O scurta istorie a calculatorului

O scurta istorie a calculatorului

14.07.2018

14.07.2018 Newparts

Newparts Istorie

Istorie 0 comentarii

Abordarea tematica a unei istorii a calculatorului este pe cat de subiectiva pe atat de anevoioasa. Pornind de la definitia empirica a calculatorului din care aflam ca un calculator este un aparat care efectueaza calcule in mod automat dupa o anumita rutina, ne putem adanci cercetarea pana in zorii istoriei cunoscute, cu mult inainte de descoperirea propriu-zisa a calculatorului modern, in secolul XX. Calculul sta la baza multor activitati care nu sunt considerate in mod normal ca fiind matematice. Computerele s-au dovedit capabile sa rezolve o gama larga de probleme, de la cele mai elementare calcule aritmetice la probleme complexe cum ar fi echilibrul giroscopic sub forma sistemelor de orientare pentru roboti. Pentru a ajunge la forma computerului modern omul a trebuit sa inteleaga faptul ca trebuia sa inventeze programarea pentru ca o masina de calcul sa poate rezolva un numar tot mai mare de probleme. Omul a trebuit sa rezolve si sa solutioneze dezvoltarea unui astfel de dispozitiv ce putea fi programat sa rezolve probleme specifice dupa o anumita rutina sau algoritm.

Inventarea primelor instrumente de calcul

Din punct de vedere istoric, cel mai vechi dispozitiv de calcul cunoscut este abacul. Abacul este atestat incepand cu 1100 fiind folosit si in zilele noastre. Cu ajutorul lui se puteau efectua cele mai elementare operatiuni matematice fiind usor de manipulat. Abacul era de nepretuit pentru negustori si contabili.

Mecanismul din Antikythera avand o dimensiune asemanatoare cu a unui ceas de perete victorian este cel mai vechi mecanism complex cunoscut in istorie. Mecanismul afisa Soarele si Luna, dar si cele cinci planete vizibile cu ochiul liber de pe Pamant: Mercur, Venus, Marte, Jupiter si Saturn. Se presupune ca avea mai multe cadrane in care erau afisate fazele Lunii, eclipsele solare si lunare. Se presupune ca mecanismul ar fi fost realizat in secolul II si demonstreaza faptul ca grecii antici aveau posibilitatea de a intelege si a reprezenta universul cunoscut.

Primele masini de calcul si inventatorii lor

Putem vorbi de calcule analogice dupa descoperirea logaritmilor in 1614 de catre matematicianul scotian John Napier. Dupa descoperirea logaritmilor, au aparut dispozitive analogice de calcul bazate pe logaritmi cu ajutorul carora se puteau reprezenta si calcula valori digitale sau lungimi fizice analoge. La scurt timp apar dispozitivele analogice ale lui Gunter si Oughtred ce si-au gasit cea mai mare intrebuintare in efectuarea calculelor in navigatie.

In anul 1623, astronomul si matematicianul german Wilhelm Schickard a construit primul calculator. Stim acest lucru dintr-o scrisoare adresata lui Johannes Kepler in care este descris mecanismul „ceasului de calcul”. Posibil ca germanul sa nu fie inventatorul de drept al „ceasului de calcul”, faimosul om de stiinta renascentist Leonardo da Vinci a schitat planurile unui calculator care au fost suficient de complete si corecte dupa care inginerii moderni au reusit sa construiasca un calculator.

Prima masina de calcul produsa si folosita in masa a fost Pascalina, proiectata si construita de catre matematicianul si filosoful francez Blaise Pascal, intre anii 1642 si 1644. Pascalina efectua adunari si scaderi. In decurs de 10 ani au fost construite mai mult de 50 de Pascaline, devenind prima masina de calcul folosita la scara larga in afaceri.

Intre 1671-1673 matematicianul si filozof german Gottfried Wilhelm von Leibniz a proiectat si realizat o masina de calcul dupa pe Pascalina. El a reusit sa adauge pe langa adunare si scadere, operatia de inmultire prin adaugari si schimbari repetate. Leibniz a fost cel mai mare sustinator al sistemului numeric binar. Ulterior dupa descoperirea electricitatii, sistemul binar a fost cel mai bun in realizarea, reprezentarea circuitelor electrice si al programarii logice.

