Un calculator este o mașinărie care poate fi instruită să execute automat secvențe de operații aritmetice sau logice prin programare. Calculatoarele moderne au capacitatea de a urma seturi generalizate de operații, numite programe. Aceste programe permit calculatoarelor să efectueze o gamă extrem de largă de sarcini. Un calculator „complet”, incluzând hardware-ul, sistemul de operare (software-ul principal) și echipamentele periferice necesare și utilizate pentru o operare „deplină”, poate fi denumit sistem informatic. Acest termen poate fi folosit și pentru un grup de calculatoare care sunt conectate și lucrează împreună, în special o rețea de calculatoare sau un cluster de calculatoare.
În prima jumătate a secolului al XX-lea, multe nevoi de calcul științific au fost satisfăcute de calculatoare analogice din ce în ce mai sofisticate, care utilizau un model mecanic sau electric direct al problemei ca bază pentru calcul. Totuși, acestea nu erau programabile și, în general, le lipsea versatilitatea și precizia calculatoarelor digitale moderne. Primul calculator analogic modern a fost o mașină de predicție a mareelor, inventată de Sir William Thomson în 1872.
Charles Babbage, un inginer mecanic și polimat englez, a creat conceptul de calculator programabil. Considerat „tatăl calculatorului”, el a conceptualizat și inventat primul calculator mecanic la începutul secolului al XIX-lea. După ce a lucrat la revoluționarul său motor diferențial, conceput pentru a ajuta la calculele de navigație, în 1833 a realizat că un design mult mai general, un Motor Analitic, era posibil. Introducerea programelor și a datelor urma să fie furnizată mașinii prin cartele perforate, o metodă utilizată la acea vreme pentru a dirija războaiele de țesut mecanice, cum ar fi războiul Jacquard. Pentru ieșire, mașina ar fi avut o imprimantă, un plotter de curbe și un clopoțel. Mașina ar fi fost, de asemenea, capabilă să perforeze numere pe cartele pentru a fi citite ulterior. Motorul încorpora o unitate logică aritmetică, controlul fluxului sub formă de ramificații condiționate și bucle, și memorie integrată, făcându-l primul design pentru un calculator de uz general care ar putea fi descris în termeni moderni ca fiind Turing-complet. Mașina era cu aproximativ un secol înaintea timpului său. Toate piesele pentru mașina sa trebuiau făcute manual – aceasta a fost o problemă majoră pentru un dispozitiv cu mii de piese. În cele din urmă, proiectul a fost dizolvat odată cu decizia Guvernului Britanic de a înceta finanțarea. Eșecul lui Babbage de a finaliza motorul analitic poate fi atribuit în principal dificultăților politice și financiare, precum și dorinței sale de a dezvolta un calculator din ce în ce mai sofisticat și de a avansa mai repede decât ar fi putut oricine altcineva să urmeze. Cu toate acestea, fiul său, Henry Babbage, a finalizat o versiune simplificată a unității de calcul a motorului analitic (moara) în 1888. El a oferit o demonstrație reușită a utilizării sale în tabelele de calcul în 1906.
Arta calculului analogic mecanic a atins apogeul cu analizorul diferențial, construit de H. L. Hazen și Vannevar Bush la MIT începând cu 1927. Acesta s-a bazat pe integratoarele mecanice ale lui James Thomson și pe amplificatoarele de cuplu inventate de H. W. Nieman. O duzină de astfel de dispozitive au fost construite înainte ca perimarea lor să devină evidentă. Până în anii 1950, succesul calculatoarelor electronice digitale a însemnat sfârșitul pentru majoritatea mașinilor de calcul analogice, dar calculatoarele analogice au rămas în uz în anii 1950 în unele aplicații specializate, cum ar fi educația (sisteme de control) și aviația (rigla de calcul).
Principiul calculatorului modern a fost propus de Alan Turing în lucrarea sa seminală din 1936, On Computable Numbers. Turing a propus un dispozitiv simplu pe care l-a numit „Mașină de calcul universală” și care este acum cunoscut sub numele de mașină Turing universală. El a demonstrat că o astfel de mașină este capabilă să calculeze orice este calculabil prin executarea instrucțiunilor (program) stocate pe bandă, permițând mașinii să fie programabilă. Conceptul fundamental al designului lui Turing este programul stocat, unde toate instrucțiunile pentru calcul sunt stocate în memorie. Von Neumann a recunoscut că conceptul central al calculatorului modern se datorează acestei lucrări.
Unul dintre cele mai timpurii exemple de calculator cu relee electromecanice.
event1939placeGermania
Primele calculatoare digitale erau electromecanice; întrerupătoarele electrice acționau relee mecanice pentru a efectua calculul. Aceste dispozitive aveau o viteză de operare scăzută și au fost în cele din urmă înlocuite de calculatoare complet electrice mult mai rapide, care utilizau inițial tuburi vidate. Z2, creat de inginerul german Konrad Zuse în 1939, a fost unul dintre cele mai timpurii exemple de calculator cu relee electromecanice.
