Войти
История информатики началась задолго до наших современных дисциплина информатика, обычно проявляющаяся в таких формах, как математика или физика. События предыдущих веков относились к дисциплине, которую мы теперь знаем как информатика. Этот прогресс от механических изобретений и математических теорий к современным компьютерным концепциям и машинам привел к развитию важной академической области, огромному технологическому прогрессу в западном мире и основа мировой торговли и культуры.
Самым ранним известным инструментом для использования в вычислениях были счеты, разработанные в период между 2700–2300 гг. До н.э. Шумер. Счеты шумеров состояли из таблицы последовательных столбцов, которые разграничивали последовательные порядки их шестидесятеричной системы счисления. Его первоначальный стиль использования - линии, нарисованные на песке с галькой. Абаки более современной конструкции до сих пор используются в качестве вычислительных инструментов, например, китайские счеты.
. В V веке до нашей эры в древней Индии, грамматик Панини сформулировал грамматику санскрита в 3959 правилах, известных как Аштадхьяи, которые были в высшей степени систематизированными и техническими. Панини использовал метаправила, преобразования и рекурсии.
. Механизм Antikythera считается ранним механическим аналоговым компьютером. Он был разработан для расчета астрономических координат. Он был обнаружен в 1901 году на затонувшем корабле Антикифера у греческого острова Антикифера, между Китерой и Критом, и датирован примерно 100 г. до н.э.
Механический аналог компьютерные устройства снова появились тысячу лет спустя в средневековом исламском мире и были разработаны мусульманскими астрономами, например, механическая приводная астролябия Абу Райхана ал-Бируни и torquetum от Джабира ибн Афла. Согласно Саймону Сингху, мусульманские математики также добились важных успехов в криптографии, например, в разработке криптоанализа и частотного анализа. от Alkindus. Программируемые машины были также изобретены мусульманскими инженерами, например, автомат флейта Братья Бану Муса, а также программируемые гуманоидные автоматы и замковые часы Аль-Джазари, которые считаются первый программируемый аналоговый компьютер. Технологические артефакты аналогичной сложности появились в Европе 14 века с механическими астрономическими часами.
. Когда Джон Нэпьер открыл логарифмы для вычислительных целей в начале 17 века, последовали Период значительного прогресса изобретателей и ученых в создании вычислительных инструментов. В 1623 Вильгельм Шикард сконструировал вычислительную машину, но отказался от проекта, когда прототип, который он начал строить, был уничтожен пожаром в 1624 году. Около 1640 года Блез Паскаль, ведущий французский математик, сконструировал механическое суммирующее устройство на основе конструкции, описанной греческим математиком героем Александрии. Затем в 1672 году Готфрид Вильгельм Лейбниц изобрел ступенчатый счетчик, который он завершил в 1694 году.
В 1837 году Чарльз Бэббидж впервые описал свой Аналитическая машина, которая считается первой разработкой для современного компьютера. Аналитический механизм имел расширяемую память, арифметический блок и возможности логической обработки, способные интерпретировать язык программирования с помощью циклов и условного ветвления. Хотя конструкция так и не была построена, она была тщательно изучена и считается эквивалентом Тьюринга. Аналитический движок имел бы объем памяти менее 1 килобайта и тактовую частоту менее 10 Гц.
Прежде чем были разработаны первые современные компьютеры, потребовался значительный прогресс в математике и теории электроники.
В 1702 году Готфрид Вильгельм Лейбниц разработал логику в формальном, математическом смысле в своих трудах о двоичной системе счисления. В его системе единицы и нули также представляют истинные и ложные значения или состояния включения и выключения. Но прошло больше столетия, прежде чем Джордж Буль опубликовал в 1854 году свою Булеву алгебру с полной системой, которая позволяла математически моделировать вычислительные процессы.
К этому времени, были изобретены первые механические устройства, приводимые в действие двоичной структурой. промышленная революция привела к механизации многих задач, в том числе ткачества. Перфокарты контролировали ткацкий станок Джозефа Мари Жаккара в 1801 году, где дырочка в карте указывала на двоичную единицу, а неперфорированная точка указывала на двоичный ноль. Ткацкий станок Жаккарда был далек от компьютера, но он показал, что машины могут управляться двоичными системами.
До 1920-х годов компьютеры ( иногда компьютерщики) были людьми-клерками, выполняющими вычисления. Обычно ими руководил физик. Многие тысячи компьютеров использовались в торговле, правительстве и исследовательских учреждениях. Большинство этих компьютеров были женщинами. Одни выполняли астрономические вычисления для календарей, другие - баллистические таблицы для военных.
