معرفی

1. نسل اول کامپیوترها 1950-1960

2. نسل دوم کامپیوترها: 1960-1970

3. نسل سوم کامپیوترها: 1970-1980

4. نسل چهارم کامپیوترها: 1980-1990s

5. نسل پنجم کامپیوترها: 1990 تا کنون

نتیجه

معرفی

از سال 1950، هر 7 تا 10 سال، اصول طراحی-فناوری و نرم افزار-الگوریتمی ساخت و استفاده از کامپیوترها بطور اساسی به روز می شود. در این راستا، صحبت در مورد نسل های کامپیوتری مشروع است. به طور متعارف، هر نسل را می توان 10 سال اختصاص داد.

رایانه ها از نظر پایه عنصر (از لامپ ها تا ریزپردازنده ها) و همچنین از نظر ظهور قابلیت های جدید، دامنه و ماهیت استفاده از آنها را گسترش داده اند.

تقسیم رایانه ها به نسل ها یک طبقه بندی بسیار مشروط و آزاد از سیستم های محاسباتی با توجه به درجه توسعه سخت افزار و نرم افزار و همچنین روش های ارتباط با رایانه است.

نسل اول کامپیوترها شامل ماشین‌هایی است که در اواخر دهه 50 ایجاد شدند: از لوله‌های خلاء در مدارها استفاده می‌شد. دستورات کمی وجود داشت، کنترل ها ساده بودند، و ظرفیت RAM و شاخص های عملکرد پایین بود. عملکرد حدود 10-20 هزار عملیات در ثانیه است. از دستگاه های چاپ، نوارهای مغناطیسی، کارت های پانچ و نوارهای کاغذی پانچ برای ورودی و خروجی استفاده شد.

نسل دوم کامپیوترها شامل ماشین هایی است که در سال های 1955-1965 طراحی شده اند. آنها از لوله های خلاء و ترانزیستور استفاده کردند. RAM بر روی هسته های مغناطیسی ساخته شده است. در این زمان طبل های مغناطیسی و اولین دیسک های مغناطیسی ظاهر شدند. به اصطلاح زبان های سطح بالا ظاهر شده اند که ابزار آنها امکان توصیف کل توالی محاسبات را به شکل بصری و به راحتی قابل درک می دهد. مجموعه بزرگی از برنامه های کتابخانه ای برای حل مسائل مختلف ریاضی ظاهر شده است. ماشین‌های نسل دوم با ناسازگاری نرم‌افزاری مشخص می‌شدند، که سازماندهی سیستم‌های اطلاعاتی بزرگ را دشوار می‌کرد، بنابراین در اواسط دهه 60 انتقالی به سمت ایجاد رایانه‌هایی که با نرم‌افزار سازگار بودند و بر پایه فناوری میکروالکترونیک ساخته شده بودند، رخ داد.

نسل سوم کامپیوترها اینها ماشین هایی هستند که بعد از دهه 60 ایجاد شده اند که دارای یک معماری واحد هستند، یعنی. نرم افزار سازگار قابلیت های چند برنامه نویسی ظاهر شده اند، به عنوان مثال. اجرای همزمان چند برنامه کامپیوترهای نسل سوم از مدارهای مجتمع استفاده می کردند.

نسل چهارم کامپیوترها این نسل فعلی کامپیوترهایی است که پس از سال 1970 توسعه یافته است. ماشین های نسل 4 برای استفاده موثر از زبان های سطح بالا مدرن و ساده سازی فرآیند برنامه نویسی برای کاربر نهایی طراحی شده اند.

از نظر سخت افزاری، آنها با استفاده از مدارهای مجتمع بزرگ به عنوان پایه عنصری و وجود دستگاه های ذخیره سازی با دسترسی تصادفی پرسرعت با ظرفیت چندین مگابایت مشخص می شوند.

ماشین‌های نسل چهارم مجموعه‌های چند پردازنده و چند ماشینی هستند که با نیروی خارجی کار می‌کنند. حافظه و فیلد عمومی داخلی دستگاه ها عملکرد به ده ها میلیون عملیات در ثانیه می رسد، حافظه - چندین میلیون کلمه.

انتقال به نسل پنجم کامپیوترها در حال حاضر آغاز شده است. این شامل یک انتقال کیفی از پردازش داده به پردازش دانش و افزایش پارامترهای اساسی یک کامپیوتر است. تاکید اصلی بر "هوش" خواهد بود.

تا به امروز، "هوش" واقعی نشان داده شده توسط پیچیده ترین شبکه های عصبی کمتر از سطح یک کرم خاکی است، با این حال، مهم نیست که امروزه توانایی های شبکه های عصبی چقدر محدود است، بسیاری از اکتشافات انقلابی ممکن است در گوشه و کنار باشد.

1. نسل اول کامپیوترها 1950-1960

مدارهای منطقی با استفاده از اجزای رادیویی گسسته و لوله های خلاء الکترونیکی با یک رشته ایجاد شدند. دستگاه‌های حافظه با دسترسی تصادفی از درام‌های مغناطیسی، جیوه اولتراسونیک صوتی و خطوط تاخیر الکترومغناطیسی و لوله‌های پرتو کاتدی (CRTs) استفاده می‌کردند. درایوهای نوارهای مغناطیسی، کارت های پانچ، نوارهای پانچ و سوئیچ های پلاگین به عنوان دستگاه های ذخیره سازی خارجی مورد استفاده قرار گرفتند.

برنامه نویسی این نسل از کامپیوترها در سیستم اعداد باینری به زبان ماشین انجام شد، یعنی برنامه ها به شدت بر روی یک مدل خاص از ماشین متمرکز شده و همراه با این مدل ها "مرگ" شدند.

در اواسط دهه 1950، زبان‌های ماشین‌گرا مانند زبان‌های رمزگذاری نمادین (SCL) ظاهر شدند که امکان استفاده از علامت‌گذاری کلامی (حرفی) و اعداد اعشاری مخفف آنها را به جای نمادگذاری باینری دستورات و آدرس‌ها ممکن می‌سازد. در سال 1956، اولین زبان برنامه نویسی سطح بالا برای مسائل ریاضی ایجاد شد - زبان فرترن، و در سال 1958 - زبان برنامه نویسی جهانی Algol.

کامپیوترها که از UNIVAC شروع می‌شوند و به BESM-2 ختم می‌شوند و اولین مدل‌های رایانه‌های Minsk و Ural، متعلق به نسل اول رایانه‌ها هستند.

2. نسل دوم کامپیوترها: 1960-1970

مدارهای منطقی بر روی عناصر نیمه هادی و مغناطیسی گسسته (دیودها، ترانزیستورهای دوقطبی، میکروترانسفورماتورهای فریت حلقوی) ساخته شدند. مدارهای مدار چاپی (تخته های ساخته شده از فویل getinax) به عنوان پایه طراحی و تکنولوژیک استفاده شد. اصل بلوک طراحی ماشین به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته است که به شما امکان می دهد تعداد زیادی دستگاه خارجی مختلف را به دستگاه های اصلی متصل کنید که انعطاف پذیری بیشتری را در استفاده از رایانه فراهم می کند. فرکانس ساعت مدارهای الکترونیکی به صدها کیلوهرتز افزایش یافته است.

درایوهای خارجی روی دیسک های مغناطیسی سخت 1 و دیسک های فلاپی شروع به استفاده کردند - سطح متوسطی از حافظه بین درایوهای نوار مغناطیسی و RAM.

در سال 1964، اولین مانیتور کامپیوتر ظاهر شد - IBM 2250. این یک صفحه نمایش تک رنگ با صفحه نمایش 12 x 12 اینچی و وضوح 1024 x 1024 پیکسل بود. نرخ فریم آن 40 هرتز بود.

سیستم‌های کنترلی که بر اساس رایانه‌ها ایجاد شده‌اند، عملکرد بالاتری از رایانه‌ها و مهم‌تر از همه، قابلیت اطمینان را می‌طلبند. کدهای تشخیص و تصحیح خطا و مدارهای کنترل داخلی به طور گسترده در رایانه ها مورد استفاده قرار گرفته اند.

ماشین‌های نسل دوم اولین ماشین‌هایی بودند که حالت‌های پردازش دسته‌ای و پردازش دور اطلاعات را پیاده‌سازی کردند.

اولین رایانه ای که تا حدی از دستگاه های نیمه هادی به جای لوله های خلاء استفاده کرد، دستگاه SEAC (رایانه استاندارد شرقی خودکار) بود که در سال 1951 ساخته شد.

در اوایل دهه 60 ، تولید ماشین های نیمه هادی در اتحاد جماهیر شوروی آغاز شد.

3. نسل سوم کامپیوترها: 1970-1980

در سال 1958، رابرت نویس مدار مجتمع سیلیکونی کوچکی را اختراع کرد که می توانست ده ها ترانزیستور را در یک منطقه کوچک قرار دهد. این مدارها بعدها به مدارهای مجتمع در مقیاس کوچک (SSI) معروف شدند. و قبلاً در اواخر دهه 60 ، مدارهای مجتمع شروع به استفاده در رایانه کردند.

مدارهای منطقی کامپیوترهای نسل سوم به طور کامل بر روی مدارهای مجتمع کوچک ساخته شده بودند. فرکانس ساعت مدارهای الکترونیکی به چندین مگاهرتز افزایش یافته است. ولتاژ تغذیه (واحد ولت) و برق مصرفی دستگاه کاهش یافته است. قابلیت اطمینان و سرعت کامپیوترها به میزان قابل توجهی افزایش یافته است.

حافظه‌های دسترسی تصادفی از هسته‌های فریت کوچک‌تر، صفحات فریت و فیلم‌های مغناطیسی با یک حلقه پسماند مستطیلی استفاده می‌کردند. درایوهای دیسک به طور گسترده ای به عنوان دستگاه های ذخیره سازی خارجی مورد استفاده قرار گرفته اند.

دو سطح دیگر از دستگاه‌های ذخیره‌سازی ظاهر شده‌اند: دستگاه‌های حافظه با دسترسی فوق‌العاده تصادفی روی رجیسترهای ماشه، که سرعت بسیار زیادی دارند اما ظرفیت کمی دارند (ده‌ها عدد)، و حافظه کش با سرعت بالا.

