1 Evoluţia Calculatoarelor


Momentul iniţial al istoriei calculatoarelor este, de obicei legat  de numele matematicianului englez Charles Babbage. El a propus în anul 1830 o Maşină Analitică care a anticipat în mod fascinant structura calculatoarelor actuale. Ideile sale au devansat cu peste 100 de ani posibilităţiile tehnologice ale vremii sale. Înaintea a mai fost încercări în acest domeniu ale lui Leibnitz şi Pascal (sec al XVII-lea) .
Următorul moment de referinţă este anul 1937, când Howard Aiken, de la Universitatea  Harvard a propus Calculatorul cu secvenţă de Comandă Automată, bazat pe o combinaţie între ideile lui Babbage şi calculatoarele elertromecanice, produse de firma IBM. Construcţia acestuia a început în anul 1939 şi s-a terminat în anul 1944, fiind denumit Mark I . El a fost în principal primul calculator electromecanic, fiind alcătuit din comutatoare şi relee.
Înlocuirea releelor cu tuburi electronice a constituit un important pas înainte. Rezultatul a fost concretizat în calculatorul ENIAC ( Electronic Numerical Integrator And Computer ), primul calculator electronic digital. El conţine circa 18.000 de tuburi electronice  şi executa 5.000 de adunări pe secundă, având o memorie de 20 de numere reprezentate în zecimal. Programarea sa se realiza prin poziţionarea a circa 6.000 de comutatoare, cu mai multe poziţii. O semnificaţie aparte o are faptul că în arhitectura calculatoarelor Mark I şi ENIAC, intrau mai multe elemente de calcul, ce lucrau în paralel la o problemă comună, fiind dirijate de o singură unitate de comandă . Această soluţie  a fost aleasă datorită vitezei reduse a fiecărei  unităţi de calcul, în parte. La versiunea următoare s-a renunţat la această structură paralelă de calcul, deoarece s-a considerat  că viteza unei unităţi de calcul, realizată cu circuite electronice, este suficientă . Soluţia prelucrării paralele a fost reluată  ulterior după anii 80’ pentru mărirea  performanţelor  unui sistem de calcul; astfel în 1996 Firma INTEL a realizat un supercalculator  ce foloseşte peste  7000 de procesoare PENTIUM utilizând  tehnica „de calcul masiv” (utilizat pentru simularea testelor nucleare, în cercetări genetice, spaţiale, meteorologice).
    De remarcat că la realizarea primelor calculatoare, în calitate de consultant  al echipei, a lucrat şi matematicianul John von Neumann, unul dintre matematicienii importanţi ai secolului XX. De altfel, la realizarea  calculatorului EDVAC ( primul calculator cu circuite electronice ) el a stabilit 5 caracteristii principale ale calculatorului cu program memorat :

1.    Trebuie să posede un mediu de intrare, prin intermediul căruia  să se poată  introduce un număr nelimitat de operanzi şi instrucţiuni .
2.    Trebuie să posede o memorie, din care să se citească instrucţiunile şi operanzii şi în care să se poată memora rezultatele.
3.    Trebuie să posede o secţiune de calcul, capabilă să efectueze operaţii aritmetice şi logice, asupra operanzilor din memorie.
4.    Trebuie de asemenea să posede un mediu de ieşire, prin intermediul căruia un număr nelimitat de rezultate să poată fi obţinute de către utilizator.
5.    Trebuie să aibă   o unitate de comandă , capabilă să interpreteze instrucţiunile obţinute din memorie şi capabilă să selecteze diferite  moduri de desfăşurare a activităţii calculatorului pe baza rezultatelor calculelor .




        Date             Date                       Rezultate            Rezultate
  şi instrucţiuni                 şi instrucţiuni
                                                                                 Stări                     
              Comenzi                                   Stări     

            Stări                          Instrucţiuni

                                            Adrese                     
                                                                        Comenzi           Rezultate/Comparaţii          
                                               Comenzi                                                    





1 -Figura reprezintă Organizarea unui calculator numeric -


    Primul calculator comercializat a fost UNIVAC (UNIversal Automatic Computer ) realizat pe structura calculatorului EDVAC, în anul 1951. În anii următori, dezvoltarea calculatoarelor a devenit explozivă, la mai puţin de zece ani intervenind câte o schimbare care a fost interpretată drept apariţia unei noi generaţii de calculatoare. Ele pot fii clasificate astfel :
Generaţia I (1946-1956) caracterizată  prin :
•    Hardware: relee, tuburi electronice ;
•    Software: programe cablate, cod maşină, limbaj de asamblare ;
•    Capacitate de memorie : 2 Kocteţi ;
•    Viteză de operare : 10.000 de operaţii/sec.  ;
•    Calulatoare : ENIAC, UNIVAC, IBM ;
Generaţia a II–a (1957-1963) marcată de apariţia tranzistorului
•    Hardware: tranzistoare, memorii cu ferite, cablaj imprimat ;
•    Software : limbaj de nivel înalt ( Algol, Fortan)
•    Memorie : 32 Kocteţi ;
•    Viteza : 200.000 de instrucţiuni/sec   
•    Calculatoare : IBM 7040, NCR501 ;
Generaţia a III–a (1964- 1981) caracterizată prin :
•     Hardware : circuite integrate ( la început pe scară redusă, apoi pe scară medie şi largă  ; scara de integrare se referă  la numărul de componente electronice pe unitatea de suprafaţă ), cablaje imprimate multistrat , discuri magnetice, aparariţia primelor microprocesoare ;
•    Software : limbaje de nivel foarte înalt, programare orientată pe obiecte B.Pascal, programare structurată LISP, primele programe pentru grafică şi baze de date .  
•    Memorie : 1÷2 Mocteţi ;
•    Viteza : 5.000.000 de operaţii/sec ;
•    Calculatoare : IBM 370 , FELIX
•    Comunicaţii : Primele comunicaţii prin satelit, transmisia de date prin fibră optică.
Generaţia a IV-a (1982-1989)  caracterizată prin :
•    Hardware: circuite integrate pe scară foarte mare ( VLSI ) , sisteme distribuite de calcul, apar microprocesoarele de 16/32  biţi, primele elemente optice (discurile optice ) ;
•    Software :  Pachete de programe de largă utilizare, sisteme expert , sisteme de operare, se perfecţioneaza limbajele de programare  orientate pe obiect, baze de date relaţionale ;
•    Memorie  : 8÷10 Mocteţi ;  
•    Viteza :  30 de milioane de instrucţiuni/sec  ;
•    Caculatoare : INDEPENDENT, CORAL, IBM (apar mai multe versiuni)

Generaţia a V-a  ( 1991-  2002 )  în curs de dezvolatare
•    Hardware : circuite integrate pe scară ultralargă ULSI ( proiectare circuite integrate 3D ), arhitecturi paralele, alte soluţii arhitecturale noi ( reţele neurale etc. ), proiectele galiu-arsen .
•    Software : limbaje concurente,programare funcţională, prelucrare simbolică , baze de cunoştiinţe, sisteme expert evoluate,programe de realitate virtuală, acum apar şi sistemele de operare windows. Această perioadă este marcată de apariţia internetului şi extinderea rapidă a acestei reţele mondiale.
•    Memorie : de la zeci,sute de Mocteţi până la Gocteţi ;
•    Viteza : 1G de instrucţiuni /sec – 3 G de instrucţiuni/sec
•    Comunicaţiile: au atins un nivel nemaiintâlnit.. emisiile radio de ordinul GHz, reţele globale pe fibră optică , reţele de comunicare prin satelit.
•    Calculatoare : o gamă foarte largă de calculatoare .