Daca aparatele de calcul ale lui Pascal si Leibniz erau curiozitati ale vremii, o data cu revolutia industriala, din secolul XVIII, a aparut nevoia de a efectua operatii repetitive in mod eficient. O nevoie larg raspandita in industrie si confectii, unde activitatile erau mecanizate, a facut ca in 1820, Charles Xavier Thomas de Colmar, un francez inventiv, sa construiasca un Arithmometru, primul dispozitiv de calcul comercial produs in masa. Cu un aritmometru se putea efectua operatiile matematice elementare, fiind aproape un secol cea mai eficienta masina de calcul.

Prima aplicatie de calcul a fost introdusa in 1804 de catre Joseph-Marie Jacquard, un tesator francez. Razboiul de tesut inventat de catre francez poate fi numit primul dispozitiv practic de prelucrare a informatiilor sau prima masina programabila. Razboiul de tesut functiona cu ajutorul unor serii de tije metalice. Prin introducerea unei placi perforate de catre operator se putea controla miscarea tijelor si prin urmare se putea modifica modelul tesaturii.

Charles Babbage a fost un matematician si inventator englez ce a identificat o nevoie clara de a proiecta si construi un dispozitiv mecanic care ar putea automatiza calcule astronomice lungi si plictisitoare. A mecanizat nu doar un singur calcul, ci o serie întreaga de calcule pe o serie de variabile pentru a rezolva o problema complexa. El a incercat sa realizeze o masina de calcul finantata prin subventii guvernamentale. Ca si astazi guvernele s-au schimbat inainte de a-si putea duce proiectul la bun sfarsit. Intre timp, pana s-au terminat fondurile guvernamentale, el a conceput ceva mult mai revolutionar: o masina de calcul cu scop general numita Motorul Analitic.

Motorul Analitic se dorea sa fie un computer digital cu mecanism automat, complet controlat printr-un program. Masina a fost proiectata sa contina patru componente: moara, magazinul, cititorul si imprimanta. Aceste componente sunt componentele esentiale ale fiecarui computer modern. Moara a fost unitatea de calcul, analoga cu unitatea centrala de procesare (CPU), magazinul a fost analog cu memoria de astazi, iar cititorul si imprimanta erau dispozitivele de intrare si iesire ale datelor. Proiectul a fost mult mai complex decat orice altceva construit pana atunci. Caracteristica sa cea mai revolutionara a fost abilitatea de a-si schimba functionarea schimband instructiunile de pe cardurile perforate. Motorul analitic, desi nu a fost niciodata finalizat, a fost prima masina de calcul care merita sa fie numita computer.

Herman Hollerith devine agent special la recensamantul din 1880, moment in care intelege necesitatea stringenta de automatizare a datelor. Astfel a brevetat in 1884 o masina de perforat si numarat cu ajutorul careia a reusit sa sistematizeze dosarele medicale si datele recensamantului din 1890.

Realizarea primelor computere

In anii 1930, in Statele Unite, doua universitati, din Cambridge si Massachusetts, au urmarit doua ramuri importante de cercetare in domeniul informaticii. O ramura a produs Analizorul Diferential, iar cealalta o serie de dispozitive care se incheie cu Harvard Mark IV. Un inginer pe nume Vannevar Bush de la Institutul de Tehnologie din Massachusetts (MIT) a dezvoltat primul calculator analogic modern. Analizorul Diferential a fost un calculator analogic care putea fi folosit pentru a rezolva anumite clase de ecuatii diferentiale, un tip de probleme comune in aplicatiile fizice si de inginerie care erau adesea foarte greu de rezolvat. Dispozitivul a fost limitat la rezolvarea acestor categorii de probleme si oferea solutii aproximative dar practice.

In paralel, profesorul Howard Aiken de la Harvard lucra cu dispozitive digitale pentru calcul. Aiken explora metodologic progresele tehnologice realizate de la asamblarea mecanica si puterea aburului, disponibile pentru Babbage si predecesori la noile circuite si relee. Pana in 1944, Aiken, in colaborare cu IBM, a dezvoltat primul calculator complet functional, cunoscut sub numele de Harvard Mark I. Acest calculator era urias si a fost in mare parte mecanic. Avea o lungime de 15 metri, cantarea cinci tone si era confectionat din aproximativ 750.000 de piese separate. Aiken a dezvoltat inca trei astfel de masini (Mark II-IV) in urmatorii cativa ani si este creditat cu dezvoltarea primului calculator complet automat.

