Компьютер — это машина, которой можно дать указание автоматически выполнять последовательности арифметических или логических операций с помощью компьютерного программирования. Современные компьютеры способны следовать обобщенным наборам операций, называемым программами. Эти программы позволяют компьютерам выполнять чрезвычайно широкий спектр задач. «Полный» компьютер, включая аппаратное обеспечение, операционную систему (основное программное обеспечение) и периферийное оборудование, необходимое и используемое для «полноценной» работы, может называться компьютерной системой. Этот термин также может использоваться для группы компьютеров, которые соединены и работают вместе, в частности, для компьютерной сети или компьютерного кластера.
В первой половине XX века многие потребности в научных вычислениях удовлетворялись все более сложными аналоговыми компьютерами, которые использовали прямую механическую или электрическую модель задачи в качестве основы для вычислений. Однако они не были программируемыми и, как правило, не обладали универсальностью и точностью современных цифровых компьютеров. Первым современным аналоговым компьютером была машина для предсказания приливов, изобретенная сэром Уильямом Томсоном в 1872 году.
Чарльз Бэббидж, английский инженер-механик и эрудит, разработал концепцию программируемого компьютера. Считающийся «отцом компьютера», он концептуализировал и изобрел первый механический компьютер в начале XIX века. Работая над своей революционной разностной машиной, предназначенной для помощи в навигационных расчетах, в 1833 году он понял, что возможна гораздо более общая конструкция — Аналитическая машина. Ввод программ и данных должен был осуществляться в машину с помощью перфокарт — метода, использовавшегося в то время для управления механическими ткацкими станками, такими как станок Жаккара. Для вывода данных машина должна была иметь принтер, графопостроитель и звонок. Машина также могла бы пробивать числа на картах для последующего считывания. Машина включала в себя арифметико-логическое устройство, управление потоком в виде условных переходов и циклов, а также встроенную память, что делало ее первым проектом компьютера общего назначения, который в современных терминах можно было бы описать как тьюринг-полный. Машина опередила свое время примерно на столетие. Все детали для его машины приходилось изготавливать вручную — это было серьезной проблемой для устройства с тысячами деталей. В конечном итоге проект был закрыт из-за решения британского правительства прекратить финансирование. Неудачу Бэббиджа в завершении аналитической машины можно объяснить главным образом политическими и финансовыми трудностями, а также его стремлением разработать все более сложный компьютер и двигаться вперед быстрее, чем кто-либо другой мог бы последовать за ним. Тем не менее, его сын, Генри Бэббидж, завершил упрощенную версию вычислительного блока аналитической машины (мельницу) в 1888 году. Он успешно продемонстрировал ее использование при вычислении таблиц в 1906 году.
Искусство механических аналоговых вычислений достигло своего зенита
event1927placeКембридж, Массачусетс, США
Искусство механических аналоговых вычислений достигло своего зенита с появлением дифференциального анализатора, построенного Г. Л. Хейзеном и Вэниваром Бушем в Массачусетском технологическом институте (MIT), начиная с 1927 года. Он был основан на механических интеграторах Джеймса Томсона и усилителях крутящего момента, изобретенных Г. У. Ниманом. Было построено около дюжины таких устройств, прежде чем их устаревание стало очевидным. К 1950-м годам успех цифровых электронных компьютеров положил конец большинству аналоговых вычислительных машин, но аналоговые компьютеры продолжали использоваться в 1950-х годах в некоторых специализированных областях, таких как образование (системы управления) и авиация (логарифмическая линейка).
Принцип современного компьютера был предложен Аланом Тьюрингом в его основополагающей статье 1936 года «О вычислимых числах». Тьюринг предложил простое устройство, которое он назвал «Универсальной вычислительной машиной» и которое теперь известно как универсальная машина Тьюринга. Он доказал, что такая машина способна вычислять все, что вычислимо, путем выполнения инструкций (программы), хранящихся на ленте, что позволяет машине быть программируемой. Фундаментальной концепцией конструкции Тьюринга является хранимая программа, где все инструкции для вычислений хранятся в памяти. Фон Нейман признал, что центральная концепция современного компьютера обязана этой статье.
Один из самых ранних примеров электромеханического релейного компьютера.
event1939placeГермания
Ранние цифровые компьютеры были электромеханическими; электрические переключатели приводили в действие механические реле для выполнения вычислений. Эти устройства имели низкую скорость работы и со временем были вытеснены гораздо более быстрыми полностью электрическими компьютерами, изначально использующими вакуумные лампы. Z2, созданный немецким инженером Конрадом Цузе в 1939 году, был одним из самых ранних примеров электромеханического релейного компьютера.
