O računarima

Kada pomenemo računare ljudi odmah pomisle na igrice, tonske i video zapise, ali računari su mnogo više od toga. Postoje čitave oblasti koje se bave proučavanjem računara i računarskih tehnologija, kao i procesom rada računara, koji je veoma složen.

                                                              

 U današnje vreme, kada računari ili kalkulatori stoje na gotovo svakom stolu i kada se novi modeli objavljuju gotovo svaki dan, svima je poznato da je u razvoju svakog novog modela učestvovao ogroman tim i da je svako u tom timu svojim idejama doprineo uspešnosti (ili neuspešnosti) novog modela.

U razvoju računara značajna su četiri momenta:

  • pamćenje razultata,
  • mehanizacija procesa računanja,
  • odvajanje unošenja podataka i automatizacija procesa računanja,
  • opštije korišćenje mašine primenom programa.

Elektronski digitalni računari

Prvi elektronski digitalni računar je projektovan 1939. godine na univerzitetu Ajova. Zvao se ABC(Atanasoff-Berry Computer) ali nikada nije kompletiran i projekat je napušten 1942. godine. Tehnička rešenja koja su tada bila korišćena prilikom pravljenja ovog računara veoma mnogo se razlikuju od sadašnjih tehničkih rešenja. Pored toga nivo tehnologije i tehničkih dostignuća iz 1939. godine i sadašnja tehnologija, koja se koristi u današnjim elektronskim digitalnim računarima, gotovo se ne mogu uporediti.

Zbog toga, kada pričamo o računarima, lakše nam je da pričamo o različitim generacijama računara i da posmatramo njihov razvoj zajedno sa razvojem tehnologije.

Kod elektronskih digitalnih računara razlikujemo pet računarskih generacija.

 

Prvu generaciju (1951-1958) karakterišu korišćenje elektronskih (vakumskih) cevi kao aktivnih elemenata i kablovskih veza između elemenata. Ovi elementi su bili veliki, trošili su mnogo struje i oslobađali veliku količinu toplote. Za skladištenje programa i podataka koristile su se različite memorije (magnetne trake i doboši). Za pisanje programa koristio se mašinski jezik.

                                                                  

Ove mašine su bile skupe i za kupovinu i za iznajmljivanje, kao i za korišćenje zbog troškova održavanja i programiranja. Računari su se uglavnom nalazili u velikim računskim centrima u industriji, državnim ustanovama ili privatnim laboratorijama i o njima je brinulo brojno osoblje za podršku i programeri. Zbog toga su mnogi korisnici zajednički koristili računarske kapacitete ovih mašina.

 

Druga generacija obuhvata računare proizvedene krajem pedesetih i u prvoj polovini šezdesetih godina. Ova generacija zasnovana je na tranzistorima.

 

Iako je tranzistor otkriven 1948. godine, do 1959. nije bilo tehnologije i proizvodnih metoda za njihovo korišćenje. Računari druge generacije sadržali su oko 10000 pojedinačnih tranzistora koji su ručno pričvršćivani na ploče i s drugim elementima povezivani žicama.

                                                                        

Tranzistori su imali nekoliko prednosti nad elektronskim cevima, bili su jeftiniji, brži, manji, trošili manje električne energije i razvijali manje toplote. Zahvaljujući takvim svojim karakteristikama oni su omogućili da računari postanu manji, brži, jeftiniji, pouzdaniji i da troše manje struje od prve generacije računara. Druga generacija računara se i dalje oslanjala na bušene kartice za unos i ispis podataka. 

Za programiranje tih računara više se ne koristi samo mašinski jezik već i asemblerski jezik, koji je omogućio programerima da instrukcije zapisuju rečima (a ne brojevima, kao što je to bio slučaj u mašinskom jeziku). Takođe u tom periodu nastaju i tzv. viši programski jezici. Prvi takav programski jezik zvao se je Flow-Matic, a iz njega su se kasnije razvili COBOL, FORTRAN, ALGOL i LISP.

                                                              

Prvi komercijalni računar koji je koristio tranzistore bio je Philco Transac S-2000, ali najveći uspeh u to vreme postigao je IBM s računarom 1401. Ova mašina se tako dobro prodavala da se broj računara u svetu udvostručio, a IBM postao vodeći proizvođač.

