان دستش بوده است که با آن محاسبه انگشتی انجام می داده است. در گذشته دستگاه‌های مختلف مکانیکی ساده‌ای مثل چوب خط، ابزار استخوانی، چرتکه، آنتیکیترا و خط‌کش محاسبه نیز رایانه خوانده می‌شدند. بعدها رایانه‌های دیجیتال الکترونیک پدیدار شدند که قابلیت‌های بسیار فراتری دارند. دستگاه به کمک محاسبات، عمدتاً با استفاده از یک به یک مکاتبه با انگشتان دست برای هزاران سال مورد استفاده قرار گرفته‌است. بعد از نگهداری سوابق کمک در سراسر هلال حاصلخیز شامل محاسبه (حوزه‌های خاک رس، مخروط و غیره) که تعدادی از موارد، احتمالاً دام و دانه، مهرو موم شده در ظروف تو خالی پخته نشده خاک رس نشان داده شده‌است. چیزی که ما آن را چرتکهٔ روم می‌نامیم در بابل زودتر از ۲۴۰۰ سال قبل از میلاد مورد استفاده قرار گرفت. در یک قرون وسطی اروپا خانه شمارش، یکپارچه شطرنجی می‌تواند بر روی یک جدول قرار داده شده‌است و استفاده از نشانگر در اطراف آن با توجه به قوانین خاص نقل مکان کرد، به عنوان کمکی برای محاسبه مبالغ از پول است. تاریخ برای یافتن اولین رایانه‌ها و مطالعه تاریخچه رایانه، به هر دستگاهی درطول تاریخ اشاره دارد که توانایی انجام رایانش (computing) را داشته باشد. برای یافتن اولین رایانه‌ها و مطالعه تاریخچه رایانه، به هر دستگاهی درطول تاریخ اشاره دارد که توانایی انجام محاسبات ریاضی را داشته باشد. در گذشته دستگاه‌های مختلف مکانیکی ساده‌ای مثل چوب خط، ابزار استخوانی، چرتکه، آنتیکیترا و خط‌کش محاسبه نیز رایانه خوانده می‌شدند. البته لازم است ذکر شود کاربرد واژهٔ رایانه آنالوگ در علوم مختلف بیش از این است که به چرتکه و خط‌کش محاسبه محدود شود. به‌طور مثال در علوم الکترونیک، مخابرات و کنترل روشی برای محاسبه مشتق و انتگرال توابع ریاضی و معادلات دیفرانسیل توسط تقویت‌کننده‌های عملیاتی، مقاومت، سلف و خازن متداول است که به مجموعهٔ سیستم مداری «رایانهٔ قیاسی» (آنالوگ) گفته می‌شود. تاریخچه علم رایانه خیلی قبل از نظم و انضباط پیشرفته علم رایانه که در قرن بیستم ظاهر شده‌است، آغاز شده‌است. این ترقّی از اختراعات مکانیکی و تئوری‌های ریاضی به سمت عقاید و ماشین‌های مدرن پیشرفته‌است و یک رشتهٔ آکادمی بزرگ و پایهٔ یک صنعت جهانی خیلی بزرگ را تشکیل داده‌است. ابزاری ساده و بسیار قدیمی برای شمارش بوده‌است که در آن از تناظر یک‌به‌یک استفاده می‌شود. سابقه کاربرد چوب‌خط به گذشته‌های پیش از تاریخ می‌رسد و باستان‌شناسان نمونه‌ها و شواهد بسیاری از آن یافته‌اند. کیپو با ترکیب گره های مختلف بر ریسمان های مختلف با رنگ های گوناگون می شد حجم عظیمی از اطلاعات ریاضی مثلا مربوط به جمع آوری مالیات ها و مالکیت اموال را ثبت کرد. یک چرتکه اندازه ماهر می‌تواند عملیات جمع و تفریق را با سرعتی برابر با دست جمع و تفریق می‌کند انجام دهد. قدیمی‌ترین چرتکه‌ای که باقی‌مانده‌است مربوط به ۳۰۰ سال قبل از میلاد است که به وسیله یک امپراتوری در جنوب غرب آسیا استفاده می‌شده. چرتکه‌های مدرن از حلقه‌هایی درست شده‌اند که روی میله‌ها می‌لغزند در یک چرتکه خیلی پیشرفته ۵ حلقه پایینی در هر میله نشانگر ۵ انگشت دست است و ۲ حلقه بالایی نشانگر ۲ دست است. ماشین آنتیکیترا به عنوان قدیمی‌ترین نمونه دستگاهی که در آن چرخ‌دنده به کار رفته‌است شناخته می‌شود و گاهی از آن با عنوان نخستین رایانه آنالوگ نام برده می‌شود. این عنصر جادویی لگاریتم هر عملوند بود که عموماً از یک فهرست کنده کاری شده گرفته شده بود. اما نپر به آن یک اختیار دیگر اضافه کرد چیزی که ارزش‌های لگاریتم که بر روی عاجها کنده کاری شده بودند امروزه استخوان‌های نپر نامیده می‌شوند. اختراع نپر مخترعان را مستقیماً به سوی اختراع خط کش محاسبه راهنمایی کرد که اولین بار در سال ۱۶۲۳ در انگلستان ساخته شد و تا دهه ۱۹۶۰ به وسیله مهندسین اخترشناسی برای برنامه فرود