of 14 /14
Un computer a ajuns in zilele noastre un echipament tehnic de care cu greu ne putem lipsi. De la cei mai mici pana la cei mai mari, oamenii au descoperit ca isi pot simplifica viata prin intermediul unui computer. Fie ca facem cumparaturi sau pur si simplu vorbim cu cei dragi, putem apela cu incredere la utilitatea acestei inventii revolutionare care a schimbat, in mare masura, lumea in care traim. Un computer (numit si calculator, calculator electronic sau ordinator) este o masina de prelucrat date (informatii) conform unei liste de instructiuni numita program. Calculatoarele care pot, in principiu, sa prelucreze orice fel de date se numesc universale. Stiinta prelucrarii informatiilor cu ajutorul computerelor se numeste informatica. Computerele actuale nu sunt doar masini de prelucrat informatii, ci si dispozitive care faciliteaza comunicarea respectivelor informatii intre doi sau mai multi utilizatori, de exemplu sub forma de numere, text, imagini, sunet sau video. Cel mai vechi mecanism cunoscut care se pare ca putea functiona ca o masina de calculat se considera a fi "Ceasul" din Antikythira, datand din anul 87 i.Hr. si folosit aparent pentru calcularea miscarilor planetelor. Tehnologia care a stat la baza acestui mecanism este inca o necunoscuta pentru cercetatori. Mecanism unic, "Ceasul din Antikythira" este o celebră "maşină modernă" construită şi folosită în Grecia antică. Descoperit în mâlul care înecase o epavă scufundată în secolul I e.n., în apropierea ţărmurilor insulei egeene Antikythira, acest aparat metalic este deosebit de complex. Dispunând de angrenaje (deşi se susţinea că grecii vechi nu au cunoscut principiul angrenajului), are pe feţele opuse câte un cadran prevăzut cu scări riguros gradate. Unul dintre cadrane, ajustat, este axat pe roata principală a mecanismului interior, care, prin intermediul unor tamburi excentrici, roteşte un ac indicator. Angrenajul central al aparatului este solidar cu alt cadran, a cărui rotiţă executa o revoluţie anuală. El servea la indicarea cursei anuale a Soarelui în cadrul zodiacului. Aparatul, cu o latură de 20 cm, furniza informaţii asupra poziţiei şi mişcărilor planetelor cunoscute pe atunci, fiind de uz astronomic. Realizarea "Ceasului din Antikythira" presupune cunoştinţe astronomice de un înalt nivel de abstractizare şi deosebit de evoluate cunoştinţe de mecanică. Forma literelor greceşti utilizate pe scările de măsură ale cadranelor a permis riguroasa datare a execuţiei şi construcţiei lui între anii 80 şi 50 î.e.n. Modul manual, hidraulic sau mecanic de acţionare a acestui ceas astronomic nu a putut fi precizat din cauza stării de deteriorare în care a fost găsit după şedefea lui îndelungată în stratul de mâl. Azi este păstrat la Muzeul din Atena. O dată cu revigorarea matematicii și a științelor în timpul Renașterii europene au apărut o succesiune de dispozitive mecanice de calculat, bazate pe principiul ceasornicului, de exemplu mașina inventată de Blaise Pascal. Prima masina de calculare a fost construita in 1642 de catre francezul Blaise Pascal (1623-1662), masina sa putea realize numai adunari si scaderi. Pascalina insa a fost un eşec. În primul rând Pascal era sigurul care o putea repara. În al doilea rând în acea vreme era mai ieftin sã ai oameni care sã facã calculele decât sã

Aparitia Si Evolutia Calculatorului

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Aparitia Si Evolutia Calculatorului

Un computer a ajuns in zilele noastre un echipament tehnic de care cu greu ne putem lipsi. De la cei mai mici pana la cei mai mari, oamenii au descoperit ca isi pot simplifica viata prin intermediul unui computer. Fie ca facem cumparaturi sau pur si simplu vorbim cu cei dragi, putem apela cu incredere la utilitatea acestei inventii revolutionare care a schimbat, in mare masura, lumea in care traim.

Un computer (numit si calculator, calculator electronic sau ordinator) este o masina de prelucrat date (informatii) conform unei liste de instructiuni numita program. Calculatoarele care pot, in principiu, sa prelucreze orice fel de date se numesc universale. Stiinta prelucrarii informatiilor cu ajutorul computerelor se numeste informatica. Computerele actuale nu sunt doar masini de prelucrat informatii, ci si dispozitive care faciliteaza comunicarea respectivelor informatii intre doi sau mai multi utilizatori, de exemplu sub forma de numere, text, imagini, sunet sau video.

Cel mai vechi mecanism cunoscut care se pare ca putea functiona ca o masina de calculat se considera a fi "Ceasul" din Antikythira, datand din anul 87 i.Hr. si folosit aparent pentru calcularea miscarilor planetelor. Tehnologia care a stat la baza acestui mecanism este inca o necunoscuta pentru cercetatori.

Mecanism unic, "Ceasul din Antikythira" este o celebră "maşină modernă" construită şi folosită în Grecia antică. Descoperit în mâlul care înecase o epavă scufundată în secolul I e.n., în apropierea ţărmurilor insulei egeene Antikythira, acest aparat metalic este deosebit de complex. Dispunând de angrenaje (deşi se susţinea că grecii vechi nu au cunoscut principiul angrenajului), are pe feţele opuse câte un cadran prevăzut cu scări riguros gradate. Unul dintre cadrane, ajustat, este axat pe roata principală a mecanismului interior, care, prin intermediul unor tamburi excentrici, roteşte un ac indicator. Angrenajul central al aparatului este solidar cu alt cadran, a cărui rotiţă executa o revoluţie anuală. El servea la indicarea cursei anuale a Soarelui în cadrul zodiacului. Aparatul, cu o latură de 20 cm, furniza informaţii asupra poziţiei şi mişcărilor planetelor cunoscute pe atunci, fiind de uz astronomic.

