Войти
История вычислений длиннее, чем история вычислительного оборудования и современные вычислительные технологии и включает в себя историю методов, предназначенных для ручки и бумаги или для мела и грифеля, с помощью таблиц или без них.
Цифровые вычисление тесно связано с представлением чисел. Но задолго до абстракций, подобных числу, существовали математические концепции, служившие целям цивилизации. Эти концепции подразумеваются в конкретных практиках, таких как:
В конце концов, понятие чисел стало конкретным и достаточно знакомым для возникновения счета, временами с мнемоникой пения, чтобы научить последовательности другим. Во всех известных человеческих языках, кроме языка пираха, есть слова как минимум для "один" и "два", и даже некоторые животные, такие как черный дрозд, могут различать удивительное количество элементов.
Развитие системы счисления и математической записи в конечном итоге привело к открытию таких математических операций, как сложение, вычитание, умножение, деление, возведение в квадрат, квадратный корень и т. д. В конце концов операции были формализованы, и концепции операций стали понятны достаточно хорошо, чтобы их можно было изложить формально и даже доказать. См., Например, алгоритм Евклида для нахождения наибольшего общего делителя двух чисел.
К Средневековью позиционная индуистско-арабская система счисления достигла Европы, что позволяло систематически вычислять числа. В течение этого периода представление вычисления на бумаге фактически позволяло вычислять математические выражения и табулировать математические функции, такие как квадратный корень и десятичный логарифм (для использования при умножении и делении) и тригонометрические функции. Ко времени исследования Исаака Ньютона бумага или пергамент была важным вычислительным ресурсом, и даже в наше время такие исследователи, как Энрико Ферми, покрывали случайные клочки бумаги вычислениями., чтобы удовлетворить их любопытство по поводу уравнения. Даже во времена программируемых калькуляторов Ричард Фейнман без колебаний вычислял любые шаги, которые переполняли память калькуляторов, вручную, просто чтобы узнать ответ; к 1976 году Фейнман приобрел калькулятор HP-25 с пропускной способностью 49 программных шагов; если для решения дифференциального уравнения требовалось более 49 шагов, он мог просто продолжить вычисления вручную.
Математические утверждения не должны быть только абстрактными; когда утверждение может быть проиллюстрировано реальными числами, числа могут быть переданы и может возникнуть сообщество. Это позволяет воспроизводить повторяемые и проверяемые утверждения, которые являются отличительной чертой математики и естественных наук. Подобные утверждения существовали тысячи лет и существовали в разных цивилизациях, как показано ниже:
Самый ранний известный инструмент для использования в вычислениях - это суммерский абак, и считалось, что он был изобретен в Вавилоне ок. 2700–2300 гг. До н. Э. Его первоначальный стиль использования - линии, нарисованные на песке с галькой. Abaci, более современного дизайна, все еще используются в качестве инструментов расчета сегодня. Это был первый известный калькулятор и наиболее совершенная система вычислений, известная на сегодняшний день - предшествующая Архимеду на 2000 лет.
В ок. 1050–771 гг. До н. Э. указывающая на юг колесница была изобретена в древнем Китае. Это был первый известный механизм с зубчатой передачей, в котором использовалась дифференциальная передача, которая позже использовалась в аналоговых компьютерах. китайцы также изобрели более сложные счеты примерно во II веке до нашей эры, известные как китайские счеты.
. В V веке до нашей эры в древней Индии, грамматист Панини сформулировал грамматику санскрита в 3959 правилах, известных как Аштадхьяи, которые были в высшей степени систематизированными и техническими. Панини использовал метаправила, преобразования и рекурсии.
В 3 веке до нашей эры Архимед использовал механический принцип баланса (см. Archimedes Palimpsest # Mathematical content ) для вычисления математических задач, таких как количество песчинок во Вселенной (Счетчик песка ), что также требовало рекурсивной записи чисел (например, мириады мириады ).
Около 200 г. до н.э. развитие шестерен позволило создать устройства, в которых положения колес соответствовали бы положениям астрономических объектов. Примерно к 100 году нашей эры Герой Александрии описал устройство, подобное одометру, которое могло приводиться в действие автоматически и могло эффективно считать в цифровой форме. Но только в 1600-х годах появились механические устройства для цифровых вычислений.
Механизм Antikythera считается самым первым известным механическим аналоговым компьютером. Он был разработан для расчета астрономических координат. Он был обнаружен в 1901 году в месте крушения Антикиферы у греческого острова Антикифера, между Китерой и Критом, и датируется примерно 100 годом до нашей эры.
