מבט על תולדות המחשבים

לפני עידן האלקטרוניקה, הדבר הקרוב ביותר למחשב היה אבקוס, אם כי בקפדנות, אבקוס הוא למעשה מחשבון מכיוון שהוא דורש מפעיל אנושי. מחשבים לעומת זאת מבצעים חישובים באופן אוטומטי על ידי ביצוע סדרה של פקודות מובנות הנקראות תוכנה.

בעשרים^th המאה, פריצות דרך בטכנולוגיה אפשרו את מכונות המחשוב המתפתחות ללא הרף, שעכשיו אנו תלויים בהן כל כך, למעשה איננו מעניקים להם מחשבה שנייה. אבל אפילו לפני הופעתם של מעבדי מיקרו מחשבי-עלהיו מדענים וממציאים בולטים מסוימים שעזרו להניח את התשתית לטכנולוגיה שמאז עיצבה מחדש בצורה דרסטית כל פן בחיים המודרניים.

השפה האוניברסלית בה מחשבים מבצעים הוראות מעבד מקורו במאה ה -17 בצורה של המערכת המספרית הבינארית. פותח על ידי פילוסוף ומתמטיקאי גרמני גוטפריד וילהלם לייבניץהמערכת יצאה כדרך לייצג מספרים עשרוניים באמצעות שתי ספרות בלבד: המספר אפס והמספר אחד. המערכת של לייבניץ קיבלה השראה בחלקה מההסברים הפילוסופיים בטקסט הסיני הקלאסי "אני צ'ינג ", שהסביר את היקום במונחים של כפילות כמו אור וחושך וזכר ו נקבה. אמנם לא היה שימוש מעשי במערכת החדשה שהוקודדה באותה תקופה, אבל לייבניץ האמין כי מכונה יכולה ביום מן הימים להשתמש במחרוזות הארוכות של המספרים הבינאריים האלה.

בשנת 1847, המתמטיקאי האנגלי ג'ורג 'בול הציג חדש שהוקם שפה אלגברית בנוי על יצירתו של לייבניץ. "האלגברה הבוליאנית" שלו הייתה למעשה מערכת של לוגיקה, עם משוואות מתמטיות המשמשות לייצוג אמירות בלוגיקה. לא פחות חשוב היה שהיא השתמשה בגישה בינארית שבה הקשר בין כמויות מתמטיות שונות יהיה נכון או שקרי, 0 או 1.

כמו אצל לייבניץ, לא היו אז יישומים ברורים לאלגברה של בולי, אולם המתמטיקאי צ'ארלס סנדרס פירס במשך עשרות שנים בהרחבת המערכת ובשנת 1886 קבע כי ניתן לבצע את החישובים באמצעות מיתוג חשמלי מעגלים. כתוצאה מכך, ההיגיון הבוליאני יהפוך בסופו של דבר לכלי עזר בעיצוב מחשבים אלקטרוניים.

מתמטיקאי אנגלי צ'ארלס באבג מזוכה בכך שהרכיב את המחשבים המכניים הראשונים - לפחות מבחינה טכנית. מכונותיו המוקדמות של המאה ה -19 הציגו דרך להזין מספרים, זיכרון ומעבד, יחד עם דרך להוצאת התוצאות. Babbage כינה את ניסיונו הראשוני לבנות את מחשב המחשוב הראשון בעולם "מנוע ההבדל". התכנון קרא למכונה שחישבה ערכים והדפיסה את התוצאות באופן אוטומטי על גבי א שולחן. זה היה אמור להיות ארוע ביד והיה שוקל ארבעה טונות. אבל התינוק של באבג 'היה מאמץ יקר. יותר מ 17,000 ליש"ט שטרלינג הוצאו על פיתוח מוקדם של ההבדל. בסופו של דבר הושחת הפרויקט לאחר שהממשלה הבריטית קיצצה את מימון Babbage בשנת 1842.

זה מאולץ מרווה לעבור לרעיון אחר, "מנוע אנליטי", שהיה שאפתני יותר בהיקפו מקודמו והיה אמור לשמש למחשוב לשימוש כללי ולא רק לחשבון. הוא מעולם לא הצליח לעקוב ולבנות מכשיר עובד, אך בעיצובו של Babbage היה למעשה אותו מבנה הגיוני כמו מחשבים אלקטרוניים שייכנסו לשימוש ב- 20^th מאה. המנוע האנליטי שילב זיכרון - סוג של אחסון מידע שנמצא בכל המחשבים - המאפשר הסתעפות או יכולת למחשב בצע מערך הוראות החורג מסדר רצף ברירת המחדל, כמו גם לולאות, שהן רצפי הוראות המתבצעות שוב ושוב ב ירושה.

