یکشنبه ژانویه 1, 1888 تا حال
England-Germany-U.S.
رایانه ماشینی است که میتوان به آن دستور داد تا دنبالهای از عملیات حسابی یا منطقی را بهطور خودکار از طریق برنامهنویسی رایانهای انجام دهد. رایانههای مدرن توانایی دنبال کردن مجموعههای تعمیمیافتهای از عملیات را دارند که «برنامه» نامیده میشوند. این برنامهها به رایانهها امکان میدهند تا طیف بسیار گستردهای از وظایف را انجام دهند. یک رایانه «کامل» شامل سختافزار، سیستمعامل (نرمافزار اصلی) و تجهیزات جانبی مورد نیاز و استفادهشده برای عملکرد «کامل» را میتوان یک سیستم رایانهای نامید. این اصطلاح همچنین ممکن است برای گروهی از رایانهها که به هم متصل هستند و با هم کار میکنند، بهویژه یک شبکه رایانهای یا کلاستر رایانهای، استفاده شود.
در نیمه اول قرن بیستم، بسیاری از نیازهای محاسباتی علمی توسط رایانههای آنالوگ که بهطور فزایندهای پیچیده میشدند، برآورده میشد. این رایانهها از یک مدل مکانیکی یا الکتریکی مستقیم از مسئله به عنوان مبنایی برای محاسبات استفاده میکردند. با این حال، این دستگاهها قابل برنامهریزی نبودند و عموماً فاقد تطبیقپذیری و دقت رایانههای دیجیتال مدرن بودند. اولین رایانه آنالوگ مدرن، یک ماشین پیشبینی جزر و مد بود که توسط سر ویلیام تامسون در سال ۱۸۷۲ اختراع شد.
چارلز ببیج، مهندس مکانیک و دانشمند انگلیسی، مفهوم رایانه قابل برنامهریزی را پایهگذاری کرد. او که «پدر رایانه» نامیده میشود، اولین رایانه مکانیکی را در اوایل قرن نوزدهم مفهومسازی و اختراع کرد. پس از کار بر روی «ماشین تفاضلی» انقلابی خود که برای کمک به محاسبات ناوبری طراحی شده بود، در سال ۱۸۳۳ دریافت که طراحی بسیار کلیتری به نام «ماشین تحلیلی» امکانپذیر است. ورودی برنامهها و دادهها قرار بود از طریق کارتهای پانچ به ماشین داده شود؛ روشی که در آن زمان برای هدایت ماشینهای بافندگی مکانیکی مانند ماشین ژاکارد استفاده میشد. برای خروجی، ماشین دارای یک چاپگر، یک رسمکننده منحنی و یک زنگ بود. این ماشین همچنین قادر بود اعداد را روی کارتها پانچ کند تا بعداً خوانده شوند. این ماشین شامل یک واحد منطق حسابی، کنترل جریان به شکل شاخهبندی شرطی و حلقهها، و حافظه یکپارچه بود که آن را به اولین طراحی برای یک رایانه همهمنظوره تبدیل میکرد که میتوان آن را با اصطلاحات مدرن، تورینگ-کامل توصیف کرد. این ماشین حدود یک قرن از زمان خود جلوتر بود. تمام قطعات ماشین او باید با دست ساخته میشدند - این یک مشکل بزرگ برای دستگاهی با هزاران قطعه بود. در نهایت، این پروژه با تصمیم دولت بریتانیا برای قطع بودجه منحل شد. شکست ببیج در تکمیل ماشین تحلیلی را میتوان عمدتاً به مشکلات سیاسی و مالی و همچنین تمایل او به توسعه رایانهای پیچیدهتر و پیشی گرفتن از هر کس دیگری نسبت داد. با این وجود، پسرش، هنری ببیج، نسخه سادهشدهای از واحد محاسباتی ماشین تحلیلی (آسیاب) را در سال ۱۸۸۸ تکمیل کرد. او در سال ۱۹۰۶ نمایش موفقی از استفاده آن در جداول محاسباتی ارائه داد.
هنر محاسبات آنالوگ مکانیکی با تحلیلگر دیفرانسیل که توسط اچ. ال. هیزن و ونیوار بوش در امآیتی از سال ۱۹۲۷ شروع شد، به اوج خود رسید. این دستگاه بر پایه انتگرالگیرهای مکانیکی جیمز تامسون و تقویتکنندههای گشتاور اختراعشده توسط اچ. دابلیو. نیمن ساخته شد. دهها دستگاه از این نوع قبل از اینکه منسوخ شدن آنها آشکار شود، ساخته شدند. تا دهه ۱۹۵۰، موفقیت رایانههای الکترونیکی دیجیتال به پایان کار اکثر ماشینهای محاسباتی آنالوگ منجر شد، اما رایانههای آنالوگ در طول دهه ۱۹۵۰ در برخی کاربردهای تخصصی مانند آموزش (سیستمهای کنترل) و هواپیما (خطکش محاسبه) مورد استفاده قرار میگرفتند.
