تاريخ كمبيوتر

خلال النصف الأول من القرن العشرين ، تمت تلبية العديد من احتياجات الحوسبة العلمية من خلال أجهزة الكمبيوتر التناظرية المتطورة بشكل متزايد ، والتي استخدمت نموذجًا ميكانيكيًا أو كهربائيًا مباشرًا للمشكلة كأساس للحوسبة. ومع ذلك ، لم تكن هذه قابلة للبرمجة وكانت تفتقر عمومًا إلى تنوع ودقة أجهزة الكمبيوتر الرقمية الحديثة. كان أول كمبيوتر تناظري حديث عبارة عن آلة للتنبؤ بالمد والجزر ، اخترعها السير ويليام طومسون في عام 1872.

تشارلز باباج ، مهندس ميكانيكي إنجليزي وعالم متعدد الثقافات ، ابتكر مفهوم الكمبيوتر القابل للبرمجة. يعتبر "أب الكمبيوتر" ، فقد وضع تصورًا وابتكر أول كمبيوتر ميكانيكي في أوائل القرن التاسع عشر. بعد العمل على الة الفروق الثورية ، المصمم للمساعدة في الحسابات الملاحية ، أدرك في عام 1833 أن التصميم العام ، المحرك التحليلي ، كان ممكنًا. كان من المقرر توفير مدخلات البرامج والبيانات إلى الآلة عبر بطاقات مثقوبة ، وهي طريقة تستخدم في ذلك الوقت لتوجيه النول الميكانيكي مثل نول جاكار. بالنسبة للإخراج ، سيكون للجهاز طابعة ورسم منحنى وجرس. ستكون الآلة أيضًا قادرة على تثقيب الأرقام على البطاقات لتتم قراءتها لاحقًا. أدرج المحرك وحدة منطقية حسابية ، وتدفق تحكم في شكل تفرعات وحلقات شرطية ، وذاكرة متكاملة ، مما يجعله أول تصميم لجهاز كمبيوتر متعدد الأغراض يمكن وصفه بالمصطلحات الحديثة باسم تورينج كومبيليت. كانت الآلة تسبق وقتها بحوالي قرن. كان لابد من صنع جميع أجزاء الجهاز يدويًا - كانت هذه مشكلة كبيرة لجهاز يحتوي على آلاف الأجزاء. في النهاية ، تم حل المشروع بقرار من الحكومة البريطانية بوقف التمويل. يمكن أن يُعزى فشل باباج في إكمال المحرك التحليلي بشكل رئيسي إلى الصعوبات السياسية والمالية بالإضافة إلى رغبته في تطوير جهاز كمبيوتر متطور بشكل متزايد والمضي قدمًا بشكل أسرع مما يمكن لأي شخص آخر أن يتبعه. ومع ذلك ، أكمل ابنه ، هنري باباج ، نسخة مبسطة من وحدة الحوسبة للمحرك التحليلي (ذا ميل) في عام 1888. وقدم عرضًا ناجحًا لاستخدامها في جداول الحوسبة في عام 1906.

وصل فن الحوسبة التناظرية الميكانيكية إلى ذروته مع المحلل التفاضلى ، الذي بناه اتش ال هازين و فانيفار بوش تم إنشاؤه في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ابتداءً من عام 1927. وقد بُني هذا على الدمج الميكانيكي لجيمس طومسون و المضخمات لعزم الدوران التي اخترعها إتش دبليو نيمان. تم بناء عشرات من هذه الأجهزة قبل أن يصبح تقادمها واضحًا. بحلول الخمسينيات من القرن الماضي ، كان نجاح أجهزة الكمبيوتر الإلكترونية الرقمية قد وضع نهاية لمعظم آلات الحوسبة التناظرية ، ولكن ظلت أجهزة الكمبيوتر التناظرية مستخدمة خلال الخمسينيات من القرن الماضي في بعض التطبيقات المتخصصة مثل التعليم (أنظمة التحكم) والطائرات (قاعدة الشرائح).