از آنجایی که استفاده گسترده از مدارهای مجتمع در کامپیوترها، پیشرفت تکنولوژی در محاسبات را می توان با استفاده از قانون معروف مور مشاهده کرد. یکی از بنیانگذاران اینتل، گوردون مور، در سال 1965 قانونی را کشف کرد که بر اساس آن تعداد ترانزیستورهای یک تراشه هر 1.5 سال دو برابر می شود.

به دلیل پیچیدگی قابل توجه ساختار سخت افزاری و منطقی رایانه های نسل سوم، اغلب آنها را سیستم نامیدند.

بنابراین اولین کامپیوترهای این نسل، مدل‌هایی از سیستم‌های IBM (تعدادی از مدل‌های IBM 360) و PDP (PDP 1) بودند. در اتحاد جماهیر شوروی، با همکاری کشورهای عضو شورای کمک های اقتصادی متقابل (لهستان، مجارستان، بلغارستان، آلمان شرقی و غیره)، مدل های سیستم یکپارچه (EU) و سیستم کامپیوترهای کوچک (SM) آغاز به کار کردند. تولید شود.

در کامپیوترهای نسل سوم توجه قابل توجهی به کاهش پیچیدگی برنامه نویسی، کارایی اجرای برنامه در ماشین ها و بهبود ارتباط بین اپراتور و ماشین می شود. این امر توسط سیستم عامل های قدرتمند، اتوماسیون برنامه نویسی پیشرفته، سیستم های وقفه برنامه کارآمد، حالت های عملیاتی به اشتراک گذاری زمانی، حالت های عملیاتی بلادرنگ، حالت های عملکرد چند برنامه ای و حالت های ارتباطی تعاملی جدید تضمین می شود. یک دستگاه پایانه ویدئویی موثر برای ارتباط بین اپراتور و دستگاه نیز ظاهر شده است - یک مانیتور ویدیویی یا نمایشگر.

توجه زیادی به افزایش قابلیت اطمینان و قابلیت اطمینان عملکرد رایانه و تسهیل نگهداری آنها می شود. قابلیت اطمینان و قابلیت اطمینان با استفاده گسترده از کدها با تشخیص و تصحیح خودکار خطا (کدهای تصحیح Hamming و کدهای چرخه ای) تضمین می شود.

سازمان دهی ماژولار کامپیوترها و ساخت ماژولار سیستم عامل آنها فرصت های زیادی را برای تغییر پیکربندی سیستم های کامپیوتری ایجاد کرده است. در این راستا مفهوم جدیدی از «معماری» یک سیستم محاسباتی پدید آمده است که سازماندهی منطقی این سیستم را از دیدگاه کاربر و برنامه نویس تعریف می کند.

4. نسل چهارم کامپیوترها: 1980-1990s

یک رویداد انقلابی در توسعه فناوری کامپیوتری نسل سوم ماشین ها، ایجاد مدارهای مجتمع بزرگ و بسیار بزرگ (یکپارچه سازی در مقیاس بزرگ - LSI و یکپارچگی در مقیاس بسیار بزرگ - VLSI)، یک ریزپردازنده (1969) و یک کامپیوتر شخصی بود. از سال 1980، تقریباً تمام رایانه ها بر اساس ریزپردازنده ها ساخته شدند. محبوب ترین رایانه به رایانه شخصی تبدیل شده است.

مدارهای مجتمع منطقی در رایانه ها بر اساس ترانزیستورهای CMOS اثر میدان تک قطبی با اتصالات مستقیم شروع به ایجاد کردند که با دامنه های کوچکتر ولتاژ الکتریکی (واحد ولت) کار می کنند، انرژی کمتری نسبت به دوقطبی مصرف می کنند و در نتیجه امکان اجرای بیشتر را فراهم می کنند. فناوری‌های نانو پیشرفته (در آن سال‌ها - در مقیاس واحدهای میکرون).

اولین کامپیوتر شخصی در آوریل 1976 توسط دو دوست، استیو جوب (متولد 1955)، کارمند آتاری، و استفان وزنیاک (متولد 1950)، که در هیولت پاکارد کار می کرد، ساخته شد. آنها بر اساس یک کنترلر یکپارچه 8 بیتی یک مدار سخت لحیم شده از یک بازی الکترونیکی محبوب، که عصرها در یک گاراژ ماشین کار می کرد، یک رایانه بازی ساده اپل را که در BASIC برنامه ریزی شده بود، ساختند که موفقیت بزرگی بود. در اوایل سال 1977، شرکت اپل به ثبت رسید و تولید اولین کامپیوتر شخصی جهان، اپل آغاز شد.

5. نسل پنجم کامپیوترها: 1990 تا کنون

ویژگی های معماری نسل مدرن کامپیوترها به تفصیل در این دوره مورد بحث قرار گرفته است.

به طور خلاصه، مفهوم اصلی یک کامپیوتر نسل پنجم را می توان به صورت زیر فرموله کرد:

1. کامپیوترهای روی ریزپردازنده های فوق پیچیده با ساختار بردار موازی، که به طور همزمان ده ها دستورالعمل برنامه متوالی را اجرا می کنند.

2. کامپیوترهایی با صدها پردازنده موازی که امکان ساخت سیستم های پردازش داده و دانش، سیستم های کامپیوتری شبکه کارآمد را فراهم می کند.

نسل ششم و بعدی کامپیوترها

کامپیوترهای الکترونیکی و نوری با موازی سازی عظیم، ساختار عصبی، با شبکه توزیع شده از تعداد زیادی (ده ها هزار) ریزپردازنده که معماری سیستم های بیولوژیکی عصبی را مدل می کنند.

نتیجه

تمام مراحل توسعه کامپیوتر به طور معمول به نسل ها تقسیم می شوند.

نسل اول بر اساس لامپ های الکتریکی خلاء ایجاد شد، دستگاه با کنترل از راه دور و کارت های پانچ با استفاده از کدهای دستگاه کنترل می شد. این رایانه ها در چندین کابینت فلزی بزرگ قرار داشتند که کل اتاق ها را اشغال می کردند.

نسل سوم در دهه 60 قرن بیستم ظاهر شد. عناصر کامپیوتری بر اساس ترانزیستورهای نیمه هادی ساخته شدند. این ماشین ها اطلاعات را تحت کنترل برنامه ها به زبان اسمبلی پردازش می کردند. داده ها و برنامه ها از کارت های پانچ و نوارهای پانچ وارد می شدند.

نسل سوم بر روی ریزمدارهای حاوی صدها یا هزاران ترانزیستور در یک صفحه انجام شد. نمونه ای از ماشین های نسل سوم کامپیوتر ES است. عملکرد این ماشین ها از پایانه های الفبایی کنترل می شد. برای کنترل از زبان های سطح بالا و اسمبلی استفاده شد. داده ها و برنامه ها هم از ترمینال و هم از کارت های پانچ و نوارهای پانچ وارد می شد.

نسل چهارم بر اساس مدارهای مجتمع بزرگ مقیاس (LSI) ایجاد شد. برجسته ترین نمایندگان نسل چهارم رایانه ها رایانه های شخصی (PC) هستند. یک میکروکامپیوتر تک کاربره جهانی شخصی نامیده می شود. ارتباط با کاربر از طریق نمایشگر گرافیکی رنگی با استفاده از زبان های سطح بالا انجام می شد.

نسل پنجم مبتنی بر مدارهای مجتمع بسیار بزرگ (VLSI) است که با چگالی عظیم عناصر منطقی روی تراشه متمایز می شوند.

فرض بر این است که در آینده، ورود اطلاعات به کامپیوتر از طریق صدا، ارتباط با ماشین به زبان طبیعی، بینایی کامپیوتر، لمس ماشینی، ایجاد ربات‌های هوشمند و دستگاه‌های رباتیک گسترده خواهد شد.

جدول - ویژگی های اصلی رایانه های نسل های مختلف

در طول 50 سال، چندین نسل از کامپیوترها ظاهر شدند و جایگزین یکدیگر شدند. توسعه سریع VT در سراسر جهان تنها با پایه عناصر پیشرفته و راه حل های معماری تعیین می شود.
از آنجایی که کامپیوتر سیستمی متشکل از سخت افزار و نرم افزار است، طبیعی است که نسلی را به عنوان مدل های کامپیوتری درک کنیم که با راه حل های تکنولوژیکی و نرم افزاری یکسان (پایه عنصر، معماری منطقی، نرم افزار) مشخص می شوند. در همین حال، در تعدادی از موارد، طبقه بندی VT بر اساس نسل بسیار دشوار است، زیرا خط بین آنها از نسلی به نسل دیگر بیشتر و بیشتر مبهم می شود.
نسل اول.
پایه عنصر لوله ها و رله های الکترونیکی است. RAM روی فلیپ فلاپ ها و بعداً روی هسته های فریت اجرا شد. قابلیت اطمینان پایین است، یک سیستم خنک کننده مورد نیاز بود. کامپیوترها ابعاد قابل توجهی داشتند. عملکرد - 5 - 30 هزار عملیات حسابی. برنامه نویسی - در کدهای رایانه (کد ماشین)، کدهای خودکار و اسمبلرهای بعدی ظاهر شدند. برنامه نویسی توسط حلقه باریکی از ریاضیدانان، فیزیکدانان و مهندسان الکترونیک انجام شد. کامپیوترهای نسل اول عمدتاً برای محاسبات علمی و فنی استفاده می شدند.

