Pohľad na históriu počítačov

Pred vekom elektroniky bolo počítačom najbližšie počítadlo, hoci prísne vzaté, počítadlo je v skutočnosti kalkulačka, pretože si vyžaduje ľudského operátora. Počítače na druhej strane vykonávajú výpočty automaticky sledovaním série vstavaných príkazov nazývaných softvér.

V 20^th storočia, prielomy v technológii umožňovali stále sa vyvíjajúce počítačové stroje, od ktorých sme teraz úplne závislí, prakticky nikdy im nebudeme venovať druhú myšlienku. Ale ešte pred príchodom mikroprocesorov a superpočítače, boli istí významní vedci a vynálezcovia, ktorí pomohli položiť základy pre technológiu, ktorá odvtedy drasticky pretvorila každú stránku moderného života.

Univerzálny jazyk, v ktorom počítače vykonávajú inštrukcie procesora, vznikol v 17. storočí vo forme binárneho číselného systému. Vyvinutý nemeckým filozofom a matematikom Gottfried Wilhelm Leibniz, systém vznikol ako spôsob, ako reprezentovať desatinné čísla pomocou iba dvoch číslic: číslice nula a číslice jedna. Leibnizov systém bol čiastočne inšpirovaný filozofickými vysvetleniami v klasickom čínskom texte „I Ching, “ktorý vysvetlil vesmír z hľadiska dualít, ako sú svetlo a tma a muž a Žena. Zatiaľ čo v tom čase neexistovalo praktické využitie pre jeho novo kodifikovaný systém, Leibniz veril, že stroj mohol jedného dňa tieto dlhé reťazce binárnych čísel využiť.

V roku 1847 predstavil anglický matematik George Boole novo navrhnutý algebraický jazyk postavený na Leibnizovej práci. Jeho „logická algebra“ bol v skutočnosti systém logiky, pričom matematické rovnice slúžili na vyjadrenie logických výrokov. Rovnako dôležité bolo, že použil binárny prístup, v ktorom by vzťah medzi rôznymi matematickými veličinami bol buď pravdivý alebo nepravdivý, 0 alebo 1.

Rovnako ako v prípade Leibnizu neexistovali v čase Booleovej algebry žiadne zjavné aplikácie, matematik Charles Sanders Pierce strávil desaťročia rozširovanie systému, av roku 1886, určil, že výpočty mohli byť vykonané s elektrickým prepínaním obvody. V dôsledku toho by sa logická logika nakoniec stala nástrojom pri navrhovaní elektronických počítačov.

Anglický matematik Charles Babbage je pripočítaný so zostavením prvých mechanických počítačov - aspoň technicky povedané. Jeho stroje začiatkom 19. storočia predstavovali spôsob vkladania čísel, pamäte a procesora spolu so spôsobom, ako vydávať výsledky. Babbage nazval svoj počiatočný pokus postaviť prvý počítačový stroj na svete „motorom rozdielov“. Dizajn vyžadoval stroj, ktorý vypočítal hodnoty a automaticky vytlačil výsledky na a stôl. Malo to byť ručne zalomené a vážilo by štyri tony. Ale Babbageho dieťa bolo nákladné úsilie. Viac ako 17 000 libier šterlingov bolo vynaložených na počiatočný vývoj motorov s rozdielmi. Projekt bol nakoniec zrušený po tom, ako britská vláda v roku 1842 prerušila financovanie Babbage.

To bolo nútené Babbage posunúť sa k inej myšlienke, „analytickému motoru“, ktorý bol svojím rozsahom ambicióznejší ako jeho predchodca a mal byť používaný skôr na všeobecné účely ako na aritmetický výpočet. Aj keď nikdy nebol schopný sledovať a vybudovať funkčné zariadenie, dizajn spoločnosti Babbage predstavoval v podstate rovnakú logickú štruktúru ako elektronické počítače, ktoré by sa začali používať v 20^th storočia. Analytický stroj mal integrovanú pamäť - formu ukladania informácií nájdenú vo všetkých počítačoch - ktorá umožňuje vetvenie alebo schopnosť počítača vykonáva množinu inštrukcií, ktoré sa líšia od predvoleného poradia sekvencií, ako aj slučiek, čo sú postupnosti inštrukcií vykonávaných opakovane v nástupníctva.