تم اقتراح مبدأ الكمبيوتر الحديث من قبل آلان تورينج في بحثه الأساسي عام 1936 ، حول الأرقام المحوسبة. اقترح تورينج جهازًا بسيطًا أسماه "يونيفرسال كومبيوتينج ماشين" والتي تُعرف الآن باسم يونيفرسال تيورينج ماشين. لقد أثبت أن مثل هذه الآلة قادرة على حساب أي شيء يمكن حسابه عن طريق تنفيذ التعليمات (البرنامج) المخزنة على شريط ، مما يسمح للآلة بأن تكون قابلة للبرمجة. المفهوم الأساسي لتصميم تورينج هو البرنامج المخزن ، حيث يتم تخزين جميع التعليمات الخاصة بالحوسبة في الذاكرة. اعترف فون نيومان بأن المفهوم المركزي للكمبيوتر الحديث كان بسبب هذه الورقة.

كانت أجهزة الكمبيوتر الرقمية المبكرة كهروميكانيكية. دفعت المفاتيح الكهربائية المرحلات الميكانيكية لإجراء الحساب. كانت هذه الأجهزة ذات سرعة تشغيل منخفضة وتم استبدالها في النهاية بأجهزة كمبيوتر كهربائية أسرع بكثير ، تستخدم في الأصل أنابيب مفرغة. كان زيد 2 ، الذي أنشأه المهندس الألماني كونغاد زوس في عام 1939 ، أحد أقدم الأمثلة على الكمبيوتر الكهروميكانيكي البديل.

في عام 1941 ، اتبع زوس أجهزته السابقة مع الزيد 3 ، وهو أول كمبيوتر رقمي يعمل آليًا بالكامل وقابل للبرمجة الكهروميكانيكية في العالم. تم بناء الزيد 3 مع 2000 بديل ، مطبقًا طول كلمة 22 بت الذي يعمل بتردد ساعة من حوالي 5-10 هرتز. تم توفير رمز البرنامج على فيلم مثقوب بينما يمكن تخزين البيانات في 64 كلمة من الذاكرة أو توفيرها من لوحة المفاتيح.

في الولايات المتحدة ، قام جون فينسنت أتاناسوف وكليفورد إي بيري من جامعة ولاية أيوا بتطوير واختبار كمبيوتر أتاناسوف-بيري (ايه بى سى) في عام 1942 ، وهو أول "كمبيوتر رقمي إلكتروني تلقائي". كان هذا التصميم أيضًا إلكترونيًا بالكامل واستخدم حوالي 300 أنبوب مفرغ ، مع مكثفات مثبتة في أسطوانة دوارة ميكانيكيًا للذاكرة.

خلال الحرب العالمية الثانية ، حقق البريطانيون في بلتشلي بارك عددًا من النجاحات في كسر الاتصالات العسكرية الألمانية المشفرة. تعرضت آلة التشفير الألمانية ، انجما ، للهجوم أولاً بمساعدة القنابل الكهروميكانيكية التي غالباً ما كانت تديرها النساء. لكسر آلة لورينز اس زيد 40/42 الألمانية الأكثر تطوراً ، المستخدمة في اتصالات الجيش عالية المستوى ، كلف ماكس نيومان وزملاؤه فلاورز ببناء كولوسيس. أمضى أحد عشر شهرًا من أوائل فبراير 1943 في تصميم وبناء أول حتسوب كولوسس. بعد اختبار وظيفي في ديسمبر 1943 ، تم شحن كولوسس إلى بلتشلى بارك ، حيث تم تسليمه في 18 يناير 1944. كان كولوسس أول كمبيوتر رقمي إلكتروني قابل للبرمجة في العالم.

هاجم كولوسس رسالته الأولى في 5 فبراير 1944.