Русские счёты, щёты (русский язык: счёты, множественное число от русского: счёт, счет), были одними из самых ранних когда-либо созданных счётов. Обычно он имел одну наклонную колоду с десятью бусинами на каждой проволоке (кроме одной проволоки, обычно расположенной рядом с пользователем, с четырьмя бусинами для долей в четверть рубля). У более старых моделей есть еще одна проволока с четырьмя бусинами для четверти копеек, которые чеканились до 1916 года. Русские счеты часто используют вертикально, с каждой проволокой слева направо, как строчки в книге. Проволока обычно изогнута, чтобы выступать вверх в центре, чтобы бусинки были прикреплены к любой из двух сторон. Он очищается, когда все бусинки сдвигаются вправо. Во время манипуляции бусинки перемещают влево.
Механические аналоговые компьютерные устройства снова появились тысячу лет спустя в средневековом исламском мире и были разработаны мусульманскими астрономами, например, механические приводные астролябия от Абу Райхана аль-Бируни и torquetum от Джабира ибн Афла. Согласно Саймону Сингху, мусульманские математики также добились важных успехов в криптографии, таких как развитие криптоанализа и частотного анализа. от Alkindus. Программируемые машины также были изобретены мусульманскими инженерами, например, автомат флейта Братья Бану Муса, гуманоидных роботов Аль-Джазари и замковые часы, которые считаются первыми программируемыми аналоговый компьютер.
В средние века несколько европейских философов предпринимали попытки создать аналоговые компьютерные устройства. Под влиянием арабов и схоластики философ Майорки Рамон Лулль (1232–1315) посвятил большую часть своей жизни определению и разработке нескольких логических машин, которые, объединив простые и неоспоримые философские истины, может дать все возможные знания. Эти машины никогда не были построены, поскольку они были скорее мысленным экспериментом, направленным на систематическое получение новых знаний; хотя они могли выполнять простые логические операции, им по-прежнему требовался человек для интерпретации результатов. Более того, им не хватало универсальной архитектуры, каждая машина служила только очень конкретным целям. Несмотря на это, работы Луллля оказали сильное влияние на Готфрида Лейбница (начало 18 века), который развил свои идеи и построил несколько вычислительных инструментов, используя их.
Действительно, когда Джон Нэпьер открыл логарифмы для вычислительных целей в начале 17 века, наступил период значительного прогресса изобретателей и ученых в создании вычислительных инструментов. Вершину этой ранней эры формальных вычислений можно увидеть в разностном механизме и его преемнике аналитическом механизме (который никогда не был полностью сконструирован, но разрабатывался подробно), оба авторами Чарльз Бэббидж. Аналитическая машина объединила концепции из его работы и других, чтобы создать устройство, которое, если бы оно было сконструировано так, как было спроектировано, обладало бы многими свойствами современного электронного компьютера. Эти свойства включают такие функции, как внутренняя «временная память», эквивалентная RAM, несколько форм вывода, включая звонок, графопостроитель и простой принтер, а также программируемую «жесткую» память ввода-вывода. перфокарты, которые он мог изменять, а также читать. Ключевым достижением устройств Бэббиджа по сравнению с устройствами, созданными до него, было то, что каждый компонент устройства был независим от остальной части машины, во многом как компоненты современного электронного компьютера. Это был фундаментальный сдвиг в мышлении; предыдущие вычислительные устройства служили только одной цели, но их нужно было в лучшем случае разобрать и перенастроить для решения новой проблемы. Устройства Бэббиджа можно перепрограммировать для решения новых проблем путем ввода новых данных и выполнения предыдущих вычислений в рамках той же серии инструкций. Ада Лавлейс сделала еще один шаг вперед в этой концепции, создав программу для аналитического механизма для вычисления чисел Бернулли, сложных вычислений, требующих рекурсивного алгоритма. Это считается первым примером настоящей компьютерной программы, ряда инструкций, которые действуют на данные, которые не известны полностью, пока программа не будет запущена. Вслед за Бэббиджем, хотя и не подозревавший о его более ранних работах, Перси Ладгейт в 1909 году опубликовал второй из двух единственных в истории проектов механических аналитических двигателей.. Планиметр - это устройство, которое интегрирует, используя расстояние в качестве аналоговой величины. До 1980-х годов в системах HVAC воздух использовался как в качестве аналоговой величины, так и в качестве управляющего элемента. В отличие от современных цифровых компьютеров, аналоговые компьютеры не очень гибкие, и их необходимо переконфигурировать (то есть перепрограммировать) вручную, чтобы переключить их с работы над одной проблемой на другую. Аналоговые компьютеры имели преимущество перед ранними цифровыми компьютерами в том, что их можно было использовать для решения сложных задач с использованием поведенческих аналогов, в то время как первые попытки создания цифровых компьютеров были весьма ограниченными.
