Istoria calculatoarelor

Înainte de vârsta electronică, cel mai apropiat lucru cu un computer a fost abacus, deși, strict vorbind, abacus este de fapt un calculator, deoarece necesită un operator uman. Pe de altă parte, calculatoarele efectuează automat calcule urmând o serie de comenzi încorporate numite software.

În 20^lea secol, progresele tehnologice au permis mașinile de calcul în continuă evoluție de care acum depindem atât de total, practic nu le dăm niciodată un al doilea gând. Dar chiar înainte de apariția microprocesoarelor și a supercomputatorilor, au existat anumiți oameni de știință și inventatori remarcabili care au ajutat să pună bazele tehnologiei care de atunci a modificat drastic fiecare fațetă a vieții moderne..

Limba dinainte de hardware

Limbajul universal în care calculatoarele efectuează instrucțiuni de procesare au originea în secolul al XVII-lea sub forma unui sistem numeric binar. Dezvoltat de filosoful și matematicianul german Gottfried Wilhelm Leibniz, sistemul a venit ca o modalitate de a reprezenta numere zecimale folosind doar două cifre: numărul zero și numărul unu. Sistemul lui Leibniz a fost parțial inspirat de explicații filozofice din textul chinezesc clasic „I Ching”, care a explicat universul în termeni de dualități precum lumina și întunericul și masculin și feminin. Deși nu exista nicio utilizare practică pentru sistemul său recent codificat la acea vreme, Leibniz credea că este posibil ca o mașină să folosească într-o zi aceste șiruri lungi de numere binare..

În 1847, matematicianul englez George Boole a introdus un limbaj algebric nou conceput construit pe opera lui Leibniz. „Algebra lui booleană” a fost de fapt un sistem de logică, cu ecuații matematice folosite pentru a reprezenta enunțuri în logică. La fel de important a fost faptul că a folosit o abordare binară în care relația dintre diferite cantități matematice ar fi fie adevărată sau falsă, 0 sau 1. 

La fel ca în Leibniz, la acea vreme nu existau aplicații evidente pentru algebra lui Boole, însă matematicianul Charles Sanders Pierce a petrecut zeci de ani extinzând sistemul, iar în 1886, a stabilit că calculele ar putea fi efectuate cu circuite de comutare electrică. Drept urmare, logica booleană ar deveni în cele din urmă instrumentă în proiectarea calculatoarelor electronice.

Primii procesatori

Matematicianul englez Charles Babbage este creditat că a asamblat primele computere mecanice - cel puțin tehnic vorbind. Mașinile sale de la începutul secolului al XIX-lea au prezentat o modalitate de a introduce numere, memorie și un procesor, precum și o modalitate de a da rezultatele. Babbage a numit încercarea sa inițială de a construi prima mașină de calcul din lume „motorul diferenței”. Proiectul a solicitat o mașină care să calculeze valori și să imprime automat rezultatele pe un tabel. Acesta trebuia să fie cu mâna și ar fi cântărit patru tone. Dar copilul lui Babbage a fost un efort costisitor. Peste 17.000 de lire sterline au fost cheltuite pentru dezvoltarea timpurie a motorului. În cele din urmă, proiectul a fost anulat după ce guvernul britanic a întrerupt finanțarea Babbage în 1842.

Acest lucru l-a obligat pe Babbage să treacă la o altă idee, un „motor analitic”, care avea un scop mai ambițios decât predecesorul său și urma să fie utilizat pentru calculul de uz general, mai degrabă decât doar pentru aritmetică. În timp ce nu a fost niciodată capabil să urmărească și să construiască un dispozitiv de lucru, designul lui Babbage a prezentat în esență aceeași structură logică ca și computerele electronice care vor fi utilizate în anii 20^lea secol. Motorul analitic avea memorie integrată - o formă de stocare a informațiilor găsită în toate computerele - care permite ramificarea sau posibilitatea unui computer de a executa un set de instrucțiuni care se abat de la ordinea de secvență implicită, precum și bucle, care sunt secvențe. a instrucțiunilor efectuate în mod repetat succesiv. 

În ciuda eșecurilor sale de a produce o mașină de calcul complet funcțională, Babbage a rămas nedeterminat în continuarea ideilor sale. Între 1847 și 1849, a elaborat modele pentru o a doua versiune nouă și îmbunătățită a motorului său cu diferențe. De această dată, a calculat numere zecimale de până la 30 de cifre, a efectuat calculele mai rapid și a fost simplificat pentru a necesita mai puține părți. Cu toate acestea, guvernul britanic nu a considerat că merită investiția lor. În cele din urmă, cel mai mare progres realizat de Babbage vreodată pe un prototip a finalizat o șapte parte din primul său design.