Alan Turing a fost inspirat de programul formalist al matematicianului David Hilbert, care a incercat sa demonstreze ca orice problema matematica poate fi rezolvata printr-un algoritm, adica printr-un proces pur mecanic. Turing a elaborat in detaliu conceptele de baza ale unei masini universale de calcul, adica o masina de calcul care ar putea, cel putin in teorie, sa faca ceva pe care ar putea sa o faca un dispozitiv de calcul special. Conceptul si ideile lui Turing au fost o sursa de inspiratie pentru urmatoarea generatie de ingineri si cercetatori.

Primul computer electronic special a fost realizat de John Vincent Atanasoff, realizand un prototip in 1939, impreuna cu asistentul sau Clifford E. Berry. Apoi au inceput proiectarea si construirea unui computer mai mare, mai general, cunoscut sub numele de computerul Atanasoff-Berry sau ABC.

Primul procesor controlat de un program a fost Z3 realizat in 1941, de catre inginerul german Konrad Zuse, si distrus in 1945. Deoarece munca lui Zuse a fost facuta in izolare relativa, el nu stia prea multe despre cercetarile in domeniu realizate in Statele Unite si Marea Britanie, apoi dupa ce a inceput razboiul, izolarea a devenit totala.

Necesitatile de spargere a codurilor celebrelor masini de scris germane Enigma, din timpul razboiului, au dat impuls si s-au obtinut finantari pentru cercetare in domeniul masinilor de calcul. Rezultatul si produsul proiectului secret Ultra este Colossus ce poate fi descris in mod plauzibil ca primul computer electronic digital si a fost cu siguranta un pas esential pentru dezvoltarea computerului modern. Desi Colossus a fost conceput pentru a efectua calcule specifice criptografice, ar putea fi folosit si in scopuri mai generalizate. Colossus a avut succes in scopul propus, astfel a ajutat la decodarea mesajelor si informatiilor germane despre ordinele, bunurile si personalul de lupta din Germania.

In acest timp, in Statele Unite, fondurile guvernamentale au sustinut un proiect condus de John Mauchly si J. Presper Eckert. Obiectivul lor era realizarea unui calculator complet electronic. Rezultatul a fost ENIAC cel mai puternic dispozitiv de calcul construit pana in acel moment. ENIAC era urias avand aproximativ 18.000 de tuburi vidate, 70.000 de rezistente, 10.000 de condensatoare, 6.000 de intrerupatoare si 1.500 de relee. Cu toate aceste componente electronice, ENIAC, era in continuare tranzitoriu pentru computerele electronice ulterioare.

Imediat dupa razboi, Kilburn, Williams si colegii lor din Manchester au inventat un nou mod de a stoca informatii printr-un tub catodic. Inventia a fost implementata intr-un calculator de dimensiuni mari, Manchester Mark I, primul computer comercial. Englezii au venit de asemenea cu o descoperire care va revolutiona modul in care un calculator va executa instructiuni, astfel au facut posibil ca portiunea de adresa a unei instructiuni sa poata fi modificata in timp ce programul rula.

Intre timp, la Universitatea din Cambridge, Maurice Wilkes si altii, au construit ceea ce este recunoscut ca fiind primul calculator cu programe full-size (intregi), complet electronic, stocate pentru a oferi un serviciu de calcul formal utilizatorilor. Acesta a fost construit pe baza principiilor sintetizate de von Neumann.

In Statele Unite, Jay Forrester si Jan Aleksander Rajchman au inventat un nou tip de memorie bazata pe nuclee magnetice care a fost suficient de rapida pentru a permite realizarea computerului Whirlwind. Acesta era un computer care poate raspunde aparent instantaneu instructiunilor de baza, permitand astfel operatorului sa interactioneze cu un program ce ruleaza.

Ulterior, Eckert și Mauchly au realizat un computer pe care l-au numit Computerul Automat Universal sau UNIVAC. Acesta a fost conceput ca un computer comercial de procesare a datelor, destinat sa inlocuiasca masinile de contabilitate cu carduri perforate aflate in uz.