آپولو و انسان‌ها به روی ماه استفاده شد. ویلهلم شیکارد ویلهلم شیکارد، ستارشناس آلمانی، اولین تلاش‌ها را برای ارتقای چرتکه انجام داد. ویلهلم شیکارد در سال ۱۶۲۳ دستگاهی به‌نام «ساعت محاسباتی» ساخت که می‌توان آن را اولین ماشین‌حساب مکانیکی نامید. پاسکال ۵۰ عدد از این دستگاه‌های چرخ دنده‌ای را ساخت؛ ماشین حسابی تک کاره که فقط می‌توانست جمع کند؛ ولی به خاطر قیمت زیاد آن و اینکه این دستگاه واقعاً دقیق نبود (چون در آن زمان ساخت چرخ دنده‌ها با دقت لازم مقدور نبود) نتوانست خیلی به فروش برسد. سپس تا جایی ترقی کرد که در حال حاضر دانشبرد ماشین‌ها دیجیتال شدند بخش کیلومتر شمار و سرعت سنج ماشین‌های امروزی از دستگاهی بسیار شبیه به پاسکالین استفاده می‌کنند. پاسکال یک بچه نابغه بود؛ او در سن ۱۲ سالگی در حال انجام آزمایش موقعیت‌های ۳ ثانیه‌ای اقلیدس در کف آشپزخانه دیده شده بود. پاسکال ادامه داد و اختراع‌های زیاد دیگری مانند اختراع قطریه احتمال و منگنه آبی و سرنج را انجام داد. گوتفرید لایبنیتس لایبنیتز ریاضی‌دان آلمانی نیز از نخستین کسانی بود که در راه ساختن یک دستگاه خودکار محاسبه کوشش کرد. او در سال ۱۶۷۱ (میلادی) دستگاهی برای محاسبه ساخت که کامل شدن آن تا ۱۹۶۴ به درازا کشید. هم‌زمان در انگلستان ساموئل مورلند در سال ۱۶۷۳ دستگاهی ساخت که جمع و تفریق و ضرب می‌کرد.محاسبات عددی، بهمن مهری، چاپ چهارم، تهران، انتشارات آییژ در سال ۱۷۰۳ گوتفرید لایبنیتس، منطق مجرد را توسعه داد. چون این دستگاه به جای چرخ دنده از طبل‌های شیار دار دارای ۱۰ شیار که به ترتیب در پیرامون این طبل‌ها چیده شده بودند استفاده می‌کرد. همچنین این محاسبه گر پله‌ای از سیستم عدد ده دهی (هر طبل ۱۰ شیار داشت) استفاده کرد. لایبنیتس اولین کسی بود که از استفاده از سیستم باینری اعداد طرف داری کرد؛ که پایه و اساس بهره‌برداری از رایانه‌های مدرن است. لایبنیتس به عنوان یکی از بزرگ‌ترین فیلسوف‌ها شناخته شد ولی او در تنهایی و فقر از دنیا رفت. این دستگاه از روی کارت‌های چوبی منگنه‌ای که در یک ردیف طولانی به وسیله یک طناب به هم کمک می‌کردند می‌خواند. تکنولوژی جکوارد یک عطیه و نعمت راستین برای کارخانه داران بود اما خیلی از کارکنان کارخانه‌ها را بیکار می‌کرد و جمعیت انبوه مردم عصبانی کارخانه‌های جکوارد را ورشکست کرد و حتی یک نفر هم به او حمله کرد. تاریخ پر از مثال‌هایی از آشوب‌های کارگران به دنبال ابداع یک تکنولوژی است؛ ولی بیشتر مطالعات این را نشان می‌دهد که در همه جا تکنولوژی در حقیقت تعداد شغل‌ها را افزایش داده ‌است. او سرمایه و بودجه دولتی را برای این پروژه به خاطر اهمیت جداول عددی در کشتیرانی در اقیانوس که به وسیله آن تجارت آبی و نیز نیروی دریایی نظامیشان را ترقی می‌دادند جذب کرد. دولت انگلیس برنامه‌ریزی کرده بود که بزرگترین امپراتوری جهان شود اما در آن زمان دولت انگلستان در حال چاپ یک سری ۷ جلدی جداول کشتیرانی به همراه یک جلد کتاب تصحیحات بود که نشان می‌داد این سری کتاب بالغ بر ۱۰۰۰ اشتباه عددی داشت. و این پروژه به زودی تبدیل به گرانترین پروژهٔ بودجه‌ای دولت تا آن زمان در تاریخ انگلستان شد. این وسیله به اندازه یک خانه بزرگ بود و به اندازهٔ ۶ اسب بخار قدرت داشت؛ چون که این دستگاه به خاطر تکنولوژی کارت‌های منگنهٔ جکوارد قابل برنامه‌ریزی بود، هدف کلی تری داشت. در دستگاه بافندگی جکوارد بودن یا نبودن هر سوراخ در کارت به یک نخ اجازه می‌داد که بگذرد و یا اینکه متوقف شود. بابیج فهمید که الگوی حفره‌ها می‌تواند برای نشان دادن یک ایده انتزاعی استفاده شود. بابیج فهمید که نیازی ندارد که یک مسئله به خودی خود به‌طور فیزیکی از سوراخ‌ها عبور کند. از این گذشته بابیج دریافت که کارت‌های منگنه می‌توانند به عنوان دستگاه ذخیره به کار روند و اعداد محاسبه شده را برای محاسبات بعدی