دانشگاه کردستان دانشکده کشاورزی گروه مهندسی بیوسیستم

2. دانشگاه کردستان دانشکده کشاورزی گروه مهندسی بیوسیستم برنامه نویسی کامپیوتر Computer Programming مدرس: دکتر کاوه ملازاده

3. سرفصل درس

4. منابع درس • مطالب ارائه شده در کلاس • کتاب الگوریتم و فلوچارت • نویسندگان: بهرام غلامی و علیرضا جباریه • انتشارات: موسسه فرهنگی هنری دیباگران تهران • کتاب های مرتبط با برنامه نویسی با MATLAB 1

5. دانشگاه کردستان دانشکده کشاورزی گروه مهندسی بیوسیستم برنامه نویسی کامپیوتر Computer Programming فصل اول: تاریخچه پیدایش کامپیوتر مدرس: دکتر کاوه ملازاده

6. نیاز بشر به شمارش • دقیقاً مشخص نیست که انسان پیش از تاریخ، چه زمانی از مفاهیمی همچون عدد و شمارش استفاده کرده است؛ اما لزوماً به مفاهیمی مانند کم و زیاد، تعداد افراد قبیله، میزان وسایل زندگی خود و دیگران، تعداد دوست و دشمن و چیزهایی از این قبیل نیاز داشته است. • با پیشرفت بشر و نیاز به شمارشهای وسیع تر، انگشتان به عنوان پایه و مبنای شمارش، انتخاب و به هر انگشت، نمادی منسوب شد و اعداد بزرگ تر به صورت ترکیبی ار این نمادها نوشته شدند. به طور مثال دوازده یعنی دو از ده. 1

7. چرتکه (Abacus) • چینی ها (3000 سال قبل از میلاد مسیح) مخترع چرتکه هستند. • چرتکه یک کمک رسان اولیه برای محاسبات ریاضی بود. تنها خصوصیت آن این است که به حافظه افراد برای انجام محاسبات (عملیات جمع و تفریق) کمک می‌کرد. • Abacus is a Latin word that has its origins in the Greek words abax or abakon (meaning "table" or "tablet") which in turn, possibly originated from the Semitic word abq, meaning "sand“. • چرتکه‌های مدرن از حلقه‌هایی درست شده‌اند که روی میله‌ها می‌لغزند. در یک چرتکه خیلی پیشرفته ۵ حلقه پایینی در هر میله نشانگر ۵ انگشت دست است و ۲ حلقه بالایی نشانگر ۲ دست است. 2

8. ماشین حساب مکانیکی داوینچی (Da-Vinci’s mechanical calculator) • لئوناردو داوینچی ((1519-1452) Leonardo Da-Vinci) طرحی از ماشین حساب چرخ دنده دار کشید که هیچ گاه آن را نساخت. • در سال 1968 شرکت IBM نمونه واقعی ماشین حساب داوینچی را ساخت. Working model Notebook sketches c1500 3

9. جدول جستجوی لگاریتم نپر (Napier’s logarithmic lookup table) • جان نپر ((1617-1550) John Napier) ریاضیدان اسکاتلندی در اویل قرن هفدهم میلادی مفهوم ریاضی لگاریتم را اختراع کرد. • با استفاده از جدول لگاریتم، انجام عملیات ضرب، تقسیم، توان و جذرگیری به آسانی قابل انجام است. 4

10. ماشین حساب پاسکالین (Pascaline calculating machine) • در سال ۱۶۴۲ بیلز پاسکال ((1662-1623) Blaise Pascal) در سن ۱۹ سالگی پاسکالین را به عنوان یک کمک رسان برای پدرش که یک جمع آورنده مالیات بود اختراع کرد. • پاسکالین توانایی انجام عملیات جمع و تفریق را داشت. اما از آنجایی که در آن زمان ساخت چرخ دنده ها با دقت لازم مقدور نبود، این دستگاه از دقت بالایی برخوردار نبود. 5

11. ماشین محاسبه پله ای لایبنیز (Leinbiz’s stepped reckoner) • گوتفرد ویلهم فان لایبنیز ((1716-1646) Gottfried Wilhem von Leibniz) در سال 1672 ماشین حساب چهارکاره ای (جمع، تفریق، ضرب و تقسیم) ساخت که به علت استفاده از طبل های شیاردار به جای چرخ دنده، به محاسبه گر پله ای معروف شد. • محاسبه گر پله ای از سیستم عددی ده دهی (هر طبل 10 شیار داشت) استفاده می کرد. بنابراین لایبنیز را ابداع کننده سیستم عددی ده دهی، که پایه و اساس بهره برداری از کامپیوترهای امروزی است، می توان دانست. 6

12. کارت های منگنه جکوارد (Jacquard’s punch cards) • در سال ۱۸۰۱ جوزف ماری جکوارد فرانسوی ((1834-1752) Joseph Marie Jacquard) یک دستگاه بافندگی قوی را اختراع کرد که می توانست بافندگی و تزئین روی پارچه با یک الگو را به طور اتوماتیک انجام دهد. این دستگاه از روی کارت‌های چوبی منگنه‌ای، که در یک ردیف طولانی به وسیله یک طناب به هم کمک می‌کردند، الگو را می‌خواند. 7