Crearea primelor limbaje de programare

In 1952, Alick Glennie, a creat primul program numit Autocode pentru Manchester Mark I. Autocodul a fost primul compilator care trebuia implementat.

Tot la inceputul anilor 1950, John Backus i-a convins pe managerii sai de la IBM sa-l lase sa creeze o echipa pentru a realiza un limbaj de programare si un compilator ce produce cod care sa functioneze la fel de rapid ca limbajul masina codat manual. In 1954, Backus si o echipa de programatori au proiectat un limbaj, pe care il numesc FORTRAN (de la Formula Translation). FORTRAN a facut un alt pas spre a face programarea mai accesibila, permitand comentarii in programe. Abilitatea de a introduce adnotari marcate ca fiind ignorate de programul de traducator, dar lizibile pentru om, a insemnat ca un program bine adnotat ar putea fi citit intr-un anumit sens de catre alti oameni care nu au deloc cunostinte de programare. Astfel, pentru prima data un non-programator ar putea sa-si faca o idee despre ce a facut un program, sau cel putin ceea ce intentioneaza sa faca, doar prin citirea (partiala) a codului.

In 1959, este creat COBOL (Common Business-Oriented Language). COBOL a fost in mod explicit un limbaj de programare pentru business.

La sfarsitul anilor 1950 apar o multitudine de limbaje de programare specializate si incompatibile. Acest fapt a dus la aparitia ALGOL (Algorithmic Language), un limbaj de programare din a doua generatie.

Sistemele de operare

Pentru a face computerele timpurii sa fie cu adevarat utile si eficiente, a fost nevoie de doua inovatii majore in domeniul software-ului. Prima inovatie a fost realizarea unor limbaje de programare de nivel inalt precum FORTRAN, COBOL si ALGOL, cealalta a fost controlul. Astazi, functiile de control la nivel de sistem ale unui computer sunt cuprinse in sistemul de operare. Sistemul de operare gestioneaza toate activitatile, aplicatiile si programele ce ruleaza pe un computer.

Caracteristica esentiala si dificila a unui program de operare rudimentar a fost mecanismul de intrerupere. Mecanismul rudimentar de intrerupere trebuia sa fie capabil sa opreasca un program care ruleaza atunci cand este necesar, dar sa salveze starea programului si toate registrele, astfel incat dupa intrerupere acesta ar putea fi repornit de la inceput. Primul computer cu un astfel de sistem de intrerupere a fost UNIVAC 1103A, care a avut o singura intrerupere declansata de o conditie fixa. Primul sistem de operare a fost sistemul de operare IBM 360.

IBM a avut mai multe linii de dezvoltare formate din grupuri independente de ingineri in companie. Astfel a existat o linie stiintifico-tehnica, o linie de prelucrare a datelor comerciale, o linie de contabilitate, o linie de zecimale si o linie de supercomputere. Fiecare linie a avut un sistem de operare distinct, dependent de hardware, si fiecare sistem de operare a necesitat o dezvoltare separata si intretinerea software-ului de aplicatie asociat. Arhitectura 360 a fost destinata sa acopere o gama larga de implementari ale computerelor si masinilor de calcul. Cheia arhitecturii 360 a fost sistemul de operare. Acesta avea un sistem de supraveghere ecranat si a rezervat anumite operatiuni ca fiind privilegiate, deoarece acestea puteau fi efectuate numai de catre programul de supraveghere.

Primele computere IBM 360 au fost livrate pe piata in 1965. Arhitectura 360 a reprezentat o diviziune clara in importanta relativa a hardware-ului si a software-ului. După aparitia sistemului de operare 360, computerele au fost definite de sistemele lor de operare.

Distribuirea timpului a reprezentat un alt model de interactiune si a avut nevoie de un nou limbaj de programare pentru al sustine iar rezultatul a fost sistemul de operare Multics care ruleaza pe computerul GE 645. Multics a fost modelul unui sistem de operare de partajare a timpului, construit pentru a fi functional sapte zile pe saptamana, 24 de ore pe zi. Cand, din varii motive, s-a renuntat la proiect, Ken Thompson si Dennis Ritchie (cercetatori care au lucrat la proiect), si-au scris propriul lor sistem de operare. Deoarece sistemul de operare a fost inspirat de Multics, dar era mai simplu, l-au numit UNIX. Codul sursa distribuit liber a condus la o evolutie rapida si oarecum divergenta a sistemului UNIX ce il transforma in cel mai comun sistem de operare pentru institutiile academice si World Wide Web.