После 1920-х годов выражение «вычислительная машина» относилось к любой машине, которая выполняла работу человеческого компьютера, особенно тех, которые выполнялись в соответствии с эффективными методами Диссертация Черча-Тьюринга. В тезисе говорится, что математический метод эффективен, если он может быть изложен в виде списка инструкций, которым может следовать клерк с бумагой и карандашом столько времени, сколько необходимо, и без изобретательности или проницательности.
Машины, вычисляющие непрерывные значения, стали известны как аналоговые. Они использовали оборудование, которое представляло непрерывные числовые величины, такие как угол вращения вала или разность электрических потенциалов.
Цифровое оборудование, в отличие от аналогового, могло отображать состояние числового значения и сохранять каждое отдельное цифра. Цифровая техника использовала разностные двигатели или реле до изобретения более быстрых запоминающих устройств.
Выражение «вычислительная машина» постепенно уступило место, после конца 1940-х годов, просто компьютеру, поскольку появление электронных цифровых машин стало обычным явлением. Эти компьютеры могли выполнять вычисления, которые выполнялись предыдущими служащими-людьми.
Поскольку значения, хранящиеся в цифровых машинах, не были привязаны к физическим свойствам, таким как аналоговые устройства, логический компьютер, основанный на цифровом оборудовании, был способен делать все, что можно описать как «чисто механическое». Теоретическая машина Тьюринга, созданная Аланом Тьюрингом, представляет собой гипотетическое устройство, созданное для изучения свойств такого оборудования.
Чарльз Бэббидж часто считается одним из первых пионеров информатики. Начиная с 1810-х годов у Бэббиджа было видение механического вычисления чисел и таблиц. Воплотив это в реальность, Бэббидж разработал калькулятор для вычисления чисел до 8 десятичных знаков. Продолжая успешную реализацию этой идеи, Бэббидж работал над созданием машины, которая могла бы вычислять числа с точностью до 20 десятичных знаков. К 1830-м годам Бэббидж разработал план разработки машины, которая могла бы использовать перфокарты для выполнения арифметических операций. Машина будет хранить числа в блоках памяти, и это будет форма последовательного управления. Это означает, что одна операция будет выполняться раньше другой таким образом, чтобы машина выдала ответ и не отказала. Эта машина должна была быть известна как «Аналитическая машина», которая была первым истинным представителем современного компьютера.
Ада Лавлейс (Августа Ада Байрон) считается пионером компьютерного программирования и считается как математический гений. Лавлейс начал работать с Чарльзом Бэббиджем в качестве помощника, в то время как Бэббидж работал над своей «Аналитической машиной», первым механическим компьютером. Во время своей работы с Бэббиджем Ада Лавлейс стала разработчиком первого компьютерного алгоритма, который имел возможность вычислять числа Бернулли. Более того, работа Лавлейс с Бэббиджем привела к ее предсказанию, что компьютеры будущего будут не только выполнять математические вычисления, но и манипулировать символами, математическими или нет. Хотя она так и не смогла увидеть результаты своей работы, поскольку «аналитическая машина» не была создана при ее жизни, ее усилия в более поздние годы, начиная с 1840-х годов, не остались незамеченными.
Математические основы современной информатики были заложены Куртом Гёделем с его теоремой о неполноте (1931). В этой теореме он показал, что есть пределы тому, что может быть доказано и опровергнуто в рамках формальной системы. Это привело к работе Гёделя и других по определению и описанию этих формальных систем, включая такие концепции, как мю-рекурсивные функции и лямбда-определяемые функции.
. В 1936 году Алан Тьюринг и Алонзо Черч независимо, а также вместе, представил формализацию алгоритма с ограничениями на то, что можно вычислить, и «чисто механическую» модель вычислений. Это стало тезисом Черча-Тьюринга, гипотезой о природе механических вычислительных устройств, таких как электронные компьютеры. В тезисе утверждается, что любые возможные вычисления могут быть выполнены алгоритмом, работающим на компьютере, при условии наличия достаточного времени и места для хранения.
