tietosanakirja tai Google eivät pysty vastaamaan näin yksinkertaisilta vaikuttaviin kysymyksiin: Kuka keksi ensimmäisen tietokoneen? Jos alamme kaivaa syvemmältä, löydämme pian monia erilaisia vastauksia, ja useimmat niistä ovat oikeita. Vastauksen etsiminen kehottaa meitä tarkastelemaan tietokoneen historiaa, tapaamaan sen edelläkävijöitä ja huomaamaan, ettei vieläkään ole täysin selvää, mikä tietokone on.
Charles Babbage ja mekaaninen tietokone
ennen Babbagea tietokoneet olivat ihmisiä. Tämä oli nimi annetaan ihmisille, jotka ovat erikoistuneet tekemään numeerisia laskelmia-ne, jotka viettivät pitkiä aikoja suorittaa aritmeettinen operaatioita, toistaa prosesseja uudelleen ja uudelleen ja jättäen tulokset laskelmien kirjoitettu taulukoihin, jotka on koottu arvokkaita kirjoja. Nämä taulukot tekivät elämästä paljon helpompaa muille asiantuntijoille, joiden tehtävänä oli käyttää näitä tuloksia kaikenlaisten tehtävien suorittamiseen: tykistöupseereista, jotka päättivät tykkien suuntaamisesta, veronkantajista, jotka laskivat veroja, tiedemiehistä, jotka ennustivat vuoroveden tai tähtien liikkeen taivaalla.
Niinpä Napoleon antoi 1600 – luvun lopulla Gaspard de Pronylle (22.heinäkuuta 1755-29. heinäkuuta 1839) vallankumouksellisen tehtävän tuottaa kaikkien aikojen tarkimmat logaritmiset ja trigonometriset taulukot (14-29 desimaalin tarkkuudella) Pariisin observatorion tähtitieteellisten laskelmien tarkentamiseksi ja helpottamiseksi sekä kaikkien Ranskan hallinnon tekemien mittausten yhtenäistämiseksi. Tätä valtavaa tehtävää varten de Prony sai nerokkaan idean jakaa monimutkaisimmat laskelmat yksinkertaisempiin matemaattisiin operaatioihin, joita vähemmän pätevät ihmistietokoneet voisivat suorittaa. Tämä tapa nopeuttaa työtä ja välttää virheitä oli yksi niistä asioista, jotka innoittivat Englanti polymath Charles Babbage (26 Joulukuu 1791 – 18 lokakuu 1871) ottamaan seuraavan askeleen: korvaa ihmisen tietokoneet koneita.
monet pitävät Babbagea tietojenkäsittelyn isänä tämän vision vuoksi, joka ei koskaan toteutunut hänen pyrkimyksillään. Hänen ensimmäinen yritys oli ero moottori, jonka hän alkoi rakentaa vuonna 1822, joka perustuu periaatteeseen finite eroja, jotta voidaan suorittaa monimutkaisia matemaattisia laskelmia avulla yksinkertainen sarja lisäyksiä ja vähennyksiä, välttää multiplications ja jakoja. Hän jopa luonut pieni laskin, joka osoitti, että hänen menetelmä toimi, mutta hän ei voinut rakentaa differentiaali moottori täyttää nämä himoitun logaritminen ja trigonometriset taulukot tarkkoja tietoja. Lady Byron, Ada Lovelace äiti, väitti nähneensä toimiva prototyyppi vuonna 1833— vaikkakin yksi rajoitettu sekä monimutkaisuus ja tarkkuus-mutta siihen mennessä Babbage oli jo loppuun rahoituksen tarjoamia Britannian hallitus.
ei suinkaan lannistunut tästä takaiskusta, matemaatikko, filosofi, insinööri ja keksijä Charles Babbage tuplasi. Hän keskitti kaikki hänen energiat kehittämiseen analyyttinen moottori, joka oli paljon kunnianhimoisempi, koska se pystyisi suorittamaan vieläkin monimutkaisempia laskelmia computing multiplications ja jakoja. Jälleen kerran Babbage ei koskaan päässyt suunnitteluvaiheessa, mutta se oli ne mallit hän aloitti vuonna 1837, joka teki hänestä, ehkä ei isä computing, mutta ehdottomasti profeetta, mitä oli tulossa.
Babbagen tuhannet sivut merkintöjä ja luonnoksia analyyttisestä moottorista sisälsivät komponentteja ja prosesseja, jotka ovat yhteisiä mille tahansa nykytietokoneelle: looginen yksikkö suorittamaan aritmeettisia laskutoimituksia (vastaava prosessori tai CPU), ohjausrakenne ohjeineen, silmukat ja ehdollinen haarautuminen (kuten ohjelmointikieli), ja Tietojen tallennus reikäkorteille (varhainen versio muistista), idea, jonka hän lainasi Jacquard-koneelta. Babbage jopa ajatteli kirjata laskelmien tulokset paperille käyttäen lähtölaitetta, joka oli nykyisten tulostimien edeltäjä.
