Detalii: Categorie: Management; Publicat: 31 Mai 2023; Accesări: 121

Introducere

Un calculator, numit și sistem de calcul, computer sau ordinator, este o mașină de prelucrat date și informații conform unei liste de instrucțiuni numită program. În zilele noastre calculatoarele se construiesc în mare majoritate din componente electronice și de aceea cuvântul „calculator” înseamnă de obicei un calculator electronic. Calculatoarele care sunt programabile liber și pot, cel puțin în principiu, prelucra orice fel de date sau informații se numesc universale. Calculatoarele actuale nu sunt doar mașini de prelucrat informații, ci și dispozitive care facilitează comunicația între doi sau mai mulți utilizatori, de exemplu sub formă de numere, text, imagini, sunet sau video sau chiar toate deodată. Știința prelucrării informațiilor cu ajutorul calculatoarelor se numește informatică. Tehnologia necesară pentru folosirea lor poartă numele Tehnologia Informației, prescurtat TI sau IT. În principiu, orice calculator care deține un anumit set minimum de funcții poate îndeplini funcțiile oricărui alt asemenea calculator, indiferent că este vorba de un PDA sau de un supercalculator. Această versatilitate a condus la folosirea calculatoarelor cu arhitecturi asemănătoare pentru cele mai diverse activități, de la calculul salarizării personalului unei companii până la controlul roboților industriali sau medicali. Primele calculatoare electronice digitale, fiind foarte mari și scumpe, erau folosite la calcule științifice complicate, de multe ori pentru scopuri militare. ENIAC-ul a fost proiectat pentru calculul tirurilor de artilerie, dar a fost folosit și la calculul densităților transversale de neutroni, în proiectarea bombei cu hidrogen. Multe din supercalculatoarele contemporane sunt folosite pentru simulări de arme nucleare. Alte calculatoare au fost utilizate în criptanaliză, de exemplu primul calculator electronic programabil, Colossus. În ciuda concentrării de la început pe aplicații științifice și militare, calculatoarele au început repede să fie adoptate și în alte domenii, precum cel al afacerilor. LEO, unul din primele calculatoare bazate pe arhitectura von Neumann, era folosit la gestiunea stocurilor încă din anii 1950. O dată cu apariția microprocesoarelor și ieftinirea semnificativă a calculatoarelor, acestea și-au găsit aplicare în contabilitate, birotică, alcătuirea de previziuni meteo și de altă natură, în calculele matematice repetitive precum și în calcul tabelar. În domeniul artelor, calculatoarele sunt întrebuințate pentru generarea și editarea de sunet, imagini și video. Astăzi aceste activități sunt efectuate aproape exclusiv pe calculator. De asemenea, industria jocurilor pe calculator este una foarte lucrativă. Calculatoarele au putut fi folosite pentru comanda mecanismelor din momentul în care au devenit suficient de mici și de ieftine pentru acest scop. Primele aplicații majore pentru calculatoarelor integrate au fost ghidarea misiunilor Apollo și a rachetelor Minuteman. Astăzi se întâlnesc din ce în ce mai rar echipamente mecanice care să nu fie comandate într-o formă sau alta de un calculator. Unele din cele mai complexe asemenea echipamente sunt roboții industriali, mașini mai mult sau mai puțin asemănătoare omului și aptitudinilor sale. Calculatoarele sunt din ce în ce mai mult utilizate în domotică, pentru aplicații casnice de genul „dacă cineva e acasă, computerul deschide televizorul la 7 seara“ sau „reduce căldura noaptea”. Un computer a ajuns în zilele noastre un echipament tehnic de care cu greu ne putem lipsi. De la cei mai mici până la cei mai mari, oamenii au descoperit că își pot simplifica viața prin intermediul unui computer. Fie că facem cumpărături sau pur și simplu vorbim cu cei dragi, putem apela cu încredere la utilitatea acestei invenții revoluționare care a schimbat, în mare măsura, lumea în care trăim.

1. Din Antichitate

Cel mai vechi mecanism cunoscut care se pare că putea funcționa ca o mașina de calculat se considera a fi "Ceasul" din Antikythira, datând din anul 87 î.Hr. si folosit aparent pentru calcularea mișcărilor planetelor. Tehnologia care a stat la baza acestui mecanism este încă o necunoscuta pentru cercetători.
Mecanismul este cunoscut ca cel mai vechi calculator științific complex. Acesta conține mai multe roți dințate și uneori este numit primul computer analog cunoscut, deși producerea sa fără cusur sugerează că aceasta ar fi putut avea un număr nedescoperit de predecesori în timpul perioadei elenistice. Se consideră că a fost construit pe baza teoriilor astronomice și matematice dezvoltate de către astronomii greci. Mecanism unic, "Ceasul din Antikythira" este o celebră "mașină modernă" construită și folosită în Grecia antică. Descoperit în mâlul care înecase o epavă scufundată în secolul I e.n., în apropierea țărmurilor insulei egeene Antikythira, acest aparat metalic este deosebit de complex. Dispunând de angrenaje (deși se susținea că grecii vechi nu au cunoscut principiul angrenajului), are pe fetele opuse câte un cadran prevăzut cu scări riguros gradate. Unul dintre cadrane, ajustat, este axat pe roata principală a mecanismului interior, care, prin intermediul unor tamburi excentrici, rotește un ac indicator. Angrenajul central al aparatului este solidar cu alt cadran, a cărui rotiță executa o revoluție anuală. El servea la indicarea cursei anuale a Soarelui în cadrul zodiacului. Aparatul, cu o latură de 20 cm, furniza informații asupra poziției și mișcărilor planetelor cunoscute pe atunci, fiind de uz astronomic. Realizarea "Ceasului din Antikythira" presupune cunoștințe astronomice de un înalt nivel de abstractizare și deosebit de evoluate cunoștințe de mecanică. Forma literelor grecești utilizate pe scările de măsură ale cadranelor a permis riguroasa datare a execuției și construcției lui între anii 80 și 50 î.e.n. Modul manual, hidraulic sau mecanic de acționare a acestui ceas astronomic nu a putut fi precizat din cauza stării de deteriorare în care a fost găsit după șederea lui îndelungată în stratul de mâl. Azi este păstrat la Muzeul din Atena.