В 1936 году Алан Тьюринг также опубликовал свою плодотворная работа над машинами Тьюринга, абстрактной цифровой вычислительной машиной, которая теперь просто упоминается как универсальная машина Тьюринга. Эта машина изобрела принцип современного компьютера и стала родиной концепции хранимой программы, которую используют почти все современные компьютеры. Эти гипотетические машины были разработаны для формального математического определения того, что можно вычислить, с учетом ограничений вычислительных возможностей. Если машина Тьюринга может выполнить задачу, она считается вычислимой по Тьюрингу.
Лос-Аламос физик Стэнли Франкель описал Джона фон Неймана точку зрения на фундаментальную важность статьи Тьюринга 1936 года в письме:
Я знаю, что примерно в 1943 или 1944 годах фон Нейман хорошо осознавал фундаментальную важность статьи Тьюринга 1936 года... Фон Нейман познакомил меня с этим бумагу, и по его настоянию я внимательно ее изучил. Многие люди провозглашали фон Неймана «отцом компьютера» (в современном смысле этого слова), но я уверен, что он никогда бы не совершил эту ошибку сам. Возможно, его вполне можно было бы назвать акушеркой, но он твердо подчеркнул мне и другим, я уверен, что фундаментальная концепция принадлежит Тьюрингу...
Вплоть до и в течение 1930-х годов инженеры-электрики могли создавать электронные схемы для решения математических и логических задач, но большинство из них делали это специальным образом, без какой-либо теоретической строгости. Это изменилось с появлением теории коммутационных схем инженера NEC Акиры Накашимы в 1930-х годах. С 1934 по 1936 год Накашима опубликовал серию статей, показывающих, что двухзначная булева алгебра, которую он открыл независимо (он не знал о Джордж Буль ' s работы до 1938 г.), можно описать работу коммутационных цепей. Эта концепция использования свойств электрических переключателей для выполнения логики является базовой концепцией, лежащей в основе всех электронных цифровых компьютеров. Теория коммутационных цепей предоставила математические основы и инструменты для проектирования цифровых систем почти во всех областях современной технологии.
Работа Накашима была позже процитирована и развита в Клод Элвуд Шеннон <97 Основополагающая магистерская диссертация 1937 года "Символьный анализ релейных и коммутационных цепей ". Во время учебы в бакалавриате Шеннон познакомился с работой Буля и понял, что ее можно использовать для компоновки электромеханических реле (затем используемых в коммутаторах телефонной маршрутизации) для решения логических задач. Его диссертация стала основой практического проектирования цифровых схем, когда она стала широко известна среди электротехнического сообщества во время и после Второй мировой войны.
Первый в мире электронный цифровой компьютер, Компьютер Атанасофф-Берри был построен в кампусе штата Айова с 1939 по 1942 год Джоном В. Атанасовым, профессором физики и математики, и Клиффордом Берри, аспирантом инженерного факультета.
В 1941 году Конрад Цузе разработал первый в мире функциональный компьютер с программным управлением, Z3. В 1998 году было показано, что оно в принципе по Тьюрингу. Цузе также разработал вычислительную машину S2, которая считается первым компьютером управления процессом. Он основал одно из первых компьютерных предприятий в 1941 году, выпустив Z4, который стал первым в мире коммерческим компьютером. В 1946 году он разработал первый язык программирования высокого уровня, Планкалкюль.
. В 1948 году был завершен Manchester Baby ; это был первый в мире электронный цифровой компьютер, который запускал программы, хранящиеся в его памяти, как и почти все современные компьютеры. Влияние на Макса Ньюмана основополагающей статьи Тьюринга 1936 года о машинах Тьюринга и его логико-математического вклада в проект имели решающее значение для успешного развития младенца.
В 1950 году Национальная физическая лаборатория Великобритании завершила Pilot ACE, небольшой программируемый компьютер, основанный на философии Тьюринга. Pilot Model ACE с рабочей скоростью 1 МГц какое-то время был самым быстрым компьютером в мире. Дизайн Тьюринга для ACE имел много общего с сегодняшними архитектурами RISC и требовал высокоскоростной памяти примерно такой же емкости, как и ранний компьютер Macintosh, что было огромным по меркам того времени. Если бы ACE Тьюринга был построен, как и планировалось, и полностью, он был бы в другой лиге, чем другие ранние компьютеры.
Клод Шеннон продолжил основание области теория информации с его статьей 1948 года под названием Математическая теория коммуникации, в которой теория вероятности применялась к проблеме того, как лучше всего закодировать информацию, которую отправитель хочет передать.. Эта работа является одной из теоретических основ для многих областей исследований, включая сжатие данных и криптографию.
