Katso tietokoneiden historiaa

Ennen elektroniikan aikakautta lähin asia tietokoneelle oli abacus, vaikka tiukasti sanottuna abacus on itse asiassa laskin, koska se vaatii ihmisen käyttäjän. Toisaalta tietokoneet suorittavat laskelmat automaattisesti seuraamalla sisäänrakennettuja komentoja, joita kutsutaan ohjelmistoiksi.

20-vuotiaana^th luvulla, teknologian läpimurtot mahdollistivat jatkuvasti kehittyville tietokoneille, joista olemme nyt riippuvaisia ​​niin täysin, ettemme käytännössä koskaan anna heille toista ajatusta. Mutta jo ennen mikroprosessorien tulemista ja supertietokoneet, eräät merkittävät tutkijat ja keksijät auttoivat luomaan perustan tekniikalle, joka on sittemmin muuttanut rajusti modernin elämän kaikkia puolia.

Universaali kieli, jolla tietokoneet suorittavat prosessorin ohjeita, on alun perin peräisin 1700-luvulta binaarisen numeerisen järjestelmän muodossa. Kehittänyt saksalainen filosofi ja matemaatikko Gottfried Wilhelm Leibniz, järjestelmä syntyi tapana edustaa desimaalilukuja käyttämällä vain kahta numeroa: numero nolla ja numero yksi. Leibnizin järjestelmä inspiroi osittain filosofisen selityksen klassisessa kiinalaisessa tekstissä ”minä Ching ”, joka selitti maailmankaikkeutta sellaisilla kaksinaisuuksilla kuin valo ja pimeys sekä uros ja Nainen. Vaikka hänen äskettäin kodifioidulle järjestelmälleen ei tuolloin ollut käytännöllistä käyttöä, Leibniz uskoi, että koneella oli mahdollista jonain päivänä käyttää näitä pitkiä binaarilukujonoja.

Vuonna 1847 englantilainen matemaatikko George Boole esitteli äskettäin suunnitellun algebrallinen kieli rakennettu Leibnizin töille. Hänen "Boolean Algebra" oli oikeastaan ​​logiikkajärjestelmä, jossa matemaattisia yhtälöitä käytettiin esittämään lauseita logiikassa. Yhtä tärkeää oli, että siinä käytettiin binaarista lähestymistapaa, jossa eri matemaattisten suureiden välinen suhde olisi joko tosi tai epätosi, 0 tai 1.

Kuten Leibnizissä, Boolin algebraan ei ollut tuolloin selviä sovelluksia, matemaatikko Charles Sanders Pierce Vietti vuosikymmeniä järjestelmän laajentamisessa ja päätti vuonna 1886, että laskelmat voidaan suorittaa sähkökytkimellä piirejä. Seurauksena on, että Boolen logiikasta tulee lopulta väline sähköisten tietokoneiden suunnittelussa.

Englanti matemaatikko Charles Babbage hänelle on hyvää siitä, että se on koonnut ensimmäiset mekaaniset tietokoneet - ainakin teknisesti. Hänen 1800-luvun alkupuolen koneissaan oli tapa syöttää numeroita, muistia ja prosessori sekä tapa tulostaa tuloksia. Babbage kutsui alkuperäistä yritystään rakentaa maailman ensimmäinen laskukone "erottelukoneeksi". Suunnittelu vaati koneen, joka laski arvot ja tulostaa tulokset automaattisesti pöytä. Sen piti olla käsin kammennettu ja se olisi painoinut neljä tonnia. Mutta Babbagen vauva oli kallis yritys. Yli 17 000 puntaa puntaa käytettiin eromoottorin varhaiseen kehitykseen. Projekti lopulta romutettiin sen jälkeen kun Ison-Britannian hallitus katkaisi Babbagen rahoituksen vuonna 1842.

Tämä pakotti Babbage siirtyä toiseen ajatukseen, "analyyttiseen moottoriin", joka oli laajuudeltaan kunnianhimoisempi kuin edeltäjänsä ja jota oli tarkoitus käyttää yleiskäyttöön tarkoitettua laskentaa kuin pelkkää aritmeettista. Vaikka hän ei koskaan pystynyt seuraamaan ja rakentamaan toimivaa laitetta, Babbagein suunnittelussa oli käytännössä sama looginen rakenne kuin elektronisissa tietokoneissa, jotka otetaan käyttöön 20^th luvulla. Analyyttisessä moottorissa oli integroitu muisti - tietolähteen muoto, jota löytyy kaikista tietokoneista -, joka mahdollistaa haaroittumisen tai tietokoneen kyvyn suorita joukko ohjeita, jotka poikkeavat oletusjärjestysjärjestyksestä, samoin kuin silmukat, jotka ovat toistuvasti suoritettujen käskyjen sekvenssejä peräkkäin.