نگه دارند. بابیج به خاطر ربط این دستگاه به دستگاه جکوارد نام دو قسمت مهم از دستگاهش را میل و استور گذاشت. استور جایی بود که اعداد نگهداری می‌شدند و میل جایی بود که آن‌ها به منظور رسیدن به نتایج تازه ترکیب می‌شوند. به‌علاوه این ماشین تحلیلی، حافظه‌ هم داشت که بابیج آن را Store نام‌گذاری کرده بود. در رایانه‌های مدرن استور(store) واحد حافظه نامیده می‌شود و به میل واحد پردازش مرکزی می‌گویند. موتور تحلیلی دارای کلید تابعی بود که رایانه‌ها را از ماشین‌های حساب متمایز می‌کرد. (جملهٔ شرطی) یک جملهٔ شرطی اجازه می‌داد که برنامه نتایج مختلفی را در یک زمان واحد به دست آورد. این دستگاه در دهه ۱۸۸۰ توسط هرمان هولریث اختراع شد و نخستین بار، بمنظور پردازش داده‌ها در سرشماری سال ۱۸۹۰ ایالات متحده مورد استفاده قرار گرفت. امروزه کارت‌های منگنه اطلاعات مشخصی از قبیل نام شما و آدرس شما و به عنوان مثال مصرف گاز شما را ذخیره می‌کنند و سپس از این طریق قبض شما محاسبه و برایتان فرستاده خواهد شد. البته امروزه هکرهایی هستند که با هک کردن این کارت‌ها مبالغ مصرفی خود را کاهش می‌دهند. ماشین شمارشگر هولریث اولین ماشینی بود که بر روی جلد مجله‌ای تا به ان زمان به چاپ رسیده بود. | ## بخش 2: تاریخ سخت‌افزار رایانه | آی بی ام ماشین حساب‌هایش را برای فروش به شرکت‌های تجاری همراه با حساب داری مالی و حسابداری اموال پیشرفت داد. در جنگ جهانی دوم آمریکا ناوهای جنگی ای داشت که به سختی فشنگ‌ها و گلوله‌هایی به وزن برابر با یک ماشین کوچک را تا ۲۵ مایل می‌کشید. فیزیک دانان باید معادله‌ای می‌نوشتند که بیان کند چگونه شرایط جوی و باد و جاذبه و سرعت اولیه و غیره می‌توانند مسیر گلوله‌ها را تعیین کنند. این‌ها کارهایی بود که توسط رایانه‌های بشری انجام شد و نتایج آن‌ها در دفترچه راهنمای نظامی منتشر می‌شد. زد۱ یک رایانه مکانیکی موتور محور بود که توسط کنراد تسوزه از سال ۱۹۳۶ تا ۱۹۳۷ طراحی شد. این یک ماشین حساب مکانیکی باینری با قابلیت برنامه‌ریزی محدود بود که دستورالعمل‌های فیلم سلولویید مشت شده را می‌خواند. ABC اولویت مورد بحث در میان مورخان تکنولوژی رایانه به دلیل آن بود نه برنامه‌ریزیو نه تورینگ کامل. هیولت پاکارد یا به اختصار اِیچ پی (HP) یک شرکت آمریکایی چند ملیتی فناوری اطلاعات است. ساختمان مرکزی این شرکت در سال 1939 در دره سیلیکون در ایالت کالیفرنیا در آمریکا واقع شد. مارک ۱ در سال ۱۹۴۳ و در بحبوحه جنگ جهانی دوم دولت آمریکا طرحی سری برای ساخت دستگاهی را آغاز کرد که بتواند مکالمات رمزنگاری‌شدهٔ آلمانی‌ها را رمز برداری کند. در سال ۱۹۳۷ توسط هاوارد آیکن از دانشگاه هاروارد طراحی شد و شرکت آی‌بی‌ام در سال ۱۹۴۴ آن را پیاده سازی کرد. آیکن، آی‌بی‌ام را متقاعد کرد که «ای‌اس‌سی‌سی/مارک۱» را که اولین ماشین از نوع خودش بود و اساسش را از موتور تحلیلی ببیج گرفته بود، بسازد؛[۱۴] وقتی ماشین آی‌بی‌ام ساخته شد، گروهی از آن تقدیر کردند. این ماشین در ابتدا «ماشین خودکار مراحل کنترل شده» نام داشت که به مارک ۱ تغییر نام داد. این دستگاه پنج تنی که ۱۵ متر درازا و ۲٫۵ متر بلندی داشت، می‌توانست تا ۷۲ عدد ۲۴ رقمی را در خود نگاه دارد و با آن‌ها کار کند. دستگاه با نوارهای سوراخ‌دار برنامه‌ریزی می‌شد و همهٔ بخش‌های آن مکانیکی یا الکترومکانیکی بود. باگ برای نشان دادن نقصی در سیستم بکار می‌رود از آن زمان این کلمه سال ۱۹۵۳ گریس هاپر اولین زبان پیشرفته به نام فلو ماتیک را اختراع کرد، شناخته شد. چنانکه زبان باینری برای رایانه قابل فهم تر بود که بعدها به نام کوبول اما یک زبان برنامه‌نویسی پیشرفته بدون یک برنامهٔ مترجم ارزشی نداشت. تا زبان سطح بالا را به زبان باینری (یا زبان ماشین) ترجمه کند که هاپر اولین مترجم یا کامپایلر را هم ساخت. رایانه بزرگ آی‌بی‌ام رایانه‌های بزرگی