Realizarea "Ceasului din Antikythira" presupune cunoştinţe astronomice de un înalt nivel de abstractizare şi deosebit de evoluate cunoştinţe de mecanică. Forma literelor greceşti utilizate pe scările de măsură ale cadranelor a permis riguroasa datare a execuţiei şi construcţiei lui între anii 80 şi 50 î.e.n. Modul manual, hidraulic sau mecanic de acţionare a acestui ceas astronomic nu a putut fi precizat din cauza stării de deteriorare în care a fost găsit după şedefea lui îndelungată în stratul de mâl. Azi este păstrat la Muzeul din Atena.

O dată cu revigorarea matematicii și a științelor în timpul Renașterii europene au apărut o succesiune de dispozitive mecanice de calculat, bazate pe principiul ceasornicului, de exemplu mașina inventată de Blaise Pascal.

Prima masina de calculare a fost construita in 1642 de catre francezul Blaise Pascal (1623-1662), masina sa putea realize numai adunari si scaderi. Pascalina insa a fost un eşec. În primul rând Pascal era sigurul care o putea repara. În al doilea rând în acea vreme era mai ieftin sã ai oameni care sã facã calculele decât sã cumperi o asemenea maşinărie şi în al treilea rând lucrãtorii se temeau cã vor fi înlocuiţi de Pascalina pierzându-şi astfel slujbele. Totuşi Pascalina a fost folositã pânã când a apãrut calculatorul electronic care a fãcut-o nefolositoare. Pentru contribuţia adusã numele lui Pascal a fost dat unui limbaj de programare.

Treizeci de ani mai tarziu, Gottfried Wilhelm Von Leibniz, matematician german, împreunã cu Sir Issac Newton au inventat calculele și au creat calculatorul acționat de roatã cu pedalã.

Acest dispozitiv creat în 1673 putea face adunãri, scãderi, înmulţiri şi împărţiri. Roata lui Leibniz era o îmbunătăţire a Pascalinei, totuşi nu era posibil sã se aibã încredere în ea (mai putea greşi), astfel cã nu a fost folositã de prea multã lume. Oricum calculatorul lui Leibniz l-a impresionat pe Peter Cel Mare care a trimis un exemplar împãratului Chinei pentru ca sã îl convingã de tehnologia germanã şi pentru a creşte relaţiile comerciale dintre Est si Vest.

Page 2: Aparitia Si Evolutia Calculatorului

Francezul Joseph Marie Jacquard în anul 1804 a construit o mașină automatã cu cartele perforate care era folositã pentru a țese cu modele. Invenția lui Jacquard a arãtat cã datele pot fi stocate pe cartele; cartelele la rândul lor pot fi folosite pentru a crea serii de instrucțiuni. Programarea instrucțiunilor s-a dovedit a fi un lucru foarte important pentru calculatoarele moderne.

În același secol, Charles Babbage este cel dintâi care proiectează o mașină de calcul complet programabilă (1837), însă din păcate proiectul său nu va prinde roade, în parte din cauza limitărilor tehnologice ale vremii.

A fost cel dintâi care a imaginat omașină de calculat programabilă, asemănătoare computerelor din ziua de azi. Din acest motiv este privit ca un „părinte” al informaticii.Babbage a început să-şi proiecteze „Maşina analitică” în 1837, dar nu a reuşit să o construiască până la moartea sa, din cauza limitărilor tehnologice ale vremii. Cu toate acestea, o maşină construită în 1991 după schiţele sale s-a dovedit a funcţiona perfect. Ideile lui Babbage erau atât de revoluţionare pentru vremea sa încât n-au fost înţelese decât de o singură persoană dintre contemporanii săi. Aceasta era matematiciana Ada Lovelace, cea care a şi scris primul program pentru Maşina analitică a lui Babbage, rămânând astfel în istorie ca primul programator.

Mașina care putea fi folositã în rezolvarea de probleme diferite, ea avea o memorie mecanicã în care se puteau pãstra rezultatele. Royal Astronomical Society l-a încurajat pe Babbage cu garanții guvernamentale și astfel calculatorul creat de el devenea mai mare și mai complex pe mãsurã ce îl revizuia. Garanțiile nu i-au mai fost acordate din anul 1834, dar cu toate acestea Babbage a propus o mașină mult mai complexã. Cu toate cã puterea a șase motoare cu abur care erau necesare sã punã în funcțiune motorul analitic ar fi ocupat lungimea unui teren de fotbal, calculatorul lui Babbage putea calcula logaritmi automat. Datele erau introduse folosind cartele perforate și mașinăria putea fi programatã sã-și schimbe metodele de operare. Din pãcate motorul analitic nu a fost construit, dar oricum acest concept a fost predecesorul calculatorului din zilele noastre. Pentru contribuția sa Babbage a fost numit parintele calculatorului. Babbage avea un partener și un om de încredere, Augusta Ada, contesa de Lovelace și fiica poetului Lord Byron.

Doamna Lovelace a înțeles ideile lui Babbage, a recunoscut valoarea ideilor, și în anul 1840, a scris lucrãri cu caracter științific care explicau ideile lui Babbage celorlalți. Ea a fost cea care a sugerat folosirea sistemului binar, în locul celui zecimal, pentru stocarea datelor. Doamna Lovelace este consideratã prima programatoare pentru cã ea a modelat desenul motorului analitic incluzând o repetare automatã a unei serii de calcule. Această procedurã în cerc este foarte importantã pentru programatorii de astãzi. Zece ani mai târziu în anul 1850, George Boole, matematician englez a realizat cã problemele matematice complexe puteau fi rezolvate reducându-le la o serie de rãspunsuri afirmative sau negative.

Sistemul binar cu 1 ca rãspuns pozitiv și 0 ca rãspuns negativ era o soluție. Aceastã teorie avea sã stea la baza circuitelor calculatorului.

Doctorul Herman Hollerith a construit prima mașină electromecanicã cu cartele gãurite în 1880.