A Диаграмма Смита - хорошо известная номограмма.Поскольку компьютеры в то время были редкостью, решения часто жестко запрограммированы в бумажные формы, такие как номограммы, которые могли затем производят аналогичные решения этих проблем, такие как распределение давления и температуры в системе отопления.
«Мозг» [компьютер] может однажды опуститься до нашего уровня [простых людей] и помочь в наших расчетах по подоходному налогу и бухгалтерскому учету. Но это предположение, и пока нет никаких признаков этого.
— Британская газета The Star в новостной статье в июне 1949 года о компьютере EDSAC, задолго до эры персональных компьютеров.Ни одно из первых вычислительных устройств на самом деле не было компьютерами в современном понимании, и потребовался значительный прогресс в математике и теории, прежде чем могли быть созданы первые современные компьютеры.
Первой записанной идеей использования цифровой электроники для вычислений была статья К. «Использование тиратронов для высокоскоростного автоматического подсчета физических явлений» 1931 года. Э. Винн-Вильямс. С 1934 по 1936 год инженер NEC Акира Накашима опубликовал серию статей, в которых вводил теорию коммутационных схем, используя цифровую электронику для операций логической алгебры, оказывая влияние на Клода Основополагающая статья Шеннона 1938 года «Символьный анализ реле и коммутационных цепей ".
Компьютер Атанасова-Берри 1937 года был первым цифровым электронным компьютером, компьютер Z3, построенный немецким изобретателем Конрадом Цузе в 1941 году, был первым программируемым полностью автоматическим вычислительным устройством, но он был не электронная.
Алан Тьюринг смоделировал вычисления в терминах одномерной запоминающей ленты, что привело к идее машины Тьюринга и систем программирования с полным Тьюрингом.
Во время Второй мировой войны баллистические вычисления выполнялись женщинами, которых нанимали как «компьютеры». Термин «компьютер» оставался тем, который относился в основном к женщинам (теперь их называют «операторами»), пока 1945, после чего он принял современное определение машин, которым оно соответствует в настоящее время.
ENIAC (Электронный числовой интегратор и компьютер) был первым электронным компьютером общего назначения, объявленным публике. в 1946 году. Он был полным по Тьюрингу, цифровым, и его можно было перепрограммировать для решения полного спектра вычислительных задач. Женщины реализовали программирование для таких машин, как ENIAC, а мужчины создали оборудование.
Manchester Baby был первым электронным компьютером с хранимой программой. Он был построен в Манчестерском университете Виктории Фредериком К. Уильямсом, Томом Килбурном и Джеффом Тутиллом и запустил свою первую программу 21 июня 1948 г.
Уильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Браттейн в Bell Labs изобрели первый рабочий транзистор, точечный транзистор, в 1947 году, за ним последовал транзистор с биполярным переходом в 1948 году. В Манчестерском университете в 1953 году команда под руководством Руководство Тома Килбурна разработало и построило первый транзисторный компьютер, названный Транзисторный компьютер, машина, использующая недавно разработанные транзисторы вместо ламп. Первым транзисторным компьютером с сохраненной программой был ETL Mark III, разработанный Японской электротехнической лабораторией с 1954 по 1956 год. Однако первые переходные транзисторы были относительно громоздкими устройствами, которые было трудно производить в условиях массового производства. что ограничивало их ряд специализированных приложений.
В 1954 году 95% обслуживаемых компьютеров использовались для инженерных и научных целей.
полевой транзистор металл-оксид-кремний (MOSFET), также известный как MOS-транзистор, был изобретен Мохамедом Аталлой и Давоном Кангом в Bell Labs в 1959 г. Это был первый по-настоящему компактный транзистор, который можно было миниатюризировать и серийно производить для широкого спектра применений. MOSFET позволил создавать микросхемы высокой плотности интегральных схем. MOSFET позже привел к революции микрокомпьютеров и стал движущей силой компьютерной революции. МОП-транзистор является наиболее широко используемым транзистором в компьютерах и является фундаментальным строительным блоком цифровой электроники.