למרות כישלונותיו לייצר מכונת מחשוב פונקציונאלית לחלוטין, Babbage נותרה בלתי פוסקת ברדיפה אחר רעיונותיו. בין 1847 ל- 1849 הוא הכין עיצובים לגרסה שנייה חדשה ומשופרת של מנוע ההבדל שלו. הפעם, הוא חישב מספרים עשרוניים באורך של עד 30 ספרות, ביצע חישובים במהירות רבה יותר והופשט כדי לדרוש פחות חלקים. ועדיין, ממשלת בריטניה לא הרגישה ששווה את השקעתם. בסופו של דבר, ההתקדמות הגדולה ביותר שביצעה אי-פעם אב-טיפוס הייתה השלמת שביעית מהעיצוב הראשון שלו.

בעידן המחשוב המוקדם הזה, היו כמה הישגים בולטים: מכונת חיזוי גאות ושפל, שהומצא על ידי המתמטיקאי, הפיזיקאי והמהנדס הסקוטי-אירי סר ויליאם תומסון בשנת 1872, נחשב למחשב האנלוגי המודרני הראשון. ארבע שנים לאחר מכן, אחיו הגדול, ג'יימס תומסון, הגה רעיון למחשב שפתר בעיות מתמטיות הידועות כמשוואות דיפרנציאליות. הוא כינה את המכשיר שלו כ"מכונת שילוב "ובשנים מאוחרות יותר הוא ישמש כבסיס למערכות המכונות מנתחי דיפרנציאל. בשנת 1927 החל המדען האמריקני וונבר בוש לפתח את המכונה הראשונה שנקראה ככזו ופרסם תיאור של המצאתו החדשה בכתב העת המדעי בשנת 1931.

עד 20 המוקדמות^th המאה, התפתחות המחשוב הייתה מעט יותר מאשר מדענים שהתכופפו בתכנון מכונות המסוגלות לבצע ביעילות חישובים מסוגים שונים למטרות שונות. רק בשנת 1936 הוצגה סוף סוף תיאוריה אחידה על מה שמהווה "מחשב לשימוש כללי" וכיצד עליו לתפקד. באותה שנה, המתמטיקאי האנגלי אלן טיורינג פרסם מאמר שכותרתו "על מספרים מחשוביים, עם יישום לבעיית Entscheidungsproblem," תיאר כיצד ניתן להשתמש במכשיר תיאורטי המכונה "מכונת טיורינג" לביצוע כל חישוב מתמטי שאפשר להעלות על הדעת על ידי ביצוע הוראות. בתיאוריה, למכונה היה זיכרון ללא גבולות, לקרוא נתונים, לכתוב תוצאות ולאחסן תוכנית הוראות.

בעוד המחשב של טיורינג היה מושג מופשט, היה זה מהנדס גרמני בשם קונרד זוסה מי ימשיך לבנות את המחשב הראשון שניתן לתכנות בעולם. הניסיון הראשון שלו לפתח מחשב אלקטרוני, ה- Z1, היה מחשבון מונע בינארי שקרא הוראות מסרט אגרוף של 35 מילימטר. עם זאת, הטכנולוגיה לא הייתה אמינה, ולכן הוא עקב אחריה עם ה- Z2, מכשיר דומה שהשתמש במעגלי ממסר אלקטרומכניים. תוך כדי שיפור, בהרכבת הדגם השלישי שלו הכל התאסף עבור זוזה. ה- Z3, שנחשף בשנת 1941, היה מהיר יותר, אמין יותר ומסוגל לבצע חישובים מורכבים יותר. ההבדל הגדול ביותר בגלגול שלישי זה היה שההוראות היו מאוחסנות על קלטת חיצונית, ובכך מאפשרות לו לתפקד כמערכת מבוקרת לחלוטין על ידי התוכנית.

מה שהכי מדהים הוא שזוס עשה הרבה מהעבודה שלו בבידוד. הוא לא היה מודע לכך שה- Z3 היה "טיור שלם", או במילים אחרות, מסוגל לפתור כל בעיה מתמטית ניתנת לחישוב - לפחות בתיאוריה. הוא גם לא ידע על פרויקטים דומים שמתנהלים בערך באותה תקופה באזורים אחרים בעולם.

בין הבולטים שבהם היה הרווארד מארק הראשון במימון IBM, שעלה לראשונה בשנת 1944. עם זאת, מבטיחה עוד יותר הייתה פיתוח מערכות אלקטרוניות כמו אב טיפוס המחשוב קולוסוס מ -1943 של בריטניה הגדולה ENIAC, המחשב האלקטרוני הראשון למטרות כלליות הפועל במלואו, אשר הועמד לשימוש באוניברסיטת פנסילבניה בשנת 1946.