Page 3: Aparitia Si Evolutia Calculatorului

Socrul lui Hollerith care se ocupa de recensãminte, a propus ca maşina sã fie folositã pentru a

sorta rezultatele recensãmântului folosind cartele gãurite cu 80 de coloane pe care tot Herman le-

a inventat. Folosind această maşinărie Hollerith a obţinut la recensãmântul din 1890 un rezultat

de 63.056.000 de oameni într-o treime din timpul care a fost necesar în 1880 pentru a numãra

50.262.000 de oameni. Dupã descoperirea lui Hollerith a fost o pauzã în descoperirile din

domeniul calculatoarelor.

Progresul exista, dar nimic spectaculos nu a fost raportat – nimic nu a fost raportat pânã când în anul 1927 la Massachusetts Institute of Tehnology (MIT) Vannevar Bush împreunã cu colaboratorii sãi au creat mașina care putea rezolva ecuații simple. Pânã în anul 1931 mașina a fost modificatã și perfecționată pentru a rezolva ecuații mai complexe. Mașina afișa rezultatele prin rotirea unor săgeți.

În anul 1940 George Stibitz împreunã cu colegul sãu Samuel Williams au demonstrat cum sã se folosească dispozitivul creat de ei în anul 1937 și numit Complex Number Calculator pentru a transmite calcule la distanțe de pânã la 250 mile.

La Iowa, în anul 1939, John Atanasoff și Clifford Berry au colaborat și au construit calculatorul Atanasoff-Berry.

ABC-ul a fost primul calculator electronic, digital care putea fi folosit pentru mai multe scopuri. Deşi

putea rezolva simultan ecuaţii algebrice, comunitatea ştiinţifică nu a fost foarte interesatã. Când

Atanasoff a contactat compania IBM (International Business Machines ) pentru a le prezenta maşina,

compania a rãspuns cã nu va fi niciodatã interesatã de o maşină electronicã de calcul.

Pornind din 1939, cand a fost fondata compania Hewlett Packard si parcurgand traseul evolutiei computerului pana in zilele noastre, descoperim o poveste interesanta, demna de istorisit.La inceputurile sale, computerul avea dimensiuni impresionante, ocupand o incapere intreaga, iar astazi el incape in palma unui copil - relateazaWebnews.

Etapele evolutiei

Deceniu dupa deceniu, iata cateva din etapele care au marcat traseul inovator ce a condus la performantele tehnologice si aspectul computerului de azi:

Page 4: Aparitia Si Evolutia Calculatorului

1940 - apare primul computer, denumit pe scurt CNC (Complex Number Calculator), proiectat de catre cercetatorul american George Robert Stibitz si finalizat in cadrul Bell Telephone Laboratories;1941 - apare noul Z3 computer/Bombe, construit de catre inginerul german Konrad Zuse si utilizat la decriptarea comunicatiilor militare naziste;1942 - profesorul John Vincet Atanasoff, impreuna cu un absolvent al Iowa State College, pe numele sau Cliff Berry, au creat sistemul ABC (Atanasoff-Berry Computer);1944 - are loc inaugurarea Harvard Mark-1/Colossus - un calculator enorm, dimensionat si pozitionat intr-o incapere intreaga, utilizat ca si primul in scopuri legate de razboiul cu Germania;1946 - aparitia ENIAC/AVIDAC, computerul imbunatatit, care lucra de 1.000 de ori mai rapid decat comtemporanii sai;1950 - ERA 1101/SEAC/Pilot ACE devine primul computer comercial;1954 - IBM creeaza primul sau computer, denumit IBM 701;1958 - Japonia lanseaza si ea primul sau computer, denumit NEAC 1101;1960 - anul realizarii primului minicomputer: DEC PDP-1;1964 - IBM System 360 devine prima familie de sase computere compatibile, cu 40 de sistemeperiferice, capabile sa lucreze impreuna;1968 - anul crearii si lansarii in spatiu a computerului Apollo Guidance Computer, de pe Apollo 7;1975 - MITS Altair/Tandem-16 devine primul computer bazat pe un microprocesor Intel 8080, creat pentru procesarea de tranzactii online;1976 - Steve Wozniak proiecteaza Apple I, pe care il vinde mai tarziu lui Steve Jobs;1979 - Atari 400 si 800 sunt primele calculatoare care dispun de optiuni pentru jocuri;1983 - Apple Lisa este primul computer cu o grafica special creata pentru interfata utilizatorului;1985 - apare Comodor Amiga 1000, vandut cu 1.295 dolari (fara monitor), la vremea respectiva, care a demonstrat ca poate depasi capacitatile audio si video ale contemporanilor sai;1988 - NeXT este primul computer care avea incorporat un driver pentru inmagazinarea de date optice si un limbaj adecvat, menit sa simplifice programarea;1993 - apare P5 Pentium, lansat de Intel, cu versiunile sale de 60 si 66 MHz;1995 - Sony creeaza PlayStation, care s-a vandut la vremea respectiva in peste 100 milioane de exemplare;1999 - Apare PowerMac G4/AMD Athlon 750 MHz;2001 - Mac OSX/Windows XP/Linux 2.4.0 isi face simtita prezenta, cu noua sa tripla versiune operativa;2002 - RIM lanseaza primul smarthphone BlackBerry;2005 - Intel si AMD elaboreaza primul lor dual-core 64-bit, in timp ce Microsoft creeaza primul Xbox 360;2007 - Apple lanseaza primul iPhone;2010 - Acelasi Apple creeaza primul iPad, computerul tableta care realizeaza hibridul ideal intre unsmartphone si un laptop.

Calculul digital

Era modernă a mașinilor de calcul a început cu o frenezie a dezvoltării în perioada dinainte de și după al doilea război mondial, când componentele electronice (la acea vreme, relee, rezistoare, condensatoare, bobine, și tuburi electronice) au înlocuit echivalentele lor mecanice, și calculul digital a înlocuit calculul analogic. Mașini cum ar fi Z3, calculatorul Atanasoff–Berry, calculatoarele Colossus și ENIAC au fost construite manual cu ajutorul circuitelor ce conțineau relee sau

Page 5: Aparitia Si Evolutia Calculatorului

tuburi electronice, și adesea foloseau cartelele sau benzile perforate ca dispozitiv de intrare și ca mediu de stocare.