Napriek tomu, že nedokázal vytvoriť plne funkčný výpočtový stroj, Babbage bol neustále zanedbávaný pri presadzovaní svojich nápadov. V rokoch 1847 až 1849 navrhoval novú a vylepšenú druhú verziu svojho diferenciálneho motora. Tentoraz vypočítal desatinné čísla až do 30 číslic, vykonával výpočty rýchlejšie a zjednodušil sa, aby vyžadoval menej častí. Napriek tomu britská vláda nemala pocit, že by to stálo za to ich investíciu. Nakoniec, najpokrokovejší model Babbage, aký kedy bol na prototype dokončený, dokončil jednu sedeminu svojho prvého návrhu.

Počas tejto skorej éry výpočtovej techniky došlo k niekoľkým pozoruhodným úspechom: stroj na predpovedanie prílivu a odlivu, vynašiel škótsko-írsky matematik, fyzik a inžinier Sir William Thomson v roku 1872, bol považovaný za prvý moderný analógový počítač. O štyri roky neskôr, jeho starší brat, James Thomson, prišiel s konceptom pre počítač, ktorý riešil matematické problémy známe ako diferenciálne rovnice. Nazval svoje zariadenie „integračným strojom“ a v neskorších rokoch by slúžil ako základ pre systémy známe ako diferenciálne analyzátory. V roku 1927 americký vedec Vannevar Bush začal s vývojom prvého stroja, ktorý bol takto označený, a publikoval opis svojho nového vynálezu vo vedeckom časopise v roku 1931.

Až do začiatku 20. storočia^th storočia bol vývoj výpočtovej techniky o niečo viac ako vedci, ktorí sa zaoberali návrhom strojov schopných efektívne vykonávať rôzne druhy výpočtov na rôzne účely. Až v roku 1936 bola konečne predložená zjednotená teória o tom, čo predstavuje „univerzálny počítač“ a ako by mala fungovať. V tomto roku anglický matematik Alan Turing publikoval dokument s názvom „O kompatibilných číslach s aplikáciou na Entscheidungsproblem“, ktorý načrtol, ako by sa teoretické zariadenie s názvom „Turingov stroj“ mohlo použiť na vykonanie všetkých možných matematických výpočtov vykonaním vykonania inštrukcie. Teoreticky by mal stroj neobmedzenú pamäť, čítal údaje, písal výsledky a ukladal program inštrukcií.

Zatiaľ čo Turingov počítač bol abstraktný koncept, bol to nemecký inžinier Konrad Zuse kto by pokračoval v zostavovaní prvého programovateľného počítača na svete. Jeho prvým pokusom o vývoj elektronického počítača, Z1, bola binárna kalkulačka, ktorá čítala pokyny z dierovaného 35 milimetrového filmu. Táto technológia však bola nespoľahlivá, a preto ju nasledoval so Z2, podobným zariadením, ktoré používalo elektromechanické reléové obvody. Kým zlepšenie, to bolo v zostavovaní jeho tretí model, že všetko sa spojili pre Zuse. Z3, ktorý bol predstavený v roku 1941, bol rýchlejší, spoľahlivejší a lepšie schopný vykonávať zložité výpočty. Najväčší rozdiel v tejto tretej inkarnácii bol v tom, že pokyny boli uložené na vonkajšej páske, čo jej umožnilo fungovať ako plne funkčný programom riadený systém.

Čo je možno najpozoruhodnejšie, je to, že Zuse urobil väčšinu svojej práce izolovane. Nevedel, že Z3 je „Turingova úplná“, alebo inými slovami, schopný vyriešiť akýkoľvek vypočítateľný matematický problém - aspoň teoreticky. Takisto nemal vedomosti o podobných projektoch prebiehajúcich v rovnakom čase v iných častiach sveta.

Medzi najpozoruhodnejšie z nich patril Harvard Mark I financovaný z IBM, ktorý debutoval v roku 1944. Ešte sľubnejším však bol vývoj elektronických systémov, ako napríklad počítačový prototyp Veľkej Británie z roku 1943 Colossus a USA ENIAC, prvý plne funkčný elektronický univerzálny počítač, ktorý bol uvedený do prevádzky na University of Pennsylvania v roku 1946.