نسل دوم.
پایه عنصر نیمه هادی. قابلیت اطمینان و عملکرد به طور قابل توجهی افزایش یافته است، ابعاد و مصرف برق کاهش می یابد. توسعه امکانات ورودی/خروجی و حافظه خارجی. تعدادی از راه حل های معماری مترقی و توسعه بیشتر فناوری برنامه نویسی - حالت اشتراک زمان و حالت چند برنامه ریزی (ترکیب کار پردازنده مرکزی برای پردازش داده ها و کانال های ورودی/خروجی و همچنین موازی سازی عملیات برای واکشی دستورات و داده ها از حافظه)
در نسل دوم، تمایز کامپیوترها به کوچک، متوسط ​​و بزرگ به وضوح ظاهر شد. دامنه کاربرد رایانه ها برای حل مشکلات - برنامه ریزی، اقتصادی، مدیریت فرآیند تولید و غیره - به طور قابل توجهی گسترش یافته است.
سیستم های کنترل خودکار (ACS) برای شرکت ها، کل صنایع و فرآیندهای تکنولوژیکی (ACS) در حال ایجاد هستند. پایان دهه 50 با ظهور تعدادی از زبان های برنامه نویسی سطح بالا مشکل گرا (HLP) مشخص می شود: FORTRAN، ALGOL-60 و غیره. توسعه نرم افزار در ایجاد کتابخانه های برنامه های استاندارد در انواع مختلف به دست آمد. زبان های برنامه نویسی و برای اهداف مختلف، مانیتورها و توزیع کننده ها برای کنترل حالت های عملکرد یک کامپیوتر، برنامه ریزی منابع آن، که پایه و اساس مفاهیم سیستم عامل های نسل بعدی را گذاشت.

نسل سوم.
پایه عنصر در مدارهای مجتمع (IC). یک سری مدل های کامپیوتری ظاهر می شوند که از پایین به بالا با نرم افزار سازگار هستند و از مدلی به مدل دیگر قابلیت های فزاینده ای دارند. معماری منطقی رایانه ها و تجهیزات جانبی آنها پیچیده تر شده است که به طور قابل توجهی عملکرد و قابلیت های محاسباتی را گسترش داده است. سیستم عامل ها (OS) بخشی از یک کامپیوتر می شوند. بسیاری از وظایف مدیریت حافظه، دستگاه های ورودی/خروجی و سایر منابع توسط سیستم عامل یا مستقیماً توسط سخت افزار رایانه انجام شد. نرم افزار قدرتمند می شود: سیستم های مدیریت پایگاه داده (DBMS)، سیستم های اتوماسیون طراحی (CAD) برای اهداف مختلف ظاهر می شوند، سیستم های کنترل خودکار و سیستم های کنترل فرآیند در حال بهبود هستند. توجه زیادی به ایجاد بسته های برنامه کاربردی (APP) برای اهداف مختلف می شود.
زبان‌ها و سیستم‌های برنامه‌نویسی در حال توسعه هستند. مثال‌ها: - سری مدل‌های IBM/360، ایالات متحده، تولید سریال - از سال 1964. -کامپیوترهای اتحادیه اروپا، کشورهای اتحاد جماهیر شوروی و CMEA از سال 1972.
نسل چهارم.
پایه عنصر در حال تبدیل شدن به مدارهای مجتمع در مقیاس بزرگ (LSI) و مقیاس بزرگ (VLSI) است. رایانه‌ها قبلاً برای استفاده مؤثر از نرم‌افزار طراحی شده بودند (مثلاً رایانه‌های یونیکس مانند که به بهترین وجه در محیط نرم‌افزار یونیکس غوطه‌ور می‌شوند؛ دستگاه‌های Prolog متمرکز بر وظایف هوش مصنوعی). نیروگاه های هسته ای مدرن پردازش اطلاعات مخابراتی با بهبود کیفیت کانال های ارتباطی با استفاده از ارتباطات ماهواره ای به سرعت در حال توسعه است. اطلاعات ملی و فراملی و شبکه های کامپیوتری در حال ایجاد است که امکان صحبت در مورد آغاز کامپیوتری شدن کل جامعه بشری را فراهم می کند.
روشنفکری بیشتر فناوری رایانه با ایجاد رابط های توسعه یافته تر انسان و رایانه، پایگاه های دانش، سیستم های خبره، سیستم های برنامه نویسی موازی و غیره تعیین می شود.
پایه عنصر امکان دستیابی به موفقیت بزرگ در کوچک سازی، افزایش قابلیت اطمینان و عملکرد رایانه ها را فراهم کرده است. رایانه های میکرو و مینی ظاهر شده اند که با هزینه بسیار کمتر از توانایی های رایانه های متوسط ​​و بزرگ نسل قبلی پیشی گرفته اند. فناوری تولید پردازنده های مبتنی بر VLSI سرعت تولید رایانه را تسریع کرد و امکان معرفی رایانه ها به توده های وسیع جامعه را فراهم کرد. با ظهور یک پردازنده جهانی بر روی یک تراشه (ریزپردازنده Intel-4004، 1971)، عصر رایانه شخصی آغاز شد.
اولین رایانه شخصی را می توان Altair-8800 در نظر گرفت که بر اساس Intel-8080 در سال 1974 ساخته شد. ای.رابرتس. پی آلن و دبلیو گیتس مترجمی از زبان محبوب بیسیک ایجاد کردند که به طور قابل توجهی هوش اولین رایانه شخصی را افزایش داد (آنها بعداً شرکت معروف Microsoft Inc را تأسیس کردند). چهره نسل چهارم تا حد زیادی با ایجاد ابررایانه هایی مشخص می شود که با عملکرد بالا مشخص می شود (متوسط ​​سرعت 50 - 130 مگافلاپ. 1 مگافلاپ = 1 میلیون عملیات در ثانیه با ممیز شناور) و معماری غیر سنتی (اصل موازی سازی بر اساس پردازش خطی دستورات). از ابررایانه‌ها در حل مسائل فیزیک ریاضی، کیهان‌شناسی و نجوم، مدل‌سازی سیستم‌های پیچیده و غیره استفاده می‌شود. از آنجایی که رایانه‌های قدرتمند نقش سوئیچینگ مهمی را در شبکه‌ها بازی می‌کنند و خواهند داشت، مسائل شبکه اغلب همراه با سؤالاتی در مورد ابر رایانه‌ها مورد بحث قرار می‌گیرد. ، ابررایانه ها -رایانه ها را می توان ماشین های سری البروس، سیستم های کامپیوتری PS-2000 و PS-3000 نامید که حاوی حداکثر 64 پردازنده هستند که توسط یک جریان فرمان مشترک کنترل می شوند؛ عملکرد در تعدادی از وظایف به ترتیب 200 مگافلاپ به دست آمد. در عین حال، با توجه به پیچیدگی توسعه و اجرای پروژه‌های ابررایانه‌ای مدرن که نیازمند تحقیقات بنیادی فشرده در زمینه علوم رایانه، فناوری‌های الکترونیکی، استانداردهای بالای تولید و هزینه‌های مالی جدی است، بعید به نظر می‌رسد که ابررایانه‌های داخلی این کار را انجام دهند. در آینده قابل پیش بینی با توجه به ویژگی های اصلی که کمتر از بهترین مدل های خارجی نیست ایجاد شود.
لازم به ذکر است که با گذار به فناوری IP برای تولید رایانه، تأکید تعیین کننده نسل ها به طور فزاینده ای از پایه عنصر به سایر شاخص ها تغییر می کند: معماری منطقی، نرم افزار، رابط کاربری، حوزه های کاربردی و غیره.
نسل پنجم.

نسل سوم کامپیوترها

هوانوردی، فناوری فضایی و سایر زمینه های علم و فناوری به سرعت در حال توسعه نیاز به دستگاه های محاسباتی مینیاتوری، قابل اعتماد و سریع داشت. بنابراین، توسعه بیشتر فناوری محاسبات الکترونیکی مستلزم توسعه فناوری جدید بود و چنین فناوری دیری نداشت. پیشرفت‌های جدید در عملکرد، قابلیت اطمینان و کوچک‌سازی با فناوری مدارهای مجتمع امکان‌پذیر شد که انتقال به نسل سوم رایانه‌های ایجاد شده از سال 1964 تا 1974 را نشان داد.

استفاده از مدارهای مجتمع چندین مزیت را به همراه دارد:

1. قابلیت اطمینان رایانه افزایش یافته است. قابلیت اطمینان مدارهای مجتمع مرتبه ای بالاتر از قابلیت اطمینان مدارهای مشابه با استفاده از اجزای گسسته است. افزایش قابلیت اطمینان در درجه اول به دلیل کاهش اتصالات بین مدار است که یکی از ضعیف ترین حلقه ها در طراحی یک کامپیوتر است. افزایش قابلیت اطمینان، به نوبه خود، منجر به کاهش قابل توجهی در هزینه عملیات کامپیوتر شد.

2. با افزایش تراکم بسته بندی مدارهای الکترونیکی، زمان انتقال سیگنال در امتداد هادی ها کاهش یافته و در نتیجه سرعت کامپیوتر افزایش یافته است.

3. تولید مدارهای مجتمع به خوبی به اتوماسیون کمک می کند، که در تولید انبوه، هزینه های تولید را به شدت کاهش می دهد و به محبوبیت و گسترش دامنه کاربردهای رایانه ای کمک می کند.

4. تراکم بسته بندی بالای مدارهای الکترونیکی، ابعاد، وزن و توان مصرفی رایانه ها را تا چندین مرتبه کاهش داده است که امکان استفاده از آنها را در حوزه های علمی و فناوری که قبلاً غیرقابل دسترس بودند، مانند هوانوردی و فناوری فضایی، ممکن ساخته است.

با وجود مزایای آشکار استفاده از فناوری مدارهای مجتمع، در عمل استفاده گسترده از آنها در کامپیوترها 12 سال بعد و پس از توسعه مفهوم مدار مجتمع که در سال 1952 توسط جفری دامر از وزارت دفاع بریتانیا منتشر شد، آغاز شد. با این حال، دامر تنها ایده ایجاد عناصر الکترونیکی را در قالب یک بلوک با استفاده از لایه‌های نیمه‌رسانا از همان ماده بیان کرد، و او نحوه قرار دادن چندین عنصر را در یک تک سنگ در عمل نشان نداد. در سال 1956، دامر سعی کرد ایده های خود را به واقعیت تبدیل کند، اما دستگاه هایی که او توسعه داد، ناکارآمد بودند.

جک کیلبی از تگزاس اینسترومنتز و رابرت نویس از شرکت کوچک Fairchild Semiconductor توانستند ایده های مطرح شده را در عمل پیاده کنند.