מתוך פרויקט ENIAC הגיע הקפיצה הגדולה הבאה בטכנולוגיית המחשוב. ג'ון פון נוימן, מתמטיקאי הונגרי שהתייעץ בפרויקט ENIAC, היה מניח את היסודות למחשב התוכנה המאוחסן. עד לנקודה זו מחשבים פעלו בתוכניות קבועות ומשנים את תפקודם - למשל, מביצוע חישובים לעיבוד תמלילים. זה דרש את התהליך הגוזל זמן של הצורך לחווט מחדש ולבנות אותם מחדש ידנית. (לקח מספר ימים לתכנת מחדש את ENIAC.) טיורינג הציע כי באופן אידיאלי, אחסון של תוכנית המאוחסנת בזיכרון תאפשר למחשב לשנות את עצמו בקצב מהיר הרבה יותר. פון נוימן סיקרן את הרעיון ובשנת 1945 ניסח דוח שסיפק בפירוט ארכיטקטורה ריאלית למחשוב תכנות מאוחסן.

העיתון שפורסם יופץ באופן נרחב בקרב צוותים מתחרים של חוקרים העובדים על עיצובים ממוחשבים שונים. בשנת 1948 הציגה קבוצה באנגליה את מכונת הניסויים הקטנה במנצ'סטר, המחשב הראשון שהריץ תוכנית מאוחסנת המבוססת על ארכיטקטורת פון נוימן. המכונה "תינוק", מכונה מנצ'סטר הייתה מחשב ניסיוני ששימש קודמו של ה- מנצ'סטר מארק הראשון. EDVAC, עיצוב המחשבים שלשמו נועד הדו"ח של נוימן במקור, לא הושלם עד שנת 1949.

המחשבים המודרניים הראשונים לא דומים למוצרים המסחריים המשמשים כיום את הצרכנים. היו אלה מיתארים מפוארים שלעתים קרובות תפסו את החלל של חדר שלם. הם גם מצצו כמויות אדירות של אנרגיה והיו באגי ידוע לשמצה. ומכיוון שהמחשבים המוקדמים הללו רצו על צינורות ואקום מגושמים, מדענים מקווים לשפר את מהירויות העיבוד יצטרכו למצוא חדרים גדולים יותר - או לבוא עם אלטרנטיבה.

למרבה המזל, אותה פריצת דרך נחוצה הייתה כבר בעבודות. בשנת 1947, קבוצת מדענים במעבדות טלפוניות בל פיתחה טכנולוגיה חדשה שנקראה טרנזיסטורים עם מגע נקודתי. כמו צינורות ואקום, טרנזיסטורים מגבירים זרם חשמלי ויכולים לשמש מתגים. חשוב מכך, הם היו הרבה יותר קטנים (בערך בגודל כמוסת אספירין), היו אמינים יותר, והם השתמשו בסך הכל הרבה פחות כוח. המציאים המשותפים ג'ון ברדן, וולטר בראטיין וויליאם שוקלי יוענקו בסופו של דבר בפרס נובל לפיזיקה בשנת 1956.

בזמן שברדן וברטיין המשיכו לעשות עבודות מחקר, שוקלי עברה לפתח ולסחור עוד יותר את טכנולוגיית הטרנזיסטור. אחד המועסקים הראשונים בחברה שהוקמה לאחרונה היה מהנדס חשמל בשם רוברט נויס, אשר בסופו של דבר התנתק והקים את המשרד שלו, Fairchild Semiconductor, חטיבת המצלמה של Fairchild ו- כלי. באותה עת, נוייס בדק דרכים לשלב בצורה חלקה את הטרנזיסטור ורכיבים אחרים למעגל משולב אחד כדי לחסל את התהליך בו היה עליהם לחבר אותם ביד. לחשוב בקווים דומים, ג'ק קילבי, מהנדס מטקסס אינסטרומנטס, בסופו של דבר הגיש פטנט. עם זאת, זה היה העיצוב של נויס שאומץ באופן נרחב.

במקום בו למעגלים משולבים הייתה ההשפעה המשמעותית ביותר הייתה סלילת הדרך לעידן החדש של המחשוב האישי. עם הזמן, היא פתחה את האפשרות להריץ תהליכים המופעלים על ידי מיליוני מעגלים - הכל על גבי שבב בגודל של בול דואר. למעשה, זה מה שהאפשר לגאדג'טים הנמצאים בכל מקום בו אנו משתמשים מדי יום, שהם באופן אירוני, הרבה יותר חזקים מהמחשבים המוקדמים ביותר שתפסו חדרים שלמים.