2. Epoca Renascentistă

O dată cu revigorarea matematicii și a științelor în timpul Renașterii europene au apărut o succesiune de dispozitive mecanice de calculat, bazate pe principiul ceasornicului. Prima mașina de calculare a fost construita in 1642 de către francezul Blaise Pascal (1623-1662), mașina sa putea realiza numai adunări și scăderi.

Pascalina însă a fost un eșec. În primul rând Pascal era sigurul care o putea repara. În al doilea rând în acea vreme era mai ieftin să ai oameni care să facă calculele decât să cumperi o asemenea mașinărie și în al treilea rând lucrătorii se temeau că vor fi înlocuiți de Pascalina pierzându-și astfel slujbele. Totuși Pascalina a fost folosită până când a apărut calculatorul electronic care a făcut-o nefolositoare. Pentru contribuția adusă numele lui Pascal a fost dat unui limbaj de programare.

Treizeci de ani mai târziu, Gottfried Wilhelm Von Leibniz, matematician german, împreună cu Sir Issac Newton au inventat calculele și au creat calculatorul acționat de roată cu pedală. Acest dispozitiv creat în 1673 putea face adunări, scăderi, înmulțiri și împărțiri. Roata lui Leibniz era o îmbunătățire a Pascalinei, totuși nu era posibil să se aibă încredere în ea (mai putea greși), astfel că nu a fost folosită de prea multă lume. Oricum calculatorul lui Leibniz l-a impresionat pe Peter Cel Mare care a trimis un exemplar împăratului Chinei pentru ca să îl convingă de tehnologia germană și pentru a creste relațiile comerciale dintre Est si Vest.

3. Începuturile secolului XIX

Francezul Joseph Marie Jacquard în anul 1804 a construit o mașină automată cu cartele perforate care era folosită pentru a țese cu modele. Invenția lui Jacquard a arătat că datele pot fi stocate pe cartele; cartelele la rândul lor pot fi folosite pentru a crea serii de instrucțiuni. Programarea instrucțiunilor s-a dovedit a fi un lucru foarte important pentru calculatoarele moderne.

În același secol, Charles Babbage este cel dintâi care proiectează o mașină de calcul complet programabilă (1837), însă din păcate proiectul său nu va prinde roade, în parte din cauza limitărilor tehnologice ale vremii. A fost cel dintâi care a imaginat mașină de calculat programabilă, asemănătoare computerelor din ziua de azi.

Din acest motiv este privit ca un „părinte” al informaticii. Babbage a început să-și proiecteze „Mașina analitică” în 1837, dar nu a reușit să o construiască până la moartea sa, din cauza limitărilor tehnologice ale vremii. Cu toate acestea, o mașină construită în 1991 după schițele sale s-a dovedit a funcționa perfect. Ideile lui Babbage erau atât de revoluționare pentru vremea sa încât n-au fost înțelese decât de o singură persoană dintre contemporanii săi. Aceasta era matematiciana Ada Lovelace, cea care a și scris primul program pentru Mașina analitică a lui Babbage, rămânând astfel în istorie ca primul programator. Mașina care putea fi folosită în rezolvarea de probleme diferite, ea avea o memorie mecanică în care se puteau păstra rezultatele. Royal Astronomical Society l-a încurajat pe Babbage cu garanții guvernamentale și astfel calculatorul creat de el devenea mai mare și mai complex pe măsură ce îl revizuia. Garanțiile nu i-au mai fost acordate din anul 1834, dar cu toate acestea Babbage a propus o mașină mult mai complexă. Cu toate că puterea a șase motoare cu abur care erau necesare să pună în funcțiune motorul analitic ar fi ocupat lungimea unui teren de fotbal, calculatorul lui Babbage putea calcula logaritmi automat. Datele erau introduse folosind cartele perforate și mașinăria putea fi programată sași schimbe metodele de operare. Din păcate motorul analitic nu a fost construit, dar oricum acest concept a fost predecesorul calculatorului din zilele noastre. Pentru contribuția sa Babbage a fost numit părintele calculatorului. Babbage avea un partener și un om de încredere, Augusta Ada, contesa de Lovelace și fiica poetului Lord Byron.

Doamna Lovelace a înțeles ideile lui Babbage, a recunoscut valoarea ideilor, și în anul 1840, a scris lucrări cu caracter științific care explicau ideile lui Babbage celorlalți. Ea a fost cea care a sugerat folosirea sistemului binar, în locul celui zecimal, pentru stocarea datelor. Doamna Lovelace este considerată prima programatoare pentru că ea a modelat desenul motorului analitic incluzând o repetare automată a unei serii de calcule. Această procedură în cerc este foarte importantă pentru programatorii de astăzi. Zece ani mai târziu în anul 1850, George Boole, matematician englez a realizat că problemele matematice complexe puteau fi rezolvate reducându-le la o serie de răspunsuri afirmative sau negative. Sistemul binar cu 1 ca răspuns pozitiv și 0 ca răspuns negativ era o soluție. Această teorie avea să stea la baza circuitelor calculatorului. Doctorul Herman Hollerith a construit prima mașină electromecanică cu cartele găurite în 1880.

