కంప్యూటర్ చరిత్ర & తరాలు (History & Generations)

కంప్యూటర్ ఒక్కసారిగా పుట్టలేదు. లెక్కలు వేయడానికి మనిషి వందల ఏళ్లుగా రకరకాల పరికరాలు తయారు చేస్తూ వచ్చాడు. పరీక్షల్లో 'ఏ పరికరాన్ని ఎవరు కనిపెట్టారు?' అనే ప్రశ్నలు తరచూ వస్తాయి.

• అబాకస్ (Abacus): తీగలకు గుండ్లు (beads) గుచ్చిన పాత లెక్కింపు పరికరం. దీన్ని మొదటి లెక్కింపు పరికరంగా భావిస్తారు. చైనా, మెసొపొటేమియా ప్రాంతాల్లో వాడేవారు.
• నేపియర్స్ బోన్స్ (Napier's Bones): స్కాట్లాండ్ గణిత శాస్త్రవేత్త జాన్ నేపియర్ 1617లో తయారు చేశాడు. గుణకారం, భాగహారం సులభంగా చేయడానికి వాడారు. ఈయనే లాగరిథమ్స్ (Logarithms) ను కూడా కనిపెట్టాడు.
• పాస్కలైన్ (Pascaline): ఫ్రాన్స్ శాస్త్రవేత్త బ్లేజ్ పాస్కల్ 1642లో తయారు చేసిన యాంత్రిక కాలిక్యులేటర్. కూడిక, తీసివేత చేయగలదు.
• లీబ్నిజ్ స్టెప్డ్ రెకనర్ (Stepped Reckoner): జర్మనీ గణిత శాస్త్రవేత్త గాట్‌ఫ్రీడ్ లీబ్నిజ్ సుమారు 1673లో తయారు చేశాడు. ఇది కూడిక, తీసివేతతో పాటు గుణకారం, భాగహారం కూడా చేయగలిగింది.
• జాక్వార్డ్ లూమ్ (Jacquard Loom): ఫ్రాన్స్‌కు చెందిన జోసెఫ్ మేరీ జాక్వార్డ్ 1804లో తయారు చేసిన నేత యంత్రం. డిజైన్ల కోసం రంధ్రాలున్న కార్డులు (Punched Cards) వాడాడు. తర్వాత ఈ పంచ్ కార్డ్ ఆలోచన కంప్యూటర్లలో వాడారు.
• హోలెరిత్ టేబులేటింగ్ మెషీన్: అమెరికా వ్యక్తి హెర్మన్ హోలెరిత్ 1890 అమెరికా జనాభా లెక్కల కోసం పంచ్ కార్డులతో నడిచే యంత్రం తయారు చేశాడు. ఆయన స్థాపించిన సంస్థ తర్వాత కాలంలో IBM గా మారిందని చెబుతారు.

ఇంగ్లాండ్‌కు చెందిన గణిత శాస్త్రవేత్త చార్లెస్ బాబేజ్‌ను 'కంప్యూటర్ పితామహుడు (Father of Computer)' అంటారు. ఆధునిక కంప్యూటర్‌లో ఉండే ప్రధాన భాగాల ఆలోచన ఆయన డిజైన్లలో కనిపిస్తుంది. ఈ అంశం పరీక్షల్లో దాదాపు ప్రతిసారీ వస్తుంది.

• డిఫరెన్స్ ఇంజన్ (Difference Engine): 1822లో బాబేజ్ రూపొందించిన యంత్రం. గణిత పట్టికలను (tables) ఖచ్చితంగా లెక్కించడం దీని పని.
• అనలిటికల్ ఇంజన్ (Analytical Engine): 1830ల చివరలో (సుమారు 1837) బాబేజ్ రూపకల్పన చేసిన మరింత అభివృద్ధి చెందిన యంత్రం. ఇది పూర్తిగా నిర్మాణం కాలేదు. కానీ ఇందులోని ఆలోచనలే ఆధునిక కంప్యూటర్‌కు పునాది.
• మిల్ (Mill): లెక్కలు చేసే భాగం – ఇప్పటి CPU లాంటిది.
• స్టోర్ (Store): సమాచారం దాచే భాగం – ఇప్పటి మెమరీ లాంటిది.
• ఇన్‌పుట్‌కు పంచ్ కార్డులు వాడాలని అనుకున్నారు.
• అడా లవ్‌లేస్ (Ada Lovelace): బాబేజ్ యంత్రం కోసం ప్రోగ్రామ్ రాసిన మహిళ. ఆమెను ప్రపంచంలో మొదటి ప్రోగ్రామర్ (First Programmer) అంటారు. కవి లార్డ్ బైరన్ కుమార్తె.
• ప్రోగ్రామింగ్ భాష 'Ada': అమెరికా రక్షణ శాఖ అభివృద్ధి చేసిన ఒక భాషకు అడా లవ్‌లేస్ గౌరవార్థం 'Ada' అని పేరు పెట్టారు.