Первый в мире работающий электромеханический программируемый компьютер
event1941placeГермания
В 1941 году Цузе продолжил работу над своей предыдущей машиной, создав Z3 — первый в мире работающий электромеханический программируемый полностью автоматический цифровой компьютер. Z3 был построен на 2000 реле, имел длину слова 22 бита и работал на тактовой частоте около 5–10 Гц. Программный код подавался на перфорированной пленке, а данные могли храниться в 64 словах памяти или вводиться с клавиатуры.
Первый «автоматический электронный цифровой компьютер»
event1942placeУниверситет штата Айова, Эймс, Айова, США
В США Джон Винсент Атанасов и Клиффорд Э. Берри из Университета штата Айова разработали и протестировали компьютер Атанасова–Берри (ABC) в 1942 году, первый «автоматический электронный цифровой компьютер». Эта конструкция также была полностью электронной и использовала около 300 вакуумных ламп, а конденсаторы были закреплены на механически вращающемся барабане для памяти.
Первый в мире электронный цифровой программируемый компьютер
eventдек., 1943placeЛондон, Англия
Во время Второй мировой войны британцы в Блетчли-парке добились ряда успехов во взломе зашифрованных немецких военных сообщений. Немецкая шифровальная машина «Энигма» впервые была атакована с помощью электромеханических бомб, которыми часто управляли женщины. Чтобы взломать более сложную немецкую машину Lorenz SZ 40/42, использовавшуюся для высокоуровневой армейской связи, Макс Ньюман и его коллеги поручили Флауэрсу создать «Колосс». Он потратил одиннадцать месяцев, начиная с начала февраля 1943 года, на проектирование и создание первого «Колосса». После функционального тестирования в декабре 1943 года «Колосс» был отправлен в Блетчли-парк, куда прибыл 18 января 1944 года. «Колосс» был первым в мире электронным цифровым программируемым компьютером.
Первый электронный программируемый компьютер, построенный в США
event1945placeПенсильванский университет, Филадельфия, Пенсильвания, США
ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) был первым электронным программируемым компьютером, построенным в США. Хотя ENIAC был похож на «Колосс», он был намного быстрее, гибче и был полным по Тьюрингу. Он сочетал в себе высокую скорость электроники с возможностью программирования для решения многих сложных задач. Он мог выполнять сложение или вычитание 5000 раз в секунду, что в тысячу раз быстрее, чем любая другая машина. У него также были модули для умножения, деления и извлечения квадратного корня. Быстродействующая память была ограничена 20 словами (около 80 байт). Построенный под руководством Джона Мокли и Дж. Преспера Эккерта в Пенсильванском университете, ENIAC разрабатывался и строился с 1943 года до полного ввода в эксплуатацию в конце 1945 года. Машина была огромной: весила 30 тонн, потребляла 200 киловатт электроэнергии и содержала более 18 000 вакуумных ламп, 1 500 реле и сотни тысяч резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности.
Manchester Baby был первым в мире компьютером с хранимой программой. Он был построен в Университете Виктории в Манчестере Фредериком К. Уильямсом, Томом Килберном и Джеффом Тутиллом и выполнил свою первую программу 21 июня 1948 года. Он был разработан как испытательный стенд для трубки Уильямса, первого цифрового запоминающего устройства с произвольным доступом. Хотя компьютер считался «маленьким и примитивным» по меркам своего времени, это была первая рабочая машина, содержащая все элементы, необходимые для современного электронного компьютера.
eventсреда май д, йplaceВашингтон, округ Колумбия, США
Следующий большой скачок в вычислительной мощности произошел с появлением интегральной схемы. Идея интегральной схемы была впервые предложена ученым-радарщиком, работавшим в Королевском радиолокационном ведомстве Министерства обороны, Джеффри У. А. Даммером. Даммер представил первое публичное описание интегральной схемы на Симпозиуме по прогрессу в области качественных электронных компонентов в Вашингтоне, округ Колумбия, 7 мая 1952 года.
Первым полностью транзисторным компьютером стал Harwell CADET 1955 года, построенный отделом электроники Научно-исследовательского центра атомной энергии в Харуэлле.
Первые практичные ИС были изобретены Джеком Килби в Texas Instruments и Робертом Нойсом в Fairchild Semiconductor. Килби записал свои первоначальные идеи относительно интегральной схемы в июле 1958 года, успешно продемонстрировав первый рабочий интегрированный пример 12 сентября 1958 года.
В патентной заявке Килби от 6 февраля 1959 года Килби описал свое новое устройство как «тело из полупроводникового материала... в котором все компоненты электронной схемы полностью интегрированы».
Первые мобильные компьютеры были тяжелыми и работали от сети. Первые ноутбуки, такие как Grid Compass, устранили это требование за счет использования аккумуляторов — наряду с продолжающейся миниатюризацией вычислительных ресурсов и достижениями в области времени автономной работы портативных устройств.