Socrul lui Hollerith care se ocupa de recensăminte, a propus ca mașina să fie folosită pentru a sorta rezultatele recensământului folosind cartele găurite cu 80 de coloane pe care tot Herman le-a inventat. Folosind această mașinărie Hollerith a obținut la recensământul din 1890 un rezultat de 63.056.000 de oameni într-o treime din timpul care a fost necesar în 1880 pentru a numără 50.262.000 de oameni. După descoperirea lui Hollerith a fost o pauză în descoperirile din domeniul calculatoarelor.

4. Începuturile secolului XX

Progresul exista, dar nimic spectaculos nu a fost raportat – nimic nu a fost raportat până când în anul 1927 la Massachusetts Institute of Tehnology (MIT) Vannevar Bush împreună cu colaboratorii săi au creat mașina care putea rezolva ecuații simple. Până în anul 1931 mașina a fost modificată și perfecționată pentru a rezolva ecuații mai complexe. Mașina afișa rezultatele prin rotirea unor săgeți. În anul 1940 George Stibitz împreună cu colegul său Samuel Williams au demonstrat cum să se folosească dispozitivul creat de ei în anul 1937 și numit Complex Number Calculator pentru a transmite calcule la distanțe de până la 250 mile.

La Iowa, în anul 1939, John Atanasoff și Clifford Berry au colaborat și au construit calculatorul Atanasoff-Berry.

ABC-ul a fost primul calculator electronic, digital care putea fi folosit pentru mai multe scopuri. Deși putea rezolva simultan ecuații algebrice, comunitatea științifică nu a fost foarte interesată. Când Atanasoff a contactat compania IBM (International Business Machines ) pentru a le prezenta mașina, compania a răspuns că nu va fi niciodată interesată de o mașină electronică de calcul. Pornind din 1939, când a fost fondată compania Haslett Packard si parcurgând traseul evoluției computerului pana in zilele noastre, descoperim o poveste interesanta, demna de istorisit. La începuturile sale, computerul avea dimensiuni impresionante, ocupând o încăpere întreaga, iar astăzi el încape în palma unui copil – relatează Webnews.

5. Etapele evoluției

Deceniu după deceniu, iată câteva din etapele care au marcat traseul inovator ce a condus la performantele tehnologice si aspectul computerului de azi:

1940 - apare primul computer, denumit pe scurt CNC (Complex Number Calculator), proiectat de către cercetătorul american George Robert Stibitz si finalizat in cadrul Bell Telephone Laboratories;
1941 - apare noul Z3 computer/Bombe, construit de către inginerul german Konrad Zuse si utilizat la decriptarea comunicațiilor militare naziste;
1942 - profesorul John Vincet Atanasoff, împreuna cu un absolvent al Iowa State College, pe numele sau Cliff Berry, au creat sistemul ABC (Atanasoff-Berry Computer);
1944 - are loc inaugurarea Harvard Mark-1/Colossus - un calculator enorm, dimensionat si poziționat într-o încăpere întreaga, utilizat ca si primul in scopuri legate de războiul cu Germania;
1946 - apariția ENIAC/AVIDAC, computerul îmbunătățit, care lucra de 1.000 de ori mai rapid decât contemporanii săi;
1950 - ERA 1101/SEAC/Pilot ACE devine primul computer comercial;
1954 - IBM creează primul sau computer, denumit IBM 701;
1958 - Japonia lansează si ea primul sau computer, denumit NEAC 1101;
1960 - anul realizării primului minicomputer: DEC PDP-1;
1964 - IBM System 360 devine prima familie de șase computere compatibile, cu 40 de sisteme periferice, capabile sa lucreze împreuna;
1968 - anul creării si lansării în spațiu a computerului Apollo Guidance Computer, de pe Apollo 7;

1975 - MITS Altair/Tandem-16 devine primul computer bazat pe un microprocesor Intel 8080, creat pentru procesarea de tranzacții online;
1976 - Steve Wozniak proiectează Apple I, pe care li vinde mai târziu lui Steve Jobs;
1979 - Atari 400 si 800 sunt primele calculatoare care dispun de opțiuni pentru jocuri;
1983 - Apple Lisa este primul computer cu o grafica special creata pentru interfața utilizatorului;
1985 - apare Comodor Amiga 1000, vândut cu 1.295 dolari (fără monitor), la vremea respectiva, care a demonstrat ca poate depăși capacitățile audio si video ale contemporanilor săi;
1988 - NeXT este primul computer care avea incorporat un driver pentru înmagazinarea de date optice si un limbaj adecvat, menit sa simplifice programarea;
1993 - apare P5 Pentium, lansat de Intel, cu versiunile sale de 60 si 66 MHz;
1995 - Sony creează PlayStation, care s-a vândut la vremea respectiva in peste 100 milioane de exemplare;
1999 - Apare PowerMac G4/AMD Athlon 750 MHz;
2001 - Mac OSX/Windows XP/Linux 2.4.0 își face simțita prezenta, cu noua sa tripla versiune operativa;
2002 - RIM lansează primul smarthphone BlackBerry;
2005 - Intel si AMD elaborează primul lor dual-core 64-bit, in timp ce Microsoft creează primul Xbox 360;
2007 - Apple lansează primul iPhone;
2010 - Același Apple creează primul iPad, computerul tableta care realizează hibridul ideal intre un smartphone si un laptop.

6. Calculul digital

Era modernă a mașinilor de calcul a început cu o frenezie a dezvoltării în perioada dinainte de și după al doilea război mondial, când componentele electronice au înlocuit echivalentele lor mecanice, și calculul digital a înlocuit calculul analogic. Mașini cum ar fi Z3, calculatorul Atanasoff–Berry, calculatoarele Colossus și ENIAC au fost construite manual cu ajutorul circuitelor ce conțineau relee sau tuburi electronice, și adesea foloseau cartelele sau benzile perforate ca dispozitiv de intrare și ca mediu de stocare. În această perioadă, s-au produs mai multe mașini cu capabilități din ce în ce mai vaste. La început, nu exista nimic care să semene măcar cu un calculator modern, în afara planurilor pierdute ale lui Charles Babbage și în afara ideilor teoretice ale lui Alan Turing. La sfârșitul acestei perioade, s-au construit dispozitive cum ar fi calculatoarele Colossus și EDSAC, unele din primele calculatoare electronice numerice, dar niciun moment nu este unanim considerat a fi momentul nașterii calculatoarelor numerice.