Из экспериментов с зенитными системами, интерпретировавшими радар. изображений для обнаружения вражеских самолетов Норберт Винер ввел термин кибернетика от греческого слова «рулевой». В 1948 году он опубликовал «Кибернетику», которая повлияла на искусственный интеллект. Винер также сравнил вычисления, вычислительную технику, устройства памяти и другие когнитивные сходства со своим анализом мозговых волн.
Первой реальной компьютерной ошибкой была мотылек. Он застрял между реле на Harvard Mark II. Хотя изобретение термина «ошибка» часто, но ошибочно приписывается Грейс Хоппер, будущему контр-адмиралу ВМС США, которая предположительно зарегистрировала «ошибку» 9 сентября 1945 года, большинство других учетных записей противоречит по крайней мере, с этими деталями. Согласно этим отчетам, действительной датой было 9 сентября 1947 года, когда операторы зарегистрировали этот «инцидент» вместе с насекомым и пометкой «Первый фактический случай обнаружения ошибки» (см. программная ошибка для получения подробной информации)..
В 1946 году была представлена модель компьютерной архитектуры, которая стала известна как архитектура фон Неймана. С 1950 года модель фон Неймана обеспечила единообразие в последующих компьютерных разработках. Архитектура фон Неймана была признана новаторской, поскольку она представила идею, позволяющую машинным инструкциям и данным совместно использовать пространство памяти. Модель фон Неймана состоит из трех основных частей: арифметико-логического блока (ALU), памяти и блока обработки команд (IPU). В конструкции машины фон Неймана IPU передает адреса в память, а память, в свою очередь, направляется либо обратно в IPU, если выполняется выборка инструкции, либо в ALU, если извлекаются данные.
Фон Неймана При проектировании машин используется архитектура RISC (вычисления с сокращенным набором инструкций), что означает, что набор инструкций использует в общей сложности 21 инструкцию для выполнения всех задач. (Это контрастирует с CISC, вычислением сложного набора команд, наборами инструкций, которые имеют больше инструкций для выбора.) В архитектуре фон Неймана основная память вместе с аккумулятором (регистр, содержащий результат логические операции) являются двумя адресами памяти. Операции могут выполняться как простая арифметика (они выполняются ALU и включают сложение, вычитание, умножение и деление), условные переходы (теперь они чаще встречаются как ifоператоры или whileциклы (ветвления служат операторами go to) и логическими переходами между различными компонентами машины, т. Е. Переходом от аккумулятора к памяти или наоборот. Архитектура фон Неймана принимает дроби и инструкции как типы данных. Наконец, поскольку архитектура фон Неймана проста, управление ее регистрами также простое. В архитектуре используется набор из семи регистров для управления и интерпретации извлеченных данных и инструкций. Эти регистры включают в себя «IR» (регистр команд), «IBR» (регистр буфера команд), «MQ» (регистр множителя-частного), «MAR» (регистр адреса памяти) и «MDR» (регистр данных памяти) ». В архитектуре также используется программный счетчик («ПК»), чтобы отслеживать, где в программе находится машина.
Концепция полевого транзистор с эффектом был предложен Джулиусом Эдгаром Лилиенфельдом в 1925 году. Джон Бардин и Уолтер Браттейн, работая под руководством Уильяма Шокли в Bell Labs построила первый рабочий транзистор, точечный транзистор, в 1947 году, за которым последовал биполярный транзистор Шокли . в 1948 году. В 1953 году Манчестерский университет построил первый транзисторный компьютер, названный Транзисторный компьютер. Однако первые переходные транзисторы были относительно громоздкими устройствами, которые были сложно производить на массовое производство, что ограничивало их ряд специализированных приложений.
полевой транзистор металл-оксид-кремний (MOSFET), также известный как MOS транзистор был изобретен Мохамедом М. Аталлой и Давоном Кангом в Bell Labs в 1959 году. Это был первый по-настоящему компактный транзистор, который можно было миниатюризировать и выпускать серийно для широкого диапазона использует. Благодаря своей высокой масштабируемости, гораздо более низкому энергопотреблению и более высокой плотности, чем у транзисторов с биполярным переходом, полевой МОП-транзистор позволил создавать интегральные схемы с высокой плотностью. MOSFET позже привел к революции микрокомпьютеров и стал движущей силой компьютерной революции. MOSFET - это наиболее широко используемый транзистор в компьютерах, и он является основным строительным блоком цифровой электроники.