గుర్తుంచుకునే చిట్కా Babbage = Basic design (ప్రాథమిక రూపకల్పన). Analytical Engine = ఇప్పటి కంప్యూటర్ నమూనా. 'మిల్ = CPU, స్టోర్ = మెమరీ' అని జత గుర్తుంచుకోండి.

కంప్యూటర్లను వాటిలో వాడిన ప్రధాన సాంకేతికత ఆధారంగా ఐదు తరాలుగా విభజించారు. మొదటి తరంలో వాక్యూమ్ ట్యూబ్‌లను (Vacuum Tubes) వాడారు. ఈ యంత్రాలు గదంత పెద్దవిగా ఉండేవి.

• కాలం: సుమారు 1940 నుండి 1956 వరకు.
• ప్రధాన భాగం: వాక్యూమ్ ట్యూబ్ (గాజు గొట్టం). దీన్ని సిగ్నల్స్ ను పెంచడానికి, స్విచ్ లాగా వాడేవారు.
• లక్షణాలు:
  1. పరిమాణం చాలా పెద్దది
  2. చాలా ఎక్కువ విద్యుత్ వాడకం, ఎక్కువ వేడి పుట్టేది
  3. తరచూ పాడవడం (తక్కువ నమ్మకత్వం)
  4. ధర చాలా ఎక్కువ
• భాష: మెషీన్ లాంగ్వేజ్ (Machine Language – 0, 1 లు) మాత్రమే. ఒకేసారి ఒక పని (single task) చేయగలవు.
• ఇన్‌పుట్/అవుట్‌పుట్:
  1. పంచ్ కార్డులు, పేపర్ టేప్
  2. మెమరీకి మాగ్నెటిక్ డ్రమ్స్.
• ప్రముఖ యంత్రాలు:
  1. మార్క్-I (Mark I): 1944లో హోవార్డ్ ఐకెన్ (హార్వర్డ్ విశ్వవిద్యాలయం) రూపొందించారు; IBM సహకారం ఉంది.
  2. ENIAC: 1946లో జాన్ ప్రెస్పర్ ఎకెర్ట్, జాన్ మౌచ్లీ తయారు చేశారు. ఇది మొదటి ఎలక్ట్రానిక్ జనరల్-పర్పస్ డిజిటల్ కంప్యూటర్‌గా ప్రసిద్ధి. ENIAC పూర్తి పేరు Electronic Numerical Integrator and Computer.
  3. EDVAC: జాన్ వాన్ న్యూమన్ ప్రతిపాదించిన 'స్టోర్డ్ ప్రోగ్రామ్ కాన్సెప్ట్' (Stored Program Concept) ఆధారంగా రూపొందింది.
  4. UNIVAC-I: 1951లో వచ్చిన మొదటి వాణిజ్య కంప్యూటర్ (First Commercial Computer). ఎకెర్ట్–మౌచ్లీలే తయారు చేశారు.

వాక్యూమ్ ట్యూబ్ సమస్యలను తొలగించడానికి ట్రాన్సిస్టర్ (Transistor) వచ్చింది. తర్వాత ఇంటిగ్రేటెడ్ సర్క్యూట్ (IC) కంప్యూటర్లను మరింత చిన్నవిగా, వేగవంతంగా చేసింది.