هستند که از سال ۱۹۵۲ تا کنون شرکت آی‌بی‌ام تولید می‌کند که محصولات کنونی رایانه بزرگ شرکت آی‌بی‌ام برپایه طراحی اولیه سیستم/۳۶۰ ساخته می‌شوند. انیاک در سال ۱۹۴۶ میلادی در دانشگاه پنسیلوانیا آماده نصب و راه‌اندازی گردید و در زمان خود پیچیده‌ترین دستگاه الکترونیکی جهان بود. این عکس یکی از عکس‌های تبلیغاتی است که در زمان اعلام عمومی اختراع ترانزیستور، توسط آزمایشگاه‌های بل منتشر شده‌است. اگرچه ماجرای اختراع ترانزیستور توسط این سه تن بسیار بحث‌برانگیز بود و آن‌ها اختلافاتی بر سر اسناد ثبت اختراع داشتند، اما آزمایشگاه بل در عکس‌های تبلیغاتی‌ هر سه این افراد را در اختراع ترانزیستور سهیم می‌دانست. اختراع و تولید صنعتی ترازیستور در دهه ۴۰ و ۵۰ قرن بیستم باعث ایجاد انقلابی در صنعت رایانه شد که سرعت پیشرفت آن را چندین برابر کرد. رایانه‌های ترانزیستوری چندین برابر کوچکتر، سریع‌تر، ارزان‌تر، کم‌مصرف‌تر و قابل اعتمادتر از لامپ‌های خلاء بودند. به همین دلیل با به کارگیری ترانزیستورها، علاوه بر اینکه رایانه ها کوچک شدند، به دلیل کوتاه شدن مسیر سیم‌کشی الکتریکی، سرعت رایانه نیز افزایش یافت. اولین رایانه های ترانزیستوری می توانستند در هر ثانیه یکصد هزار عمل ضرب را انجام دهند. پیشرفت در حوز هی علوم رایانه به گون های بود که در سال ۱۹۵۰ ساخت رایانه جزو صنایع پیشرفته شد. رایانه مرد کوچک یک مدل سفارشی از رایانه است، که توسط دکتر استوارت مادنیک در سال ۱۹۶۵ میلادی ساخته شد. رابرت دنارد اینتل تازه تاسیس شده و رابرت دنارد اولین حافظه تصادفی دردسترس را در سال ۱۹۶۸ اولین رایانهٔ شخصی در جهان را اختراع کرد. رایانه‌ای همه‌کاره است که از نظر اندازه و قابلیت‌ها و قیمت به‌گونه‌ای س بر روی Intel 1103 اختراع نمود. پی‌دی‌پی-۱۱ پی‌دی‌پی-۱۱ (PDP-11) رایانه ای بود که در سال 1970 توسط دیجیتال ایکویپ‌منت کورپوریشن تولید شد. اولین PDP-11 شامل پردازنده های مرکب از چهار مدار مجتمع LSI بود.در این سال ادعا شد که ناسا آپولو به ماه فرستاده و انسان به ماه رفت و برگشت در حالی که هنوز کامپیوتر در حد ماشین حساب بود و حال اینکه در 2020 هنوز در تلاشند ماهواره ای را پس از پرتاب دوباره به زمین بنشانند چ عجیب تر اینکه هنوز کسی اعتراف به این دروغ نکرده و خیلی از بشر بیست بیست اعتقاد به سفر ماه دارند اِیچ‌پی ۹۸۰۰ در اوایل دهه ۱۹۷۱ میلادی شرکت HP رایانه کاملی به نام BASIC طراحی کرد. این رایانه با دارا بودن نمایشگر، کیبور و پرینتر شباهت زیادی به رایانه‌های مدرن فعلی داشت. این رایانه در سال ۱۹۷۳ میلادی توسط زیراکس پارک ساخته شد و اولین رایانه‌ای بود که رابط کاربر گرافیکی (گویی GUI) را به کار برد و از موشی در میانای نگاره‌ای کاربر استفاده کرد. رایانه‌ای همه‌کاره است که از نظر اندازه و قابلیت‌ها و قیمت به‌گونه‌ای ساخته شده که برای استفادهٔ شخصی مناسب بوده و قرار است که کاربر نهایی از آن استفاده کند.تعریف رایانه در دانشنامه بریتانیکا این نوع رایانه‌ها با مدل‌هایِ پردازش دسته‌ای و اشتراک زمانی متفاوت است که برای کار عده‌ای فراوان و تولید رایانه‌های بزرگ و کوچک استفاده می‌شود. از اوایل دهه ۷۰ با سرعت گرفتن پیشرفت صنعت رایانه، محصولات آن از فضای آزمایشگاه‌های دانشگاهی خارج شد و در دسترس مردم قرار گرفت. پل آلن و بیل گیتس، برای نوشتن نرم افزار برای Altair، استفاده از زبان جدید بیسیک را پیشنهاد می کنند. شرکت اپل شرکت اپل در سال ۱۹۷۶ با دوستی استیو وازنیک ۲۱ ساله مهندس رایانه و استیو جابز ۱۶ ساله متولد شد. این رایانه، که دارای پردازشگر ۱ مگاهرتز و ۴ کیلوبایت حافظه بود، ۶۶۶ دلار قیمت داشت و ساخت آن تا سال ۱۹۷۷ ادامه داشت. اپل ۲ این محصول توسط استیو وازنیاک (به انگلیسی: Steve Wozniak) و برای شرکت رایانه‌ای اپل (که اکنون به شرکت اپل شناخته می‌شود) طراحی و در سال ۱۹۷۷ معرفی شد. این محصول به عنوان یکی از دستاوردهای شرکت اپل به عنوان محصولی سخت‌افزاری مورد توجه بود تا اینکه تولید و عرضه آن در نوامبر سال ۱۹۹۳ متوقف شد. اپل ۳ یک رایانهٔ شخصی با کاربرد تجاری ساخت شرکت اپل است که جانشین اپل II محسوب می‌شد، اما چندان موفق نبود. توسعه لیسا از سال ۱۹۸۷ به عنوان یک رایانه شخصی قدرتمند به همراه واسط گرافیکی کاربر با هدف مشتریان تجاری آغاز شد. مکینتاش به صورت مستقیم از نسل لیسا نیست اگرچه شباهت‌های آشکاری بین سیستم‌ها و نسخه نهایی‌شان وجود دارد. مانند تمام شرکت‌های رایانه‌ای آن زمان و بر خلاف تولیدکنندگان سازگار با آی‌بی‌ام، آپولو تولیدکننده بسیاری از نرم‌افزارها و سخت‌افزار‌های خود بود. رین بو ۱۰۰ در سال ۱۹۸۲ رین بو ۱۰۰ (Rainbow 100) توسط شرکت دیجیتال ایکویپ‌منت کورپوریشن ارائه شده که معماری متفاوتی با رایانه‌های مبتنی بر اپل و آی‌بی‌اِم داشت. کمودور ۶۴ در ۱۹۸۲شرکت کمودور اینترنشنال پرفروش‌ترین رایانه شخصی آن زمان را به نام کمودور ۶۴ تولید کرد. این رایانه دارای حافظه RAM شصت و چهار کیلوبایتی بود که در بین رایانه‌های موجود در بازار آن دوره بی نظیر بود. قرن بیست‌ویکم یکپارچه‌سازی کلان‌مقیاس روند پیشرفت رایانه‌ها تا قرن بیست و یکم روند ثابتی را طی کرد تا زیرپردازنده‌های چند هسته‌ای به این صنعت وارد شدند. این ریزپردازنده‌ها با دارا بودن چند هسته می‌توانند در یک زمان چندین پردازش را به صورت موازی انجام دهند. یکپارچه‌سازی کلان‌مقیاس، فرآیند ایجاد یک مدار مجتمع (IC) با ترکیب میلیون ها ترانزیستور MOS بر روی یک تراشه است. این پردازنده‌ها در ساخت رایانه‌های تبلت و گوشی‌های تلفن همراه هوشمند نیز پرکاربرد هستند. قانون مور که نخستین بار گوردون مور، از بنیانگذاران شرکت اینتل، در سال ۱۹۶۵ آن را ارائه کرد، قاعده‌ای سرانگشتی است که بیان می‌کند تعداد ترانزیستورهای روی یک تراشه با مساحت ثابت هر ۲ سال، به طور تقریبی دو برابر می‌شود. نسل ها رایانه‌ها دارای پنج نسل هستند که در هر نسل از فناوری و نوآوری های جدید بکار رفته است. او با همکاری دستیارش و دانشجوی فارغ‌التحصیلش کلیفرد بری، با استفاده از لامپ خلاء شروع به ساختن رایانهٔ مزبور کرد و آن را رایانه آتاناسف‌بری یا ABC نامید که می‌توانست ۲۹ معادلهٔ چند مجهولی را با ۲۹ مجهول حل کند. این اولین ماشینی بود که توانست داده‌ها را به عنوان بار الکتریکی در خازن ذخیره کند. اما این دستگاه قابل برنامه‌ریزی نبود و طراحی آن‌ها تنها مناسب برای یک نوع از مشکلات ریاضی (معادلات چند مجهولی) بود؛ ولی به خاطر درگیری ارتش آمریکا در جنگ جهانی دوم و لزوم پیوستن آتاناسف به ارتش همکاری او با ارتش آمریکا، ساخت این رایانه عملی نشد و ساخت آن ادامه نیافت. متأسفانه مخترعینش هیچ تلاشی برای نگهداری آن نکردند و سرانجام این دستگاه رها شده و به وسیله کسانی که به داخل اتاق آمده بودند غارت شد. در حقیقت انگلستان جهان را به سوی ساخت و طراحی ماشین‌های الکترونیکی هدایت کرد که برای شکستن رمزها اختصاص یافته بود و معمولاً قادر به خواندن امواج رادیویی کد دار آلمانی ها بود. | ## بخش 3: تاریخ سخت‌افزار رایانه | رایانه هاروارد مارک ۱ آتاناسف بری و کلوساس انگلیسی سهم عمده‌ای در این صنعت دارا بودند ولی پیش گامان آمریکایی و انگلستانی هنوز بر سر اینکه چه کسی اول بود بحث می‌کردند. اما زود تر از آن کنراد تسوزه رشته رایانه‌هایی برای اهداف عمومی در آلمان نازی ساخته بود در حقیقت زد ۱ اولین بود چرا که در بین سال‌های ۱۹۳۶ و۱۹۳۸ ساخته شده بود. زد ۱ و زد۲ هم به همان سر نوشت دچار شدند و تنها زد ۴ باقی ماند زیرا زیوس ان را داخل واگنی گذاشت و روانه کوهستان کرد. در سال ۱۹۴۳ فیزیکدانی به نام جان ماکلی با همکاری جی پرسیر اکرت که مهندس برق بود، شروع به ساختن اولین رایانه الکترونیکی همه منظوره