زندگي سيليکوني و آينده غير سيليکوني

زير عنوان: هزاران سال تلاش بشر براي حساب و کتاب منجر به اختراع ابزارهاي حسابگري شده که هر چند امروز در سيطره مدارهاي سيليکوني است اما به زودي جاي خود را به فناوري هاي برتر کوانتومي خواهد داد .
آنچه ما امروزه به عنوان کامپيوتر مي شناسيم ،( يا آن گونه که نياکان اين دستگاه از چند سده پيش تا نيمه قرن بيستم ناميده مي شدند : ماشين هاي محاسبه ) ،دستگاه الکترونيکي پيچيده اي است که از مدارهاي منطقي بسيار کوچک و ريز پردازنده هاي بسيار پرقدرتي ساخته شده و مانند تمام تجهيزات الکترونيکي اطرافمان ؛ از گوشي همراه درون جيب هايمان گرفته تا مدارهاي کنترلي هواپيماهاي غول پيکر ايرباس آ 380 ؛ ماده پايه درون آنها سيليکون ( دي اکسيد سيليسيوم ) است . دقيقاً به همين دليل است که بعضي دوران حاضر را عصر سيليکون مي نامند.
علم الکترونيک عمدتا مبتني بر نيمه رساناهاست . نيمه رسانا به ماده اي گفته مي شود که در حالت عادي عايق جريان الکتريسيته است ولي با افزودن مقداري ناخالصي به آن قابليت هدايت الکتريکي پيدا مي کند . از اين مواد براي ساخت قطعات پايه اي تجهيزات الکترونيکي همچون ديودها و ترانزيستورها استفاده مي شود ؛ قطعاتي که به دنبال ورودشان به بازار ، انقلاب عظيمي در علم الکترونيک ايجاد شد . پيشرفت اين قطعات الکترونيکي موجب شد عصر لامپ هاي خلا براي هميشه پايان يابد و چهره دنيا براي هميشه دگرگون شود . تغييري که شايد بتوان با کمي اغماض ، آن را با اختراع چرخ و کشف آتش همسنگ دانست . مشهورترين عنصر هاي نيمه رسانا ، سيليسيوم و ژرمانيوم هستند . در اين ميان ، سيليسيوم اهميت بيشتري دارد . اين عنصر که ترکيب اش با اکسيژن ، سيليکون خوانده مي شود . معمول ترين شبه فلز جدول تناوبي است و با توجه به جايگاهش در گروه چهارم اصلي و زير کربن و داشتن چهار الکترون در آخرين تراز الکتروني ، در حالت عادي نارساناست . اما اگر يکي از عنصرهاي گروه مجاور را به سيليسيوم اضافه کنيم ، اين ماده قابليت رسانايي پيدا مي کند . شرح جزئيات شيميايي و عملکرد پيوندهاي مختلف سيليسيوم با عناصر گروه آلومينيوم و فسفر از حوصله اين متن خارج است ، اما در اهميت سيليسيوم همين بس که هر پردازنده کامپيوتري ترکيبي از هزاران و حتي ميليون ها ترانزيستور و ديود ساخته شده از سيليکون است . از همين رو مي توان گفت که نقش سيليسيوم در دنياي الکترونيک درست مانند نقش کربن در چرخه حيات است .

از عصر آهن تا عصر سيليکون
 

تا پيش از اختراع کامپيوتر هاي امروزي ، بشر مجبور بود براي انجام محاسبات به قدرت مغز خود اتکا کند ولي از همان روزهاي اول پيدايش تمدن هاي بشري در چند هزار سال پيش ،معلوم بود که نه تنها اين روش بسيار وقت گير است که مغز به تنهايي از عهده انجام همه محاسبات بر نمي آيد بدون استفاده از ابزارهاي کمکي ، کارهايي مانند کشتيراني ، تجارت و يافتن موقعيت هاي نجومي بسيار طاقت فرسا و زمان بر بود . براي همين مخترعان براي صدها و شايد هم هزاران سال در جست و جوي راهي بودند که بتوانند اين کارها را با استفاده از آب كمكي و با دقت و سرعت بالا تري انجام دهند. اين كوش به خلق نياکان ماشين هاي حسابگر امروزي امروزي ختم شد که بعضي از آنها حتي در سير تحول اين ابزارها از کجا آغاز شد و به کجا انجاميد ؟

1. چرتکه
 

قديمي ترين دستگاهي که انسان براي انجام محاسبات رياضي از آن بهره گرفت و هنوز هم در خيلي از نقاط جهان از آن استفاده مي شود ( البته بعد از انگشتان دست و شاخه هاي کوچک چوب ) ، چرتکه است . گفته مي شود که قدمت چرتکه به تمدن بابل مي رسد . چرتکه هزار سال پيش از ميلاد به کمک تاجران و رياضيدانان آمده است .

2. خط کش محاسبه
 

شش سال پس از اختراع لگاريتم توسط جان نپر اسکاتلندي ، اولين خط کش محاسبه ،سال 1623 در انگلستان اختراع شد و عملکردش به قدري خوب بود که حتي مهندسان ناساز آن براي انجام محاسبات ماموريت آپولو و برنامه فرود اولين فضانوردان بر سطح ماه استفاده کردند هنوز هم مي توان رياضيدانان و مهندسان نسل هاي قديمي تر را پيدا کرد که هر چند امروز به دوران بازنشستگي خود رسيده اند ، اما استفاده ازاين دستگاه ها را به خاطر دارند .