اصل رایانه مدرن توسط آلن تورینگ در مقاله تأثیرگذار سال ۱۹۳۶ او با عنوان «درباره اعداد محاسبهپذیر» پیشنهاد شد. تورینگ دستگاه سادهای را پیشنهاد کرد که آن را «ماشین محاسباتی جهانی» نامید و اکنون به عنوان ماشین تورینگ جهانی شناخته میشود. او ثابت کرد که چنین ماشینی قادر است هر چیزی را که قابل محاسبه باشد، با اجرای دستورالعملهای (برنامه) ذخیرهشده روی نوار محاسبه کند و به ماشین اجازه دهد قابل برنامهریزی باشد. مفهوم بنیادی طراحی تورینگ، برنامه ذخیرهشده است که در آن تمام دستورالعملهای محاسبات در حافظه ذخیره میشوند. فون نویمان اذعان کرد که مفهوم مرکزی رایانه مدرن مدیون این مقاله است.
رایانههای دیجیتال اولیه الکترومکانیکی بودند؛ کلیدهای الکتریکی، رلههای مکانیکی را برای انجام محاسبات به حرکت در میآوردند. این دستگاهها سرعت عملیاتی پایینی داشتند و در نهایت با رایانههای تمامالکتریکی بسیار سریعتر که در ابتدا از لامپهای خلأ استفاده میکردند، جایگزین شدند. مدل Z2 که توسط مهندس آلمانی کنراد تسوزه در سال ۱۹۳۹ ساخته شد، یکی از اولین نمونههای رایانه رله الکترومکانیکی بود.
در سال ۱۹۴۱، تسوزه ماشین قبلی خود را با Z3 دنبال کرد، که اولین رایانه دیجیتال خودکار و قابل برنامهریزی الکترومکانیکی جهان بود. Z3 با ۲۰۰۰ رله ساخته شد و طول کلمه ۲۲ بیتی را پیادهسازی کرد که با فرکانس ساعت حدود ۵ تا ۱۰ هرتز کار میکرد. کد برنامه روی فیلم پانچشده ارائه میشد، در حالی که دادهها میتوانستند در ۶۴ کلمه حافظه ذخیره شوند یا از طریق صفحهکلید وارد شوند.
در ایالات متحده، جان وینسنت آتاناسوف و کلیفورد ای. بری از دانشگاه ایالتی آیووا، رایانه آتاناسوف-بری (ABC) را در سال ۱۹۴۲ توسعه دادند و آزمایش کردند که اولین «رایانه دیجیتال الکترونیکی خودکار» بود. این طراحی همچنین تمامالکترونیکی بود و از حدود ۳۰۰ لامپ خلأ استفاده میکرد که خازنهای آن در یک درام چرخان مکانیکی برای حافظه ثابت شده بودند.
در طول جنگ جهانی دوم، بریتانیاییها در بلچلی پارک به موفقیتهای متعددی در رمزگشایی ارتباطات نظامی آلمان دست یافتند. ماشین رمزنگاری آلمانی، انیگما، برای اولین بار با کمک بمبهای الکترومکانیکی که اغلب توسط زنان اداره میشدند، مورد حمله قرار گرفت. برای شکستن ماشین پیچیدهتر لورنتس SZ 40/42 آلمان که برای ارتباطات سطح بالای ارتش استفاده میشد، مکس نیومن و همکارانش از فلاورز خواستند تا کلوسوس را بسازد. او یازده ماه از اوایل فوریه ۱۹۴۳ را صرف طراحی و ساخت اولین کلوسوس کرد. پس از یک آزمایش عملکردی در دسامبر ۱۹۴۳، کلوسوس به بلچلی پارک فرستاده شد و در ۱۸ ژانویه ۱۹۴۴ تحویل داده شد. کلوسوس اولین کامپیوتر دیجیتال قابل برنامهریزی الکترونیکی جهان بود.
کلوسوس اولین پیام خود را در ۵ فوریه ۱۹۴۴ رمزگشایی کرد.