 

Glavno tehnološko unapređenje računara treće generacije bila je primena integrisanih kola. Tranzistori su bili minijaturizovani i stavljeni u silikonski čip (tranzistori su bili napravljeni na istom parčetu silicijuma; zatim bi to parče silicijuma bilo stavljano u jedno kućište i takav sklop je dobio ime integrisano kolo), što je veoma bilo povećalo brzinu i efikasnost računara.

Godine 1959. napravljen je prvi planarni tranzistor, sastavljen od jednog elementa; godine 1961. integralno kolo od četiri tranzistora u jednom čipu; godine 1964. integralno kolo za praktične primene s pet tranzistora u jednom čipu; godine 1968. logički čip sa 180 tranzistora.

                                                      

Uvođenje integralnih i LSI (Large Scale Integration) integralnih kola sa visokim stepenom integracije omogućilo je proizvodnju čipova sa hiljadama tranzistora.

 

Kompleksna kola, koja su bila ekonomična za proizvodnju znatno su povećavala mogućnosti računara u kojima su korišćena. Broj aktivnih komponenata u računaru narastao je sa 10000 na više od pola miliona.

Niska cena, visoka pouzdanost, male dimenzije, mali zahtevi za napajanjem i brzina izvođenja operacija ovih čipova značajno su unapredili razvoj mini računara. Osim toga, u ovoj generaciji su magnetni diskovi zamenili magnetne trake u skladištenju programa i podataka. Umesto bušenih kartica ovi računari sada imaju tastature i monitore kao ulazne i izlazne uređaje. U to vreme se razvijaju i prvi operativni sistemi, što je po prvi put omogućilo da računar može da izvršava više programa istovremeno jer je sada njih nadgledao jedan centralni program koji je uvek bio u memoriji. Usled pojeftinjenja izrade i komponenti računara, oni po prvi put postaju dostupni i pojedincima.

Ovu generaciju obeležila je serija računara IBM 360 (na slici). U ovom periodu uvedenje i prvi mini računar PDP-1 firme Digital Equipment Corporation. Kada je u novembru 1960. proizveden, po ceni je bio znatno jeftiniji od drugih računara iz tog vremena.

 

Četvrtu generaciju karakterišu komponente izrađene na bazi poluprovodničkih sklopova korišćenjem LSI (Large Scale Integrated) i VLSI (Verry Large Scale Integration) visoko integrisanih sklopova koja omogućava stvaranje mikroprocesora koji predstavlja osnovu današnjih računara. 

 

Poboljšane hardverskih karakteristika dovodi do smanjenja dimenzija računara, povećanja kapaciteta glavne i periferijske memorije, znatno brže obrade podataka.

Računari ove generacije postali su dostupni skoro svima.
Operativni sistemi su jednostavniji za upotrebu većem broju korisnika. Novi programski jezici su omogućili lakše pisanje aplikativnog softvera koji se koristi u svim sverama društva.

Razvoj računara u budućnosti

Oko prve tri generacije računara nije bilo neslaganja. Posle treće generacije bilo je mnogo poboljšanja, ali ne tako fundamentalnih kao što su razlike između elektronskih cevi, tranzistora i integrisanih kola.

Naše stanovište je da su računari četvrte generacije zasnovani na upotrebi mikroprocesora.

U ovom slučaju, peta generacija računara zasnovana je na veštačkoj inteligenciji i drugim naprednim tehnologijama, koje su još uvek u razvoju, mada već postoje programi i informatičke tehnologije koje se primenjuju. Navešćemo samo neke od njih: prepoznavanje glasa i lica (ličnosti), paralelno procesiranje (paralelna obrada podataka, na više procesorskim mašinama), superprovodnici, veštačka inteligencija (od nedavno najbolji šahisti na svetu su računari), nanotehnologije (novi materijali poput grafina učiniće monitore još jeftinijim). 