Primul calculator digital electromecanic programabil funcțional din lume
event1941placeGermania
În 1941, Zuse a continuat mașina sa anterioară cu Z3, primul calculator digital complet automat, programabil și electromecanic funcțional din lume. Z3 a fost construit cu 2000 de relee, implementând o lungime de cuvânt de 22 de biți care opera la o frecvență de ceas de aproximativ 5–10 Hz. Codul programului era furnizat pe film perforat, în timp ce datele puteau fi stocate în 64 de cuvinte de memorie sau furnizate de la tastatură.
event1942placeUniversitatea de Stat din Iowa, Ames, Iowa, S.U.A.
În SUA, John Vincent Atanasoff și Clifford E. Berry de la Universitatea de Stat din Iowa au dezvoltat și testat Atanasoff–Berry Computer (ABC) în 1942, primul „calculator digital electronic automat”. Acest design era, de asemenea, complet electronic și utiliza aproximativ 300 de tuburi vidate, cu condensatori fixați într-un tambur rotativ mecanic pentru memorie.
Primul calculator digital electronic programabil din lume
eventdec., 1943placeLondra, Anglia
În timpul celui de-al Doilea Război Mondial, britanicii de la Bletchley Park au obținut o serie de succese în decriptarea comunicațiilor militare germane. Mașina de criptare germană, Enigma, a fost atacată pentru prima dată cu ajutorul bombelor electromecanice care erau adesea operate de femei. Pentru a sparge mașina germană mai sofisticată Lorenz SZ 40/42, utilizată pentru comunicațiile de nivel înalt ale armatei, Max Newman și colegii săi l-au însărcinat pe Flowers să construiască Colossus. El a petrecut unsprezece luni, începând cu începutul lunii februarie 1943, proiectând și construind primul Colossus. După un test funcțional în decembrie 1943, Colossus a fost expediat la Bletchley Park, unde a fost livrat pe 18 ianuarie 1944. Colossus a fost primul calculator electronic digital programabil din lume.
Primul calculator electronic programabil construit în S.U.A.
event1945placeUniversitatea din Pennsylvania, Philadelphia, Pennsylvania, S.U.A.
ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) a fost primul calculator electronic programabil construit în S.U.A. Deși ENIAC era similar cu Colossus, era mult mai rapid, mai flexibil și era Turing-complet. Acesta combina viteza ridicată a electronicii cu capacitatea de a fi programat pentru multe probleme complexe. Putea aduna sau scădea de 5000 de ori pe secundă, de o mie de ori mai rapid decât orice altă mașină. De asemenea, avea 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 din Pennsylvania, dezvoltarea și construcția ENIAC au durat din 1943 până la punerea în funcțiune completă la sfârșitul anului 1945. Mașina era uriașă, cântărind 30 de tone, consumând 200 de kilowați de energie electrică și conținând peste 18.000 de tuburi vidate, 1.500 de relee și sute de mii de rezistoare, condensatoare și inductoare.
Manchester Baby a fost primul calculator cu program stocat din lume. A fost construit la Universitatea Victoria din Manchester de către Frederic C. Williams, Tom Kilburn și Geoff Tootill și și-a rulat primul program pe 21 iunie 1948. A fost conceput ca un banc de testare pentru tubul Williams, primul dispozitiv de stocare digitală cu acces aleatoriu. Deși calculatorul a fost considerat „mic și primitiv” după standardele vremii sale, a fost prima mașină funcțională care conținea toate elementele esențiale ale unui calculator electronic modern.
eventmie. mai 7, 1952placeWashington, D.C., S.U.A.
Următorul mare progres în puterea de calcul a venit odată cu apariția circuitului integrat. Ideea circuitului integrat a fost concepută pentru prima dată de un om de știință specializat în radar care lucra pentru Royal Radar Establishment din cadrul Ministerului Apărării, Geoffrey W.A. Dummer. Dummer a prezentat prima descriere publică a unui circuit integrat la Simpozionul privind Progresul în Componente Electronice de Calitate din Washington, D.C., pe 7 mai 1952.
Primul calculator complet tranzistorizat a fost Harwell CADET din 1955, construit de divizia de electronică a Atomic Energy Research Establishment din Harwell.
Primele circuite integrate practice au fost inventate de Jack Kilby la Texas Instruments și Robert Noyce la Fairchild Semiconductor. Kilby și-a înregistrat ideile inițiale privind circuitul integrat în iulie 1958, demonstrând cu succes primul exemplu integrat funcțional pe 12 septembrie 1958.
În cererea de brevet a lui Kilby din 6 februarie 1959, Kilby și-a descris noul dispozitiv ca fiind „un corp de material semiconductor ... în care toate componentele circuitului electronic sunt complet integrate”.
Primele calculatoare mobile erau grele și funcționau conectate la rețeaua electrică. Primele laptopuri, cum ar fi Grid Compass, au eliminat această cerință prin încorporarea bateriilor – și odată cu miniaturizarea continuă a resurselor de calcul și progresele în durata de viață a bateriilor portabile.