كان إى ان اى ايه سى (التكامل الرقمى الالكترونى والكمبيوتر) أول كمبيوتر إلكتروني قابل للبرمجة تم إنشاؤه في الولايات المتحدة على الرغم من أن إى ان اى ايه سى كان مشابهًا لـ كولوسس، إلا أنه كان أسرع بكثير وأكثر مرونة وكان تورينج كومبليت. لقد جمع بين السرعة العالية للإلكترونيات والقدرة على البرمجة للعديد من المشكلات المعقدة. يمكن أن يضيف أو يطرح 5000 مرة في الثانية ، أسرع ألف مرة من أي آلة أخرى. كما أن لديه وحدات للضرب والقسمة والجذر التربيعي. اقتصرت الذاكرة عالية السرعة على 20 كلمة (حوالي 80 بايت). تم بناء إى ان اى ايه سى تحت إشراف جون موشلي وج. تحتوي على أكثر من 18000 أنبوب مفرغ و 1500 مرحلات ومئات الآلاف من المقاومات والمكثفات والمحاثات.

اخترع ويليام شوكلي وجون باردين ووالتر براتين في مختبرات بيل أول ترانزستور عملي ، ترانزستور نقطة الاتصال ، في عام 1947.

كان الة مانشستر الصغير أول كمبيوتر برنامج مخزن في العالم. تم بناؤه في جامعة فيكتوريا في مانشستر بواسطة فريدريك سي ويليامز وتوم كيلبورن وجيف توتيل ، وشغل أول برنامج له في 21 يونيو 1948. وقد تم تصميمه كقاعدة اختبار لأنبوب ويليامز ، وهو أول جهاز تخزين رقمي للوصول العشوائي . على الرغم من أن الكمبيوتر كان يعتبر "صغيرًا وبدائيًا" وفقًا لمعايير عصره ، إلا أنه كان أول آلة عاملة تحتوي على جميع العناصر الأساسية لجهاز كمبيوتر إلكتروني حديث.

جاء التقدم الكبير التالي في قوة الحوسبة مع ظهور الدائرة المتكاملة. تم تصور فكرة الدائرة المتكاملة لأول مرة من قبل عالم الرادار الذي يعمل في مؤسسة الرادار الملكية التابعة لوزارة الدفاع ، جيفري دبليو إيه دومر. قدم دومر أول وصف عام لدائرة متكاملة في ندوة حول التقدم في المكونات الإلكترونية عالية الجودة في واشنطن العاصمة في 7 مايو 1952.

كان أول كمبيوتر ترانزستور بالكامل هو هارويل كاديت عام 1955 ، الذي بناه قسم الإلكترونيات في مؤسسة أبحاث الطاقة الذرية في هارويل.

اخترع جاك كيلبي أول دوائر متكاملة عملية في شركة تيكساس انسترومينتس و روبرت نويس في شركة فيرشايلد سيميكونتاكتر. سجل كيلبي أفكاره الأولية المتعلقة بالدائرة المتكاملة في يوليو 1958 ، حيث أظهر بنجاح أول مثال متكامل عملي في 12 سبتمبر 1958.

في طلب براءة الاختراع الذي قدمه كيلبي في 6 فبراير 1959 ، وصف كيلبي جهازه الجديد بأنه "جسم من مادة شبه موصلة ... حيث يتم دمج جميع مكونات الدائرة الإلكترونية تمامًا".

كان أول معالج دقيق أحادي الشريحة هو انتل 4004 ، الذي صممه وأدركه تيد هوف ، وفيديريكو فاجين ، وستانلي مازور في شركة إنتل.

كانت أجهزة الكمبيوتر المحمولة الأولى ثقيلة وتعمل بالطاقة الكهربائية. ألغت أجهزة الكمبيوتر المحمولة الأولى ، مثل جريد كومباس، هذا المطلب من خلال دمج البطاريات - ومع استمرار تصغير موارد الحوسبة والتقدم في عمر البطارية المحمولة.