Cilj razvoja pete generacije računara je da računari budu sposobni da razumeju prirodni govor (znači ne samo da odgovaraju na glasovne komande, već i da su sposobni da analiziraju cele rečenice) i da budu sposobni za samoorganizaciju. Većina ovih tehnologija se razvija i primenjuje u prvom humanoidnom robotu koji je nazvan ASIMO japanske firme Honda.

 

Postoji mišljenje da postoji i šesta generacija računara koje karakteriše razvoj neuronskih mreža koje bi trebalo da istovremeno obrađuju veliki broj informacija korišćenjem više hiljada proocesora što liči na rad ljudskog mozga.

 

Personalni računari

Prvi mikroprocesor proizvela je firma Intel 1971. godine i to je bio četvorobitni procesor sa oznakom 4004. Godinu dana kasnije (1972) ista kompanija je proizvela novi, osmobitni procesor 8008. Pored Intela, i druge kompanije su počele da proizvode mikroprocesore (Motorola, Zilog, MOS Technology, Texas Instruments, Natiolal Semiconductor). Ovi sofisticirani mikroprocesori malih dimenzija bili su jeftini, a mogli su da rade kao i veliki računari. Da bi se koristili, trebalo je dodati memoriju i tastaturu za unos podataka, a kako bi se videli rezultati obrade, bile su potrebne dodatne jedinice - ekran ili štampač. Tako bi mikroprocesor mogao da obrađuje podatke, tj. bio bi računar u čipu. Nije trebalo dugo čekati da ovi čipovi budu ugrađeni u mikroračunare, čime je otvoren put njihovoj masovnoj primeni.

                         Računar je postao dostupan svima, otuda i naziv personalni računar. 

 

 

ENIAC, skraćenica od engleske složenice Electronic Numerical Integrator And Computer označava prvi digitalni elektronski računar kog je bilo moguće programirati u cilju rešavanja širokog spektra računarskih problema, mada su i raniji računari pravljeni sa nekim od ovih osobina. ENIAC je dizajniran i izgrađen u svrhu izračunavanja balističkih tablica za američku vojsku. Prvi problemi rešavani na ENIAC-u bili su, pak, povezani sa izradom.

U fizičkom pogledu, ENIAC je bio ogroman u odnosu na savremene računarske standarde. U sebi je sadržao 17468 vakuumskih cevi, 7200 kristalnih dioda, 1500 releja, 70000 otpornika, 10000 kondenzatora i oko 5 miliona ručno zalemljenih spojnica. Težio je oko 27 tona, a dimenzije su mu bile 8 stopa (2.4 metra) sa 3 stope (0.9 metara) sa 100 stopa (30 metara), zauzimao je 1800 kvadratnih stopa (167 kvadratnih metara) i trošio je 150 kW snage. Ulaz je bio moguć sa IBM čitača, dok je IBM bušač za kartice korišćena za izlaz. Ove kartice su mogle stvarati štampani izlaz koristeći IBM računsku mašinu, verovatno IBM 405.

ENIAC je koristio pomeračke registre (šift-registre) čiji je izlaz spojen sa ulazom (eng. ring counter) sa deset pozicija za skladištenje brojeva; svaka cifra koristila je 36 elektronskih cevi, od kojih su deset bile dvostruke triode koje su činile bistabilna kola pomeračkog registra. Aritmetika je izvođena „brojeći“ otkucaje brojača i generisanjem nosećih taktova ukoliko bi došlo do prekoračenja kapaciteta, pri čemu je ideja bila u tome da se oponaša u elektronici operacija cifarskih točkova mehaničke mašine za sabiranje. ENIAC je imao 20 desetocifrenih memorijskih elemenata koji su koristili metodu komplementa od 10 i mogao je da izvodi 5.000 prostih operacija sabiranja ili odbrojavanja između bilo kog od njih i izvora (npr. drugog akumulatora, stalnog prenosnika) svake sekunde. Bilo je moguće povezati više akumulatora da rade istovremeno, tako da je brzina izvršavanja operacija bila potencijalno mnogo brža zahvaljujući paralelnom radu. Bilo je moguće povezati sadržaj jednog akumulatora sa drugim da bi se izvela aritmetika dvostruke preciznosti, ali tajming kola u akumulatoru je sprečavao povezivanje tri ili više akumulatora radi više preciznosti.