Hesaplama teknolojisinin evrimi: Transistörler çağı
İkinci nesil bilgisayarlar (1950'lerin sonu – 1960'ların ortası), vakum lambalarının tamamen yarı iletken cihazlarla (transistörler ve diyotlar) değiştirildiği hesaplama makinesi sınıfıdır. Bu geçiş, enerji tüketimi ve boyutlarda eşzamanlı bir düşüş sağlarken güvenilirlikte, işlem hızında ve yerleşim yoğunluğunda katlanabilir bir artışa olanak tanıdı. Bu dönemde ilk yüksek seviye programlama dilleri (COBOL, FORTRAN) ve toplu işleme işletim sistemleri ortaya çıktı.
Temel bilgi: İkinci neslin birinciden en büyük farkı sadece bileşenin değişmesi değil, tasarım felsefesinin de değişmesidir: "göreve özel devre kurma" yaklaşımından, bellek ve işlemcinin ayrıldığı evrensel programlanabilir sistemler yaratmaya geçiş yapılmıştır.
Geçiş döneminin kronolojisi ve bağlamı
İkinci nesil bilgisayarların gelişim dönemi genellikle 1959–1965 yılları olarak tarihlenir. İlk transistörlü prototipler daha önce ortaya çıksa da (örneğin 1956'daki TX-0), kitlesel endüstriyel geçiş tam olarak 60'ların başında gerçekleşti.
İlk bilgisayarların (ENIAC veya MESM gibi) vakum lambaları kritik dezavantajlara sahipti: sık sık yanıyor, megavatlarca enerji tüketiyor ve tüm salonları kaplıyorlardı. Bell Labs'te nokta temaslı ve ardından düzlemsel transistörün icadı (1947) bu sorunları çözdü ancak germanyum ve daha sonra silikon yarı iletkenlerin kitlesel üretim teknolojilerinin olgunlaşması on yıl sürdü.
Bileşen tabanı ve teknik özellikler
Mimarinin temeli ayrı discrete yarı iletken cihazlar oldu. Bu durum aşağıdaki teknik özellikleri belirledi:
1. Mantık elemanları
- Transistörler: Bipolar transistörler (önce germanyum, sonra silikon) kullanıldı. Sinyallerin yükseltilmesi ve anahtarlama işlevlerini yerine getirdiler.
- Diyotlar: Mantık kapıları (VE, VEYA, DEĞİL) oluşturmak için diyot-transistör mantığında (DTL) kullanıldılar.
- Ferrit çekirdekler: Rastgele erişimli bellek (RAM) için standart haline geldiler. Manyetik çekirdekli bellek, güç kesintisinde verileri koruyan (kalıcı) bir yapıya sahipti ve daha önce kullanılan cıva gecikme hatlarına veya katot ışın tüplerine kıyasla çok daha güvenilirdi.
2. Performans ve güvenilirlik
- İşlem hızı: Saniyede binlerden yüz binlerce işleme kadar yükseldi. Tek bir işlemin ortalama yürütme süresi milisaniyelerden mikrosaniyelere düştü.
- Güvenilirlik: Arızasız çalışma süresi on kat arttı. Lambaların her birkaç saatte bir değiştirilmesi gerekirken, transistörlü üniteler aylarca çalışabiliyordu.
- Boyutlar: Makinelerin boyutları birkaç kat küçüldü. Bilgisayar bir "bina" olmaktan çıkıp bir veya iki odaya sığar hale geldi.
Unutulmaması gereken: "İkinci nesil" adlandırmasına rağmen, entegre devreler (çipler) henüz tam anlamıyla kullanılmıyordu. Bileşenler hala discrete idi (ayrı transistörler ve diyotlar) ve baskılı devre kartlarına lehimleniyordu. Çiplere geçiş üçüncü neslin habercisidir.
Nesillerin özelliklerinin karşılaştırılması
| Özellik | Birinci nesil (Lambalar) | İkinci nesil (Transistörler) |
|---|---|---|
| Bileşen tabanı | Vakum lambaları | Discrete transistörler ve diyotlar |
| Bellek | Cıva gecikme hatları, KİT, manyetik drumlar | Manyetik çekirdekler (ferritler) |
| İşlem hızı | 10³ – 10⁴ işlem/sn | 10⁵ – 10⁶ işlem/sn |
| Güç tüketimi | Onlarca–yüzlerce kW | Birimler–onlarca kW |
| Programlama | Makine kodları, assembler | Yüksek seviye diller (ALGOL, COBOL) |
Yazılım ve mimari
İkinci nesil bilgisayarlar, modern yazılımın doğduğu dönem oldu.
- Yüksek seviye diller: FORTRAN (bilimsel hesaplamalar), COBOL (iş uygulamaları) ve ALGOL dilleri için derleyiciler ortaya çıktı. Programcılar ilk kez işlemci registerlarını doğrudan yönetmek yerine, matematiksel gösterime yakın kodlar yazabildiler.
- Toplu işleme: Pahalı işlemcinin verimli yüklenmesi için toplu işleme monitörleri (işletim sistemlerinin öncülleri) geliştirildi. Görevler paketler halinde (delikli kartlarda veya manyetik bantlarda) toplanıyor ve operatör müdahalesi olmadan sırayla yürütülüyordu.