در ماه مه 1958، جک کیلبی در تگزاس اینسترومنتز مشغول به کار شد و در آنجا شروع به توسعه ترانزیستورها، خازن‌ها و مقاومت‌ها کرد (او قبلاً در Centralab کار می‌کرد و در تولید سمعک‌های مبتنی بر ترانزیستور مشارکت داشت). یک روز، تیمی که جک کیلبی برای آن کار می کرد، مأمور شد تا گزینه هایی را برای ایجاد میکرو ماژول های جایگزین بررسی کند. گزینه های مختلفی پیشنهاد شد، و کیلبی، با تعمق در این مشکل، به این نتیجه رسید که برای شرکت سودآورتر است که فقط عناصر نیمه هادی تولید کند، و مقاومت ها و خازن ها را می توان از همان موادی که عناصر فعال ساخته شده اند، ساخت و قرار داد. آنها را در یک بلوک یکپارچه از همان مواد تشکیل می دهند. در حین بررسی این ایده، جک به یک توپولوژی مدار مولتی ویبراتور رسید. بنابراین 24 ژوئیه 1958 ایده اجرای عملی یک مدار مجتمع متولد شد.

جک پس از بیان ایده های خود برای مافوقش، وظیفه ایجاد یک نمونه اولیه برای اثبات صحت محاسباتش را داشت. سپس یک مدار ماشه از عناصر ژرمانیوم گسسته ساخته شد. در 28 آگوست 1958، جک کیلبی این طرح را به ویلیس ادکاک نشان داد.

پس از تایید مافوق خود، کیلبی شروع به ایجاد یک مدار مجتمع یکپارچه واقعی - یک نوسانگر تغییر فاز کرد.

به موازات جک کیلبی، رابرت نویس در حال توسعه یک مدار مجتمع بود. رابرت واقعاً فناوری تولید عناصر گسسته را دوست نداشت. او گفت که فرآیند فشرده برش ویفر سیلیکونی به عناصر منفرد و سپس اتصال آنها به یک مدار واحد تقریباً بی معنی به نظر می رسید. نویس پیشنهاد کرد که ترانزیستورهای منفرد را در یک کریستال از یکدیگر با اتصالات p-n با بایاس معکوس جدا کرده و سطح را با یک اکسید عایق بپوشانند. تماس بین عناصر منفرد از طریق نواحی حک شده در اکسید عایق طبق یک الگوی خاص روی سطح ریز مدار انجام شد. این بخش ها توسط خطوط آلومینیومی نازک به یکدیگر متصل می شدند.

Kilby تراشه خود را ایجاد کرد و کمی زودتر از Noyce برای ثبت اختراع اقدام کرد، با این حال، فناوری Noyce متفکرانه تر و راحت تر بود و اسناد درخواست با دقت بیشتری آماده شدند. در نتیجه، Noyce حق ثبت اختراع را زودتر - در آوریل 1961، و Kilby - فقط در ژوئن 1964 دریافت کرد.

آزمایش‌های متعددی که به دنبال داشت و جنگ برای حق در نظر گرفتن مخترع فناوری با صلح به پایان رسید. در نهایت، دادگاه استیناف ادعای Noyce را مبنی بر برتری تکنولوژیک تایید کرد، اما حکم داد که Kilby با ایجاد اولین ریزمدار فعال شناخته شده است.

تولید سریال مدارهای مجتمع در سال 1961 آغاز شد، در همان زمان اولین کامپیوتر آزمایشی مبتنی بر مدارهای مجتمع توسط Texas Instruments به سفارش نیروی هوایی ایالات متحده ایجاد شد. توسعه 9 ماه طول کشید و در سال 1961 تکمیل شد. کامپیوتر فقط 15 دستور داشت، تک پخشی بود، فرکانس ساعت 100 کیلوهرتز بود، ظرفیت ذخیره سازی فقط 30 عدد بود، 11 رقم باینری برای نمایش اعداد استفاده شد، مصرف برق تنها 16 وات، وزن 585 گرم، اشغال شده بود. حجم 100 سانتی متر مکعب بود.

اولین مدارهای مجتمع با چگالی کم بودند، اما به مرور زمان فناوری تولید آنها به خوبی تنظیم شد و چگالی افزایش یافت. کامپیوترهای نسل سوم از مدارهای مجتمع با چگالی کم و متوسط ​​استفاده می کردند که ترکیب صدها عنصر را در یک تراشه ممکن می ساخت. چنین ریز مدارهایی می توانند به عنوان مدارهای عملیاتی جداگانه - رجیسترها، رمزگشاها، شمارنده ها و غیره استفاده شوند.

ظهور مدارهای مجتمع امکان بهبود بلوک دیاگرام کامپیوترهای نسل دوم را فراهم کرد. بنابراین، دستگاه‌های کنترلی با جفت محکم (CU) و یک واحد حسابی-منطقی (ALU) در یک واحد ترکیب شدند که به عنوان پردازنده شناخته شد. علاوه بر این، پردازنده می‌تواند چندین دستگاه حسابی-منطقی داشته باشد که هر کدام عملکرد خاص خود را انجام می‌دهند، به عنوان مثال، یک ALU روی کار با اعداد صحیح، دیگری بر روی اعداد ممیز شناور و دیگری روی آدرس‌ها متمرکز شده است. همچنین ممکن است چندین دستگاه کنترلی وجود داشته باشد، یکی مرکزی و چند دستگاه جانبی که برای کنترل تک تک بلوک های کامپیوتری استفاده می شود.

اغلب رایانه‌ها از چندین پردازنده تشکیل می‌شدند که استفاده کامل از چشم‌اندازهای جدید را در حل مشکلات موازی ممکن می‌کرد.

در رایانه های نسل سوم، سلسله مراتب حافظه به وضوح مشخص شده است. RAM به بلوک های مستقل با سیستم های کنترل خود تقسیم می شود که به صورت موازی کار می کنند. ساختار رم به صفحات و بخش ها تقسیم می شود. حافظه داخلی پردازنده نیز در حال توسعه است - پیش نیازهایی برای معرفی کش حافظه ایجاد می شود.

دستگاه های ذخیره سازی خارجی (ESD) از طریق یک کنترل کننده کانال انتخابگر ویژه (SCC) متصل می شوند. ظرفیت و سرعت آنها به میزان قابل توجهی افزایش می یابد. بنابراین در ژوئن 1973 هارد دیسک IBM 3340 به عنوان یک دستگاه ذخیره سازی خارجی عرضه شد.

درایو مهر و موم شد - این از سطوح کار دیسک ها از گرد و غبار و خاک محافظت می کرد، که امکان قرار دادن سرها را بسیار نزدیک به سطح مغناطیسی دیسک فراهم می کرد. برای اولین بار، اصل یک سر مغناطیسی آیرودینامیکی اعمال شد که تحت تأثیر نیروی آیرودینامیکی به معنای واقعی کلمه بالای سطح چرخان هارد دیسک معلق می ماند.

همه اینها باعث شد تا تراکم ضبط به میزان قابل توجهی افزایش یابد (تا 1.7 مگابیت بر اینچ مربع) و ظرفیت آن تا 30 مگابایت (در رسانه های غیر قابل جابجایی) افزایش یابد. درایو همچنین دارای یک رسانه قابل جابجایی با ظرفیت 30 مگابایت بود.

همراه با بهبود دستگاه های منطقی و حافظه، نوسازی دستگاه های ورودی/خروجی نیز در جریان بود. سرعت رایانه‌های جدید به سیستم ورودی/خروجی داده سریع‌تر و مطمئن‌تری نسبت به کارت‌خوان‌های پانچ و تله‌تایپ نیاز داشت. آنها با صفحه کلید، پانل های ورودی گرافیکی، نمایشگرهای قلم نور، پانل های پلاسما، سیستم های گرافیک شطرنجی و سایر دستگاه ها جایگزین شدند.

طیف گسترده ای از دستگاه های جانبی، سرعت نسبتا بالای آنها، و نیاز به جداسازی عملیات I/O از فرآیند محاسباتی منجر به ایجاد یک کنترل کننده کانال چندگانه تخصصی (MCC) شد که به پردازنده ها اجازه می داد به صورت موازی با داده های I/I کار کنند. O.

یک بلوک دیاگرام تعمیم یافته یک کامپیوتر نسل سوم، که موارد فوق را نشان می دهد، در نمودار زیر نشان داده شده است.

روی نمودار:

UVV – دستگاه ورودی-خروجی؛
RAM - یک یا چند دستگاه حافظه با دسترسی تصادفی؛
ALU - یک یا چند واحد حسابی-منطقی؛
CU - یک یا چند دستگاه کنترل؛
MK - کنترل کننده کانال چندگانه (کانالی برای اتصال دستگاه های کند)؛
SK - کنترل کننده کانال انتخابگر (کانالی برای اتصال دستگاه های پرسرعت)؛
ESD یک دستگاه ذخیره سازی خارجی است.

استفاده از فناوری های یکپارچه به طور قابل توجهی هزینه رایانه ها را کاهش داد که بلافاصله منجر به افزایش تقاضا شد. بسیاری از سازمان ها کامپیوترها را خریداری کردند و با موفقیت از آنها استفاده کردند. یک عامل مهم میل به استانداردسازی و انتشار کل سری کامپیوترهایی است که از پایین به بالا با نرم افزار سازگار هستند.

نیاز شدیدی به محصولات نرم افزار کاربردی وجود دارد و از آنجایی که بازار نرم افزار هنوز توسعه نیافته است و یافتن نرم افزار آماده، قابل اعتماد و ارزان تقریبا غیرممکن است، محبوبیت برنامه نویسی و تقاضا برای برنامه نویسی افزایش چشمگیری پیدا کرده است. توسعه دهندگان نرم افزار توانمند هر شرکتی تلاش می کند تا کارکنان برنامه نویس خود را سازماندهی کند؛ تیم های تخصصی ایجاد می شوند که نرم افزار توسعه می دهند و تلاش می کنند تا بخشی از جایگاهی را که هنوز استفاده نشده است را در عرصه فناوری رایانه ای که به سرعت در حال رشد است، اشغال کنند.