În această perioadă, s-au produs mai multe mașini cu capabilități din ce în ce mai vaste. La început, nu exista nimic care să semene măcar cu un calculator modern, în afara planurilor pierdute ale lui Charles Babbage și în afara ideilor teoretice ale lui Alan Turing. La sfârșitul acestei perioade, s-au construit dispozitive cum ar fi calculatoarele Colossus și EDSAC, unele din primele calculatoare electronice numerice, dar niciun moment nu este unanim considerat a fi momentul nașterii calculatoarelor numerice.

Lucrarea lui Alan Turing din 1936 s-a dovedit extrem de influentă în domeniile informaticii și științei calculatoarelor. Scopul principal a fost cel de a demonstra că există probleme (și anume problema opririi) care nu pot fi rezolvate de niciun proces secvențial. Prin aceasta, Turing a dat o definiție a calculatorului universal care execută un program stocat pe o bandă. Această construcție a ajuns să fie denumită mașina Turing; ea a înlocuit limbajul universal, mult mai complex și bazat pe aritmetică, al lui Kurt Gödel. În afara limitarilor impuse de spațiul finit de stocare, calculatoarele moderne sunt denumite Turing-complete, adică au o capabilitate de a executa algoritmi echivalentă cu cea a mașinii Turing universale.

Pentru ca o mașină de calcul să fie un calculator universal, trebuie să existe un mecanism convenabilde citire-scriere, cum ar fi banda perforată. Cunoscând modelul teoretic al mașinii universale de calcul a lui Alan Turing, John von Neumann a definit o arhitectură ce utilizează aceeași memorie atât pentru stocarea programelor cât și a datelor: practic toate calculatoarele moderne utilizează această arhitectură (sau una derivată din ea). Deși, din punct de vedere teoretic, după cum a arătat și proiectul lui Babbage, se poate implementa un calculator complet mecanic, electronica a făcut posibilă viteza și gradul de miniaturizare ce caracterizează calculatoarele moderne.

În perioada celui de-al doilea război mondial, au existat trei fluxuri paralele de dezvoltare a tehnologiei calculatoarelor, din care unul a fost complet ignorat, iar al doilea a fost ținut secret în mod deliberat. Cel ignorat a fost reprezentat de munca germanului Konrad Zuse. Cel de-al doilea a fost dezvoltarea secretă a calculatoarelor Colossus în Regatul Unit. Niciuna dintre acestea nu a avut o influență deosebită asupra diverselor proiecte similare din Statele Unite. Al treilea flux de dezvoltare a fost și cel mai mediatizat, și a fost reprezenta de mașinile ENIAC și EDVAC ale lui Eckert și Mauchly.

În timp ce lucra la Laboratoarele Bell în noiembrie 1937, George Stibitz a inventat și a construit un calculator cu relee, denumit „Model K” (de la kitchen table–masă de bucătărie, pe care a efectuat asamblarea), care a fost primul care a efectuat calcule în formă binară.

Zuse

Izolat, în Germania, Konrad Zuse a demarat în 1936 construcția primului calculator din seria Z, calculatoare cu memorie și programabile (inițial, programabilitatea era foarte restrânsă). Calculatorul Z1, pur mecanic, dar care lucra în binar, a fost finalizat în 1938 și nu a funcționat niciodată corect din cauza unor probleme în ce privește precizia unor piese.

Mașina ulterioară a lui Zuse, Z3, a fost terminată în 1941. Ea se baza pe relee telefonice și nici ea nu funcționa satisfăcător. Totuși, structura lui era întrucâtva similară mașinilor moderne, putând efectua și operații în virgulă mobilă. Înlocuirea sistemului zecimal folosit anterior de Babbage, și dificil de implementat cu sistemul binar a avut ca efect simplificarea construcției mașinii și creșterea fiabilității în condițiile tehnologiilor disponibile la acea dată.

Programele erau introduse în calculatorul Z3 pe filme perforate. Saltul condiționat lipsea, dar în anii 1990 s-a demonstrat teoretic că Z3 era totuși o implementare de mașină Turing. Prin două cereri de patentare, în 1936, Konrad Zuse a anticipat și că instrucțiunile mașinii vor putea fi stocate în același spațiu cu datele – amănunt-cheie în ceea ce ulterior a devenit arhitectura von Neumann care a fost implementată pentru prima oară în mașina britanică EDSAC (1949). Zuse a susținut și că a proiectat primul limbaj de programare de nivel înalt, (Plankalkül), în 1945 (publicat în 1948) deși acesta a fost implementat pentru prima oară în 2000 de o echipă condusă de Raúl Rojas de la Universitatea Liberă Berlin – la cinci ani după moartea lui Zuse.

Page 6: Aparitia Si Evolutia Calculatorului

Zuse a întâmpinat dificultăți în timpul celui de-al doilea război mondial, când unele dintre mașinile sale au fost distruse de campaniile de bombardamente ale Aliaților. Munca sa a fost multă vreme necunoscută de inginerii din Regatul Unit și din SUA, deși IBM avea informații despre ea, și a finanțat compania lui Zuse în 1946, în schimbul unei opțiuni pentru patentele obținute de acesta.

Colossus

În timpul celui de-al doilea război mondial, la Bletchley Park (la 64 km nord de Londra) britanicii au repurtat mai multe succese în descifrarea comunicațiilor militare criptate ale Germaniei. Mașina germană de criptare, Enigma, a fost atacată cu ajutorul unor mașini electromecanice denumite Bombe. Mașinile Bombe, proiectate de Alan Turing și Gordon Welchman, după mașina criptografică poloneză Bomba a lui Marian Rejewski (1938) au început să fie utilizate în 1941. Acestea eliminau din setările posibile ale mașinii Enigma efectuând serii de deducții logice implementate electric. Majoritatea posibilităților conduceau la contradicții, iar cele puține care mai rămâneau puteau fi verificate manual.