Интегральная схема МОП, впервые предложенная Мохамедом Аталлой в 1960 году, привела к изобретению микропроцессор. Интегральная схема с кремниевым затвором МОП была разработана Федерико Фаггин в Fairchild Semiconductor в 1968 году. Это привело к разработке первого однокристального микропроцессор, Intel 4004. Все началось с «Busicom Project» как трехчиповой конструкции CPU Масатоши Шима в 1968 году, до Sharp Тадаши Сасаки задумал дизайн однокристального процессора, который он обсуждал с Busicom и Intel в 1968 году. Intel 4004 затем разрабатывался как однокристальный микропроцессор с 1969 по 1970 год. Федерико Фаггин из Intel, Марсиан Хофф и Стэнли Мазор и Масатоши Шима из Busicom. Чип был в основном разработан и реализован Фаггином с его кремниевой МОП-технологией. Микропроцессор привел к революции микрокомпьютеров, когда был разработан микрокомпьютер , который позже будет называться персональным компьютером (ПК).
Большинство ранних микропроцессоров, таких как Intel 8008 и Intel 8080, были 8-битными. Texas Instruments выпустила первый полностью 16-битный микропроцессор, процессор TMS9900, в июне 1976 года. Они использовали микропроцессор в TI-99/4 и TI-99 / 4А компьютеры.
1980-е годы принесли значительный прогресс в области микропроцессоров, что сильно повлияло на области инженерии и других наук. Микропроцессор Motorola 68000 имел скорость обработки, которая намного превосходила другие микропроцессоры, используемые в то время. Из-за этого наличие более нового и более быстрого микропроцессора позволило более новым микрокомпьютерам, появившимся после, быть более эффективными в объеме вычислений, которые они могли выполнять. Это было очевидно в 1983 году, когда была выпущена модель Apple Lisa. Lisa был первым персональным компьютером с графическим пользовательским интерфейсом (GUI), который продавался на коммерческой основе. Он работал на процессоре Motorola 68000 и использовал два дисковода для гибких дисков и жесткий диск на 5 МБ для хранения. На машине также был 1 МБ RAM, который использовался для запуска программного обеспечения с диска без постоянного повторного чтения с диска. После провала Lisa с точки зрения продаж Apple выпустила свой первый компьютер Macintosh, все еще работающий на микропроцессоре Motorola 68000, но с только 128 КБ ОЗУ, одним дисководом для гибких дисков и без жесткого диска, чтобы понизить цену.
В конце 1980-х и начале 1990-х годов мы видим, что компьютеры стали более полезными для реальных вычислительных целей. В 1989 году Apple выпустила Macintosh Portable, он весил 7,3 кг (16 фунтов) и был чрезвычайно дорогим и стоил 7300 долларов США. На момент запуска это был один из самых мощных доступных ноутбуков, но из-за цены и веса он не имел большого успеха и был снят с производства только два года спустя. В том же году Intel представила суперкомпьютер Touchstone Delta с 512 микропроцессорами. Этот технологический прогресс был очень значительным, поскольку он использовался в качестве модели для некоторых из самых быстрых многопроцессорных систем в мире. Ее даже использовали в качестве прототипа для исследователей Калифорнийского технологического института, которые использовали эту модель для таких проектов, как обработка спутниковых изображений в реальном времени и моделирование молекулярных моделей для различных областей исследований.
Начиная с известных особых случаев, вычисление логарифмов и тригонометрических функций может выполняться путем поиска чисел в математической таблице и интерполяция между известными случаями. Для достаточно небольших различий эта линейная операция была достаточно точной для использования в навигации и астрономии в Age of Exploration. Использование интерполяции процветало в последние 500 лет: к ХХ веку Лесли Комри и У.Дж. Эккерт систематизировал использование интерполяции в таблицах чисел для расчета перфокарт.
Численное решение дифференциальных уравнений, в частности, уравнений Навье-Стокса, было важным стимулом для вычислений с Льюисом Фри Ричардсоном Численный подход к решению дифференциальных уравнений. Первый компьютеризированный прогноз погоды был выполнен в 1950 году группой, состоящей из американских метеорологов Джул Чарни, Филиппа Томпсона, Ларри Гейтса и норвежского метеоролога Рагнара Фьёртофта, математика-прикладника Джона фон Нойман и ENIAC программист Клара Дэн фон Нейман. По сей день некоторые из самых мощных компьютерных систем на Земле используются для прогнозов погоды.
К концу 1960-х годов компьютерные системы могли выполнять символические алгебраические манипуляции достаточно хорошо, чтобы пройти calculus курсы уровня колледжа.
Женщины часто недостаточно представлены в областях STEM по сравнению с их коллеги-мужчины. Однако в истории вычислительной техники были известные примеры женщин, такие как:
