الجيل الثالث: الدارات المتكاملة[ر] حدث في عام 1958 إنجاز أطلق ثورة في الإلكترونيات، فابتدأ عصر الإلكترونيات الصِّغْريَّة، باختراع الدارة المتكاملة Integrated Circuit. إنها الدارة المتكاملة التــي تعرِّف الجيل الثالث للحواسيب. الأجيال الأخيرة: لا يوجد اتفاق عام حول تعريف أجيال الحواسيب التــي تلت الجيل الثالث. وما ذُكر في الجدول (1) هو مجرد اقتراح لتحديد الجيلين الرابع والخامس اعتماداً على التطورات في تقانة الدارات المتكاملة. ومع ظهور التكامل الواسع النطاق LSI، غدا من الممكن وضع ما يزيد على 1000 مكوِّن على رقاقة دارة متكاملة واحدة. كذلك حقق التكامل الواسع النطاق جداً VLSI كثافة تزيد على 10.000 مكوِّن لكل رقاقة، ويمكن أن يصل العدد في الرقاقات VLSI الحالية إلى أكثر من 100.000 مكوِّن.
الجيل التاريخ التقريبي التقانة السرعة النموذجية (عملية بالثانية) 1 1964-1957 صمام مفرغ 40.000 2 1958-1964 ترانزستور 200.000 3 1965-1971 تكامل صغير ومتوسط النطاق 1.000.000 4 1972-1977 تكامل واسع النطاق 10.000.000 5 1978- تكامل واسع النطاق جداً 100.000.000 الجدول (1) أجيال الحواسيب
ومع تقدم التقانة السريع، وارتفاع معدل ظهور منتجات جديدة، وازدياد أهمية البرمجيات والاتصالات وتطوير العتاد، أصبح التصنيف وفق الأجيال أقل وضوحاً ودلالةً. ويمكن القول إن التطبيق التجاري للتطورات الجديدة أحدث تغيراً رئيسياً في أوائل السبعينيات من القرن العشرين، ومازالت نتائجها قابلة للتحقيق. غير أن أهم تطور شهدته صناعة الحواسيب هو ظهور ما يسمى الحاسوب الشخصي [ر:الشخصي (الحاسوب ـ)] في بداية الثمانينيات، والذي أتى نتيجة لتطور تقانة الدارات العالية التكامل وتطور المعالجات الصغرية. وفي الخمس والعشرين سنة الماضية أُنتجت حواسيب ذات قدرات عالية جداً مقارنة بالحواسيب السابقة وبكلفة منخفضة نسبياً. المعالِجات الصِّغريّة Microprocessors ازدادت كثافة العناصر المكامَلة على رقاقات المعالجات، على نحو مماثل لازدياد كثافة العناصر على رقاقات الذاكرة. وبمرور الزمن، أخذت تضاف عناصر جديدة إلى كل رقاقة شيئاً فشيئاً، فأصبح الحاسوب الوحيد المعالج يحتاج إلى عدد أقل من الرقاقات. طورت شركة إنتل Intel في عام 1971 المعالج الصغري 4004. وكانت الرقاقة الأولى التــي تحتوي على كل مكوِّنات وحدة المعالجة المركزية متكاملة، وبشرت بولادة المعالج الصِّغري. يمكن للمعالج الصِّغري 4004 أن يجمع عددين من أربعة بِتّات وأن يضرب بالجمع المكرَّر فقط.
ويتجلى التطور السريع بعد ذلك في عدد البِتّات التــي يمكن أن يتعامل معها المعالج في كل مرة. وليس هناك مقياس قطعي لذلك، ولكن قد يكون المقياس الأنسب هو عرض مسرى المعطيات Data Bus Width، وهو عدد بتّات المعطيات التــي يمكن أن تُرسَل إلى المعالج أو منه في كل مرة. فعلى سبيل المثال، طُوِّر عدد من المعالجات التــي تعمل على أعداد مرمَّزة إلى 16 بِتّاً في السجلات ولكن تلك المعالجات تستطيع أن تقرأ وتكتب كلمات مرمَّزة إلى 8 بِتاتّ فقط، في كل مرة. ثم تتابع ظهور المعالج الصِّغري 8008 عام 1972 وكان آنئذٍ أول معالج صِّغري ذي 8 بِتّات، ثم المعالج الصِّغري 8080 عام 1974، وكان أول معالج صِّغري عام الاستخدام. وفي الوقت ذاته تقريباً بدأ تطوير معالجات ذات 16 بِتّاً، غير أنها لم تكن عامة الاستخدام حتى نهاية السبعينيات. وأحد هذه المعالجات هو المعالج 8086. ثم طورت معالجات صِغرية ذات 32 بِتّاً على رقاقة واحدة، منها المعالج 80386، واستمر الأمر على هذا النحو إلى أن وصل إلى المعالجات بينتيوم التي تصل سعات عملها إلى 2 غيغا هيرتز كالمعالج Pentium IV. الوحدات الوظيفية المكونة للحاسوب