Huolimatta epäonnistumisistaan ​​tuottaa täysin toimivia laskukoneita, Babbage pysyi ehdottomasti huomaamattomana ajatellen ajatuksiaan. Vuosina 1847–1849 hän laati malleja uudelle ja parannetulle toiselle versiolle eroeromoottoristaan. Tällä kertaa se laski 30 numeron pituisia desimaalilukuja, suoritti laskelmat nopeammin ja yksinkertaistettiin vaatimaan vähemmän osia. Silti Ison-Britannian hallitus ei pitänyt heidän sijoituksensa arvoista. Loppujen lopuksi kaikkien aikojen edistyksellisin Babbagein prototyyppi oli valmistunut seitsemänneksi ensimmäisestä suunnittelustaan.

Tällä laskennan varhaisella aikakaudella oli joitain merkittäviä saavutuksia: vuoroveden ennustamiskone, jonka keksivät skotlantilainen irlantilainen matemaatikko, fyysikko ja insinööri Sir William Thomson vuonna 1872, pidettiin ensimmäisenä modernina analogisena tietokoneena. Neljä vuotta myöhemmin hänen vanhempi veljensä James Thomson keksi konseptin tietokoneelle, joka ratkaisi differentiaaliyhtälöiksi kutsuttuja matemaattisia ongelmia. Hän kutsui laitettaan ”integroivaksi koneeksi” ja myöhempinä vuosina se toimisi perustana differentiaalianalysaattoreiksi kutsuttuihin järjestelmiin. Vuonna 1927 amerikkalainen tutkija Vannevar Bush aloitti ensimmäisen koneelle, joka nimettiin sellaiseksi, kehittämisen ja julkaisi uuden keksintönsä kuvauksen tieteellisessä lehdessä vuonna 1931.

20-luvun alkuun asti^th luvulla, tietojenkäsittelyn kehitys oli hiukan enemmän kuin tutkijat, jotka hiukkasivat suunnitellessaan koneita, jotka pystyvät suorittamaan tehokkaasti erilaisia ​​laskelmia eri tarkoituksiin. Vasta vuonna 1936 julkaistiin lopulta yhtenäinen teoria siitä, mikä on "yleiskäyttöinen tietokone" ja kuinka sen pitäisi toimia. Tuona vuonna englantilainen matemaatikko Alan Turing julkaisi paperin, jonka otsikko on "Laskevissa olevista numeroista, sovelluksella Entscheidungs-ongelmaan", joka hahmotteli, kuinka ”Turingin koneeksi” kutsuttua teoreettista laitetta voidaan käyttää mahdollisten matemaattisten laskelmien suorittamiseen suorittamalla ohjeet. Teoriassa koneella olisi rajaton muisti, lukea tietoja, kirjoittaa tuloksia ja tallentaa ohjeohjelma.

Vaikka Turingin tietokone oli abstrakti käsite, se oli saksalainen insinööri nimeltä Konrad Zuse kuka jatkaisi maailman ensimmäisen ohjelmoitavan tietokoneen rakentamista. Hänen ensimmäinen yritys kehittää elektroninen tietokone, Z1, oli binaariohjattu laskin, joka luki ohjeet rei'itetystä 35 millimetrin kalvosta. Teknologia ei kuitenkaan ollut luotettava, joten hän seurasi sitä Z2: n kanssa, samanlainen laite, joka käytti sähkömekaanisia relepiirejä. Vaikka parannus tapahtui, Zuse sai kaiken yhteen hänen kolmannen mallinsa kokoamisessa. Vuonna 1941 paljastettu Z3 oli nopeampi, luotettavampi ja pystyy paremmin suorittamaan monimutkaisia ​​laskelmia. Suurin ero tässä kolmannessa inkarnaatiossa oli se, että ohjeet tallennettiin ulkoiselle nauhalle, jolloin se pystyi toimimaan täysin toiminnallisena ohjelman ohjaamana järjestelmänä.

Mikä on ehkä merkittävin on, että Zuse teki suuren osan työstään eristyksissä. Hän ei ollut tiennyt, että Z3 oli "Turing valmis", tai toisin sanoen kykenevä ratkaisemaan kaikki laskettavat matemaattiset ongelmat - ainakin teoriassa. Hänellä ei ollut myöskään tietoa vastaavista hankkeista, jotka olivat käynnissä suunnilleen samaan aikaan muualla maailmassa.

Yksi merkittävimmistä näistä oli IBM: n rahoittama Harvard Mark I, joka debytoi vuonna 1944. Vielä lupaavampaa oli kuitenkin sellaisten elektronisten järjestelmien kehittäminen, kuten Ison-Britannian vuoden 1943 laskentaprototyyppi Colossus ja ENIAC, ensimmäinen täysin toimiva elektroninen yleiskäyttöinen tietokone, joka otettiin käyttöön Pennsylvanian yliopistossa vuonna 1946.