Lucrarea lui Alan Turing din 1936 s-a dovedit extrem de influentă în domeniile informaticii și științei calculatoarelor. Scopul principal a fost cel de a demonstra că există probleme (și anume problema opririi) care nu pot fi rezolvate de niciun proces secvențial. Prin aceasta, Turing a dat o definiție a calculatorului universal care execută un program stocat pe o bandă. Această construcție a ajuns să fie denumită mașina Turing; ea a înlocuit limbajul universal, mult mai complex și bazat pe aritmetică, al lui Kurt Gödel. În afara limitărilor impuse de spațiul finit de stocare, calculatoarele moderne sunt denumite Turing-complete, adică au o capabilitate de a executa algoritmi echivalentă cu cea a mașinii Turing universale.

Pentru ca o mașină de calcul să fie un calculator universal, trebuie să existe un mecanism convenabile citire-scriere, cum ar fi banda perforată. Cunoscând modelul teoretic al mașinii universale de calcul a lui Alan Turing, John von Neumann a definit o arhitectură ce utilizează aceeași memorie atât pentru stocarea programelor cât și a datelor: practic toate calculatoarele moderne utilizează această arhitectură (sau una derivată din ea). Deși, din punct de vedere teoretic, după cum a arătat și proiectul lui Babbage, se poate implementa un calculator complet mecanic, electronica a făcut posibilă viteza și gradul de miniaturizare ce caracterizează calculatoarele moderne.

În perioada celui de-al doilea război mondial, au existat trei fluxuri paralele de dezvoltare a tehnologiei calculatoarelor, din care unul a fost complet ignorat, iar al doilea a fost ținut secret în mod deliberat. Cel ignorat a fost reprezentat de munca germanului Konrad Zuse. Cel de-al doilea a fost dezvoltarea secretă a calculatoarelor Colossus în Regatul Unit. Niciuna dintre acestea nu a avut o influență deosebită asupra diverselor proiecte similare din Statele Unite. Al treilea flux de dezvoltare a fost și cel mai mediatizat, și a fost reprezenta de mașinile ENIAC și EDVAC ale lui Eckert și Mauchly. În timp ce lucra la Laboratoarele Bell în noiembrie 1937, George Stibitz a inventat și a construit un calculator cu relee, denumit „Model K” (de la kitchen table–masă de bucătărie, pe care a efectuat asamblarea), care a fost primul care a efectuat calcule în formă binară.

6.1 Colossus

În timpul celui de-al doilea război mondial, la Bletchley Park (la 64 km nord de Londra) britanicii au repurtat mai multe succese în descifrarea comunicațiilor militare criptate ale Germaniei. Mașina germană de criptare, Enigma, a fost atacată cu ajutorul unor mașini electromecanice denumite Bombe. Mașinile Bombe, proiectate de Alan Turing și Gordon Welchman, după mașina criptografică poloneză Bomba a lui Marian Rejewski (1938) au început să fie utilizate în 1941. Acestea eliminau din setările posibile ale mașinii Enigma efectuând serii de deducții logice implementate electric. Majoritatea posibilităților conduceau la contradicții, iar cele puține care mai rămâneau puteau fi verificate manual. Germanii au dezvoltat și alte sisteme de criptare diferite de Enigma. Mașina Lorenz SZ 40/42 a fost utilizată pentru comunicații militare la nivel înalt, denumite de către britanici Tunny. Primele interceptări de mesaje Lorenz au avut loc în 1941. Ca parte dintr-un atac asupra cifrurilor Tunny, profesorul Max Newman și colegii săi au ajutat la scrierea specificațiilor calculatorului Colossus. Colossus Mk I a fost construit între martie și decembrie 1943 de Tommy Flowers și colegii săi de la Post Office Research Station de la Dollis Hill din Londra și a fost livrat la Bletchley Park în ianuarie 1944. Colossus a fost prima mașină de calcul complet electronică. Ea utiliza un număr foarte mare de tuburi electronice. Primea datele de intrare pe bandă de hârtie și putea fi configurată să efectueze diferite operații din logica booleană, nefiind însă Turing-completă. S-au construit nouă exemplare de Colossus Mk II și singurul exemplar de Mk I a fost îmbunătățit și transformat și el într-un Mk II. Detaliile despre existența, proiectarea, și utilizarea lor au fost păstrate secret până în anii 1970. Winston Churchillpersonal a ordonat ca ele să fie dezmembrate în componente nu mai mari decât mâna unui om. Din cauza acestor constrângeri, calculatoarele Colossus nu au apărut în multe istorii ale calculatoarelor. O copie reconstruită a unei mașini Colossus este expusă la Bletchley Park.

6.2 ENIAC

ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer–Calculator Și Integrator Electronic Numeric), construit în SUA, a fost primul calculator electronic generic. El combina, pentru prima dată, viteza mare a componentelor electronice cu posibilitatea programării pentru probleme mai complexe. Putea efectua 5000 de operații de adunare și scădere pe secundă, fiind de o mie de ori mai rapid decât alte mașini care efectuau aceste operații. Avea și 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 Pennsylvania, dezvoltarea și construcția lui ENIAC au durat din 1943 până la sfârșitul lui 1945. Mașina era uriașă, cântărea 30 de tone, și conținea peste 18.000 de tuburi. Una dintre marile realizări inginerești ale mașinii era minimizarea arderii tuburilor, problemă comună la acea vreme. Mașina a fost utilizată aproape permanent de-a lungul următorilor zece ani. ENIAC era în mod clar un dispozitiv Turing-complet. Putea calcula orice problemă care putea încăpea în memorie. Un „program” de pe ENIAC, însă, era definit prin conexiunile cablurilor și prin comutatoare sale, fiind foarte departe de mașinile electronice cu program stocat care au evoluat din el. Odată scris un program, el trebuia să fie introdus manual.