بازار نرم افزار به سرعت در حال توسعه است، بسته های نرم افزاری برای حل مشکلات استاندارد، زبان های برنامه نویسی مشکل محور و کل سیستم های نرم افزاری برای مدیریت عملکرد رایانه ها ایجاد می شود که بعداً سیستم عامل نامیده می شود.

اولین سیستم عامل ها در زمان رایانه های نسل دوم ظاهر شدند. بنابراین در سال 1957، آزمایشگاه بل سیستم عامل BESYS (سیستم عامل بل) را توسعه داد. و در سال 1962، جنرال الکتریک سیستم عامل GCOS (سیستم عامل جامع عمومی) را توسعه داد که برای کار بر روی Mainframes طراحی شده بود. اما همه اینها فقط پیش نیازهایی برای ایجاد سیستم عامل های واقعاً محبوب و پر تقاضا بودند. در پایان دهه 1960، تعدادی سیستم عامل قبلاً ایجاد شده بود که بسیاری از عملکردهای لازم برای مدیریت رایانه را اجرا می کرد. در مجموع بیش از صد سیستم عامل مختلف مورد استفاده قرار گرفت.

از جمله پیشرفته ترین سیستم عامل ها عبارتند از:

OS/360، توسعه یافته توسط IBM در سال 1964 برای مدیریت کامپیوترهای مرکزی.

MULTICS- یکی از اولین سیستم عامل ها با برنامه های اشتراک زمانی.

یونیکس، در سال 1969 توسعه یافت و متعاقباً به یک خانواده کامل از سیستم عامل ها تبدیل شد که بسیاری از آنها امروزه از محبوب ترین ها هستند.

استفاده از سیستم عامل کار با کامپیوتر را ساده کرد و به محبوبیت فناوری محاسبات الکترونیکی کمک کرد.

با توجه به افزایش قابل توجه علاقه به محاسبات الکترونیکی در ایالات متحده آمریکا، اروپا، ژاپن و سایر کشورها، در اتحاد جماهیر شوروی پیشرفت در این زمینه علم کاهش یافته است. بنابراین در سال 1969 ، اتحاد جماهیر شوروی توافق نامه ای را برای همکاری در توسعه یک سیستم کامپیوتری یکپارچه منعقد کرد که مدل آن یکی از بهترین رایانه های آن زمان - IBM360 بود. تمرکز اتحاد جماهیر شوروی بر دستاوردهای خارجی متعاقباً به عقب ماندگی قابل توجهی در زمینه فناوری رایانه منجر شد.

در میان رایانه های نسل سوم، مهمترین پیشرفت ها عبارت بودند از:

IBM System - 360- یک خانواده کامل از کامپیوترها که تولید آنها در سال 1964 آغاز شد. همه مدل های خانواده دارای یک سیستم فرمان واحد بودند و از نظر میزان رم و عملکرد با یکدیگر تفاوت داشتند و جهانی بودند و می توانستند هم مسائل پیچیده منطقی را حل کنند و هم در محاسبات اقتصادی مفید باشند. تطبیق پذیری رایانه در نام آن منعکس شده است. 360 یعنی 360 درجه، یعنی. توانایی او برای کار در هر جهت هزینه توسعه System-360 حدود 5 میلیارد دلار بود که دو برابر هزینه ای بود که ایالات متحده در طول جنگ جهانی دوم برای پروژه منهتن هزینه کرد که هدف آن ساخت بمب اتمی بود. پروژه ساخت IBM 360 بعد از برنامه آپولو از نظر هزینه دوم بود. معماری IBM 360 بسیار موفق بود و تا حد زیادی مسیر توسعه فناوری محاسبات را تعیین کرد.

PDP8- یک مینی کامپیوتر که در 22 مارس 1965 توسط Digital Equipment Corporation (DEC) ساخته شد. اصطلاح "مینی" نسبی است. این رایانه تقریباً به اندازه یک یخچال بود، اما در مقایسه با سایر نمایندگان رایانه های الکترونیکی، اندازه آن واقعاً مینیاتوری بود. این پروژه از نظر تجاری بسیار سودآور بود. در مجموع حدود 50000 نسخه از این خودرو به فروش رسید. سیستم PDP-8 راه حل های مشابه زیادی داشت - کلون در سراسر جهان. بنابراین در اتحاد جماهیر شوروی چندین آنالوگ از این رایانه ساخته شد: Elektronika-100، Saratov-2، و غیره.

نیری 3- یکی از اولین رایانه های نسل سوم که به طور مستقل در اتحاد جماهیر شوروی توسعه یافته است. این توسعه در سال 1970 در موسسه تحقیقاتی ماشین های ریاضی ایروان منتشر شد. برای تسهیل برنامه نویسی از زبان ماشین ساده شده استفاده می کرد. همچنین امکان وارد کردن برخی مسائل در زبان ریاضی وجود داشت.

ES COMPUTER- یک سیستم یکپارچه از رایانه های الکترونیکی، بر اساس معماری موفق و به خوبی اثبات شده IBM System-360. اولین خودروهای این سری در سال 1971 در اتحاد جماهیر شوروی ساخته شدند. عملکرد نمونه های اول از 2750 عملیات در ثانیه (EC-1010) تا 350000 عملیات در ثانیه (EC-1040) متغیر بود. متعاقباً بهره‌وری به چندین ده میلیون عملیات در ثانیه افزایش یافت، اما عملاً همه این پیشرفت‌ها در دهه 1990 پس از فروپاشی اتحاد جماهیر شوروی متوقف شد.

ایلیاک 4– یکی از پربازده ترین کامپیوترهای نسل سوم. ILLIAC 4 در سال 1972 در دانشگاه ایلینویز ایجاد شد و دارای معماری خط لوله متشکل از 64 پردازنده بود. این کامپیوتر برای حل یک سیستم معادلات دیفرانسیل جزئی در نظر گرفته شده بود و سرعتی در حدود 200 میلیون عملیات در ثانیه داشت.

این لیست را می توان ادامه داد، اما واضح است که رایانه ها قبلاً محکم و برای مدت طولانی وارد زندگی ما شده اند و پیشرفت و بهبود بیشتر آنها قابل توقف نیست. با توسعه فناوری تولید مدار مجتمع، چگالی عناصر به تدریج افزایش یافته است. مدارهای مجتمع فوق بزرگ شروع به ظهور کردند و کامپیوترهای نسل سوم که بر روی مدارهای مجتمع با چگالی کم و متوسط ​​ساخته شده بودند، به تدریج با کامپیوترهای نسل چهارم روی مدارهای مجتمع بزرگ و فوق بزرگ جایگزین شدند.

کتابشناسی - فهرست کتب

1. تاریخچه توسعه فناوری کامپیوتر. Lanina E.P. ISTU، ایرکوتسک - 2001

2. توسعه فن آوری کامپیوتر. آپوکین I.A. م.، "علم"، 1974

3. نگاه فنی.

4. روش شناس.

6. از چرتکه تا کامپیوتر. آر. اس. گوتر. انتشارات "دانش"، مسکو 1981.

پس از ایجاد مدل EDSAC در انگلستان در سال 1949، انگیزه قدرتمندی به توسعه رایانه‌های همه منظوره داده شد که باعث ظهور مدل‌های رایانه‌ای شد که نسل اول را در تعدادی از کشورها تشکیل می‌دادند. در طول بیش از 40 سال توسعه فناوری رایانه (CT)، چندین نسل از رایانه ها ظاهر شدند و جایگزین یکدیگر شدند.

کامپیوترهای نسل اول از لوله های خلاء و رله به عنوان پایه اصلی خود استفاده می کردند. RAM روی فلیپ فلاپ ها و بعداً روی هسته های فریت انجام شد. عملکرد معمولاً در محدوده 5-30 هزار عملیات حسابی بود. آنها با قابلیت اطمینان کم، سیستم های خنک کننده مورد نیاز و ابعاد قابل توجهی مشخص می شدند. فرآیند برنامه نویسی به مهارت قابل توجه، دانش خوب معماری کامپیوتر و قابلیت های نرم افزاری آن نیاز داشت. در ابتدای این مرحله از برنامه نویسی در کدهای کامپیوتری (ماشین کد) استفاده شد سپس کدهای خودکار و اسمبلرها ظاهر شدند. به عنوان یک قاعده، کامپیوترهای نسل اول برای محاسبات علمی و فنی مورد استفاده قرار می گرفتند و فرآیند برنامه نویسی خود بیشتر شبیه یک هنر بود که توسط حلقه بسیار باریکی از ریاضیدانان، مهندسان برق و فیزیکدانان انجام می شد.

کامپیوتر EDSAC، 1949

کامپیوتر نسل دوم

ایجاد اولین ترانزیستور در ایالات متحده در 1 ژوئیه 1948 مرحله جدیدی را در توسعه VT پیش بینی نکرد و در درجه اول با مهندسی رادیو همراه بود. در ابتدا، بیشتر شبیه نمونه اولیه یک دستگاه الکترونیکی جدید بود که نیاز به تحقیق و اصلاح جدی داشت. و قبلاً در سال 1951 ، ویلیام شاکلی اولین ترانزیستور قابل اعتماد را نشان داد. با این حال، هزینه آنها بسیار بالا بود (تا هر عدد 8 دلار)، و تنها پس از توسعه فناوری سیلیکون، قیمت آنها به شدت کاهش یافت و به تسریع روند کوچک سازی در الکترونیک کمک کرد، که بر VT نیز تأثیر گذاشت.