ENIAC-projektista tuli seuraava suuri harppaus laskennallisessa tekniikassa. ENIAC-projektia kuullut unkarilainen matemaatikko John Von Neumann loisi perustan tallennetulle ohjelmatietokoneelle. Tähän saakka tietokoneet toimivat kiinteillä ohjelmilla ja muuttivat niiden toimintoa - esimerkiksi laskutoimituksista tekstinkäsittelyyn. Tämä vaati aikaa vievää prosessia, jossa johdotus johdottaa uudelleen ja rakentaa ne uudelleen. (ENIAC: n ohjelmointi kesti useita päiviä.) Turing oli ehdottanut, että mieluiten ohjelman muistiin tallentaminen antaisi tietokoneelle mahdollisuuden muokata itseään paljon nopeammin. Von Neumann oli kiinnostunut konseptista ja laati vuonna 1945 raportin, joka antoi yksityiskohtaisesti toteutettavan arkkitehtuurin tallennetulle ohjelman laskennalle.

Hänen julkaisemansa paperin levitetään laajasti kilpailevien tutkijaryhmien kesken, jotka työskentelevät erilaisilla tietokonesuunnitteluilla. Vuonna 1948 ryhmä Englannissa esitteli Manchesterin pienimuotoisen kokeellisen koneen, ensimmäisen tietokoneen, joka ajaa tallennettua ohjelmaa, joka perustuu Von Neumann -arkkitehtuuriin. Manchesterin lempinimellä ”Vauva” kutsuttu Manchester Machine oli kokeellinen tietokone, joka toimi sen edeltäjänä Manchester Mark I. EDVAC, tietokonesuunnittelu, jolle Von Neumannin raportti alun perin oli tarkoitettu, valmistui vasta vuonna 1949.

Ensimmäiset modernit tietokoneet eivät olleet minkäänlaisia ​​kaupallisia tuotteita, joita kuluttajat käyttävät nykyään. Ne olivat yksityiskohtaisia ​​hankalia sopimuksia, jotka usein vievät koko huoneen tilan. He imevät myös valtavia määriä energiaa ja olivat pahasti viallisia. Ja koska nämä varhaiset tietokoneet juoksivat isoille tyhjiöputkille, tutkijoiden, jotka toivovat parantavansa käsittelynopeutta, olisi joko löydettävä isommat huoneet - tai keksittävä vaihtoehto.

Onneksi niin kaivattu läpimurto oli jo töissä. Vuonna 1947 ryhmä tutkijoita Bell Telephone Laboratories -yrityksessä kehitti uuden tekniikan, nimeltään point-contact transistorit. Kuten tyhjiöputket, myös transistorit vahvistavat sähkövirtaa ja niitä voidaan käyttää kytkiminä. Mikä tärkeintä, ne olivat paljon pienempiä (noin aspiriinikapselin kokoisia), luotettavampia ja käyttivät paljon vähemmän virtaa. Yhteiskäsittäjät John Bardeen, Walter Brattain ja William Shockley saisivat lopulta Nobel-palkinnon fysiikassa vuonna 1956.

Samalla kun Bardeen ja Brattain jatkoivat tutkimustyötä, Shockley siirtyi kehittämään ja kaupallistamaan transistoritekniikkaa. Yksi ensimmäisistä työntekijöistä äskettäin perustetussa yrityksessä oli sähkösuunnittelija nimeltä Robert Noyce, joka lopulta jakautui ja perusti oman yrityksen, Fairchild Semiconductor, Fairchild Camera ja Instrumentti. Tuolloin Noyce tutki tapoja yhdistää transistori ja muut komponentit saumattomasti yhdeksi integroiduksi piiriksi prosessin poistamiseksi, jossa ne piti käsittää yhdessä. Ajattelemalla samanlaisia Jack Kilby, Texas Instrumentsin insinööri, päätyi patentin jättämiseen ensin. Noycen suunnittelu kuitenkin hyväksyttiin laajasti.

Missä integroiduilla piireillä oli merkittävin vaikutus, oli tietä valmistamalla henkilökohtaisen tietojenkäsittelyn uudelle aikakaudelle. Ajan myötä se avasi mahdollisuuden ajaa prosesseja, jotka saavat miljoonia piirejä - kaikki postimerkkikokoisella mikrosirulla. Pohjimmiltaan se on mahdollistanut joka päivä käyttämämme kaikkialla olevat kämmentietokoneet, jotka ovat ironista kyllä, paljon tehokkaampia kuin aikaisimmat tietokoneet, jotka vievät kokonaiset huoneet.