• రెండో తరం (1956–1963): ట్రాన్సిస్టర్ వాడారు.
• ట్రాన్సిస్టర్‌ను 1947లో బెల్ ల్యాబ్స్ (Bell Labs) లో జాన్ బార్డీన్, వాల్టర్ బ్రాటెన్, విలియం షాక్లీ కనిపెట్టారు.
• వాక్యూమ్ ట్యూబ్ కంటే చిన్నది, తక్కువ విద్యుత్, తక్కువ వేడి, ఎక్కువ నమ్మకత్వం.
• భాషలు: అసెంబ్లీ లాంగ్వేజ్ (Assembly), తొలి హై-లెవల్ భాషలు FORTRAN, COBOL.
• మెమరీ:
  1. మాగ్నెటిక్ కోర్
  2. స్టోరేజ్: మాగ్నెటిక్ టేప్, డిస్క్.
• మూడో తరం (1964–1971): ఇంటిగ్రేటెడ్ సర్క్యూట్ (Integrated Circuit – IC) వాడారు.
• IC ని అమెరికా ఇంజినీర్ జాక్ కిల్బీ (Jack Kilby, Texas Instruments) 1958లో కనిపెట్టారు. ఒక చిన్న సిలికాన్ చిప్‌పై అనేక ట్రాన్సిస్టర్లు ఉంటాయి.
• మరింత చిన్న పరిమాణం, వేగం, తక్కువ ధర.
• మానిటర్, కీబోర్డ్ వాడకం మొదలైంది
• ఆపరేటింగ్ సిస్టమ్ వచ్చింది
• ఒకేసారి అనేక ప్రోగ్రామ్‌లు (multiprogramming) నడపగలిగారు.
• భాషలు: BASIC, Pascal వంటి హై-లెవల్ భాషలు.

గుర్తుంచుకునే చిట్కా తరం 1 = Tube, తరం 2 = Transistor, తరం 3 = IC. 'T-T-I' అని గుర్తుపెట్టుకోండి.

నాలుగో తరంలో ఒకే చిప్‌పై మొత్తం CPU వచ్చేసింది. దీనివల్ల పర్సనల్ కంప్యూటర్ (PC) సాధ్యమైంది. ఐదో తరం కృత్రిమ మేధస్సు (Artificial Intelligence) వైపు సాగుతోంది.

• నాలుగో తరం (1971 నుండి ఇప్పటివరకు): మైక్రోప్రాసెసర్ (Microprocessor) వాడకం.
• మొదటి మైక్రోప్రాసెసర్: ఇంటెల్ 4004 (Intel 4004) – 1971.
• సాంకేతికత: LSI (Large Scale Integration), VLSI (Very Large Scale Integration).
• పర్సనల్ కంప్యూటర్లు, ల్యాప్‌టాప్‌లు వచ్చాయి
• GUI (Graphical User Interface), మౌస్, నెట్‌వర్కింగ్, ఇంటర్నెట్ అభివృద్ధి.
• భాషలు: C, C++, Java వంటి హై-లెవల్ భాషలు.
• 1981లో IBM తన మొదటి పర్సనల్ కంప్యూటర్ (IBM PC) ను విడుదల చేసింది.
• ఐదో తరం (ఇప్పుడు, భవిష్యత్తు): ULSI (Ultra Large Scale Integration) సాంకేతికత, కృత్రిమ మేధస్సు (AI), రోబోటిక్స్, నేచురల్ లాంగ్వేజ్ ప్రాసెసింగ్, వాయిస్ రికగ్నిషన్, సమాంతర ప్రాసెసింగ్ (Parallel Processing).
• ఉదాహరణలు: AI అసిస్టెంట్లు, సూపర్ కంప్యూటర్లు.
• జపాన్ 1980ల ప్రారంభంలో 'ఐదో తరం కంప్యూటర్ ప్రాజెక్ట్' ప్రారంభించింది.

తరాల పట్టిక (గుర్తుంచుకోవడానికి)

• 1వ తరం – వాక్యూమ్ ట్యూబ్
• 2వ తరం – ట్రాన్సిస్టర్
• 3వ తరం – IC
• 4వ తరం – మైక్రోప్రాసెసర్ (VLSI)
• 5వ తరం – AI (ULSI)

కంప్యూటర్లను పరిమాణం, వేగం, డేటా ప్రాసెస్ చేసే విధానం ఆధారంగా వేర్వేరు రకాలుగా వర్గీకరిస్తారు. ఈ వర్గీకరణ నుండి పరీక్షల్లో సూటిగా ప్రశ్నలు వస్తాయి.