انییاک (ENIAC - انتگرالگیر و کامپیوتر عددی الکترونیکی) اولین کامپیوتر قابل برنامهریزی الکترونیکی بود که در ایالات متحده ساخته شد. اگرچه انییاک مشابه کلوسوس بود، اما بسیار سریعتر، منعطفتر و از نظر تورینگ کامل بود. این دستگاه سرعت بالای الکترونیک را با قابلیت برنامهریزی برای بسیاری از مسائل پیچیده ترکیب کرد. این دستگاه میتوانست ۵۰۰۰ بار در ثانیه جمع یا تفریق انجام دهد که هزار برابر سریعتر از هر ماشین دیگری بود. همچنین دارای ماژولهایی برای ضرب، تقسیم و جذر بود. حافظه پرسرعت به ۲۰ کلمه (حدود ۸۰ بایت) محدود بود. توسعه و ساخت انییاک که تحت هدایت جان ماکلی و جی. پرسپِر اِکِرت در دانشگاه پنسیلوانیا انجام شد، از سال ۱۹۴۳ تا زمان بهرهبرداری کامل در پایان سال ۱۹۴۵ به طول انجامید. این ماشین عظیم بود، ۳۰ تن وزن داشت، از ۲۰۰ کیلووات برق استفاده میکرد و شامل بیش از ۱۸۰۰۰ لامپ خلأ، ۱۵۰۰ رله و صدها هزار مقاومت، خازن و سلف بود.
ویلیام شاکلی، جان باردین و والتر براتین در آزمایشگاههای بل، اولین ترانزیستور کاربردی، یعنی ترانزیستور اتصال نقطهای را در سال ۱۹۴۷ اختراع کردند.
منچستر بیبی اولین کامپیوتر با برنامه ذخیرهشده در جهان بود. این دستگاه در دانشگاه ویکتوریا منچستر توسط فردریک سی. ویلیامز، تام کیلبرن و جف توتیل ساخته شد و اولین برنامه خود را در ۲۱ ژوئن ۱۹۴۸ اجرا کرد. این دستگاه به عنوان بستری آزمایشی برای لامپ ویلیامز، اولین دستگاه ذخیرهسازی دیجیتال با دسترسی تصادفی، طراحی شده بود. اگرچه این کامپیوتر با استانداردهای زمان خود «کوچک و ابتدایی» در نظر گرفته میشد، اما اولین ماشین کارآمدی بود که تمام عناصر ضروری یک کامپیوتر الکترونیکی مدرن را در خود داشت.
پیشرفت بزرگ بعدی در قدرت محاسباتی با ظهور مدار مجتمع حاصل شد. ایده مدار مجتمع برای اولین بار توسط جفری دابلیو. ای. دامر، دانشمند رادار که برای مؤسسه رادار سلطنتی وزارت دفاع کار میکرد، مطرح شد. دامر اولین توصیف عمومی از یک مدار مجتمع را در سمپوزیوم پیشرفت در قطعات الکترونیکی باکیفیت در واشینگتن دی.سی. در ۷ مه ۱۹۵۲ ارائه کرد.
اولین کامپیوتر کاملاً ترانزیستوری، هارول کادت (Harwell CADET) محصول سال ۱۹۵۵ بود که توسط بخش الکترونیک مؤسسه تحقیقات انرژی اتمی در هارول ساخته شد.
اولین آیسیهای (IC) کاربردی توسط جک کیلبی در تگزاس اینسترومنتس و رابرت نویس در فیرچایلد سمیکانداکتر اختراع شدند. کیلبی ایدههای اولیه خود در مورد مدار مجتمع را در ژوئیه ۱۹۵۸ ثبت کرد و با موفقیت اولین نمونه مجتمع کارآمد را در ۱۲ سپتامبر ۱۹۵۸ به نمایش گذاشت.
در درخواست ثبت اختراع کیلبی در ۶ فوریه ۱۹۵۹، او دستگاه جدید خود را به عنوان «بدنهای از مواد نیمهرسانا ... که در آن تمام اجزای مدار الکترونیکی کاملاً یکپارچه شدهاند» توصیف کرد.
اولین ریزپردازنده تکتراشهای، اینتل ۴۰۰۴ بود که توسط تد هاف، فدریکو فاجین و استنلی مازور در اینتل طراحی و ساخته شد.
اولین کامپیوترهای قابل حمل سنگین بودند و با برق شهری کار میکردند. اولین لپتاپها، مانند گرید کامپس، با استفاده از باتری این نیاز را برطرف کردند - و این امر با کوچکسازی مداوم منابع محاسباتی و پیشرفت در عمر باتریهای قابل حمل همراه بود.