به طور کلی پذیرفته شده است که نسل دوم با رایانه RCA-501 شروع می شود که در سال 1959 در ایالات متحده ظاهر شد و بر اساس یک عنصر نیمه هادی ایجاد شد. در همین حال، در سال 1955، یک کامپیوتر ترانزیستوری داخلی برای موشک بالستیک قاره پیما ATLAS ساخته شد. فناوری عناصر جدید امکان افزایش چشمگیر قابلیت اطمینان VT، کاهش ابعاد و مصرف برق آن و افزایش قابل توجه بهره وری را فراهم کرده است. این امر امکان ایجاد رایانه‌هایی با قابلیت‌های منطقی و بهره‌وری بیشتر را فراهم کرد که به گسترش دامنه کاربردهای رایانه‌ای برای حل مشکلات برنامه‌ریزی اقتصادی، مدیریت فرآیند تولید و غیره کمک کرد. در چارچوب نسل دوم، تمایز رایانه‌ها به کوچک، متوسط ​​و بزرگ هر روز واضح تر می شود. پایان دهه 50 با شروع مرحله اتوماسیون برنامه نویسی مشخص می شود که منجر به ظهور زبان های برنامه نویسی Fortran (1957)، Algol-60 و غیره شد.

کامپیوتر نسل سوم

نسل سوم با ظهور رایانه هایی با پایه عنصری در مدارهای مجتمع (IC) همراه است. در ژانویه 1959، جک کیلبی اولین آی سی را ساخت که یک صفحه ژرمانیومی نازک به طول 1 سانتی متر بود. برای نشان دادن قابلیت های فناوری یکپارچه، Texas Instruments برای نیروی هوایی ایالات متحده یک کامپیوتر روی برد حاوی 587 آی سی و یک حجم (40) ایجاد کرد. cm3) 150 برابر کوچکتر از یک کامپیوتر مشابه قدیمی. اما آی سی کیلبی کاستی های قابل توجهی داشت که با ظهور آی سی های مسطح رابرت نویس در همان سال برطرف شد. از آن لحظه به بعد، فناوری آی سی راهپیمایی پیروزمندانه خود را آغاز کرد و بخش های بیشتری از الکترونیک مدرن و اول از همه فناوری رایانه را به تصرف خود درآورد.

نرم افزاری که عملکرد رایانه را در حالت های مختلف عملیاتی تضمین می کند به طور قابل توجهی قدرتمندتر می شود. سیستم های مدیریت پایگاه داده توسعه یافته (DBMS)، سیستم های اتوماسیون طراحی (CAD) ظاهر می شوند. توجه زیادی به ایجاد بسته های برنامه کاربردی (APP) برای اهداف مختلف می شود. زبان ها و سیستم های برنامه نویسی جدید همچنان ظاهر می شوند و زبان های موجود توسعه می یابند.

کامپیوتر نسل چهارم

اساس طراحی و فناوری نسل چهارم VT مدارهای مجتمع در مقیاس بزرگ (LSI) و مقیاس بزرگ (VLSI) است که به ترتیب در دهه 70-80 ایجاد شده اند. چنین آی سی هایی در حال حاضر حاوی ده ها، صدها هزار و میلیون ها ترانزیستور روی یک کریستال (تراشه) هستند. در همان زمان، فناوری LSI تا حدی در پروژه های نسل قبلی (IBM/360، ES Computer Series-2 و غیره) استفاده شد. مهم‌ترین معیار مفهومی که می‌توان رایانه‌های نسل چهارم را از رایانه‌های نسل سوم جدا کرد، این است که اولی با انتظار استفاده مؤثر از رایانه‌های مدرن و ساده‌سازی فرآیند برنامه‌نویسی برای برنامه‌نویس مشکل‌ساز طراحی شده‌اند. از نظر سخت افزاری، آنها با استفاده گسترده از فناوری آی سی و دستگاه های ذخیره سازی با سرعت بالا مشخص می شوند. معروف ترین سری کامپیوترهای نسل چهارم را می توان IBM/370 در نظر گرفت که بر خلاف سری به همان اندازه شناخته شده نسل 3 IBM/360، دارای سیستم فرمان توسعه یافته تر و استفاده گسترده تری از ریزبرنامه نویسی است. در مدل‌های قدیمی‌تر سری 370، یک دستگاه حافظه مجازی پیاده‌سازی شد که به کاربر اجازه می‌دهد تا ظاهری از منابع رم نامحدود ایجاد کند.

پديده كامپيوتر شخصي (PC) به زمان ايجاد اولين ميني كامپيوتر به نام PDP-8 در سال 1965 برمي گردد كه در نتيجه جهاني شدن يك ريزپردازنده تخصصي براي كنترل يك راكتور هسته اي پديد آمد. این دستگاه به سرعت محبوبیت یافت و اولین کامپیوتر تولید انبوه این کلاس شد. در اوایل دهه 70 تعداد خودروها از 100 هزار دستگاه فراتر رفت. گام مهم دیگر انتقال از مینی به میکرو کامپیوتر بود. این سطح ساختاری جدید VT در اواخر دهه 70 شروع به شکل گیری کرد، زمانی که ظهور LSI امکان ایجاد یک پردازنده جهانی را بر روی یک تراشه واحد فراهم کرد. اولین ریزپردازنده Intel-4004 در سال 1971 ساخته شد و شامل 2250 عنصر بود و اولین ریزپردازنده جهانی Intel-8080 که استاندارد فناوری ریز رایانه بود و در سال 1974 ایجاد شد، قبلاً حاوی 4500 عنصر بود و به عنوان مبنایی برای ایجاد اولین رایانه های شخصی در سال 1979 یکی از قدرتمندترین و همه کاره ترین ریزپردازنده های 16 بیتی Motorolla-68000 با 70000 عنصر و در سال 1981 اولین ریزپردازنده 32 بیتی هیولت پاکارد با 450 هزار عنصر عرضه شد.

PC Altair-8800

اولین رایانه شخصی را می توان Altair-8800 در نظر گرفت که بر اساس ریزپردازنده Intel-8080 در سال 1974 توسط ادوارد رابرتز ساخته شد. کامپیوتر پست شد، فقط 397 دلار قیمت داشت و با وسایل جانبی قابل ارتقا بود (فقط 256 بایت RAM!!!). برای Altair-8800، پل آلن و بیل گیتس مترجمی از زبان محبوب Basic ایجاد کردند که به طور قابل توجهی هوش اولین رایانه شخصی را افزایش داد (آنها بعداً شرکت معروف مایکروسافت را تأسیس کردند). تجهیز رایانه شخصی به مانیتور رنگی منجر به ایجاد یک مدل رایانه شخصی رقیب به نام Z-2 شد. یک سال پس از ظهور اولین رایانه شخصی Altair-8800، بیش از 20 شرکت و شرکت مختلف به تولید رایانه شخصی پیوستند. صنعت رایانه شخصی شروع به شکل گیری کرد (تولید رایانه شخصی، فروش آنها، نشریات دوره ای و نشریات غیر ادواری، نمایشگاه ها، کنفرانس ها و غیره). و قبلاً در سال 1977، سه مدل رایانه شخصی Apple-2 (رایانه های اپل)، TRS-80 (Tandy Radio Shark) و PET (Commodore) به تولید انبوه رسیدند که اپل که در ابتدا در رقابت عقب بود، به زودی تبدیل شد. رهبر در تولید رایانه شخصی (مدل Apple-2 آن موفقیت بزرگی بود). تا سال 1980، شرکت اپل با بیشترین سرمایه سهام و درآمد سالانه 117 میلیون دلار وارد وال استریت شد.

اما در سال 1981، IBM، برای جلوگیری از از دست دادن بازار انبوه، شروع به تولید سری رایانه های شخصی IBM PC/XT/AT و PS/2 کرد که امروزه به طور گسترده شناخته شده است، که عصر جدیدی از فناوری رایانه های شخصی را باز کرد. ورود غول پیکر IBM به عرصه صنعت رایانه های شخصی، تولید رایانه های شخصی را بر مبنای صنعتی قرار می دهد که حل تعدادی از مسائل مهم برای کاربر (استانداردسازی، یکسان سازی، نرم افزارهای توسعه یافته و غیره) را ممکن می سازد. این شرکت قبلاً در چارچوب تولید سری IBM/360 و IBM/370 توجه زیادی داشته است. ما می توانیم به طور منطقی باور کنیم که در مدت زمان کوتاهی که از معرفی Altair-8800 به رایانه شخصی IBM گذشت، افراد بیشتری نسبت به کل دوره طولانی - از موتور تحلیلی Babage تا اختراع اولین IP - به VT پیوستند.

اولین کامپیوتری که خود کلاس ابررایانه را باز کرد را می توان مدل Amdahl 470V16 دانست که در سال 1975 ساخته شد و با سری IBM سازگار است. ماشین از یک اصل موازی سازی موثر بر اساس پردازش خط لوله دستورات استفاده می کرد و پایه عنصر از فناوری LSI استفاده می کرد. در حال حاضر، کلاس ابر رایانه ها شامل مدل هایی با سرعت متوسط ​​حداقل 20 مگافلاپ (1 مگافلاپ = 1 میلیون عملیات ممیز شناور در ثانیه) می شود. اولین مدل با چنین عملکردی کامپیوتر منحصربفرد ILLIAC-IV بود که در سال 1975 در ایالات متحده ایجاد شد و حداکثر سرعت آن حدود 50 مگافلاپ بود. این مدل تأثیر زیادی در توسعه بعدی ابررایانه‌های با معماری ماتریسی داشت. صفحه ای درخشان در تاریخ ابررایانه ها با سری Cray S. Cray مرتبط است که اولین مدل آن، Cray-1، در سال 1976 ساخته شد و حداکثر سرعت آن 130 مگافلاپ بود. معماری مدل بر اساس اصل خط لوله پردازش داده های برداری و اسکالر با پایه عنصری بر روی VLSI بود. این مدل بود که پایه و اساس کلاس ابرکامپیوترهای مدرن را گذاشت. لازم به ذکر است که علیرغم تعدادی از راه حل های معماری جالب، موفقیت مدل عمدتاً به دلیل راه حل های موفق تکنولوژیک به دست آمد. مدل های بعدی Cray-2، Cray X-MP، Cray-3، Cray-4 عملکرد سری را به حدود 10 هزار مگافلاپ رساندند و مدل Cray MP با استفاده از معماری جدید با 64 پردازنده و پایه عنصری بر روی تراشه های سیلیکونی جدید. اوج عملکردی در حدود 50 گیگافلاپ داشت.

