İlk bilgisayarların hızı: 1. nesil bilgisayarlar neden yavaştı?
Birinci nesil bilgisayarların (1940'ların sonu - 1950'lerin ortası) hızı saniyede birkaç yüz ila 10-20 bin işlem arasındaydı. Hızın ana kısıtlayıcısı, düşük güvenilirlik, yüksek enerji tüketimi ve anahtarlama sırasında önemli gecikmelere sahip olan elektronik lambalardan oluşan bileşen tabanıydı. Cıva gecikme hatları veya manyetik tamburlar üzerindeki bellek, işlemciden çok daha yavaş çalışarak veri alışverişinde "darboğaz" yaratıyordu.
Temel gerçek: Günümüz akıllı telefonları saniyede milyarlarca işlem gerçekleştirirken, ilk bilgisayarlar mekanik hesaplayıcıların manuel emeğini değiştirerek bir devrim yarattı. Balistik veya kriptografi görevleri için saniyede 5000 toplama işlemi hızı, "kağıt üzerinde" yapılan hesaplamalara kıyasla bir atılımdı.
Tüplü makinelerin çalışma hızını ne belirliyordu?
Birinci nesil bilgisayarların performansı, modern anlamdaki saat frekansından değil, bileşenlerin fiziksel doğasından kaynaklanıyordu.
Bileşen tabanı ve gecikmeler
Mantiğin temelini vakum triotları ve diyotlar oluşturuyordu.
- Anahtarlama süresi: Lambanın katodu ısıtması ve elektron akışını değiştirmesi zaman alıyordu. Bu, mikrosaniye düzeyinde gecikmeler yaratıyordu.
- Güvenilirlik: Binlerce lamba paralel olarak çalışıyordu. Sık sık yanmalar, makinenin değişim için durdurulmasını gerektiriyordu; bu da etkin hızı (duruş süreleri dikkate alındığında görevi çözme için geçen gerçek süre) düşürüyordu.
Bellek mimarisi
Bu, en zayıf noktaydı. İşlemci bir işlemi birkaç mikrosaniyede gerçekleştirebilirken, bellekten veri beklemek katbekat daha fazla zaman alıyordu.
- Cıva gecikme hatları: Veriler, cıva içeren tüplerdeki akustik dalgalar şeklinde saklanıyordu. Bilgiye erişim sıralıydı: gerekli kelimeyi okumak için, genellikle okuma kafasının önünden "geçmesini" beklemek gerekiyordu.
- Manyetik tamburlar: Dönen silindirik depolama birimleri de yalnızca sıralı erişim sağlıyordu; bu da belleğe sık başvurulan programların yürütülmesini ciddi şekilde yavaşlatıyordu.
Sıralı işleme
- nesil makinelerin çoğu komutları kesinlikle sıralı olarak yürütüyordu. Modern CPU'lara özgü pipelining ve paralel hesaplama yoktu. Bir işlem öncekinin sonucuna bağlıysa, işlemci boşta kalıyordu.
Ünlü bilgisayarların gerçek örnekleri ve özellikleri
Hız değerleri işlem türüne göre değişiyordu (toplama, çarpmadan daha hızlı gerçekleşiyordu). Aşağıda o dönemin önemli makineleri için veriler sunulmaktadır.