În această epocă timpurie a calculului, au existat câteva realizări notabile: Mașina de prezicere a mareei, inventată de matematicianul scoto-irlandez, fizician și inginer Sir William Thomson în 1872, a fost considerată primul computer analog modern. Patru ani mai târziu, fratele său mai mare, James Thomson, a venit cu un concept pentru un computer care a rezolvat probleme matematice cunoscute sub numele de ecuații diferențiale. El a numit dispozitivul său „mașină de integrare”, iar în anii următori, va servi drept bază pentru sistemele cunoscute sub numele de analizoare diferențiale. În 1927, savantul american Vannevar Bush a început dezvoltarea pe prima mașină numită ca atare și a publicat o descriere a noii sale invenții într-un jurnal științific în 1931.

Zorii calculatoarelor moderne

Până la începutul anului 20^lea secol, evoluția calculului a fost puțin mai mult decât oamenii de știință care au ocupat proiectarea de mașini capabile să efectueze eficient diverse tipuri de calcule pentru diverse scopuri. Abia în 1936 a fost pusă la punct o teorie unificată asupra a ceea ce constituie un „computer cu scop general” și modul în care ar trebui să funcționeze. În acel an, matematicianul englez Alan Turing a publicat o lucrare intitulată „On Computable Numbers, with a Application to the Entscheidungsproblem”, care a evidențiat modul în care un dispozitiv teoretic numit „Mașină de Turing” poate fi folosit pentru a efectua orice calcul matematic imaginabil, executând instrucțiuni. . În teorie, aparatul ar avea memorie nelimitată, ar citi date, ar scrie rezultate și ar stoca un program de instrucțiuni.

În timp ce computerul lui Turing era un concept abstract, a fost un inginer german numit Konrad Zuse care va continua să construiască primul computer programabil din lume. Prima sa încercare de a dezvolta un computer electronic, Z1, a fost un calculator bazat pe binare care citea instrucțiuni dintr-un film perforat de 35 de milimetri. Totuși, tehnologia era de încredere, așa că a urmat-o cu Z2, un dispozitiv similar care a folosit circuite cu releu electromecanic. În timp ce o îmbunătățire, totul a fost împreună pentru Zuse. Dezvăluit în 1941, Z3 era mai rapid, mai fiabil și mai capabil să efectueze calcule complicate. Cea mai mare diferență în această a treia încarnare a fost aceea că instrucțiunile au fost stocate pe o bandă externă, permițându-i astfel să funcționeze ca un sistem complet operațional controlat prin program. 

Ceea ce este poate cel mai remarcabil este faptul că Zuse și-a făcut o mare parte din munca sa izolat. Nu știa că Z3 era „Turing complet”, sau cu alte cuvinte, capabil să rezolve orice problemă matematică calculabilă - cel puțin în teorie. Nici el nu avea cunoștințe despre proiecte similare în curs în același timp în alte părți ale lumii.

Printre cele mai notabile a fost Harvard Mark I, finanțat de IBM, care a debutat în 1944. Totuși, mai promițătoare a fost dezvoltarea sistemelor electronice precum prototipul de calcul al Marii Britanii din 1943, Colossus și ENIAC, primul sistem electronic complet operațional computer de uz general care a fost pus în funcțiune la Universitatea din Pennsylvania în 1946.

Din proiectul ENIAC a venit următorul mare salt în tehnologia de calcul. John Von Neumann, un matematician maghiar care s-a consultat cu privire la proiectul ENIAC, va pune bazele unui computer cu programe stocate. Până la acest moment, calculatoarele funcționau pe programe fixe și își modifică funcția - de exemplu, de la efectuarea calculelor la procesarea textelor. Acest lucru a necesitat procesul de consumare a timpului, care trebuie să le redirecționeze manual și să le restructureze. (A durat câteva zile pentru a reprograma ENIAC.) Turing a propus, în mod ideal, faptul că un program memorat în memorie ar permite computerului să se modifice într-un ritm mult mai rapid. Von Neumann a fost intrigat de concept și în 1945 a elaborat un raport care furniza în detaliu o arhitectură fezabilă pentru calcularea programelor stocate.   

Lucrarea sa publicată va fi vehiculată pe scară largă între echipele concurente de cercetători care lucrează la diverse proiecte de computer. În 1948, un grup din Anglia a introdus mașina experimentală Manchester pe scară mică, primul computer care a rulat un program memorat bazat pe arhitectura Von Neumann. Poreclit „Bebeluș”, mașina Manchester a fost un computer experimental care a servit ca predecesorul mărcii de la Manchester I. I. EDVAC, designul computerului pentru care a fost destinat inițial raportul lui Von Neumann, nu a fost finalizat până în 1949..