7. Konrad Zuse

Izolat, în Germania, Konrad Zuse a demarat în 1936 construcția primului calculator din seria Z, calculatoare cu memorie și programabile (inițial, programabilitatea era foarte restrânsă). Calculatorul Z1, pur mecanic, dar care lucra în binar, a fost finalizat în 1938 și nu a funcționat niciodată corect din cauza unor probleme în ce privește precizia unor piese. Mașina ulterioară a lui Zuse, Z3, a fost terminată în 1941. Ea se baza pe relee telefonice și nici ea nu funcționa satisfăcător. Totuși, structura lui era întrucâtva similară mașinilor moderne, putând efectua și operații în virgulă mobilă. Înlocuirea sistemului zecimal folosit anterior de Babbage, și dificil de implementat cu sistemul binar a avut ca efect simplificarea construcției mașinii și creșterea fiabilității în condițiile tehnologiilor disponibile la acea dată. Programele erau introduse în calculatorul Z3 pe filme perforate. Saltul condiționat lipsea, dar în anii 1990 s-a demonstrat teoretic că Z3 era totuși o implementare de mașină Turing. Prin două cereri de patentare, în 1936, Konrad Zuse a anticipat și că instrucțiunile mașinii vor putea fi stocate în același spațiu cu datele – amănunt-cheie în ceea ce ulterior a devenit arhitectura von Neumann care a fost implementată pentru prima oară în mașina britanică EDSAC (1949). Zuse a susținut și că a proiectat primul limbaj de programare de nivel înalt, (Plankalkül), în 1945 (publicat în 1948) deși acesta a fost implementat pentru prima oară în 2000 de o echipă condusă de Raúl Rojas de la Universitatea Liberă Berlin – la cinci ani după moartea lui Zuse. Konrad Zuse a întâmpinat dificultăți în timpul celui de-al doilea război mondial, când unele dintre mașinile sale au fost distruse de campaniile de bombardamente ale Aliaților. Munca sa a fost multă vreme necunoscută de inginerii din Regatul Unit și din SUA, deși IBM avea informații despre ea, și a finanțat compania lui Zuse în 1946, în schimbul unei opțiuni pentru patentele obținute de acesta.

8. Progresele din SUA

În 1937, Claude Shannon a arătat că există o corespondență unu-la-unu între conceptele logicii booleene și anumite circuite electrice, care astăzi poartă numele de porți logice, și sunt omniprezente în calculatoarele numerice. În lucrarea sa de masterat de la MIT, pentru prima dată în istorie, Shannon a arătat că releele și comutatoarele electronice pot calcula expresii de algebră booleană. Intitulată A Symbolic Analysis of Relay and Switching Circuits (O analiză simbolică a releelor și circuitelor de comutație), teza lui Shannon a pus bazele proiectării practice a circuitelor numerice. George Stibitz a realizat un calculator pe bază de relee, denumit de el Model K pentru Laboratoarele Bell în noiembrie 1937. Laboratoarele Bell au autorizat un program complet de cercetare condus de Stibitz spre sfârșitul lui 1938. Proiectul Complex Number Calculator, terminat la 8 ianuarie 1940, putea face calcule cu numere complexe.
Într-o demonstrație la conferința American Mathematical Society de la Dartmouth College în ziua de 11 septembrie 1940, Stibitz a reușit să trimită comenzi la distanță mașinii Complex Number Calculator prin liniile telefonice cu ajutorul unui teletype. A fost prima mașină de calcul folosită vreodată la distanță. Printre participanții la conferință care au fost de față la demonstrație s-au numărat John von Neumann, John Mauchly și Norbert Wiener, care au scris despre aceasta în memoriile lor. În 1939, John Vincent Atanasoff și Clifford E. Berry de la Iowa State University au dezvoltat Calculatorul Atanasoff–Berry (Atanasoff–Berry Computer, ABC), Proiectul a folosit peste 300 de tuburi electronice cu vid și folosea condensatoare fixate într-un tambur mecanic rotativ pe post de memorie. Deși mașina ABC nu era programabilă, a fost prima care a avut un sumator cu tuburi electronice. ABC a rămas un proiect uitat până când a devenit motivul procesului Honeywell v. Sperry Rand, care a invalidat patentul ENIAC (și câteva altele), printre altele, pentru că lucrările lui Atanasoff l-au precedat.

În 1939, a început, în laboratoarele Endicott de la IBM, dezvoltarea mașinii Harvard Mark I. Cunoscut oficial sub numele de Automatic Sequence Controlled Calculator (Calculator Controlat cu Secvență Automată), Mark I a fost un calculator electromecanic construit cu finanțare de la IBM și cu asistență din partea personalului IBM, sub conducerea matematicianului Howard Aiken de la Harvard. Proiectul său a fost influențat de mașina analitică a lui Babbage, folosea aritmetică în baza 10 și avea roți de stocare și comutatoare rotitoare în plus față de releele electromagnetice. Se putea programa cu o bandă de hârtie perforată, și conținea mai multe unități de calcul ce lucrau în paralel. Versiunile ulterioare conțineau mai multe cititoare de bandă perforată, iar mașina putea comuta între dispozitivele de intrare pe baza unei condiții. Cu toate acestea, mașina nu era chiar Turing-completă. Mark I a fost mutat la Universitatea Harvard și a început să funcționeze în mai 1944.