Z projektu ENIAC prišiel ďalší veľký skok v oblasti výpočtovej techniky. Maďarský matematik John Von Neumann, ktorý konzultoval projekt ENIAC, položil základy pre uložený programový počítač. Až doteraz počítač pracoval s pevnými programami a menil ich funkciu - napríklad z výpočtov na spracovanie textov. Vyžadovalo si to časovo náročný proces, ktorý spočíva v tom, že ich musíte manuálne pretiahnuť a reštrukturalizovať. (Preprogramovanie ENIACu trvalo niekoľko dní.) Turing navrhol, že v ideálnom prípade by mať program uložený v pamäti umožnil počítaču upravovať sa oveľa rýchlejšie. Koncept Von Neumann zaujal a v roku 1945 vypracoval správu, ktorá podrobne poskytla uskutočniteľnú architektúru pre výpočty uložených programov.

Jeho publikovaná práca by bola široko distribuovaná medzi konkurenčnými tímami výskumníkov pracujúcich na rôznych počítačových dizajnoch. V roku 1948 predstavila skupina v Anglicku experimentálny stroj Manchester Small-Scale Experimental Machine, prvý počítač, ktorý spustil uložený program založený na architektúre Von Neumanna. Prezývaný „Baby“, Manchester Machine bol experimentálny počítač, ktorý slúžil ako predchodca internetu Manchester Mark I. EDVAC, počítačový dizajn, pre ktorý bola pôvodne určená správa von Neumanna, nebol dokončený do roku 1949.

Prvé moderné počítače neboli ničím podobným ako komerčné výrobky, ktoré dnes spotrebitelia používajú. Boli to prepracované narastajúce maškrty, ktoré často zaberali priestor celej miestnosti. Nasávali tiež obrovské množstvo energie a boli notoricky známe buggy. A keďže tieto prvé počítače bežali na objemných vákuových trubiciach, vedci dúfali, že zvýšia rýchlosť spracovania, budú musieť buď nájsť väčšie miestnosti - alebo prísť s alternatívou.

Našťastie už taký potrebný prielom bol už v práci. V roku 1947 skupina vedcov v Bell Telephone Laboratories vyvinula novú technológiu nazývanú bodové kontaktné tranzistory. Podobne ako vákuové elektrónky zosilňujú tranzistory elektrický prúd a môžu sa používať ako spínače. A čo je dôležitejšie, boli oveľa menšie (približne o veľkosti kapsuly aspirínu), spoľahlivejšie a celkovo celkovo spotrebovali oveľa menej energie. Spolu vynálezcovia John Bardeen, Walter Brattain a William Shockley by nakoniec v roku 1956 získali Nobelovu cenu za fyziku.

Zatiaľ čo Bardeen a Brattain pokračovali vo výskumných prácach, Shockley pokračoval v rozvoji a komercializácii tranzistorovej technológie. Jedným z prvých zamestnancov v novo založenej spoločnosti bol elektrotechnik menom Robert Noyce, ktorý nakoniec sa rozdelil a vytvoril svoju vlastnú firmu Fairchild Semiconductor, divíziu Fairchild Camera a Instrument. V tom čase Noyce hľadal spôsoby, ako hladko kombinovať tranzistor a ďalšie komponenty do jedného integrovaného obvodu, aby sa eliminoval proces, v ktorom sa museli ručne spájať. Keď uvažujeme podobným spôsobom, Jack Kilby, inžinier spoločnosti Texas Instruments, skončil prvý prihlásením patentu. Noyceho návrh však bol široko prijatý.

Tam, kde mali integrované obvody najvýznamnejší vplyv, bolo vydláždenie cesty pre novú éru osobných počítačov. Časom sa tým otvorila možnosť spúšťania procesov poháňaných miliónmi obvodov - všetko na mikročipe veľkosti poštovej známky. V podstate to je to, čo umožnilo všadeprítomné vreckové prístroje, ktoré používame každý deň, a ktoré sú ironicky omnoho výkonnejšie ako najstaršie počítače, ktoré zaberali celé miestnosti.