Поглед у историју рачунара

Пре доба електронике, компјутеру је најближа ствар била абакус, мада је, строго речено, абакус заправо калкулатор, јер захтева људског оператера. Рачунари, с друге стране, аутоматски извршавају прорачуне пратећи низ уграђених команди које се називају софтвер.

У 20^тх века, напредак технологије омогућио је непрекидно еволуирајуће рачунарске машине од којих сада тако потпуно зависимо, да им практично никада не размишљамо о њима. Али чак и пре појаве микропроцесора и суперрачунари, било је неких угледних научника и проналазача који су помогли да се поставе темељи за технологију која је драстично преобликовала сваки аспект модерног живота.

Универзални језик на којем рачунари извршавају инструкције процесора настао је у КСВИИ веку у облику бинарног нумеричког система. Развио немачки филозоф и математичар Готтфриед Вилхелм Леибниз, систем је настао као начин да представи децималне бројеве користећи само две цифре: број нула и број један. Леибнизов систем делимично је инспирисан филозофским објашњењима у класичном кинеском тексту „Ја Цхинг “, који је објаснио универзум у смислу дуалности као што су светлост и тама и мушкарац и Женско. Иако у то време није било практичне употребе за његов ново кодификован систем, Леибниз је веровао да је могуће да ће машина једног дана искористити ове дуге низове бинарних бројева.

1847. године енглески математичар Георге Бооле представио је ново осмишљено алгебраиц лангуаге изграђена на Леибниз-овом делу. Његова „Боолова алгебра“ заправо је био систем логике, са математичким једначинама које се користе за представљање изјава у логици. Једнако је важно то што је користио бинарни приступ у којем би однос између различитих математичких величина био истинит или лажан, 0 или 1.

Као и код Леибниз-а, ни тада није било очигледних апликација за Боолеову алгебру, математичар Цхарлес Сандерс Пиерце провео деценије у ширењу система, а 1886. утврдио је да се прорачуни могу обавити електричним пребацивањем склопови. Као резултат тога, логика логике с временом би постала важна у дизајну електронских рачунара.

Енглески математичар Чарлс Бебиџ заслужан је што је саставио прве механичке рачунаре - бар технички гледано. Његове машине из раног 19. века садржавале су начин за унос бројева, меморије и процесора, заједно са начином за испис резултата. Баббаге је свој почетни покушај изградње прве рачунарске машине на свету назвао „механизмом разлике“. Дизајн је захтевао машину која је израчунала вредности и резултате аутоматски штампала на а сто. Требало би га ручно покретати и тежио би четири тоне. Али Баббагеова беба била је скупа настојања. За рани развој мотора потрошено је више од 17.000 фунти стерлинга. Пројекат је на крају прекинут након што је британска влада прекинула финансирање Баббагеа 1842. године.

Ово је приморано Баббаге да пређемо на другу идеју, „аналитички мотор“, који је по домету био амбициознији од претходника и требало је да се користи за рачунање опште намене, а не само за аритметику. Иако никада није био у стању да прати и изгради радни уређај, Баббагеов дизајн је у основи имао исту логичку структуру као и електронски рачунари који ће се користити у 20^тх век. Аналитички мотор је имао интегрисану меморију - облик складиштења података који се налази у свим рачунарима - који омогућава гранање или могућност рачунара да извршите сет упутстава која одступају од заданог редоследа секвенци, као и петље, које су низ упутстава које се понављају у сукцесија.

Упркос томе што није успео да произведе потпуно функционалну рачунарску машину, Баббаге је остао непоколебљив у спровођењу својих идеја. Између 1847. и 1849. израдио је нацрте за нову и побољшану другу верзију различитог мотора. Овог пута је израчунао децималне бројеве до 30 цифара, брже је извршио прорачуне и поједноставио се да захтева мање делова. Ипак, британска влада није сматрала да вреди њихове инвестиције. На крају, највећи напредак који је Баббаге икада направио на прототипу завршио је једну седму свог првог дизајна.

Током ове ране ере рачунарства било је неколико запажених достигнућа: машина за предвиђање плиме, који је изумио шкотски-ирски математичар, физичар и инжењер Сир Виллиам Тхомсон 1872. године, сматран је првим модерним аналогним рачунаром. Четири године касније, његов старији брат Јамес Тхомсон смислио је концепт за рачунар који је решавао математичке проблеме познате као диференцијалне једначине. Назвао је свој уређај "машином за интегрирање", а касније ће му послужити као основа за системе познате као диференцијални анализатори. 1927. амерички научник Ванневар Бусх започео је развој прве машине која је названа таквом и објавио је свој нови изум у научном часопису 1931.

До раних 20^тх века, еволуција рачунарства била је нешто више од научника који се баве дизајнирањем машина способних за ефикасно обављање различитих врста израчуна у различите сврхе. Тек 1936. године коначно је изнета јединствена теорија о томе шта представља „рачунар опште намене“ и како треба да функционише. Те године енглески математичар Алан Туринг објавио је рад под насловом "О рачунаним бројевима са апликацијом на Ентсцхеидунгспроблем", који је изнео начин на који се теоријски уређај зван „Турингова машина“ може користити за обављање било каквих замисливих математичких рачунања извршавањем упутства. Теоретски, машина би имала неограничену меморију, читање података, уписивање резултата и складиштење програма упутстава.