Germanii au dezvoltat și alte sisteme de criptare diferite de Enigma. Mașina Lorenz SZ 40/42 a fost utilizată pentru comunicații militare la nivel înalt, denumite de către britanici Tunny. Primele interceptări de mesaje Lorenz au avut loc în 1941. Ca parte dintr-un atac asupra cifrurilor Tunny, profesorul Max Newman și colegii săi au ajutat la scrierea specificațiilor calculatorului Colossus. Colossus Mk I a fost construit între martie și decembrie 1943 de Tommy Flowers și colegii săi de la Post Office Research Station de la Dollis Hill din Londra și a fost livrat la Bletchley Park în ianuarie 1944.

Colossus a fost prima mașină de calcul complet electronică. Ea utiliza un număr foarte mare de tuburi electronice. Primea datele de intrare pe bandă de hârtie și putea fi configurată să efectueze diferite operații din logica booleană, nefiind însă Turing-completă. S-au construit nouă exemplare de Colossus Mk II și singurul exemplar de Mk I a fost îmbunătățit și transformat și el într-un Mk II. Detaliile despre existența, proiectarea, și utilizarea lor au fost păstrate secret până în anii 1970. Winston Churchillpersonal a ordonat ca ele să fie dezmembrate în componente nu mai mari decât mâna unui om. Din cauza acestor constrângeri, calculatoarele Colossus nu au apărut în multe istorii ale calculatoarelor. O copie reconstruită a unei mașini Colossus este expusă la Bletchley Park.

Progresele din SUA

În 1937, Claude Shannon a arătat că există o corespondență unu-la-unu între conceptele logicii booleene și anumite circuite electrice, care astăzi poartă numele de porți logice, și sunt omniprezente în calculatoarele numerice. În lucrarea sa de masterat de la MIT, pentru prima dată în istorie, Shannon a arătat că releele și comutatoarele electronice pot calcula expresii de algebră booleană. Intituată A Symbolic Analysis of Relay and Switching Circuits (O analiză simbolică a releelor și circuitelor de comutație), teza lui Shannon a pus bazele proiectării practice a circuitelor numerice. George Stibitz a realizat un calculator pe bază de relee, denumit de el Model K pentru Laboratoarele Bell în noiembrie 1937. Laboratoarele Bell au autorizat un program complet de cercetare condus de Stibitz spre sfârșitul lui 1938. Proiectul Complex Number Calculator, terminat la 8 ianuarie 1940, putea face calcule cu numere complexe. Într-o demonstrație la conferința American Mathematical Society de la Dartmouth College în ziua de 11 septembrie 1940, Stibitz a reușit să trimită comenzi la distanță mașinii Complex Number Calculator prin liniile telefonice cu ajutorul unui teletype. A fost prima mașină de calcul folosită vreodată la distanță. Printre participanții la conferință care au fost de față la demonstrație s-au numărat John von Neumann, John Mauchly și Norbert Wiener, care au scris despre aceasta în memoriile lor.

În 1939, John Vincent Atanasoff și Clifford E. Berry de la Iowa State University au dezvoltat Calculatorul Atanasoff–Berry (Atanasoff–Berry Computer, ABC), Proiectul a folosit peste 300 de tuburi electronice cu vid și folosea condensatoare fixate într-un tambur mecanic rotativ pe post de memorie. Deși mașina ABC nu era programabilă, a fost prima care a avut un sumator cu tuburi electronice. ABC a rămas un proiect uitat până când a devenit motivul procesului Honeywell v. Sperry Rand, care a invalidat patentul ENIAC (și câteva altele), printre altele, pentru că lucrările lui Atanasoff l-au precedat.

În 1939, a început, în laboratoarele Endicott de la IBM, dezvoltarea mașinii Harvard Mark I. Cunoscut oficial sub numele de Automatic Sequence Controlled Calculator (Calculator Controlat cu Secvență

Page 7: Aparitia Si Evolutia Calculatorului

Automată), Mark I a fost un calculator electromecanic construit cu finanțare de la IBM și cu asistență din partea personalului IBM, sub conducerea matematicianului Howard Aiken de la Harvard. Proiectul său a fost influențat de mașina analitică a lui Babbage, folosea aritmetică în baza 10 și avea roți de stocare și comutatoare rotitoare în plus față de releele electromagnetice. Se putea programa cu o bandă de hârtie perforată, și conținea mai multe unități de calcul ce lucrau în paralel. Versiunile ulterioare conțineau mai mult ecititoare de bandă perforată, iar mașina putea comuta între dispozitivele de intrare pe baza unei condiții. Cu toate acestea, mașina nu era chiar Turing-completă. Mark I a fost mutat la Universitatea Harvard și a început să funcționeze în mai 1944.

ENIAC

ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer–Calculator Și Integrator Electronic Numeric), construit în SUA, a fost primul calculator electronic generic. El combina, pentru prima dată, viteza mare a componentelor electronice cu posibilitatea programării pentru probleme mai complexe. Putea efectua 5000 de operații de adunare și scădere pe secundă, fiind de o mie de ori mai rapid decât alte mașini care efectuau aceste operații. Avea și module pentru înmulțire, împărțire și rădăcină pătrată. Memoria de mare viteză era limitată la 20 de cuvinte (aproximativ 80 de octeți.) Construit sub conducerea lui John Mauchly și J. Presper Eckert la Universitatea Pennsylvania, dezvoltarea și construcția lui ENIAC au durat din 1943 până la sfârșitul lui 1945. Mașina era uriașă, cântărea 30 de tone, și conținea peste 18.000 de tuburi. Una dintre marile realizări inginerești ale mașinii era minimizarea arderii tuburilor, problemă comună la acea vreme. Mașina a fost utilizată aproape permanent de-a lungul următorilor zece ani.

ENIAC era în mod clar un dispozitiv Turing-complet. Putea calcula orice problemă care putea încăpea în memorie. Un „program” de pe ENIAC, însă, era definit prin conexiunile cablurilor și prin comutatoare sale, fiind foarte departe de mașinile electronice cu program stocat care au evoluat din el. Odată scris un program, el trebuia să fie introdus manual.