با پایان دادن به گشت و گذار در تاریخ فن آوری نظامی مدرن با جزئیاتی از مراحل فردی آن، باید چندین نظر قابل توجه بیان شود. اول از همه، زمانی که ایده‌های نسل جدید به یک درجه بالغ می‌شوند و حتی در نسل قبلی نیز اجرا می‌شوند، یک انتقال آسان از یک نسل کامپیوتر به نسل دیگر وجود دارد. این امر به ویژه در طول انتقال به فناوری IC برای تولید VT قابل توجه است، زمانی که تاکید تعیین کننده نسل ها به طور فزاینده ای از پایه عناصر به سایر شاخص ها تغییر می کند: معماری منطقی، نرم افزار، رابط کاربری، حوزه های کاربردی و غیره. متنوع ترین VT ظاهر می شود که ویژگی های آن در چارچوب های طبقه بندی سنتی نمی گنجد. این تصور به وجود می آید که ما در آغاز نوعی جهانی سازی فناوری رایانه هستیم، زمانی که همه طبقات آن تلاش می کنند تا توانایی های محاسباتی خود را به سطح برسانند. بسیاری از عناصر نسل پنجم، به یک درجه یا آن درجه، ویژگی امروزی هستند.

توسعه کامپیوترها به چند دوره تقسیم می شود. نسل‌های رایانه‌های هر دوره از نظر پایه و نرم‌افزار اصلی با یکدیگر متفاوت هستند.

نسل اول کامپیوترها

اولین نسل (1945-1958) رایانه ها بر روی لوله های خلاء - دیودها و تریودها ساخته شد. بیشتر ماشین‌های نسل اول دستگاه‌های آزمایشی بودند و برای آزمایش اصول نظری خاصی ساخته شدند. استفاده از تکنولوژی لوله خلاء، استفاده از سیستم های حافظه بر روی خطوط تاخیر جیوه، درام های مغناطیسی، لوله های پرتو کاتدی (لوله های ویلیامز)، عملکرد آنها را بسیار غیر قابل اعتماد کرد. علاوه بر این، چنین رایانه هایی سنگین بودند و مناطق وسیعی را اشغال می کردند، گاهی اوقات کل ساختمان ها. نوارهای پانچ و کارت های پانچ، نوارهای مغناطیسی و دستگاه های چاپ برای ورودی و خروجی داده ها استفاده شد.

مفهوم برنامه ذخیره شده پیاده سازی شد. نرم افزار رایانه های نسل اول عمدتاً از زیربرنامه های استاندارد تشکیل شده بود که سرعت آنها بین 10 تا 20 هزار عملیات متغیر بود. / ثانیه

ماشین های این نسل: انیاک (ایالات متحده آمریکا)، MESM (اتحادیه شوروی)، BESM-1، M-1، M-2، M-Z، "Strela"، "Minsk-1"، "Ural-1"، "Ural-2" "، "Ural-3"، M-20، "Setun"، BESM-2، "Hrazdan"، IBM - 701، از برق زیادی استفاده می کرد و از تعداد بسیار زیادی لوله خلاء تشکیل می شد. به عنوان مثال، دستگاه Strela شامل 6400 لوله خلاء و 60 هزار قطعه دیود نیمه هادی بود. عملکرد آنها از 2-3 هزار عملیات در ثانیه تجاوز نمی کند، RAM از 2 کیلوبایت تجاوز نمی کند. فقط ماشین M-2 (1958) دارای 4 کیلوبایت رم و سرعت 20 هزار عملیات در ثانیه بود.

نسل دوم کامپیوترها

کامپیوترهای نسل دوم در سالهای 1959-1967 توسعه یافتند. عنصر اصلی دیگر لوله های خلاء نبود، بلکه دیودها و ترانزیستورهای نیمه هادی، و هسته های مغناطیسی و درام های مغناطیسی، اجداد دور هارد دیسک های مدرن، شروع به استفاده از دستگاه های حافظه کردند. رایانه ها قابل اعتمادتر شده اند، عملکرد آنها افزایش یافته، مصرف انرژی کاهش یافته است و ابعاد کلی ماشین ها کاهش یافته است.

با ظهور حافظه بر روی هسته های مغناطیسی، چرخه عملیاتی آن به ده ها میکروثانیه کاهش یافت. اصل اصلی ساختار تمرکز است. دستگاه های با کارایی بالا برای کار با نوارهای مغناطیسی و دستگاه های حافظه روی دیسک های مغناطیسی ظاهر شدند. علاوه بر این، امکان برنامه‌نویسی به زبان‌های الگوریتمی فراهم شد. اولین زبان های سطح بالا توسعه یافتند - Fortran، Algol، Cobol. عملکرد ماشین های نسل دوم در حال حاضر به 100-5000 هزار عملیات رسیده است. / ثانیه

نمونه هایی از ماشین های نسل دوم: BESM-6، BESM-4، Minsk-22 - برای حل مشکلات برنامه ریزی علمی، فنی و اقتصادی طراحی شده اند. Minsk-32 (USSR)، کامپیوتر M-40، - 50 - برای سیستم های دفاع موشکی؛ اورال - 11، - 14، - 16 - کامپیوترهای همه منظوره، متمرکز بر حل مشکلات مهندسی و فنی.

نسل سوم کامپیوترها

کامپیوترهای نسل سوم (1968-1973) از مدارهای مجتمع استفاده می کردند. توسعه مدارهای مجتمع در دهه 60 - کل دستگاه ها و مجموعه های ده ها و صدها ترانزیستور ساخته شده بر روی یک کریستال نیمه هادی (که امروزه ریز مدار نامیده می شود) منجر به ایجاد رایانه های نسل سوم شد. در همان زمان، حافظه نیمه هادی ظاهر شد که هنوز در رایانه های شخصی به عنوان حافظه عملیاتی استفاده می شود. استفاده از مدارهای مجتمع قابلیت های کامپیوترها را بسیار افزایش داده است.

اکنون پردازنده مرکزی توانایی کار موازی و کنترل دستگاه های جانبی متعدد را دارد. رایانه ها می توانند همزمان چندین برنامه را پردازش کنند (اصل برنامه ریزی چندگانه). در نتیجه اجرای اصل چندبرنامه‌نویسی، امکان کار در حالت اشتراک زمانی در حالت تعاملی فراهم شد. به کاربرانی که از رایانه دور بودند، این فرصت داده شد، مستقل از یکدیگر، به سرعت با دستگاه تعامل کنند.

کامپیوترها بر اساس مدارهای مجتمع با درجه یکپارچگی پایین (MIS - 10-100 جزء در هر تراشه) و درجه یکپارچگی متوسط ​​(SIS - 10-1000 جزء در هر تراشه) طراحی شدند. ایده ای به وجود آمد که اجرا شد، طراحی خانواده ای از کامپیوترها با همان معماری که عمدتاً مبتنی بر نرم افزار بود. در اواخر دهه 60، مینی کامپیوترها ظاهر شدند. در سال 1971، اولین ریزپردازنده ظاهر شد. سرعت کامپیوترهای نسل سوم به حدود 1 میلیون عملیات رسیده است. / ثانیه

در این سال ها تولید کامپیوتر مقیاس صنعتی پیدا کرد. با شروع کامپیوترهای نسل سوم، توسعه کامپیوترهای سریال سنتی شده است. اگرچه ماشین های یک سری از نظر قابلیت ها و عملکرد بسیار با یکدیگر متفاوت بودند، اما از نظر اطلاعاتی، نرم افزاری و سخت افزاری سازگار بودند. رایج ترین آنها در آن سال ها خانواده System/360 از IBM بود. کشورهای CMEA کامپیوترهای یک سری "ES Computer" را تولید کردند: ES-1022، ES-1030، ES-1033، ES-1046، ES-1061، ES-1066 و غیره. کامپیوترهای این نسل نیز شامل "IVM-370" هستند. "، "Electronics-100/25"، "Electronics-79"، "SM-3"، "SM-4"، و غیره.

برای سری های کامپیوتری، نرم افزار تا حد زیادی گسترش یافت (سیستم عامل ها، زبان های برنامه نویسی سطح بالا، برنامه های کاربردی و غیره). در سال 1969، سیستم عامل یونیکس و زبان برنامه نویسی C به طور همزمان ظاهر شدند که تأثیر زیادی بر دنیای نرم افزار گذاشت و هنوز هم موقعیت پیشرو خود را حفظ کرده است.

نسل چهارم کامپیوترها

در رایانه‌های نسل چهارم (1974-1982)، استفاده از مدارهای مجتمع در مقیاس بزرگ (LSI - 1000-100000 جزء در هر تراشه) و مدارهای مجتمع در مقیاس بزرگ (VLSI - 100000-10000000 جزء در هر تراشه) عملکرد آنها را افزایش داد. به ده ها و صدها میلیون. / ثانیه

آغاز این نسل را سال 1975 می دانند - Amdahl Corp. شش کامپیوتر AMDAHL 470 V/6 را منتشر کرد که از LSI به عنوان پایه اصلی استفاده می کردند. سیستم های حافظه با سرعت بالا در مدارهای مجتمع شروع به استفاده کردند - MOS RAM با ظرفیت چند مگابایت. اگر دستگاه خاموش باشد، داده های موجود در رم MOS با انتقال خودکار به دیسک ذخیره می شود. هنگامی که دستگاه روشن می شود، سیستم شروع به استفاده از یک برنامه بوت ذخیره شده در ROM (حافظه فقط خواندنی) می کند که سیستم عامل و نرم افزار مقیم را در RAM MOS تخلیه می کند.