نمود. این رایانه که در ساخت آن افزون بر اجزاء الکترومکانیکی، از هجده هزار لامپ خلأ استفاده شده بود به نام انیاک نامگذاری شد و در سال ۱۹۴۶ آماده نصب و راه‌اندازی گردید و در زمان خود پیچیده‌ترین دستگاه الکترونیکی جهان بود. این رایانه قادر به انجام سیصد عمل ضرب در هر ثانیه بود و به مدت ۹ سال مورد استفاده ارتش آمریکا قرار گرفت. این اولین رایانه قابل بر نامه ریزی دیجیتال که در آمریکا ساخته شد، بود؛ ولی آن به‌ طور کامل الکترونیکی نبود. مارک ۱ به مدت به مدت ۱۵ سال بدون توقف کار کرد و به شکل یک اتاق بافندگی شبیه بود. او می‌توانست ۲تا از این اعداد را جمع یا تفریق کند در زمانی برابر سه دهم ثانیه یا آن‌ها را ضرب کند در حدود ۴ ثانیه و تقسیم کند در ۱۰ ثانیه ۴۵ سال بعد رایانه‌ها می‌توانستند عملیات جمع را در یک بیلیونیم ثانیه انجام دهند. اگر چه مارک ۱ سه بخش مساوی از میلیون‌ها اجزاء داشت ولی تنها می‌توانست ۷۲ عدد را ذخیره کنند؛ و ۱۰میلیون عدد دیگر را در هارد دیسک؛ و سرعت نمایش این اطلاعات بسیار بسیار بالا است. برای همین سرعت بالاست که رایانه‌ها ی الکترونیکی قاتل دستگاه‌های مکانیکی به حساب می‌آیند. هاروارد ایکن یکی از مدیران طراحی مارک ۱ در نامهٔ فکاهی خود نوشت تا سال ۱۹۴۷ شش رایانه الکترونیکی برای انجام محاسبات تمام آمریکا کافی است. برای همین ای بی ام شروع به تحقیق کرد که ایا می‌شود این دستگاه را به یک شکل استا ندارد درآورد چرا که تا آن زمان تنها دولت و ارتش آمریکا توان پرداخت چنین هزینه‌ای را داشتند. البته نظریه ایکن زیاد هم بد نبود جرا که او از انقلاب میکرو رایانه‌ها در سال ۱۹۵۹ بی خبر بود. رایانه‌ها به صورت شگفت‌انگیزی گران بودند چرا که در آن نیاز به اسمبلی دستی زیادی بود. در سال ۱۹۴۵ نابغه ریاضی جان فون نویمان طی مقاله‌ای استفاده از سیستم اعداد دودویی (Binary) در ساختمان رایانه و نظریه انباشت برنامه در حافظه رایانه را مطرح کرد و بر این اساس ساخت رایانه رقمی الکترونیکی همه منظوره‌ای را پیشنهاد نمود و آن را ادواک نامید. این دستگاه رایانه‌ای با توانایی ذخیره داخلی برنامه‌ها و سرعت بالای الکترونیکی بود. با نگرش به اینکه در طراحی و ساخت رایانه‌های مدرن از نظریه‌های نویمان بهره گرفته می‌شود، لذا وی را پدر رایانه می‌خوانند. در سال ۱۹۵۰ اولین رایانه دارای برنامه ذخیره شده ساخت آمریکا به نام سیک در سازمان ملی استانداردها در واشنگتن نصب گردید و بیش از ده سال مورد استفاده قرار گرفت. در فاصله سال‌های ۱۹۵۱ تا ۱۹۵۷ نیز شرکت‌های رایانه‌ای آی بی ام و یونیواک رایانه‌های الکترونیکی گوناگونی ساخته و عرضه کردند. در رایانه‌های نسل اول از ویژگی دو حالته بودن لامپ خلأ که وسیله‌ای الکترونیکی است و می‌تواند خاموش یا روشن باشد بهره گرفته شد و در اغلب آن‌ها لامپ خلأ در قسمت محاسبه و منطق بکار رفته بود. رایانه‌های نسل اول دارای حجم زیادی بودند و میزان حافظه، سرعت و دقت در آن‌ها کم بود و به انگیزه استفاده از لامپ خلأ و ایجاد گرمای زیاد، استفاده از آن‌ها به چند ساعت در روز محدود بود. تنها شرکت های نفت، دانشگاه تهران و بانک ملی کار با این فناوری جدید را شروع کرده بودند. ترانزیستور چند برابر کوچکتر از لامپ خلأ بود و تأثیر زیادی بر روی سرعت محاسبات رایانه داشت. ظرفیت حافظه در رایانه‌های نسل دوم در قیاس با رایانه‌های نسل اول دارای ظرفیت حافظه بیشتر و سریعتر، کوچکتر و قابل اطمینان‌تر بودند. در فاصله زمانی سال‌های ۱۹۵۸ تا ۱۹۶۴ توسط شرکت‌های رایانه‌ای ان‌سی‌آر، ای‌بی‌ام و سی‌دی‌سی رایانه‌های مختلف الکترونیک ساخته شدند و عرضه شدند و در سال ۱۹۶۳ اولین مینی رایانه به نام پی‌دی‌وی ۸ توسط شرکت دک معرفی گردید. انقلاب میکروالکترونیک‌ها باعث شد مدارهای مجتمع که به اندازهٔ ناخن انگشت شست شما باشند جای آن سیم کشی‌های دستی را بگیرد. اولین سود مدارهای