Erken dönem bilgisayarlarının performans karşılaştırması
| Model | Üretim Yılı | Ülke | Hız (işlem/sn) | Bileşen Tabanı ve Bellek |
|---|---|---|---|---|
| ENIAC | 1946 | ABD | ~5.000 (toplama) | 17.468 lamba. Flip-flop kayıtçıları üzerinde bellek (çok hızlı, ancak düşük kapasite). |
| MESM | 1950 | SSCB | ~50–100 | 6.000 lamba. Flip-flop hücreleri üzerinde bellek. Kıta Avrupası'nın ilk bilgisayarı. |
| UNIVAC I | 1951 | ABD | ~1.900 (toplama) | 5.200 lamba. Cıva gecikme hatları üzerinde bellek (1000 kelime kapasite). |
| IBM 701 | 1952 | ABD | ~16.000 (toplama) | 4.000 lamba. IBM'in ilk ticari bilimsel bilgisayarı. Williams CRT tüpleri üzerinde bellek. |
| BESM-1 | 1953 | SSCB | ~8.000–10.000 | ~5.000 lamba. Yapıldığı dönemde Avrupa'nın en hızlı makinelerinden biri. |
Dikkat: Tabloda toplama işlemi için hız belirtilmiştir. Çarpma ve bölme işlemleri, donanımsal olarak değil, kaydırma ve toplama dizileri üzerinden gerçekleştirildiği için 10-50 kat daha yavaş gerçekleşiyordu.
Geçmişteki hız algısına ilişkin tipik yanlış anlaşılmalar
Bilişim teknolojisi tarihini incelerken, ilk makinelerin performansı hakkında sıkça yanlış inançlar ortaya çıkar.
- Modern GHz ile "doğrudan" karşılaştırma. Tüplü makinelerin saat frekansı (genellikle kilohertz cinsinden ölçülür) ile modern işlemcilerin hertz değerleri doğrudan karşılaştırılamaz. İlk bilgisayarların CISC (Karmaşık Komut Seti Bilgisayarı) mimarisi, bir komutun modern RISC işlemcinin basit bir talimatından daha fazla faydalı iş yapabileceğini, ancak bunun çok daha uzun sürdüğünü ima ediyordu.
- Giriş-çıkışın göz ardı edilmesi. Ana zaman hesaplamaya değil, delikli kartlara ve delikli şeritlere harcanıyordu. Dakikada 100-200 kart hızında veri okuma, o dönemin güçlü (göreli olarak) işlemcisini boşta bırakan kritik derecede yavaş bir süreçti.
- Anlık sonuç efsanesi. Büyük kapasiteli RAM'in olmaması nedeniyle, programlar genellikle kabloları değiştirerek veya yeni tamburlar yükleyerek fiziksel olarak "yüklenmek" zorundaydı; bu da tek bir görevin çözümünü saatler veya günler süren hazırlık sürecine dönüştürüyordu.
SSS: Sıkça Sorulan Sorular
Neden 1. nesil bilgisayarlara "canavarlar" deniyordu? Boyutları ve enerji tüketimleri nedeniyle. ENIAC makinesi 30 ton ağırlığındaydı, 167 metrekare alan kaplıyordu ve 150 kW elektrik enerjisi tüketiyordu. Binlerce lambanın yaydığı ısı, güçlü havalandırma sistemleri gerektiriyordu.
İkinci nesildeki ana atılım neydi? Elektronik lambaların transistörlerle değiştirilmesi. Transistörler daha küçük, daha güvenilir, daha az enerji tüketen ve yüzlerce kat daha hızlı anahtarlanan bileşenlerdi; bu da hızı saniyede yüz binlerce işleme çıkarmaya ve makinelerin boyutlarını küçültmeye olanak tanıdı.
Birinci neslin en hızlı makinesi hangisiydi? SSCB'nin en performanslı makinelerinden biri BESM-1'di (saniyede 10 bin işleme kadar), ABD'de ise IBM 701 ve daha sonraki SAGE (Hava Savunma Sistemi) öne çıkıyordu; SAGE, özelleştirilmiş mimarisi sayesinde saniyede yaklaşık 75.000 işlem hızına ulaşıyordu, ancak genellikle geçiş dönemi olarak sınıflandırılır.
1. nesil bilgisayarlarda oyun oynanabilir miydi? Hayır, modern anlamda. Etkileşim yoktu. Ancak, "Nimrod" (1951) gibi Nim oyunu için geliştirilmiş demonstrasyon programları vardı; bunlar genel amaçlı bilgisayarlarda değil, özel amaçlı makinelerde çalışıyordu ve grafikler kontrol panelindeki ampullerden ibaretti.