9. Mașini von Neumann din prima generație

Chiar înainte de finalizarea lui ENIAC, Eckert și Mauchly au recunoscut limitările acestuia și au demarat proiectul unui calculator cu program stocat, EDVAC.John von Neumann este autorul unui raport care descria proiectul EDVAC în care atât programul cât și datele de lucru aveau să fie stocate într-un singur spațiu unificat. Acest proiect simplu, denumit arhitectura von Neumann, avea să constituie baza dezvoltării tuturor succesoarelor lui ENIAC din toată lumea. În cadrul acestei generații, spațiul temporar de stocare consta din linii cu întârziere, care foloseau timpul de propagare a sunetului printr-un mediu, cum ar fi mercurul lichid (sau un cablu) pentru a stoca datele temporar. O serie de impulsuri acustice sunt trimise de-a lungul unui tub; după un timp, când impulsul ajunge la capătul tubului, circuitele electronice detectau dacă acel impuls reprezintă un 1 sau un 0 și determinau oscilatorul să-l retransmită. Alte mașini foloseau tuburi Williams, care se bazau pe proprietatea unui tub catodic de a stoca și accesa date. Până în 1954, memoriile cu ferite începuseră să înlocuiască alte forme de mecanisme de stocare temporară, și au dominat acest domeniu până spre jumătatea anilor 1970. EDVAC a fost primul calculator cu program stocat care a fost proiectat, dar nu a fost primul care a funcționat. Eckert și Mauchly au părăsit proiectul, iar construcția acestuia a întârziat. Prima mașină von Neumann funcțională a fost Manchester „Baby” sau Small-Scale Experimental Machine, dezvoltată de Frederic C. Williams și Tom Kilburn la Universitatea Manchester în 1948; Ea a fost urmată în 1949 de calculatorul Manchester Mark 1, un sistem complet, cu tuburi Williams și memorie cu tambur magnetic, și care a introdus registrele index. Alt pretendent la titlul de „primul calculator numeric cu program stocat” a fost EDSAC, proiectat și construit laUniversitatea Cambridge. Pus în funcțiune la mai puțin de un după Manchester „Baby”, EDSAC era inspirat din planurile lui EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer), succesorul lui ENIAC; aceste planuri erau deja întocmite în momentul când a fost realizat ENIAC. Spre deosebire de ENIAC, care folosea prelucrarea paralelă, EDVAC utiliza o singura unitate de prelucrare. Acest design era mai simplu și a fost primul implementat în fiecare etapă de miniaturizare care a urmat. Mașina Universității din Manchester University a devenit prototipul pentru Ferranti Mark I. Prima mașină Ferranti Mark I a fost livrată Universității în luna februarie 1951 și, între 1951 și 1957 s-au mai vândut încă cel puțin nouă. Primul calculator programabil universal din URSS a fost creat de o echipă de oameni de știință sub conducerea lui Serghei Alexeievici Lebedev de la Institutul de Electrotehnologie Kiev. Calculatorul, denumit MESM (МЭСМ, Mică Mașină Electronică de Calcul) a devenit operațional în 1950. El avea aproximativ 6000 de tuburi electronice și un consum de 25 kW. Putea efectua aproximativ 3000 de operații pe secundă. Printre primele calculatoare s-a numărat și CSIRAC, un proiect australian care și-a rulat primul program de test în 1949. CSIRAC este cel mai vechi calculator care încă mai funcționează și a fost primul care a fost utilizat pentru ascultarea de muzică în format digital. În octombrie 1947, directorii J. Lyons & Company, o companie britanică de catering celebră pentru cafenelele sale și interesată în tehnicile noi de gestiune, a decis să se implice activ în promovarea dezvoltării comerciale a calculatoarelor.

Caracteristicile de baza ale unora dintre primele calculatoare numerice din anii 1940 (În istoria mașinilor de calcul)
*Nume*	*Data punerii în funcțiune*	*Sistem de numerație*	*Mecanism de calcul*	*Programare*	*Turing complet*
Zuse Z3 (Germania)	mai 1941	Binar	Electro-mecanic	Programabil prin film perforat	Da (1998)
Calculatorul Atanasoff–Berry (SUA)	1942	Binar	Electronic	Neprogramabil	Nu
Colossus Mark 1 (Regatul Unit)	februarie 1944	Binar	Electronic	Programabil cu cabluri și comutatoare	Nu
Harvard Mark I – IBM ASCC (SUA)	mai 1944	Zecimal	Electro-mecanic	Programabil prin bandă perforată cu 24 de canale (fără instrucțiune de ramificare)	Nu
Colossus Mark 2 (Regatul Unit)	iunie 1944	Binar	Electronic	Programabil cu cabluri și comutatoare	Nu
ENIAC (SUA)	iulie 1946	Zecimal	Electronic	Programabil prin cabluri și comutatoare	Da
Manchester Small-Scale Experimental Machine (Regatul Unit)	iunie 1948	Binar	Electronic	Cu program stocat în memorie cu tuburi catodice Williams	Da
ENIAC modificat (SUA)	septembrie 1948	Zecimal	Electronic	Programabil prin cabluri și comutatoare, plus un mecanism de programare primitiv, cu memorie ROM în care erau ținute tabele de funcții	Da
EDSAC (Regatul Unit)	mai 1949	Binar	Electronic	Program stocat în memorie bazată pe linii de întârziere cu mercur	Da
Manchester Mark 1 (Regatul Unit)	octombrie 1949	Binar	Electronic	Program stocat în memorii cu tuburi catodice Williams și cu tambur magnetic	Da
CSIRAC (Australia)	noiembrie 1949	Binar	Electronic	Program stocat în memorii bazate pe linii de întârziere cu mercur	Da