• డేటా ప్రాసెస్ చేసే విధానం ఆధారంగా:
  1. అనలాగ్ (Analog): నిరంతరంగా మారే విలువలను (ఉష్ణోగ్రత, వేగం, పీడనం) కొలుస్తుంది. ఉదా: స్పీడోమీటర్, థర్మామీటర్.
  2. డిజిటల్ (Digital): 0, 1 లతో లెక్కిస్తుంది. మన ఇళ్లలో ఉండే కంప్యూటర్లు ఇవే.
  3. హైబ్రిడ్ (Hybrid): రెండింటి లక్షణాలు ఉంటాయి. ఉదా: ఆసుపత్రుల్లో ECG వంటి పరికరాలు, పెట్రోల్ పంపులో ఇంధనాన్ని కొలిచి బిల్లు వేసే యంత్రం.
• పరిమాణం, సామర్థ్యం ఆధారంగా:
  1. సూపర్ కంప్యూటర్ (Supercomputer): అత్యంత వేగవంతమైనది, ఖరీదైనది. వాతావరణ అంచనాలు, అంతరిక్ష పరిశోధన, అణు పరిశోధనకు వాడతారు. భారతదేశ మొదటి సూపర్ కంప్యూటర్ 'పరమ్ 8000' (1991), దీన్ని C-DAC తయారు చేసింది; విజయ్ భట్కర్ దీని రూపశిల్పిగా ప్రసిద్ధి.
  2. మెయిన్‌ఫ్రేమ్ (Mainframe): పెద్ద సంస్థలు, బ్యాంకులు, రైల్వేలు వేలాది మంది వినియోగదారుల డేటాను ఒకేసారి నిర్వహించడానికి వాడతాయి.
  3. మినీ కంప్యూటర్ (Mini Computer): మధ్య తరహా; అనేకమంది ఒకేసారి వాడవచ్చు.
  4. మైక్రో కంప్యూటర్ (Micro Computer): వ్యక్తిగత వాడకం కోసం – డెస్క్‌టాప్, ల్యాప్‌టాప్, ట్యాబ్లెట్, స్మార్ట్‌ఫోన్.
• వినియోగం ఆధారంగా: జనరల్ పర్పస్ (అన్ని పనులు) మరియు స్పెషల్ పర్పస్ (ఒక నిర్దిష్ట పని కోసం).

కంప్యూటర్ అంటే ఇచ్చిన సూచనల (Instructions) ప్రకారం ఇన్‌పుట్ తీసుకుని, ప్రాసెస్ చేసి, అవుట్‌పుట్ ఇచ్చే ఎలక్ట్రానిక్ పరికరం. దీని ప్రాథమిక పని IPO చక్రం: Input → Process → Output (దీనికి తోడు Storage).

• ప్రధాన లక్షణాలు:
  1. వేగం (Speed): సెకనులో లక్షలాది లెక్కలు.
  2. ఖచ్చితత్వం (Accuracy): ఇన్‌పుట్ సరైనదైతే ఫలితం తప్పు కాదు.
  3. శ్రమ లేకపోవడం (Diligence): అలసట లేకుండా ఒకే పనిని పదే పదే చేస్తుంది.
  4. నిల్వ సామర్థ్యం (Storage): పెద్ద మొత్తంలో డేటా దాచుకుంటుంది.
  5. బహుముఖ ప్రజ్ఞ (Versatility): అనేక రకాల పనులు చేయగలదు.
• పరిమితులు:
  1. సొంతంగా ఆలోచించలేదు – IQ ఉండదు; సూచనలు ఇస్తేనే పని చేస్తుంది.
  2. 'GIGO' (Garbage In, Garbage Out): తప్పుడు ఇన్‌పుట్ ఇస్తే తప్పుడు అవుట్‌పుట్ వస్తుంది.
• 'కంప్యూటర్' పదం: లాటిన్ 'computare' (లెక్కించడం) నుండి వచ్చింది.
• భారత కంప్యూటర్ మైలురాళ్లు:
  1. భారతదేశంలో మొదటి కంప్యూటర్‌ను (HEC-2M) 1950ల ప్రారంభంలో కోల్‌కతాలోని ఇండియన్ స్టాటిస్టికల్ ఇన్‌స్టిట్యూట్ (ISI) లో ఏర్పాటు చేశారు.
  2. ముంబైలోని TIFR లో 'TIFRAC' అనే కంప్యూటర్ దేశీయంగా తయారైంది.
  3. పరమ్ సూపర్ కంప్యూటర్లు – C-DAC (పుణె).