Minicomputerele

La mijlocul anilor 1960, un nou tip de computer a aparut pe scena. Mici si relativ necostisitoare, minicomputerele, au fost proiectate pentru a facilita conectarea la instrumente stiintifice si alte dispozitive de intrare / iesire, cu o arhitectura simplificata, au fost implementate folosind tranzistoare rapide si au fost programate in mod obisnuit in limbaj de asamblare.

Digital Equipment Corporation (DEC), fondată in 1957 de catre Kenneth Olsen si Harlan Anderson, a produs unul dintre primele minicomputere cu procesor de date programate sau PDP-1, in 1959. Procesorul PDP-8, folosind circuitul integrat recent inventat (un set de tranzistori si rezistente interconectate pe o singura placa de siliciu sau chip) datorita pretului de productie scazut poate fi numit primul computer vandut in masa. Modelul PDP-8 a fost lansat in 1965, acelasi an ca si primele computere IBM 360.

PDP-11 a fost relizat cinci ani mai tarziu, rezolvand unele dintre constrangerile impuse de PDP-8. Acesta a fost conceput pentru a sustine limbaje de programare de nivel inalt, a avut mai multa memorie si mai multa putere de calcul in general, a fost produs in 10 modele diferite timp de 10 ani si a fost un mare succes de piata.

Minicomputerul era pe cale sa fie eclipsat de o alta tehnologie: noile circuite integrate, care in curând vor fi utilizate pentru a construi cele mai mici si mai accesibile computere de pana acum.

Revolutia computerelor personale

Inainte de 1970, computerele erau masini mari care necesitau mii de tranzistori separati ce erau operate numai de tehnicieni specializati. Inventia microprocesorului a fost punctul culminant in istoria tehnologiei informatice. Acesta a fost inventat de Intel si numit chip-ul 4004, cu referire la numarul de caracteristici si tranzistori pe care il avea. Acestea au inclus capacitatea de memorie, intrare / iesire, control si capacitatile aritmetice / logice. Astfel a ajuns sa fie numit microprocesor sau microcomputer. Acesta devine unitatea centrala de procesare sau CPU a oricarui computer personal. Ca o curiozitate procesorul 4004 a fost folosit pe sonda Pioneer 10, lansata pe 2 martie 1972.

Potentialul microprocesoarelor a fost recunoscut atunci cand Intel a introdus un procesor pe 8 biti, 8008, in noiembrie 1972. Aparitia microprocesorului nu a inspirat nici o companie mare sa inceapa productia de computere personale.

In septembrie 1973, Radio Electronics a publicat un articol scris de Don Lancaster care descrie un "televizor de scris", un terminal de calculator prin care te puteai conecta la un calculator mainframe. Masina de scris TV a furnizat prima afisare a informatiilor alfanumerice pe un televizor comun.

In ianuarie 1975 MITS a venit cu ideea de a vinde un kit de computer. Kitul, care contine toate componentele necesare pentru a construi un computer Altair, sa vandut pentru 397 dolari, cu putin mai mult decat costul de lista al microprocesorului Intel 8080 pe care la folosit. Dupa asamblare nu a existat nici o tastatura, terminal video, cititor de casete de hartie sau o imprimanta. Nu avea niciun software. Toate programele erau in limbaj de asamblare. Singura modalitate de a introduce programe a fost prin setarea comutatoarelor pe panoul frontal pentru fiecare instructiune, pas cu pas. Aceste companii mici de microcomputere au facut primii pasi catre construirea unei industrii de calculatoare personale.

William ("Bill") Gates si Paul Allen au creat o versiune a limbajului de programare BASIC care putea rula pe noul computer personal. Acestia au licentiat versiunea lor de baza la MITS si au inceput sa numeasca parteneriatul lor Microsoft. Microsoft Corporation a continuat sa dezvolte versiuni de baza pentru aproape fiecare computer care a fost lansat ulterior pe piata. Atunci cand IBM a decis sa intre in competitia microcomputerelor personale in 1980, a cerut celor de la Microsoft un limbaj de programare si un sistem de operare, iar Microsoft era pe cale sa devina cea mai mare companie software din lume.