Док је Турингов рачунар био апстрактни концепт, то је био назив немачки инжењер Конрад Зусе ко би наставио да прави први рачунар који се може програмирати на свету. Његов први покушај развоја електронског рачунара, З1, био је бинарни калкулатор који је читао упутства из пробушеног 35-милиметарског филма. Технологија је, међутим, била непоуздана, па га је пратио са З2, сличним уређајем који је користио електромеханичка релејна кола. Иако је био напредак, у састављању његовог трећег модела све је било заједно за Зусе. Откривен 1941. године, З3 је био бржи, поузданији и боље је обављао компликоване прорачуне. Највећа разлика у овој трећој инкарнацији је била у томе што су упутства била похрањена на спољној врпци, омогућавајући јој да функционише као потпуно оперативан системски контролисан систем.

Оно што је можда најважније јесте да је Зусе већи део свог дела радио изоловано. Није био свестан да је З3 „Туринг комплетан“, или другим речима, способан да реши било који рачунски математички проблем - бар у теорији. Ни он није имао сазнања о сличним пројектима у току истог времена у другим деловима света.

Међу најистакнутијим од њих био је Харвард Марк И који је финансирао ИБМ, а који је представљен 1944. године. Још обећавајући био је, међутим, развој електронских система као што су прототип Цолоссус-а из Велике Британије из 1943. и ЕНИАЦ, први у потпуности оперативан електронски рачунар опште намене који је 1946. пуштен у употребу на Универзитету у Пенсилванији.

Из ЕНИАЦ пројекта уследио је следећи велики скок у рачунарској технологији. Јохн Вон Неуманн, мађарски математичар који је консултовао о ЕНИАЦ пројекту, поставио би темеље за сачувани програмски рачунар. До овог тренутка, рачунари су радили на фиксним програмима и мењали своју функцију - на пример, од обављања прорачуна до обраде текста. Ово је захтевало дуготрајан процес да бисте их морали ручно повезати и реструктурирати. (Требало је неколико дана да се репрограмира ЕНИАЦ.) Туринг је предложио да у идеалном случају, програм похрањен у меморији омогући рачунару да се модификује знатно бржим темпом. Вон Неуманн био је заинтригиран концептом и 1945. је сачинио извештај који је детаљно пружио изведиву архитектуру за рачунарство сачуваних програма.

Његов објављени рад био би широко распрострањен међу конкурентским тимовима истраживача који раде на различитим компјутерским дизајном. 1948. Године, група у Енглеској представила је Манцхестер Смалл-Сцале Екпериментал Мацхине, први рачунар који је покренуо ускладиштени програм заснован на Вон Неуманн архитектури. Надимак "Беба", Манчестер машина била је експериментални рачунар који је служио као претходник компаније Манчестер Марк И. ЕДВАЦ, рачунарски дизајн за који је оригинално био предвиђен извештај Вон Неуманна, није завршен до 1949. године.

Први модерни рачунари нису били ништа попут комерцијалних производа које данас користе потрошачи. Били су то сложени надмудриви захвати који су често заузимали простор читаве собе. Такође су усисавали огромне количине енергије и били су ноторно гњаваже. А пошто су ови рани рачунари радили на гломазним вакуумским цевима, научници се надајући да ће побољшати брзину обраде или ће морати да пронађу веће просторије - или да пронађу алтернативу.

Срећом, тај пријеко потребан пробој већ је био на дјелу. 1947. године, група научника из Белл Телепхоне Лабораториес развила је нову технологију која се зове транзистори са тачкама. Попут вакуумских цеви, транзистори појачавају електричну струју и могу се користити као прекидачи. Оно што је још важније, били су много мањи (приближно величине аспиринске капсуле), поузданији и уопште су користили много мање снаге. Ко-изумитељи Јохн Бардеен, Валтер Браттаин и Виллиам Схоцклеи би на крају добили 1956. Нобелову награду за физику.

Док су Бардеен и Браттаин наставили радити истраживачке радове, Схоцклеи је прешао на даљњи развој и комерцијализацију транзисторске технологије. Један од првих ангажмана у новооснованој компанији био је инжењер електротехнике по имену Роберт Ноице, који је на крају се одвојио и формирао своју фирму, Фаирцхилд Семицондуцтор, одељење Фаирцхилд Цамера и Инструмент. У то време Ноице је разматрао начине како да неометано комбинују транзистор и остале компоненте у једно интегрисано коло како би елиминисали процес у коме их је требало саставити ручно. Размишљајући о сличним линијама, Јацк Килби, инжењер из Текас Инструментс-а, завршио је прво са пријавом патента. Ноисов дизајн, међутим, био би широко усвојен.

Тамо где су интегрисани кругови имали најзначајнији утицај био је у отварању пута новој ери личног рачунања. Временом се отворила могућност покретања процеса које покрећу милиони кругова - и све то на микрочипу величине поштанске марке. У суштини, оно што је омогућило свеприсутне ручне уређаје које користимо свакодневно, иронично су много моћнији од најранијих рачунара који су заузели читаве просторије.