مجتمع ترانزیستورها نیستند بلکه کوچکی آن‌ها هست چرا که ترانزیستورها فایدهٔ تعدادی آن‌ها است و بیشتر از میلیون‌ها ترانزیستور می‌تواند تولید شود و به فرایندهای ماشینی دستگاه مرتبط شود تمام عناصر بر روی یک مدار مجتمع ساخته شده‌اند هم‌زمان در طریق شماره کوچک (شاید ۱۲) از پوشانه‌های بصری که هندسهٔ هر لایه را تعریف می‌کند. این‌ها سرعت پردازش و ساختن رایانه‌ها را افزایش می‌دهد و از این جهت هزینهٔ آن‌ها هم کاسته شد همان گونه که دستگاه چاپ یوهانس گوتنبرگ ساختن کتاب‌هایش را سرعت داد و بدین وسیله آن‌ها را برای عموم قابل خرید کرد رایانه ای بی ام استرچ سال ۱۹۵۹ درازای ۳۳ فوتی را برای نگاه داشتن ۱۵۰٬۰۰۰ ترانزیستور داخلش را لازم داشت. اما آن‌ها عناصر منحصر به فردی بودند که نیاز به اسمبلی منحصر به فردی داشت در اوایل دهه ۱۹۸۰ این ترانزیستورهای زیاد توانست به‌طور هم‌زمان بر روی یک مدار مجتمع ساخته شود امروزه رایانه‌های پنتیوم ۴ شامل ۴۲٬۰۰۰٬۰۰۰ ترانزیستور بر روی یک مدار مجتمع به اندازهٔ یک ناخن شست است. این رایانه از سری IBM ۳۶۰ بود که برای ساختن آن ۵ میلیارد دلار سرمایه‌گذاری شد که بزرگترین پروژه مالی بخش خصوصی تا آن تاریخ به‌شمار می‌رفت. این رایانه که مدل‌های گوناگونی از نظر ظرفیت و سرعت کار داشت، در هر دو امور تجاری و علمی قابل استفاده بود. به این ترتیب کاربران توانستند به هر یک از اجزاء اطلاعات ذخیره شده در یک مجموعه عظیم اطلاعاتی، در کسری از ثانیه دسترسی پیدا کنند. ویژگی دیگر رایانه‌های نسل سوم امکان استفاده هم‌زمان چندین کاربر از یک رایانه بود. این رایانه‌ها بر خلاف نسل قبلی که فقط در یکی از دو حیط علمی و غیرعلمی توانایی کار داشتند، توانایی کار در هر دو محیط را دارا بودند. عملیات حسابی و منطقی در این رایانه‌ها در مایکرو ثانیه (یک میلیونیم ثانیه) و حتی نانو ثانیه (یک بیلیونیم ثانیه) انجام می‌شد. در ایران، از زمان ارائه رایانه‌های نسل سوم کاربرد رایانه به سرعت توسعه یافت و مؤسسات مختلف تعدادی از آن‌ها را نصب کردند. بارزترین ویژگی رایانه‌های نسل سوم استفاده از مدارهای مجتمع یا آی سی در قسمت‌های مختلف ساختمان رایانه بود. این مدارها که از حدود ۱۰۰ عنصر منطقی تشکیل شده بود و در هر عنصر منطقی حدود ۱۰ عنصر الکترونیکی نظیر ترانزیستور و دیود بکار رفته بود، به روش خاصی در سطحی به اندازه یک سانتیمتر مربع تجمع پیدا می‌کردند و بدین لحاظ اندازه و حجم رایانه‌های نسل سوم در برابر با رایانه‌های نسل دوم کاهش یافتند. در فاصله زمانی سال‌های ۱۹۶۴ تا ۱۹۷۱ شرکت‌های از قبیل آی‌بی‌ام، جنرال الکتریک، باروز، یونیواک، آرسی‌ای، ان‌سی‌آر، سی‌دی‌سی، هانیول و تعداد زیادی از شرکت‌های کوچکتر ارائه گردید. به ویژه شرکت دک با تولید مینی رایانه‌های پی‌دی‌پی ۱۰ و پی‌دی‌پی ۱۱ راه را برای پیشرفت سریع پدیده مینی رایانه‌ها باز کرد و هزاران مینی رایانه به بازار عرضه کرد. رایانه‌های نسل چهارم در ساختمان رایانه‌های نسل چهارم از مدارهای مجتمع الکترونیکی با تراکم متوسط و زیاد که حاوی هزارها تا صدها هزار عنصر الکترونیکی بودند و بر روی یک تراشه مربع یا مستطیل شکل از جنس سیلیکان به سطح یک سانتیمتر مربع قرار گرفته بودند استفاده می‌گردید. توانایی قرار دادن مدارهای مجتمع الکترونیکی زیادی بر روی یک سطح بسیار کوچک سبب پیدایش ریزپردازنده در آغاز این دوره گردید که می‌توانست بر روی یک سطح یک تراشه قرار بگیرد. ریز پردازنده دارای کلیه مدارهای مورد نیاز جهت عملیات حسابی، منطقی و کنترلی بود و با افزودن تعدادی تراشه جهت حافظه و سایر مدارهای مکمل به آن یک پردازشگر کامل به وجود آمد و در نتیجه ریز رایانه پا به عرصه وجود گذاشت. با معرفی اولین ریزپردازنده به نام ۴۰۰۴ در سال ۱۹۷۱ توسط شرکت اینتل و عرضه ریزوردازنده ۸ بیتی ۸۰۸ در اواخر همان سال و ریزپردازنده ۸۰۸۰ در سال ۱۹۷۴ توسط همان شرکت، زمینه کاری جهت ساختن رایانه‌های شخصی (PC) فراهم گردید. با معرفی ریز رایانه سلب ۸-اینچ در سال ۱۹۷۲۱۹۷۲ توسط شرکت سلبی و ریز رایانه التایر ۸۸۰ در سال ۱۹۷۵ توسط شرکت میتس و ساخت ریزپردازنده‌های مختلف توسط شرکت‌های اینتل، زیلاک، موتورولا و ام‌اُ‌اس تکنالوژی، فرایند ساخت و معرفی ریزرایانه‌ها روز به روز گسترش یافت و توسط شرکت‌های مختلف از آن جمله اپل(Apple)، آتاری(Atari)، کامودر(commodore) و آی‌بی‌ام(IBM) ریز رایانه‌های گوناگونی عرضه گردید. در همین دهه ابر رایانه‌های پیشرفته‌ای توسط شرکت‌های مختلف از جمله کری آی‌بی‌ام، سی‌دی‌سی، فوجیتسو، هیتاچی و نک ساخته شدند. رایانه‌های نسل پنجم در رایانه‌های نسل پنجم که از سال ۱۹۹۰ به بعد هستند اندازهٔ تراشه‌ها خیلی کوچکتر شده و از پردازنده‌های با تراکم خیلی زیاد در آن‌ها استفاده می‌شود. کشورهای پیشرفتهٔ زیادی مانند آمریکا و ژاپن پژوهش‌های زیادی برای ساخت رایانه‌های بسیار پیشرفته در گذشته و حال انجام داده‌اند. ابر رایانه‌های در دست ساخت به نام سی ام ۵ که از ۳۲ تا ۱۶٬۰۰۰ پردازنده به صورت موازی بهره خواهند گرفت، سرعت رایانه را تا دو برابر ترافلاپس (تریلیون عملیات اعشاری در ثانیه) خواهند رساند. نسل پنجم رایانه‌ها که ایده آن اولین بار توسط ژاپنی‌ها در سال ۱۹۸۰ مطرح شد، ساختن رایانه‌هایی را پیشنهاد می‌کند که بتوانند بیاموزند، استنباط کنند و تصمیم بگیرند و به‌طور کلی رفتاری داشته باشند که معمولاً در حوزه منطق و استدلال خاص انسان قرار دارد و به عبارت ساده‌تر هوشمند باشند. بعد از موفقیت کامل بشر در ساخت رایانه‌های هوشمند، ایده بعدی انسان طراحی رایانه‌ای خواهد بود که مدارهای داخلی آن کپی‌برداری عینی از مغز آدمی است. با توجه به تحولات در تغییر نسل‌های رایانه‌ها، در نسل آینده باید منتظر تغییرهای زیر باشیم: کاهش حجم مدارها تا حد مینیاتوری شدن و نیز کاهش توان مصرفی لازم افزایش پیچیدگی مدارها افزایش کارایی و بهبود کیفیت عملکرد مدارها افزایش سرعت عملکرد مدارها مشخصات کلی پیشرفت‌های سخت‌افزاری الف) مینیاتوری کردن (کاهش حجم دستگاه‌ها و اجزای آنها) ب) افزایش ظرفیت حافظه به چندین برابر قبل ج) استفاده از دستگاه‌های واسطه(Media)، با قابلیت دسترسی مستقیم د) قدرت ارتباط با نقاط دور و متعدد پیشرفت‌های نرم‌افزاری الف) هماهنگی بیشتر با سخت‌افزار ب) هماهنگی بیشتر با سیستم‌عامل ج) پیشرفت در زبان‌های برنامه‌نویسی و به‌کارگیری زبان‌های سطح بالا عملیات و بهره‌برداری الف) استفاده از روش‌های پردازش مستقیم(on-line) و بازده فوری(real time) ب) اجرای هم‌زمان چند برنامه با یکدیگر تقسیم‌بندی و تفکیک نسل‌های رایانه‌ای تا قبل از نسل چهارم(Forth Generation)، به لحاظ تغییرات عمده در پیشرفت و تکامل رایانه در هر نسل، به سهولت صورت گرفت. دراوایل سال ۱۹۷۰ تکنیک‌های جدیدتری در ساخت و بهره‌گیری از رایانه‌ها به کار برده شدکه بسیاری از دست اندرکاران آن را نسل چهارم نامیدند. مهم‌ترین تغییرات در سخت‌افزار رایانه‌های نسل چهارم، به کارگرفتن مدارهای مجتمع با تراکم زیاد و تراکم خیلی زیاد است. توسعه و پیشرفت سخت‌افزار رایانه‌های فعلی، در مقایسه با نسل‌های قبلی با بررسی چند عامل نظیر سرعت، اندازه، هزینه و ظرفیت حافظه روشن می‌گردد. در رایانه‌های اولیه از لامپ خلأ استفاده می‌شد و به همین جهت حجم و وزن زیادی داشتند (رایانه انیاک ۳۰ تن وزن داشت) به کار بردن ترانزیستور در نسل دوم به‌طور قابل ملاحظه‌ای، اندازه رایانه‌ها را کاهش داد. در یک فوت مربع از رایانه‌های نسل اول ۶۰۰۰ مؤلفه وجود داشت که با بکاربردن ترانزیستور۱۰۰۰۰۰ مدار در همان حجم کار می‌کرد. | ## جمع‌بندی | در رایانه‌های فعلی که در آن‌ها میکروالکترونیک و مدارهای مجتمع با تراکم زیاد به کار می‌رود بیش از ۱۰ میلیون مدار در یک فوت مربع کار می‌کند.