- Kaynak paylaşımı: Donanım ve yazılım kavramlarının ayrılması başladı, bu da alt rutin kütüphaneleri oluşturulmasına olanak sağladı.
İkinci nesil bilgisayarların ikonik örnekleri
Pazar, genellikle paralel yollardan ilerleyen Amerikan devleri ve Sovyet geliştirmeleri arasında bölünmüştü.
Yabancı modeller
- IBM 1401 (1959): Döneminin en yaygın ticari bilgisayarıydı. Transistör mantığı ve ferrit bellek kullanıyordu. Nispeten düşük maliyeti ve güvenilirliği sayesinde IBM 1401, delikli kart tablo makinelerini piyasadan silerek iş dünyası hesaplamaları pazarını ele geçirdi.
- CDC 1604 (1960): Seymour Cray (geleceğin süper bilgisayar yaratıcısı) tarafından tasarlandı. 48-bit mimari kullanan ilk güçlü bilimsel transistörlü makinelerden biriydi.
- PDP-1 (1960): Digital Equipment Corporation'ın PDP serisinin ilk makinesiydi. Sadece 120.000 dolara mal oldu (benzerlerinden katbekat ucuzdu) ve mini bilgisayarların öncüsü oldu. İlk bilgisayar oyunu Spacewar! tam olarak PDP-1 üzerinde yaratıldı.
- UNIVAC III (1962): Lambalı UNIVAC'ların doğrudan mirasçısı olup tamamen yarı iletkenlere geçirilmişti.
Sovyet geliştirmeleri
SSCB'de transistörlere geçiş, standartlaştırılmış serilerin yaratılmasıyla eş zamanlı oldu.
- BESM-6 (1965): Sovyet hesaplama tekniğinin ikinci-üçüncü geçiş döneminin zirvesi. İçinde bazı entegre elemanlar kullanılsa da, mimarisi ve mantığı discrete yarı iletkenler çağının en iyi başarılarına aittir. Performansı saniyede 1 milyon işleme ulaşıyordu.
- "Minsk" Serisi (Minsk-2, Minsk-22, Minsk-32): Mühendislik ve bilimsel görevler için kitlesel, ekonomik bilgisayarlar. Minsk-22, SSCB üniversitelerinde en yaygın kullanılan bilgisayarlarından biri haline geldi.
- "Razdan" Serisi: Modüler yapılarıyla öne çıkan, yerel hesaplama merkezleri için özelleştirilmiş makineler.
- M-20: S. A. Lebedev önderliğinde SKB-245'te geliştirilen, SSCB'nin ilk yüksek hızlı transistörlü bilgisayarlarından biri.
Sınıflandırmada sık yapılan hata: IBM System/360 modeli (1964) sıklıkla yanlışlıkla ikinci nesle dahil edilir. Ancak S/360, hibrit entegre devreleri (SLT) yaygın şekilde kullandığı için üçüncü neslin amiral gemisi olmuştur. 60'ların ortasında nesiller arasındaki sınır bulanıktı, ancak çip varlığı üçüncü aşamanın temel işaretidir.
Dönemin sona ermesinin nedenleri
1960'ların ortalarına gelindiğinde, discrete transistörlerin potansiyeli tükenmişti.
- "Bağlantı tiranlığı": Transistör sayısının artması, kablo ve lehim sayısının üstel olarak artmasına neden oluyordu. Sistemin güvenilirliği, transistörlerin kendisinden ziyade kontak kalitesi nedeniyle düşmeye başlıyordu.
- Miniaturizasyon sınırı: Boyutların daha da küçülmesi ve hızın artması, elemanların tek bir kristal üzerine yerleştirilmesini gerektiriyordu.
- Entegre devrelerin ortaya çıkışı: Jack Kilby ve Robert Noyce'un mikroişlemci/chip icadı, temel elemanın transistör değil, kristal üzerindeki mantık kapısı olduğu üçüncü nesil bilgisayarlarına geçişi sağladı.
Sıkça Sorulan Sorular (SSS)
Transistörlerin lambalara karşı en büyük avantajı nedir? Transistörler katot ısıtması gerektirmez, bu nedenle lambalara kıyasla yüzlerce kat daha az enerji tüketir, yoğun ısı yaymaz ve filamenti zamanla yanan lambaların aksine neredeyse sınırsız bir ömre sahiptir.
Manyetik çekirdekli bellek neden bir atılım olarak kabul ediliyordu? Rastgele erişim sağlıyordu (banttaki gibi sıralı değil, doğrudan herhangi bir hücreye erişilebiliyordu) ve güç kesintilerinde verileri koruyordu. Bu, dallanmalı karmaşık programların uygulanmasını mümkün kıldı.
Tarihteki en ünlü ikinci nesil bilgisayar hangisidir? Dünyada yaygınlığı nedeniyle IBM 1401. Bilimsel çevrelerde CDC 1604 ve PDP-1. SSCB'de ise BESM-6 ve Minsk serisi.
İkinci nesil bilgisayarlarda mikroişlemciler/chipler kullanıldı mı? Hayır, saf haliyle ikinci nesil sadece discrete bileşenler (ayrı transistörler, diyotlar, dirençler) kullanıyordu ve bunlar kablolarla veya baskılı devre kartlarıyla birbirine bağlanıyordu. Mikroişlemciler/chipler üçüncü neslin işaretidir.