3. ماشين محاسبه
 

لئونار دو داوينچي ( 1519 ـ 1457 ) طرحي از يک ماشين محاسبه چرخ دنده دار کشيد که مانند خيلي ديگر از طرح هاي او هرگز ساخته نشد ولي اولين ماشين محاسبه اي که واقعاً ساخته شده توسط فردي به نام ويليام چيکارد ساخته شد .

4. محاسبه گر پله اي
 

ويلهلم لايب نيتز ، مدير برنامه ساخت ماشين حسابي چهار کاره بود . مدت کوتاهي بعد از او هم بلز پاسکال اولين ماشين حساب جهان را اختراع کرد .

5. ماشين محاسبه بخاري
 

در سال 1822 رياضيداني انگليسي به نام چارلز بابيج ، ماشين محاسبه بخاري را پيشنهاد کرد . اين ماشين به اندازه يک اتاق بود و مي توانست فهرست هايي از اعداد را مانند جدول لگاريتمي حساب کند جدول ها لگاريتمي در کشتيراني اهميت بالايي دارند و به همين دليل ، دولت انگلستان بودجه عظيمي در اختيار بابيچ قرار داد تا اين دستگاه را تکميل دستگاه امکان ناپذير است و به اين ترتيب اين ماشين حساب بخاري ، پرخرج ترين پروژه دولت انگلستان ( تا آن زمان ) لقب گرفت .

6. موتور تحليلي
 

بابيج دلسرد نشد و به سراغ ايده بعدي خود رفت که موتور تحليلي نام داشت . او در اين ايده دستگاه براي اولين بار به فکر استفاده از کارت هاي پانچ بافندگي براي ذخيره اعداد و اطلاعات افتاد . در اين دستگاه هر کارت منگنه مي توانست به عنوان ذخيره اعداد به کار رود و اعداد محاسبه شده را براي محاسبات عددي ذخيره کند.

7. آي بي ام
 

طبق قانون ، دولت ايالات متحده آمريکا مجبور بود که هر ده سال يک بار آماري از تمام آراي شهروندان آمريکا براي انتخابات تهيه کند . اين کار بسيار زمان ، بربود و به همين منظور کنگره آمريکا براي حل اين مشکل در انتخابات سال 1880 جايزه اي تعيين کرد فردي به نام هرمن هلدريت برنده اين جايزه شد و توانست از کارت هاي پانچ براي شمارش آرابهره بگيرد . اختراع آوميزي بود که کارت خوان درون آن مي توانست جاي سوراخ را ، حرکت مي داد و به اين ترتيب نتايج کلي مشخص مي شد او بعد از اين موفقيت ، شرکت آي بي ام ( شرکت جهاني ماشين هاي تجاري ) را تاسيس کرد و با ادامه فعاليت هايش در آن شرکت ، هم کارت هاي پانج را همه گير کرد و هم آي بي ام عرصه دستگاه هاي محاسبه و کامپيوتر است .

8 . انياک
 

در سال هاي پيش از جنگ جهاني دوم و در جريان آن ، کشورهاي حاضر در جنگ کامپيوتري هاي ناقص و اوليه اي ساختند که مي توانستند بعضي از انگليسي ها با کامپيوتر کلوسوس براي شکستن کدهاي رمز آلمان ها و آمرکايي ها با کامپيوتر ها روارد مارک 1 در اين عرصه حاضر بودند البته به نظر مي رسد که کامپيوتر z1 آلمان ها اولين نمونه از اين کامپيوتر ها باشد ، چرا که بين سال هاي 1936 و 1938 ساخته شد در حالي که مارک 1 به سال 1943 و کلوسوس هم در همان دوران ساخته شده همه اين ماشين ها به همرا کامپيوتر هاي z2 ,x3 که بعدها ساخته شده سرنوشت مشابهي داشتند و در جريان جنگ از بين رفتند . اما اولين کامپيوتر همه منظوره دنيا انياک بود که علاوه بر اجزاي الکترومکانيکي ، از 18 هزار لامپ خلا هم بهره مي برد و در سال 1946 آماده نصب شد . اين کامپيوتر مي توانست در هر ثانيه تا 300 عمل رياضي را انجام دهد و تا نه سال به ارتش آمريکا خدمت کرد.

9. ترانزيستور
 

در انتهاي دهه 1950 و ابتداي دهه 1960 ،ترانزيستور اختراع شد و عصر سيليکون آغاز شد . ترانزيستور چندين برابر کوچکتر از لامپ خلا آغازگر نسل دوم کامپيوتر بود .

10. ميکرو الکترونيک
 

انقلاب ميکرو الکترونيک باعث شد که مدارهاي مجتمعي به اندازه يک ناخن دست ، جاي سيم کشي هاي دستي بسيار پرحجم را بگيرند . مهم ترين مساله در ميکروالکترونيک اين بود که به جاي تنها چند هزار ترانزيستور ، مي شد ميليون ها ترانزيستور را در مدار مجتمعي به اندازه يک ناخن جا داد . به اين ترتيب سرعت و قدرت پردازش به ناگاه چند هزار برابر شد و علاوه بر آن هزينه ها نيز به حد چشمگيري کم شد . اين مثال به درک مطلب بهتر کمک مي کند . کامپيوتر آي بي ام استرچ مدل 1959 ،15 هزار ترانزيستور داشت که براي نصب آنها به مکعبي به طول هر ضلع 11 متر نياز داشت اما يک پردازنده پنتيوم 4 و 42 ميليون ترانزيستو دارد که مدار مجتمع حاوي آن کمتر از يک سانتي متر طول دارد .
منبع:دانستنيها ش 21