زندگی سیلیکونی و آینده غیر سیلیکونی

هزاران سال تلاش بشر برای حساب و کتاب منجر به اختراع ابزارهای حسابگری شده که هر چند امروز در سیطره مدارهای سیلیکونی است اما به زودی جای خود را به فناوری های برتر کوانتومی خواهد داد .   آنچه ما امروزه به عنوان کامپیوتر می شناسیم ،( یا آن گونه که نیاکان این دستگاه از چند سده پیش تا نیمه قرن بیستم نامیده می شدند : ماشین های محاسبه ) ،دستگاه الکترونیکی پیچیده ای است که از مدارهای منطقی بسیار کوچک و ریز پردازنده های بسیار پرقدرتی ساخته شده و مانند تمام تجهیزات الکترونیکی اطرافمان ؛ از گوشی همراه درون جیب هایمان گرفته تا مدارهای کنترلی هواپیماهای غول پیکر ایرباس آ 380 ؛ ماده پایه درون آنها سیلیکون ( دی اکسید سیلیسیوم ) است . دقیقاً به همین دلیل است که بعضی دوران حاضر را عصر سیلیکون می نامند.
علم الکترونیک عمدتا مبتنی بر نیمه رساناهاست . نیمه رسانا به ماده ای گفته می شود که در حالت عادی عایق جریان الکتریسیته است ولی با افزودن مقداری ناخالصی به آن قابلیت هدایت الکتریکی پیدا می کند . از این مواد برای ساخت قطعات پایه ای تجهیزات الکترونیکی همچون دیودها و ترانزیستورها استفاده می شود ؛ قطعاتی که به دنبال ورودشان به بازار ، انقلاب عظیمی در علم الکترونیک ایجاد شد . پیشرفت این قطعات الکترونیکی موجب شد عصر لامپ های خلا برای همیشه پایان یابد و چهره دنیا برای همیشه دگرگون شود . تغییری که شاید بتوان با کمی اغماض ، آن را با اختراع چرخ و کشف آتش همسنگ دانست . مشهورترین عنصر های نیمه رسانا ، سیلیسیوم و ژرمانیوم هستند . در این میان ، سیلیسیوم اهمیت بیشتری دارد . این عنصر که ترکیب اش با اکسیژن ، سیلیکون خوانده می شود . معمول ترین شبه فلز جدول تناوبی است و با توجه به جایگاهش در گروه چهارم اصلی و زیر کربن و داشتن چهار الکترون در آخرین تراز الکترونی ، در حالت عادی نارساناست . اما اگر یکی از عنصرهای گروه مجاور را به سیلیسیوم اضافه کنیم ، این ماده قابلیت رسانایی پیدا می کند . شرح جزئیات شیمیایی و عملکرد پیوندهای مختلف سیلیسیوم با عناصر گروه آلومینیوم و فسفر از حوصله این متن خارج است ، اما در اهمیت سیلیسیوم همین بس که هر پردازنده کامپیوتری ترکیبی از هزاران و حتی میلیون ها ترانزیستور و دیود ساخته شده از سیلیکون است . از همین رو می توان گفت که نقش سیلیسیوم در دنیای الکترونیک درست مانند نقش کربن در چرخه حیات است .

از عصر آهن تا عصر سیلیکون
 

تا پیش از اختراع کامپیوتر های امروزی ، بشر مجبور بود برای انجام محاسبات به قدرت مغز خود اتکا کند ولی از همان روزهای اول پیدایش تمدن های بشری در چند هزار سال پیش ،معلوم بود که نه تنها این روش بسیار وقت گیر است که مغز به تنهایی از عهده انجام همه محاسبات بر نمی آید بدون استفاده از ابزارهای کمکی ، کارهایی مانند کشتیرانی ، تجارت و یافتن موقعیت های نجومی بسیار طاقت فرسا و زمان بر بود . برای همین مخترعان برای صدها و شاید هم هزاران سال در جست و جوی راهی بودند که بتوانند این کارها را با استفاده از آب کمکی و با دقت و سرعت بالا تری انجام دهند. این کوش به خلق نیاکان ماشین های حسابگر امروزی امروزی ختم شد که بعضی از آنها حتی در سیر تحول این ابزارها از کجا آغاز شد و به کجا انجامید ؟

1. چرتکه
 

قدیمی ترین دستگاهی که انسان برای انجام محاسبات ریاضی از آن بهره گرفت و هنوز هم در خیلی از نقاط جهان از آن استفاده می شود ( البته بعد از انگشتان دست و شاخه های کوچک چوب ) ، چرتکه است . گفته می شود که قدمت چرتکه به تمدن بابل می رسد . چرتکه هزار سال پیش از میلاد به کمک تاجران و ریاضیدانان آمده است .

2. خط کش محاسبه
 

شش سال پس از اختراع لگاریتم توسط جان نپر اسکاتلندی ، اولین خط کش محاسبه ،سال 1623 در انگلستان اختراع شد و عملکردش به قدری خوب بود که حتی مهندسان ناساز آن برای انجام محاسبات ماموریت آپولو و برنامه فرود اولین فضانوردان بر سطح ماه استفاده کردند هنوز هم می توان ریاضیدانان و مهندسان نسل های قدیمی تر را پیدا کرد که هر چند امروز به دوران بازنشستگی خود رسیده اند ، اما استفاده ازاین دستگاه ها را به خاطر دارند .