10. Calculatoare comerciale

În iunie 1951, UNIVAC I (Universal Automatic Computer) a fost livrat Biroului de Recensăminte al Statelor Unite. Remington Rand a vândut 46 de mașini la prețuri de peste 1 milion de dolari bucata. UNIVAC a fost astfel primul calculator produs în serie; toate predecesoarele sale fuseseră unicate, sau în serii extrem de limitate. El utiliza 5200 de tuburi electronice și avea un consum de 125 kW. Folosea o memorie cu linii de întârziere cu mercur capabilă să stocheze 1000 de cuvinte de câte 11 cifre zecimale plus semn (lungime echivalentă în binar cu 72 biți. O caracteristică esențială a sistemului UNIVAC a fost un nou tip de bandă magnetică metalică, și o unitate de bandă de mare viteză, pentru stocare pe mediu nevolatil. În 1952, IBM a anunțat public mașina electronică de prelucrare a datelor IBM 701, prima din seria IBM 700/7000 și primul calculator IBM mainframe. IBM 704, introdus în 1954, utiliza memorie cu ferite, care a devenit standard la mașinile mari. Primul limbaj de programare generic de nivel înalt care a fost implementat vreodată, Fortran, era dezvoltat și la IBM pentru 704 în 1955–1956 și a fost lansat la începutul lui 1957. În 1955 s-a format un grup de utilizatori voluntari pentru a face schimb de experiență și de software pentru IBM 701; acest grup, care există și în anii 2000, a fost un precursor al comunităților open source.

IBM a introdus în 1954 un calculator mai mic și mai ieftin care s-a dovedit foarte popular. IBM 650 cântărea peste 900 kg, sursa de alimentare atașată cântarea aproximativ 1350 kg și cele două părți stăteau în două dulapuri separate, de aproximativ metri. Costa 500.000 de dolari și putea fi închiriat pentru 3500 de dolari pe lună. Memoria sa cu tamburi putea stoca inițial doar 2000 de cuvinte de zece cifre, iar programarea sa era extrem de dificilă și importantă pentru o utilizare eficientă. Astfel de limitări de memorie aveau să domine programarea timp de zeci de ani după aceea, până când capabilitățile hardware au evoluat și au permis un model de programare mai simplu. În 1955, Maurice Wilkes a inventat microprogramarea, care permite definirea unui set de instrucțiuni de bază ce poate fi extins prin unele programe denumite astăzi firmware sau microcod. Acest concept a fost utilizat în procesoarele și în unitățile de virgulă mobilă ale mainframe-urilor și ale altor calculatoare, cum ar fi cele din seria IBM 360. În 1956, IBM a vândut primul sistem de stocare pe disc magnetic, RAMAC (Random Access Method of Accounting and Control). Acesta utiliza 50 de discuri metalice de 610 mm, cu 100 de piste pe fiecare față. Acesta putea stoca 5 megaocteți de date și costa 10.000 de dolari pe megaoctet. La nivelul anului 2008, unitățile de stocare pe suport magnetic, sub formă de hard diskuri, costau mai puțin de o cincizecime de cent pe megaoctet.

10.1 A doua generație: calculatoarele cu tranzistoare

În a doua jumătate a anilor 1950, tranzistoarele bipolare (TBIP) au înlocuit tuburile electronice. Utilizarea lor a dat naștere calculatoarelor de a doua generație. Inițial, se credea că se vor produce și se vor utiliza foarte puține calculatoare la nivel mondial. Aceasta se datora dimensiunilor, costurilor, și priceperii necesare pentru a le folosi și pentru a interpreta rezultatele. Tranzistoarele au redus masiv dimensiunea calculatoarelor, costul inițial și cel de operare. Tranzistoarele bipolare au fost inventate în 1947 și americanii John Bardeen, Walter Brattain și William Shockley au primit în 1956 Premiul Nobel pentru Fizică pentru această realizare. Dacă prin joncțiunea emitor-bază a unui tranzistor bipolar nu circulă curent, atunci nu circulă curent nici între colector și emitor (iar tranzistorul este blocat). Dacă circulă un curent suficient de mare prin joncțiunea bază-emitor, trece curent și între emitor și colector (tranzistorul fiind saturat). Saturația sau blocarea unui tranzistor reprezintă cifrele binare 0 și 1. Prin comparație cu tuburile electronice, tranzistoarele prezintă numeroase avantaje: au costuri de fabricație mult mai mici și sunt mult mai rapide, comutarea între stările de 1 și 0 consumând un timp de ordinul micro- sau nanosecundelor. Volumul tranzistoarelor era de ordinul milimetrilor cubi, prin comparație cu tuburile electronice de ordinul centimetrilor cubi. Temperatura mai joasă de funcționare a tranzistoarelor le conferă o fiabilitate mai mare, prin comparație cu tuburile electronice. Calculatoarele cu tranzistoare puteau acum să fie dotate cu zeci de mii de circuite logice binare într-un spațiu relativ compact.

Calculatoarele de a doua generație erau compuse dintr-un mare număr de plăci cu cablaje imprimate, cum ar fi IBM Standard Modular System fiecare cu 1–4 porți logice sau bistabili. Un calculator din a doua generație, IBM 1401, a reușit să câștige aproape o treime din piața mondială de tehnică de calcul. IBM a instalat peste o sută de mii de 1401 între 1960 și 1964. Electronica cu tranzistoare a dus la îmbunătățirea nu doar a procesoarelor, ci și a dispozitivelor periferice. IBM 350 RAMAC a fost introdus în 1956 și a fost primul hard-disk din lume. Unitățile de stocare pe disc magnetic din a doua generație de calculatoare puteau stoca zeci de milioane de litere și cifre. La procesor se puteau conecta mai multe periferice, capacitatea totală de memorare crescând la ordinul sutelor de milioane de caractere. Pe lângă unitățile fixe de stocare, conectate la procesor prin legături de mare viteză, au apărut și unități de disc deconectabil. Astfel, o stivă de discuri se putea înlocui în câteva secunde cu o alta. Deși capacitatea unui disc deconectabil este mai mică decât cea a unui disc fix, interșanjabilitatea lor garantează disponibilitatea unei cantități cvasinelimitate de date. Pe de altă parte, banda magnetică a continuat să furnizeze capabilități de arhivare a datelor cu costuri mai reduse decât discurile.