يُقسم الحاسوب وظيفياً إلى وحدة دخل، ووحدة خرج، ووحدة ذاكرة، ووحدة حساب ومنطق، ووحدة تحكم. وتتلخص مهمات كل منها ووظيفتها على النحو الآتي: وحدة الدخل: تستقبل هذه الوحدة المعلومات المرمّزة (معطيات أو تعليمات) من الأجهزة الخارجية للإدخال (مثل لوحة المفاتيح أو غيرها) وترسلها إلى الذاكرة لحفظها ومعالجتها أو ترسلها فوراً إلى وحدة الحساب والمنطق لمعالجتها. وحدة الخرج: ومهمتها إرسال نتائج المعالجة أو الرسائل إلى الوسط الخارجي عبر أجهزة الإخراج مثل الطابعات ووحدات الإظهار(الشاشة وغيرها). ومع تطور تقانات الدارات المتكاملة أصبح ممكناً تصنيع دارات تقوم بوظائف الإدخال والإخراج معاً مبرمجة لهذا الغرض. وحدة الذاكرة: تحفظ هذه الوحدة النتائج الوسيطة لكل من المعطيات والتعليمات، وتحفظ البرامج عند تحريرها لتُنفذ لاحقاً. وتتضمن هذه الوحدة ذاكرة رئيسة Main Memory ووسائط تخزين ملحقة مثل الأشرطة الممغنطة والأقراص الممغنطة المرنة والصلبة والأقراص الضوئية. وحدة الحساب والمنطق: وهي مسؤولة عن القيام بجميع العمليات الحسابية والمنطقية التي ستنص عليها تعليمات الحاسوب. وحدة التحكم: تقوم هذه الوحدة بالإشراف على جلب التعليمات من وحدة الذاكرة وتفسيرها وتنسيق عمل مختلف وحدات الحاسوب لتنفيذ العملية التي تنص عليها التعليمة، ويمكن أن يتحقق ذلك بطريقتين مختلفتين عتادية أو برمجية. ونتيجة لتطور تقانة الدارات المتكاملة دُمجت وحدتا التحكم والحساب والمنطق وبعض المكونات الإضافية الأخرى في وحدة واحدة تقوم بجميع المهام وسميت بوحدة المعالجة المركزية Central Processing Unit. كانت وحدات المعالجة المركزية في البدايات بسيطة البنية، تحتوي إضافة إلى وحدة الحساب والمنطق ووحدة التحكم مجموعة من السجلات تستخدم للأغراض العامة، ومجموعة أخرى كرست لأغراض خاصة (كعداد البرنامج وسجل عنوان الذاكرة وسجل معطيات الذاكرة وسجل التعليمات وغيرها) وطورت هذه الوحدات من حيث البنية والتقسيم الوظيفي ومن حيث الحجم ودرجة التكامل والسرعة. وتعد وحدة التحكم الجزء الأهم في وحدة المعالجة لأي حاسوب إذ إن الهدف منها جلب التعليمات من الذاكرة وتفسيرها وتنفيذها بتعيين الإشارات التحكمية وتفعيلها وإرسالها إلى جزء المعالجة من وحدة المعالجة المركزية. وتُفعَّل وحدة التحكم بإحدى الطريقتين: الأولى باستخدام الدارات المنطقية وتسمى وحدة التحكم المبنية عتادياً Hardwired Control Unit. والطريقة الثانية وهي الأعم والمستخدمة في معظم الحواسيب الحديثة فهي استخدام ما يسمى بالبرمجة الصغرية Microprogramming التي تعتمد على تطوير لغة سهلة تترجم كل تعليمة من تعليمات وحدة المعالجة المركزية إلى تعليمات منخفضة المستوى لوحدة التحكم تسمى التعليمات الصغرية Microinstructions. مبادئ العمل الأساسية يحكم البرنامج المخزن في الذاكرة سلوك الحاسوب، ويتألف من مجموعة من التعليمات رتبت وحفظت في الذاكرة. تُجلب التعليمات من الذاكرة إلى وحدة المعالجة المركزية عند تنفيذ البرنامج. وقد يتطلب تنفيذ العملية استعمال معطيات Data يجب جلبها أيضاً من الذاكرة أو من وسط التخزين الخارجي عبر وحدات الإدخال والإخراج. تُنفذ كل تعليمة عادة على مرحلتين: تقوم وحدة المعالجة المركزية أولاً بجلب التعليمات من الذاكرة واحدة واحدة، ثم تقوم بتفسير التعليمة التي جُلبت وتنفيذها. تعتمد صحة تنفيذ البرنامج عادة على التتابع الصحيح في جلب التعليمات من الذاكرة. لهذا تخصص جميع وحدات المعالجة المركزية سجلاً خاصاً لهذه المهمة يسمى عدّاد البرنامج Program Counter يُستخدم عادة للإشارة إلى التعليمة التالية في التنفيذ. لهذا يحفظ عداد البرنامج PC عنوان التعليمة التــي ستجلب لاحقاًً. تقسم التعليمات عادة إلى قسمين اثنين. يحتوي القسم الأول على رمز التعليمة Operation Code التي ستقوم بها وحدة المعالجة المركزية. وتنقسم التعليمات وفقاً للعملية إلى: تعليمات معالجة المعطيات، وتعليمات تناقل المعطيات بين مختلف المصادر والوجهات في وحدة المعالجة أو الذاكرة، وتعليمات التحكم بالبرنامج، وتعليمات لإدارة حالة وحدة المعالجة المركزية. أما القسم الثاني فيحتوي على معامل Operand أو أكثر، لتحديد العنوانات الفعلية المطلوب معالجتها بما يسمى طرق العَنوَنة Addressing Methods المستخدمة في هذا الحاسوب.