Mașini von Neumann din prima generație

Chiar înainte de finalizarea lui ENIAC, Eckert și Mauchly au recunscut limitările acestuia și au demarat proiectul unui calculator cu program stocat, EDVAC.John von Neumann este autorul unui raport care descria proiectul EDVAC în care atât programul cât și datele de lucru aveau să fie stocate într-un singur spațiu unificat. Acest proiect simplu, denumit arhitectura von Neumann, avea să constituie baza dezvoltării tuturor succesoarelor lui ENIAC din toată lumea. În cadrul acestei generații, spațiul temporar de stocare consta din linii cu întârziere, care foloseau timpul de propagare a sunetului printr-un mediu, cum ar fi mercurul lichid (sau un cablu) pentru a stoca datele temporar. O serie de impulsuri acustice sunt trimise de-a lungul unui tub; după un timp, când impulsul ajunge la capătul tubului, circuitele electronice detectau dacă acel impuls reprezintă un 1 sau un 0 și determinau oscilatorul să-l retransmită. Alte mașini foloseau tuburi Williams, care se bazau pe proprietatea unui tub catodic de a stoca și accesa date. Până în 1954, memoriile cu ferite începuseră să înlocuiască alte forme de mecanisme de stocare temporară, și au dominat acest domeniu până spre jumătatea anilor 1970.

EDVAC a fost primul calculator cu program stocat care a fost proiectat, dar nu a fost primul care a funcționat. Eckert și Mauchly au părăsit proiectul, iar construcția acestuia a întârziat. Prima mașină von

Page 8: Aparitia Si Evolutia Calculatorului

Neumann funcțională a fost Manchester „Baby” sau Small-Scale Experimental Machine, dezvoltată de Frederic C. Williams și Tom Kilburn la Universitatea Manchester în 1948; Ea a fost urmată în 1949 de calculatorul Manchester Mark 1, un sistem complet, cu tuburi Williams și memorie cu tambur magnetic, și care a introdus registrele index. Alt pretendent la titlul de „primul calculator numeric cu program stocat” a fost EDSAC, proiectat și construit laUniversitatea Cambridge. Pus în funcțiune la mai puțin de un după Manchester „Baby”, EDSAC era inspirat din planurile lui EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer), succesorul lui ENIAC; aceste planuri erau deja întocmite în momentul când a fost realizat ENIAC. Spre deosebire de ENIAC, care folosea prelucrarea paralelă, EDVAC utiliza o singura unitate de prelucrare. Acest design era mai simplu și a fost primul implementat în fiecare etapă de miniaturizare care a urmat. Mașina Universității din Manchester University a devenit prototipul pentru Ferranti Mark I. Prima mașină Ferranti Mark I a fost livrată Universității în luna februarie 1951 și, între 1951 și 1957 s-au mai vândut încă cel puțin nouă.

Primul calculator programabil universal din URSS a fost creat de o echipă de oameni de știință sub conducerea lui Serghei Alexeievici Lebedev de la Institutul de Electrotehnologie Kiev. Calculatorul, denumit MESM (МЭСМ, Mică Mașină Electronică de Calcul) a devenit operațional în 1950. El avea aproximativ 6000 de tuburi electronice și un consum de 25 kW. Putea efectua aproximativ 3000 de operații pe secundă. Printre primele calculatoare s-a numărat și CSIRAC, un proiect australian care și-a rulat primul program de test în 1949. CSIRAC este cel mai vechi calculator care încă mai funcționează și a fost primul care a fost utilizat pentru ascultarea de muzică în format digital.

În octombrie 1947, directorii J. Lyons & Company, o companie britanică de catering celebră pentru cafenelele sale și interesată în tehnicile noi de gestiune, a decis să se implice activ în promovarea dezvoltării comerciale a calculatoarelor. Până în 1951, calculatorul LEO I era operațional și a rulat primul job de rutină al unui calculator comercial. La 17 noiembrie 1951, compania J. Lyons a demarat rularea săptămânală a unei operațiuni de evaluări financiare pe piața produselor de brutărie pe LEO (Lyons Electronic Office). Aceasta a fost prima aplicație comercială funcțională bazată pe un calculator cu program stocat.

Caracteristicile de baza ale unora dintre primele calculatoare numerice din anii 1940 (În istoria mașinilor de calcul)

NumeData punerii în funcțiune

Sistem de numerație

Mecanism de calcul

ProgramareTuring complet

Zuse Z3 (Germania) mai 1941 BinarElectro-mecanic

Programabil prin film perforat Da (1998)

Calculatorul Atanasoff–Berry (SUA)

1942 Binar Electronic Neprogramabil Nu

Colossus Mark 1 (Regatul Unit)

februarie 1944 Binar Electronic Programabil cu cabluri și comutatoare Nu

Harvard Mark I – IBM ASCC (SUA)

mai 1944 ZecimalElectro-mecanic

Programabil prin bandă perforată cu 24 de canale (fără instrucțiune de ramificare)

Nu

Colossus Mark 2 (Regatul Unit)

iunie 1944 Binar Electronic Programabil cu cabluri și comutatoare Nu

ENIAC (SUA) iulie 1946 Zecimal Electronic Programabil prin cabluri și comutatoare Da

Page 9: Aparitia Si Evolutia Calculatorului

Manchester Small-Scale Experimental Machine (Regatul Unit)

iunie 1948 Binar ElectronicCu program stocat în memorie cu tuburi catodice Williams

Da

ENIAC modificat (SUA)septembrie 1948

Zecimal Electronic

Programabil prin cabluri și comutatoare, plus un mecanism de programare primitiv, cu memorie ROM în care erau ținute tabele de funcții

Da

EDSAC (Regatul Unit) mai 1949 Binar ElectronicProgram stocat în memorie bazată pe linii de întârziere cu mercur