Mai multe procesoare din a doua generație delegau comunicațiile periferice unui procesor secundar. Astfel, în timp ce procesorul de comunicație controla, de exemplu citirea și perforarea de cartele, procesorul principal executa calcule și instrucțiuni de ramificație. O magistrală de date ducea datele de la procesorul principal și memoria principală cu viteza ciclului de fetch-execute a procesorului, iar celelalte magistrale de date deserveau dispozitivele periferice. Pe PDP-1, ciclul memoriei era de 5 microsecunde; astfel, majoritatea instrucțiunilor aritmetice durau 10 microsecunde (100.000 de operații pe secundă) deoarece majoritatea operațiilor durau cel puțin două cicluri de memorie: unul pentru aducerea instrucțiunii, celălalt pentru aducerea operanzilor. În timpul celei de-a doua generații, au început să fie folosite din ce în ce mai mult terminalele la distanță, adesea sub formă de mașini teletype. Conexiunile telefonice furnizau viteză suficientă pentru primele terminale la distanță și permiteau o separare între centrul de calcul și stațiile de lucru de sute de kilometri.

10.2 A treia și a patra generație

Explozia gradului de utilizare a calculatoarelor a început cu cele din a treia generație. Acestea se bazau pe invenția circuitului integrat de către Jack St. Clair Kilby și independent de Robert Noyce, tehnologie care a condus mai târziu la inventarea microprocesorului, de către Ted Hoff, Federico Faggin, și Stanley Mazor de la Intel. Primul procesor integrat, Intel 4004 (1971) avea 12 mm², și era compus din 2300 tranzistoare; prin comparație, procesorul Pentium Pro avea 306 mm² și 5,5 milioane de tranzistoare. Circuitul integrat din imaginea din dreapta, un Intel 8742, este un microcontroller pe opt biți care conține o unitate centrală de procesare ce rulează la 12 MHz, are 128 de octeți de RAM, 2048 de octeți de EPROM, și porturi de intrare/ieșire, toate pe același cip.

În anii 1960, utilizarea calculatoarelor din generațiile a doua și a treia s-au suprapus considerabil. IBM și-a implementat modulele IBM Solid Logic Technologyîn circuitele hibride pentru IBM System/360 în 1964. Până în 1975, Sperry Univac a continuat să fabrice mașini din a doua generație, cum ar fi UNIVAC 494. Sistemele mari Burroughs, cum ar fi B5000 erau mașini cu stivă, simplu de programat. Aceste automate cu stivă erau implementate și în minicalculatoarele și microprocesoarele de mai târziu, care au influențat proiectarea limbajelor de programare. Minicalculatoarele serveau drept centre de calcul ieftine pentru industrie și universități. Microprocesorul a condus la dezvoltarea microcalculatoarelor, calculatoare mici și ieftine ce puteau fi vândute firmelor mici și persoanelor private. Microcalculatoarele, care au apărut în anii 1970, au devenit omniprezente după anii 1980. Steve Wozniak, cofondatorul companiei Apple Computer, este considerat a fi dezvoltatorul primului calculator personal produs în serie. Primul calculator al acestuia, Apple I, a apărut însă după MOS Technology KIM-1 și Altair 8800, iar primul calculator Apple cu capabilități grafice și de sunet a apărut după Commodore PET.

Sisteme de complexitatea calculatoarelor aveau nevoie de fiabilitate mare. ENIAC a rămas pornit, în continuu între 1947 și 1955, opt ani fără să fie oprit. Deși tuburile electronice se mai defectau, ele se înlocuiau fără a opri sistemul. Prin simpla strategie de a nu opri ENIAC, s-au redus drastic defectările majore. Hard diskurile hot-pluggable, care puteau fi cuplate sau decuplate de la o mașină fără oprirea acesteia, continuă tradiția reparațiilor efectuate în timpul funcționării. Memoriile cu semiconductori operează fără erori, fiind garantate de producători pe viață, deși unele sisteme de operare, cum ar fi Unix oferă posibilitatea rulării de teste de memorie pentru verificarea funcționalității hardware. În secolul al XXI-lea, nevoia de fiabilitate este și mai stringentă, ferme de servere fiind platformă de bază. Google utilizează software tolerant la defecte pentru a trata elegant defecțiunile hardware, și lucrează la conceptul de ferme de servere decuplabile.

În secolul al XXI-lea, au apărut pe piață microprocesoarele multinucleu. Tablourile de celule de memorare din semiconductori sunt des întâlnite. După ce memoriile cu semiconductoare au devenit omniprezente, dezvoltarea de software s-a simplificat și codurile sursă ale programelor au devenit mai ușor de înțeles. Programarea unei memorii cu tamburi impunea programatorului să fie conștient de poziția în timp real a capului de citire, de-a lungul rotațiilor tamburului. Când porțile logice bazate pe tranzistoare cu efect de câmp CMOS au înlocuit tranzistoarele bipolare, consumul de energie al calculatoarelor a putut scădea drastic și astfel utilizarea puterii de calcul a devenit foarte ieftină și s-a răspândit în toată lumea, sub multe forme, de la felicitări și telefoane mobile la sateliți artificiali și sonde spațiale. Cel mai rapid supercomputer din top 500 este IBM Roadrunner, mai rapid decât Blue Gene/L la 25 mai 2008.

Apariția și evoluția calculatorului