توسعه رایانه های نسل 4 در 2 جهت پیش رفت: جهت 1 - ایجاد ابررایانه ها - مجتمع های ماشین های چند پردازنده. سرعت چنین ماشین هایی به چندین میلیارد عملیات در ثانیه می رسد. آنها قادر به پردازش حجم عظیمی از اطلاعات هستند. اینها شامل مجتمع‌های ILLIAS-4، CRAY، CYBER، Elbrus-1، Elbrus-2، و غیره می‌شوند. مجتمع‌های محاسباتی چند پردازنده‌ای (MCC) Elbrus-2 به طور فعال در اتحاد جماهیر شوروی در مناطقی که نیاز به حجم زیادی از محاسبات داشتند، قبل از همه چیز استفاده شد. صنایع دفاعی

جهت دوم - توسعه بیشتر بر اساس میکرو رایانه های LSI و VLSI و رایانه های شخصی (PC). اولین نمایندگان این ماشین ها رایانه هایی از Apple، IBM - PC (XT، AT، PS / 2)، داخلی "Iskra"، "Electronics"، "Mazovia"، "Agat"، "ES-1840"، "ES- هستند. 1841" و غیره. با شروع از این نسل، کامپیوترها شروع به نامگذاری کامپیوتر کردند. این نرم افزار توسط بانک های اطلاعاتی و بانک ها تکمیل می شود.

نسل پنجم کامپیوترها

کامپیوتر نسل پنجم کامپیوتر آینده است. برنامه توسعه به اصطلاح نسل پنجم کامپیوترها در سال 1982 در ژاپن به تصویب رسید. فرض بر این بود که تا سال 1991 اساساً کامپیوترهای جدیدی ساخته خواهند شد که بر حل مشکلات هوش مصنوعی متمرکز هستند. با کمک زبان Prolog و نوآوری در طراحی کامپیوتر، برنامه ریزی شد تا به حل یکی از مشکلات اصلی این شاخه از علوم کامپیوتر - مشکل ذخیره و پردازش دانش نزدیک شود. به طور خلاصه، برای کامپیوترهای نسل پنجم نیازی به نوشتن برنامه نیست، اما کافی است به زبان «تقریباً طبیعی» آنچه از آنها نیاز است توضیح دهیم.

فرض بر این است که پایه عنصری آنها VLSI نخواهد بود، بلکه دستگاه هایی است که بر اساس آنها با عناصر هوش مصنوعی ایجاد شده اند. برای افزایش حافظه و سرعت، از پیشرفت‌های اپتوالکترونیک و بیوپروسسورها استفاده خواهد شد.

برای رایانه‌های نسل پنجم، وظایف کاملاً متفاوتی نسبت به زمان توسعه رایانه‌های قبلی انجام می‌شود. اگر توسعه دهندگان رایانه از نسل 1 تا 4 با وظایفی مانند افزایش بهره وری در زمینه محاسبات عددی، دستیابی به ظرفیت حافظه بزرگ روبرو بودند، پس وظیفه اصلی توسعه دهندگان رایانه های نسل 5، ایجاد هوش مصنوعی است. ماشین (توانایی نتیجه گیری منطقی از حقایق ارائه شده)، توسعه "فکری" رایانه ها - از بین بردن مانع بین انسان و رایانه.

متاسفانه پروژه کامپیوتری نسل پنجم ژاپنی سرنوشت غم انگیز تحقیقات اولیه در زمینه هوش مصنوعی را تکرار کرد. بیش از 50 میلیارد ین سرمایه گذاری هدر رفت، پروژه متوقف شد و دستگاه های توسعه یافته عملکردی بالاتر از سیستم های تولید انبوه آن زمان نداشتند. با این حال، تحقیقات انجام شده در طول پروژه و تجربه به دست آمده در بازنمایی دانش و روش های استنتاج موازی کمک زیادی به پیشرفت در زمینه سیستم های هوش مصنوعی به طور کلی کرده است.

در حال حاضر، رایانه ها می توانند اطلاعات را از متن دست نویس یا چاپ شده، از فرم ها، از صدای انسان درک کنند، کاربر را با صدا تشخیص دهند و از زبانی به زبان دیگر ترجمه کنند. این امکان را برای همه کاربران فراهم می کند که حتی کسانی که دانش خاصی در این زمینه ندارند، با کامپیوتر ارتباط برقرار کنند.

بسیاری از پیشرفت های هوش مصنوعی در صنعت و دنیای تجارت استفاده می شود. سیستم های خبره و شبکه های عصبی به طور موثر برای کارهای طبقه بندی (فیلتر اسپم، دسته بندی متن و غیره) استفاده می شوند. الگوریتم‌های ژنتیک با وجدان به انسان‌ها خدمت می‌کنند (برای مثال برای بهینه‌سازی پرتفوی در فعالیت‌های سرمایه‌گذاری استفاده می‌شوند)، روباتیک (صنعت، همچنین سیستم‌های چند عاملی). سایر حوزه‌های هوش مصنوعی، به عنوان مثال، نمایش توزیع شده دانش و حل مسئله در اینترنت، عبارتند از خواب نیست: به لطف آنها، در چند سال آینده می توان انتظار انقلاب در تعدادی از زمینه های فعالیت های انسانی را داشت.

در مرحله حاضر، تاریخچه از راه دور دستگاه کامپیوتر

نیاز به پردازنده‌های سریع‌تر، ارزان‌تر و همه‌کاره‌تر، تولیدکنندگان را مجبور می‌کند تا تعداد ترانزیستورهای خود را دائماً افزایش دهند. با این حال، این روند بی پایان نیست. حفظ رشد تصاعدی این عدد که توسط گوردون مور در سال 1973 پیش بینی شده بود، به طور فزاینده ای دشوار می شود. کارشناسان می گویند به محض اینکه گیت های ترانزیستورها که جریان اطلاعات را در تراشه تنظیم می کنند، با طول موج الکترون متناسب شوند، این قانون از بین می رود (در سیلیکونی که در حال حاضر تولید روی آن ساخته شده است، این حدود 10 است. نانومتر). و این بین سال های 2010 تا 2020 اتفاق خواهد افتاد. همانطور که معماری کامپیوتر با نزدیک شدن به محدودیت فیزیکی پیچیده تر می شود، هزینه طراحی، ساخت و آزمایش تراشه ها افزایش می یابد. بنابراین، مرحله تکامل تکاملی دیر یا زود با تغییرات انقلابی جایگزین خواهد شد.

در نتیجه رقابت برای افزایش بهره وری، مشکلات زیادی به وجود می آید. حادترین آنها گرم شدن بیش از حد در بسته بندی های فوق متراکم است که به دلیل ناحیه انتقال حرارت بسیار کوچکتر ایجاد می شود. غلظت انرژی در ریزپردازنده های مدرن بسیار زیاد است. استراتژی‌های فعلی برای دفع گرمای تولید شده، مانند کاهش ولتاژ تغذیه یا فعال کردن انتخابی تنها قطعات ضروری در ریزمدارها، بی‌اثر هستند، مگر اینکه از خنک‌کننده فعال استفاده شود.

با کاهش اندازه ترانزیستورها، لایه های عایق نازک تر شده اند، به این معنی که قابلیت اطمینان آنها نیز کاهش یافته است، زیرا الکترون ها می توانند از طریق عایق های نازک نفوذ کنند (اثر تونل). این مشکل را می توان با کاهش ولتاژ کنترل حل کرد، اما فقط تا حدودی خاص.

امروزه شرط اصلی افزایش عملکرد پردازنده، روش های موازی سازی است. همانطور که می دانید، یک ریزپردازنده دنباله ای از دستورالعمل ها (فرمان ها) را پردازش می کند که یک برنامه خاص را تشکیل می دهند. اگر اجرای موازی (یعنی همزمان) دستورالعمل ها را سازماندهی کنید، عملکرد کلی به میزان قابل توجهی افزایش می یابد. مشکل موازی با روش‌های محاسبات خط لوله، استفاده از معماری فوق‌اسکالر و پیش‌بینی شاخه حل می‌شود. معماری چند هسته ای این معماری شامل ادغام چندین هسته ریزپردازنده ساده روی یک تراشه است. هر هسته دستورات خود را اجرا می کند. هر هسته ریزپردازنده به طور قابل توجهی ساده تر از یک هسته پردازنده چند رشته ای است و طراحی و آزمایش تراشه را آسان تر می کند. اما در همین حال، مشکل دسترسی به حافظه در حال بدتر شدن است و کامپایلرها باید جایگزین شوند.

پردازنده چند رشته ای این پردازنده ها از نظر معماری شبیه به ردیاب ها هستند: کل تراشه به عناصر پردازشی تقسیم شده است که یادآور یک ریزپردازنده فوق اسکالر است. برخلاف یک پردازنده ردیابی، در اینجا هر عنصر دستورالعمل‌ها را از رشته‌های مختلف در یک چرخه ساعت پردازش می‌کند، در نتیجه به موازی‌سازی سطح نخ دست می‌یابد. البته، هر رشته دارای شمارنده برنامه و مجموعه ای از ثبات ها است.

معماری "کاشی". طرفداران بر این باورند که نرم افزار باید مستقیماً در سخت افزار کامپایل شود، زیرا این حداکثر موازی سازی را فراهم می کند. این رویکرد به کامپایلرهای کاملاً پیچیده ای نیاز دارد که هنوز ایجاد نشده اند. پردازنده در این مورد از «کاشی‌های» زیادی تشکیل شده است که هر کدام دارای رم مخصوص به خود هستند و به‌صورت شبکه‌ای به «کاشی‌های» دیگر متصل می‌شوند که گره‌های آن را می‌توان روشن و خاموش کرد. ترتیب اجرای دستورات توسط نرم افزار تنظیم می شود.

معماری چند طبقه. در اینجا ما در مورد ساختار منطقی صحبت نمی کنیم، بلکه در مورد ساختار فیزیکی صحبت می کنیم. ایده این است که تراشه‌ها حاوی «پشته‌های» عمودی ریزمدارها باشند که با استفاده از فناوری ترانزیستور لایه نازک وام گرفته شده از تولید صفحه نمایش TFT ساخته شده‌اند. در این حالت، اتصالات افقی نسبتاً طولانی به اتصالات عمودی کوتاه تبدیل می شوند که تأخیر سیگنال را کاهش می دهد و عملکرد پردازنده را افزایش می دهد. ایده تراشه های "سه بعدی" قبلاً در قالب نمونه های کاری تراشه های حافظه هشت طبقه اجرا شده است. این کاملاً امکان پذیر است که برای ریزپردازنده ها نیز قابل قبول باشد و در آینده نزدیک همه ریزتراشه ها نه تنها به صورت افقی، بلکه به صورت عمودی نیز گسترش خواهند یافت.