Da

Manchester Mark 1 (Regatul Unit)

octombrie 1949

Binar ElectronicProgram stocat în memorii cu tuburi catodice Williams și cu tambur magnetic

Da

CSIRAC (Australia)noiembrie 1949

Binar ElectronicProgram stocat în memorii bazate pe linii de întârziere cu mercur

Da

Calculatoare comerciale

În iunie 1951, UNIVAC I (Universal Automatic Computer) a fost livrat Biroului de Recensăminte al Statelor Unite. Remington Rand a vândut 46 de mașini la prețuri de peste 1 milion de dolari bucata. UNIVAC a fost astfel primul calculator produs în serie; toate predecesoarele sale fuseseră unicate, sau în serii extrem de limitate. El utiliza 5200 de tuburi electronice și avea un consum de 125 kW. Folosea o memorie cu linii de întârziere cu mercur capabilă să stocheze 1000 de cuvinte de câte 11 cifre zecimale plus semn (lungime echivalentă în binar cu 72 biți. O caracteristică esențială a sistemului UNIVAC a fost un nou tip de bandă magnetică metalică, și o unitate de bandă de mare viteză, pentru stocare pe mediu nevolatil.

În 1952, IBM a anunțat public mașina electronică de prelucrare a datelor IBM 701, prima din seria IBM 700/7000 și primul calculator IBM mainframe. IBM 704, introdus în 1954, utiliza memorie cu ferite, care a devenit standard la mașinile mari. Primul limbaj de programare generic de nivel înalt care a fost implementat vreodată, Fortran, era dezvoltat și la IBM pentru 704 în 1955–1956 și a fost lansat la începutul lui 1957. În 1955 s-a format un grup de utilizatori voluntari pentru a face schimb de experiență și de software pentru IBM 701; acest grup, care există și în anii 2000, a fost un precursor al comunităților open source.

IBM a introdus în 1954 un calculator mai mic și mai ieftin care s-a dovedit foarte popular. IBM 650 cântărea peste 900 kg, sursa de alimentare atașată cântarea aproximativ 1350 kg și cele două părți stăteau în două dulapuri separate, de aproximativ metri. Costa 500.000 de dolari și putea fi închiriat pentru 3500 de dolari pe lună. Memoria sa cu tamburi putea stoca inițial doar 2000 de cuvinte de zece cifre, iar programarea sa era extrem de dificilă și importantă pentru o utilizare eficientă. Astfel de limitări de memorie aveau să domine programarea timp de zeci de ani după aceea, până când capabilitățile hardware au evoluat și au permis un model de programare mai simplu.

În 1955, Maurice Wilkes a inventat microprogramarea, care permite definirea unui set de instrucțiuni de bază ce poate fi extins prin unele programe denumite astăzi firmware sau microcod. Acest concept a fost

Page 10: Aparitia Si Evolutia Calculatorului

utilizat în procesoarele și în unitățile de virgulă mobilă ale mainframe-urilor și ale altor calculatoare, cum ar fi cele din seria IBM 360.

În 1956, IBM a vândut primul sistem de stocare pe disc magnetic, RAMAC (Random Access Method of Accounting and Control). Acesta utiliza 50 de discuri metalice de 610 mm, cu 100 de piste pe fiecare față. Acesta putea stoca 5 megaocteți de date și costa 10.000 de dolari pe megaoctet. La nivelul anului 2008, unitățile de stocare pe suport magnetic, sub formă de hard diskuri, costau mai puțin de o cincizecime de cent pe megaoctet.

A doua generație: calculatoarele cu tranzistoare

În a doua jumătate a anilor 1950, tranzistoarele bipolare (TBIP) au înlocuit tuburile electronice. Utilizarea lor a dat naștere calculatoarelor de a doua generație. Inițial, se credea că se vor produce și se vor utiliza foarte puține calculatoare la nivel mondial. Aceasta se datora dimensiunilor, costurilor, și priceperii necesare pentru a le folosi și pentru a interpreta rezultatele. Tranzistoarele au redus masiv dimensiunea calculatoarelor, costul inițial și cel de operare. Tranzistoarele bipolare au fost inventate în 1947 și americanii John Bardeen, Walter Brattain și William Shockley au primit în 1956 Premiul Nobel pentru Fizică pentru această realizare. Dacă prin joncțiunea emitor-bază a unui tranzistor bipolar nu circulă curent, atunci nu circulă curent nici între colector și emitor (iar tranzistorul este blocat). Dacă circulă un curent suficient de mare prin joncțiunea bază-emitor, trece curent și între emitor și colector (tranzistorul fiind saturat). Saturația sau blocarea unui tranzistor reprezintă cifrele binare 0 și 1. Prin comparație cu tuburile electronice, tranzistoarele prezintă numeroase avantaje: au costuri de fabricație mult mai mici și sunt mult mai rapide, comutarea între stările de 1 și 0 consumând un timp de ordinul micro- sau nanosecundelor. Volumul tranzistoarelor era de ordinul milimetrilor cubi, prin comparație cu tuburile electronice de ordinul centimetrilor cubi. Temperatura mai joasă de funcționare a tranzistoarelor le conferă o fiabilitate mai mare, prin comparație cu tuburile electronice. Calculatoarele cu tranzistoare puteau acum să fie dotate cu zeci de mii de circuite logice binare într-un spațiu relativ compact.

Calculatoarele de a doua generație erau compuse dintr-un mare număr de plăci cu cablaje imprimate, cum ar fi IBM Standard Modular System fiecare cu 1–4 porți logice sau bistabili. Un calculator din a doua generație, IBM 1401, a reușit să câștige aproape o treime din piața mondială de tehnică de calcul. IBM a instalat peste o sută de mii de 1401 între 1960 și 1964.