Stephen G. Wozniak si Steven P. Jobs, au impartasit un interes comun in electronica. Wozniak a achizitionat unul dintre microprocesoarele timpurii, Mostek 6502 (realizat de MOS Technology), si la folosit pentru a proiecta un calculator. Produsul era de fapt doar o placa cu circuite imprimate. Nu avea o carcasa, o tastatura sau o sursa de alimentare. In curand modelul Apple II si succesorii in aceasta linie (Apple II +, Apple IIe si Apple Iic) au transformat Apple in cea mai importanta companie de computere personale din lume. In 1982, Apple a lansat pe piata Lisa, un calculator mult mai puternic, cu multe inovatii. Lisa a folosit un microprocesor mai avansat, Motorola 68000. De asemenea, a avut un mod diferit de a interactiona cu utilizatorul, numit interfata grafica (GUI). GUI-ul inlocuieste liniile de comanda comune pe computerele anterioare cu pictograme grafice pe ecran care invocau actiuni cand sunt indicate de un dispozitiv de indicare portabil numit mouse. Lovitura au dat-o in 1984, cand au lansat pe piata Macintosh ce a devenit un succes salbatic si, facand computerele desktop mai usor de utilizat, a popularizat in continuare computerele personale.

Intrarea IBM pe piata a facut mai mult pentru a legitima computerele personale decat orice eveniment din istoria industriei. Parteneriatul cu Microsoft Corporation pentru furnizarea sistemului de operare a dat roade. Microsoft a cumparat un mic sistem de operare de la o alta companie pe care l-au transformat in PC-DOS sau MS-DOS. IBM si-a denumit noul produs IBM Personal Computer, care a fost rapid prescurtat in IBM PC. Acesta a fost un succes imediat, mai puternic decat alte computere desktop la acea vreme, a venit cu 16 kilobiti de memorie (expandabil la 256 kilobiti), una sau doua unitati floppy disk si un monitor color optional.

In 1985, Microsoft a lansat pe piata sistemul de operare Windows pe care l-au imbunatatit, an de an, ajungand intr-o pozitie de monopol in industria sistemelor de operare.

Internetul

Internetul a fost finantat de catre Agentia SUA pentru Proiecte de Cercetare Avansata (ARPA) pentru a dezvolta un sistem de comunicare intre laboratoarele guvernamentale si academice de cercetare. Prima componenta de retea, ARPANET, a intrat in functiune in octombrie 1969. Cu doar 15 site-uri neguvernamentale (universitare) incluse in ARPANET. Incepand cu anii 1980, au fost adaugate alte retele. Toate aceste retele au fost capabile sa comunice intre ele datorita a doua protocoale comune: Protocolul de Transmisie-Control (TCP) si Protocolul de Internet (IP). Ceea ce a fost necesar pentru a transforma o retea de computere in ceva mai mult a fost ideea hyperlink-ului: codul computerului in interiorul unui document care ar determina ca documentele aferente sa fie preluate si afisate. In 1991, a fost creat World Wide Web si sistemul sau de legaturi intre paginile create de utilizatori.

Creat initial ca o retea inchisa pentru cercetatori, Internetul a devenit brusc un nou mediu public pentru informare. A devenit un loc plin de magazine virtuale, librarii, stiri si divertisment. Scolile se "conectau" la Internet, iar copiii invatau sa faca cercetari in moduri noi. Combinatia dintre internet, e-mail, dispozitive mici si accesibile de calcul si comunicatii a inceput sa schimbe multe aspecte ale societatii prezente.

In concluzie, internetul si spatiul virtual fac parte din viata noastra cotidiana. Facem cumparaturile online, ne informam din online, socializam pe retelele sociale, ne orientam cu ajutorul GPS_ului, cu alte cuvinte, am devenit dependenti de internet si tehnologie. Nu mai putem concepe o zi din viata fara sa utilizam dispozitive inteligente cu acces la internet.

Daca ne uitam spre viitor, raportandu-ne la trecut, la istoria si evolutia calculatorului, inteligenta artificiala, robotii si cyberspace-ul vor fi de actualitate in cativa ani.

„The Future is Bright !!!”