13. موتور تفاضلی بابیج (Babbage’s difference engine) • در سال ۱۸۲۲ چالز بابیج ((1871-1791) Charles Babbage) ریاضیدان انگلیسی ایده ماشین محاسبه گری را پیشنهاد نمود که قادر به محاسبه فهرست‌هایی از اعداد به صورت همزمان، همانند جداول لگاریتمی، بود. • در آن زمان، دولت انگلیس، که برنامه ریزی کرده بود بزرگترین امپراطوری جهان شود، سرمایه و بودجه هنگفتی را برای این پروژه به خاطر اهمیت جداول عددی در کشتی رانی در اقیانوس، که به وسیله آن تجارت آبی و نیز نیروی دریایی نظامیشان را ترقی می‌دادند، اختصاص داد. • بابیج در حین ساخت ماشین تفاضلی اش، به علت پیدایش ایده ای جدید در ذهنش نسبت به ساخت ماشینی که کارایی بیشتر از ماشین تفاضلی را داشت، ساخت آن را نیمه کاره رها کرد. 8

14. موتور تحلیلی بابیج (Babbage’s analytical engine) • موتور تحلیلی بابیج با نیروی بخار کار می‌کرد و تفاوتش با موتور تفاضلی این بود که برنامه‌پذیر بود و می‌توانست نوع خاصی از تحلیل را انجام بدهد. • ورودی (اعم از برنامه‌ها و داده‌ها) توسط کارت‌های منگنه (همانند کارت های منگنه جکوارد) برای ماشین فراهم می‌شد. در بخش خروجی، ماشین نتایج را با منگنه کردن شماره‌ها بروی کارت‌ها (با استفاده از سیستم ده دهی) نمایش می داد. • امروزه چالز بابیج را، به خاطر ابداع موتور تحلیلی، پدر کامپیوتر می نامند. 9

15. میز تحریر هلریت (Hollerith’s Tabulating Machine) • هرمن هلریت ((1929-1860) Herman Hollerith)، با ایده گرفتن از کارت های منگنه ای جکوارد، دستگاهی را اختراع کرد که شامل یک کارت خوان بود که می توانست سوراخ‌های داخل کارت را درک کند. یک دنده دستگاهی را که می‌توانست بخواند می‌چرخاند و یک شمارش گر نتایج را نشان می‌داد. او از این دستگاه برای شمارش آرای انتخابات سال 1890 مجلس امریکا استفاده کرد. • هلریت بعدها با پیشرفته تر نمودن میز تحریر محاسبه گرش، شرکت IBM (International Business Machines Co.) را تاسیس نمود. 10

16. کامپیوترهای نسل اول (1959-1945) • استفاده از لامپ خلاء ((Vacuum Tube • عدم امکان استفاده همزمان چند نفر (Single User) • استفاده از زبان ماشين و اسمبلی بعنوان ابزار برنامه نويسی • کامپيوتر IBM 650پر طرفدارترين مدل 11

17. کامپیوترهای نسل دوم (1964-1959) • استفاده از ترانزيستور • افزايش سرعت محاسبات (5 برابر) • کامپيوتر IBM 7094موفق ترين مدل • ارائه روايت های جديد از زبانهای مختلف برنامه نويسی • ارئه ايده استفاده همزمان چند کاربر از کامپيوتر 12

18. کامپیوترهای نسل سوم (1979-1965) • استفاده از مدارهای مجتمع (Integrated circuit) با کنار هم قرار دادن تعداد زیادی ترانزیستور در کنارهم • عملی شدن استفاده همزمان چندين استفاده کننده از کامپيوتر • پديدار شدن کامپيوتر های متوسط (Minicomputer) • معرفی اولين ريز کامپيوترها (Microcomputer) • استاندارد شدن زبان های برنامه نويسی • Fortran 66اولين زبان استاندارد شده • بهينه سازی کامپايلرها و اثبات درستی برنامه (Debugging) 13

19. کامپیوترهای نسل چهارم (1980 به بعد) • استفاده از مدارات مجتمع با فشردگی بالا • افزايش سرعت پردازش (چند ميليارد سيکل يا هرتز در ثانيه ( يک عمل جمع به حدود 8 سيکل زمان نياز دارد)) • افزايش حجم حافظه اصلی ( چندين (GBو جانبی (نامحدود) • استفاده از چندين پردازنده در قالب يک کامپيوتر بزرگ • برای مثال Intel Paragon XP/Sداری 4096 پردازنده می تواند 300 ميليارد عمل محاسباتی اعشاری را در يک ثانيه انجام دهد. این عدد برای کامپیوترهای امروزی حدود 20 تریلیون است. 14

20. کامپیوترهای نسل پنجم • عملکرد شبه انسانی • يادگيری • استنباط • تصميم گيری • صحبت • درک مفاهيم 15

21. فیلم مستندCreation of the Computer 16