Electronica cu tranzistoare a dus la îmbunătățirea nu doar a procesoarelor, ci și a dispozitivelor periferice. IBM 350 RAMAC a fost introdus în 1956 și a fost primul hard-disk din lume. Unitățile de stocare pe disc magnetic din a doua generație de calculatoare puteau stoca zeci de milioane de litere și cifre. La procesor se puteau conecta mai multe periferice, capacitatea totală de memorare crescând la ordinul sutelor de milioane de caractere. Pe lângă unitățile fixe de stocare, conectate la procesor prin legături de mare viteză, au apărut și unități de disc deconectabil. Astfel, o stivă de discuri se putea înlocui în câteva secunde cu o alta. Deși capacitatea unui disc deconectabil este mai mică decât cea a unui disc fix, interșanjabilitatea lor garantează disponibilitatea unei cantități cvasinelimitate de date. Pe de altă parte, banda magnetică a continuat să furnizeze capabilități de arhivare a datelor cu costuri mai reduse decât discurile.

Mai multe procesoare din a doua generație delegau comunicațiile periferice unui procesor secundar. Astfel, în timp ce procesorul de comunicație controla, de exemplu citirea și perforarea de cartele, procesorul principal executa calcule și instrucțiuni de ramificație. O magistrală de date ducea datele de la procesorul principal și memoria principală cu viteza ciclului de fetch-execute a procesorului, iar celelalte magistrale de date deserveau dispozitivele periferice. Pe PDP-1, ciclul memoriei era de 5 microsecunde; astfel, majoritatea instrucțiunilor aritmetice durau 10 microsecunde (100.000 de operații pe secundă) deoarece majoritatea operațiilor durau cel puțin două cicluri de memorie: unul pentru aducerea instrucțiunii, celălalt pentru aducerea operanzilor.

Page 11: Aparitia Si Evolutia Calculatorului

În timpul celei de-a doua generații, au început să fie folosite din ce în ce mai mult terminalele la distanță, adesea sub formă de mașini teletype. Conexiunile telefonice furnizau viteză suficientă pentru primele terminale la distanță și permiteau o separare între centrul de calcul și stațiile de lucru de sute de kilometri.

A treia și a patra generație

Explozia gradului de utilizare a calculatoarelor a început cu cele din a treia generație. Acestea se bazau pe invenția circuitului integrat de către Jack St. Clair Kilby și independent de Robert Noyce, tehnologie care a condus mai târziu la inventarea microprocesorului, de către Ted Hoff, Federico Faggin, și Stanley Mazor de la Intel. Primul procesor integrat, Intel 4004 (1971) avea 12 mm², și era compus din 2300 tranzistoare; prin comparație, procesorul Pentium Pro avea 306 mm² și 5,5 milioane de tranzistoare. Circuitul integrat din imaginea din dreapta, un Intel 8742, este un microcontroller pe opt biți care conține o unitate centrală de procesare ce rulează la 12 MHz, are 128 de octeți de RAM, 2048 de octeți de EPROM, și porturi de intrare/ieșire, toate pe același cip.

În anii 1960, utilizarea calculatoarelor din generațiile a doua și a treia s-au suprapus considerabil. IBM și-a implementat modulele IBM Solid Logic Technologyîn circuitele hibride pentru IBM System/360 în 1964. Până în 1975, Sperry Univac a continuat să fabrice mașini din a doua generație, cum ar fi UNIVAC 494. Sistemele mari Burroughs, cum ar fi B5000 erau mașini cu stivă, simplu de programat. Aceste automate cu stivă erau implementate și în minicalculatoarele și microprocesoarele de mai târziu, care au influențat proiectarea limbajelor de programare. Minicalculatoarele serveau drept centre de calcul ieftine pentru industrie și universități. Microprocesorul a condus la dezvoltarea microcalculatoarelor, calculatoare mici și ieftine ce puteau fi vândute firmelor mici și persoanelor private. Microcalculatoarele, care au apărut în anii 1970, au devenit omniprezente după anii 1980. Steve Wozniak, cofondatorul companiei Apple Computer, este considerat a fi dezvoltatorul primului calculator personal produs în serie. Primul calculator al acestuia, Apple I, a apărut însă după MOS Technology KIM-1 și Altair 8800, iar primul calculator Apple cu capabilități grafice și de sunet a apărut după Commodore PET.

Sisteme de complexitatea calculatoarelor aveau nevoie de fiabilitate mare. ENIAC a rămas pornit, în continuu între 1947 și 1955, opt ani fără să fie oprit. Deși tuburile electronice se mai defectau, ele se înlocuiau fără a opri sistemul. Prin simpla strategie de a nu opri ENIAC, s-au redus drastic defectările majore. Hard diskurile hot-pluggable, care puteau fi cuplate sau decuplate de la o mașină fără oprirea acesteia, continuă tradiția reparațiilor efectuate în timpul funcționării. Memoriile cu semiconductori operează fără erori, fiind garantate de producători pe viață, deși unele sisteme de operare, cum ar fi Unix oferă posibilitatea rulării de teste de memorie pentru verificarea funcționalității hardware. În secolul al XXI-lea, nevoia de fiabilitate este și mai stringentă, ferme de servere fiind platformă de bază. Google utilizează software tolerant la defecte pentru a trata elegant defecțiunile hardware, și lucrează la conceptul de ferme de servere decuplabile.

În secolul al XXI-lea, au apărut pe piață microprocesoarele multinucleu. Tablourile de celule de memorare din semiconductori sunt des întâlnite. După ce memoriile cu semiconductoare au devenit omniprezente, dezvoltarea de software s-a simplificat și codurile sursă ale programelor au devenit mai ușor de înțeles. Programarea unei memorii cu tamburi impunea programatorului să fie conștient de poziția în timp real a capului de citire, de-a lungul rotațiilor tamburului. Când porțile logice bazate pe tranzistoare cu efect de câmp CMOS au înlocuit tranzistoarele bipolare, consumul de energie al calculatoarelor a putut scădea drastic și astfel utilizarea puterii de calcul a devenit foarte ieftină și s-a răspândit în toată lumea, sub multe forme, de la felicitări și telefoane mobile la sateliți artificiali și sonde spațiale.

Cel mai rapid supercomputer din top 500 este IBM Roadrunner, mai rapid decât Blue Gene/L la 25 mai 2008.