3. ماشین محاسبه
 

لئونار دو داوینچی ( 1519 ـ 1457 ) طرحی از یک ماشین محاسبه چرخ دنده دار کشید که مانند خیلی دیگر از طرح های او هرگز ساخته نشد ولی اولین ماشین محاسبه ای که واقعاً ساخته شده توسط فردی به نام ویلیام چیکارد ساخته شد .

4. محاسبه گر پله ای
 

ویلهلم لایب نیتز ، مدیر برنامه ساخت ماشین حسابی چهار کاره بود . مدت کوتاهی بعد از او هم بلز پاسکال اولین ماشین حساب جهان را اختراع کرد .

5. ماشین محاسبه بخاری
 

در سال 1822 ریاضیدانی انگلیسی به نام چارلز بابیج ، ماشین محاسبه بخاری را پیشنهاد کرد . این ماشین به اندازه یک اتاق بود و می توانست فهرست هایی از اعداد را مانند جدول لگاریتمی حساب کند جدول ها لگاریتمی در کشتیرانی اهمیت بالایی دارند و به همین دلیل ، دولت انگلستان بودجه عظیمی در اختیار بابیچ قرار داد تا این دستگاه را تکمیل دستگاه امکان ناپذیر است و به این ترتیب این ماشین حساب بخاری ، پرخرج ترین پروژه دولت انگلستان ( تا آن زمان ) لقب گرفت .

6. موتور تحلیلی
 

بابیج دلسرد نشد و به سراغ ایده بعدی خود رفت که موتور تحلیلی نام داشت . او در این ایده دستگاه برای اولین بار به فکر استفاده از کارت های پانچ بافندگی برای ذخیره اعداد و اطلاعات افتاد . در این دستگاه هر کارت منگنه می توانست به عنوان ذخیره اعداد به کار رود و اعداد محاسبه شده را برای محاسبات عددی ذخیره کند.

7. آی بی ام
 

طبق قانون ، دولت ایالات متحده آمریکا مجبور بود که هر ده سال یک بار آماری از تمام آرای شهروندان آمریکا برای انتخابات تهیه کند . این کار بسیار زمان ، بربود و به همین منظور کنگره آمریکا برای حل این مشکل در انتخابات سال 1880 جایزه ای تعیین کرد فردی به نام هرمن هلدریت برنده این جایزه شد و توانست از کارت های پانچ برای شمارش آرابهره بگیرد . اختراع آومیزی بود که کارت خوان درون آن می توانست جای سوراخ را ، حرکت می داد و به این ترتیب نتایج کلی مشخص می شد او بعد از این موفقیت ، شرکت آی بی ام ( شرکت جهانی ماشین های تجاری ) را تاسیس کرد و با ادامه فعالیت هایش در آن شرکت ، هم کارت های پانج را همه گیر کرد و هم آی بی ام عرصه دستگاه های محاسبه و کامپیوتر است .

8 . انیاک
 

در سال های پیش از جنگ جهانی دوم و در جریان آن ، کشورهای حاضر در جنگ کامپیوتری های ناقص و اولیه ای ساختند که می توانستند بعضی از انگلیسی ها با کامپیوتر کلوسوس برای شکستن کدهای رمز آلمان ها و آمرکایی ها با کامپیوتر ها روارد مارک 1 در این عرصه حاضر بودند البته به نظر می رسد که کامپیوتر z1 آلمان ها اولین نمونه از این کامپیوتر ها باشد ، چرا که بین سال های 1936 و 1938 ساخته شد در حالی که مارک 1 به سال 1943 و کلوسوس هم در همان دوران ساخته شده همه این ماشین ها به همرا کامپیوتر های z2 ,x3 که بعدها ساخته شده سرنوشت مشابهی داشتند و در جریان جنگ از بین رفتند . اما اولین کامپیوتر همه منظوره دنیا انیاک بود که علاوه بر اجزای الکترومکانیکی ، از 18 هزار لامپ خلا هم بهره می برد و در سال 1946 آماده نصب شد . این کامپیوتر می توانست در هر ثانیه تا 300 عمل ریاضی را انجام دهد و تا نه سال به ارتش آمریکا خدمت کرد.

9. ترانزیستور
 

در انتهای دهه 1950 و ابتدای دهه 1960 ،ترانزیستور اختراع شد و عصر سیلیکون آغاز شد . ترانزیستور چندین برابر کوچکتر از لامپ خلا آغازگر نسل دوم کامپیوتر بود .

10. میکرو الکترونیک
 

انقلاب میکرو الکترونیک باعث شد که مدارهای مجتمعی به اندازه یک ناخن دست ، جای سیم کشی های دستی بسیار پرحجم را بگیرند . مهم ترین مساله در میکروالکترونیک این بود که به جای تنها چند هزار ترانزیستور ، می شد میلیون ها ترانزیستور را در مدار مجتمعی به اندازه یک ناخن جا داد . به این ترتیب سرعت و قدرت پردازش به ناگاه چند هزار برابر شد و علاوه بر آن هزینه ها نیز به حد چشمگیری کم شد . این مثال به درک مطلب بهتر کمک می کند . کامپیوتر آی بی ام استرچ مدل 1959 ،15 هزار ترانزیستور داشت که برای نصب آنها به مکعبی به طول هر ضلع 11 متر نیاز داشت اما یک پردازنده پنتیوم 4 و 42 میلیون ترانزیستو دارد که مدار مجتمع حاوی آن کمتر از یک سانتی متر طول دارد .

منبع:دانستنیها ش 21