Thomsonin veljekset ja analogiset tietokoneet
vuonna 1872, vuosi Charles Babbagen kuoleman jälkeen, suuri fyysikko William Thomson (Lordi Kelvin) keksi koneen, joka pystyi suorittamaan monimutkaisia laskutoimituksia ja ennustamaan vuoroveden tietyssä paikassa. Sitä pidetään ensimmäisenä analogisena tietokoneena, joka jakaa kunnianosoitukset veljensä James Thomsonin vuonna 1876 rakentaman differentiaalianalysaattorin kanssa. Jälkimmäinen laite oli kehittyneempi ja täydellisempi versio, joka onnistui ratkaisemaan differentiaaliyhtälöt integroimalla käyttäen pyörä-ja kiekkomekanismeja.
kesti kuitenkin vielä useita vuosikymmeniä, kunnes H. L. Hazen ja Vannevar Bush viimeistelivät ajatuksen mekaanisesta analogisesta tietokoneesta MIT: ssä (Massachusetts Institute of Technology). Vuosien 1928 ja 1931 välillä he rakensivat differentiaalianalysaattorin, joka oli todella käytännöllinen, koska sitä voitiin käyttää erilaisten ongelmien ratkaisemiseen, ja sellaisenaan, tämän kriteerin jälkeen, sitä voitiin pitää ensimmäisenä tietokoneena.
Turing ja universal computing machine
tässä vaiheessa nämä analogiset koneet saattoivat jo korvata ihmistietokoneet joissakin tehtävissä ja ne laskivat yhä nopeammin, varsinkin kun niiden vaihteita alettiin korvata elektronisilla komponenteilla. Mutta heillä oli silti yksi vakava haittapuoli. Ne oli suunniteltu suorittamaan yhdenlaista laskutoimitusta, ja jos niitä oli tarkoitus käyttää toisessa, niiden vaihteet tai virtapiirit oli vaihdettava.
näin oli aina vuoteen 1936 asti, jolloin nuori englantilainen opiskelija Alan Turing ajatteli tietokonetta, joka ratkaisisi minkä tahansa matemaattisiksi termeiksi käännettävän ongelman ja sitten pelkistäisi loogisten operaatioiden ketjuksi binääriluvuin, joissa voitiin tehdä vain kaksi päätöstä: tosi tai epätosi. Ajatuksena oli vähentää kaikki (numerot, kirjaimet, kuvat, äänet) merkkijonoihin ykkösiä ja nollia ja käyttää resepti (ohjelma) ratkaista ongelmia hyvin yksinkertaisia vaiheita. Digitaalinen tietokone syntyi, mutta toistaiseksi se oli vain kuvitteellinen kone.
Babbagen analyyttinen kone olisi todennäköisesti täyttänyt (lähes sata vuotta aikaisemmin) edellytykset olla universaali Turingin kone… jos se olisi koskaan rakennettu. Toisen maailmansodan lopussa— jonka aikana hän auttoi selvittämään natsien koodaamien viestien Enigma-koodin-Turing loi yhden ensimmäisistä nykyaikaista muistuttavista tietokoneista, automaattisen Laskentamoottorin, joka oli digitaalisen lisäksi ohjelmoitavissa; toisin sanoen sitä voitiin käyttää moniin asioihin yksinkertaisesti muuttamalla ohjelmaa.
Zuse ja digitaalinen tietokone
vaikka Turing määritteli, miltä tietokoneen tulisi näyttää teoriassa, hän ei ollut ensimmäinen, joka toteutti sen käytännössä. Tämä kunnia kuuluu insinöörille, joka oli hidas saamaan tunnustusta osittain siksi, että natsihallinto rahoitti hänen työtään keskellä maailmanlaajuista sotaa. 12. toukokuuta 1941 Konrad Zuse sai valmiiksi Berliinissä Z3: n, joka oli ensimmäinen täysin toimiva (ohjelmoitava ja automaattinen) digitaalinen tietokone. Aivan kuten Piilaakson pioneerit myöhemmin tekivät, Zuse onnistui rakentamaan Z3: n kotityöpajassaan onnistuen siinä ilman elektronisia komponentteja, mutta käyttäen puhelinreleitä. Ensimmäinen digitaalinen tietokone oli siis sähkömekaaninen, eikä siitä tehty sähköistä versiota, koska Saksan hallitus sulki sen rahoituksen pois, koska sitä ei pidetty ”strategisesti tärkeänä” sota-aikana.
sodan toisella puolella ympärysvallat pitivät tärkeänä elektronisten tietokoneiden rakentamista, joissa käytettiin tuhansia tyhjiöputkia. Ensimmäinen oli John Vincent Atanasoffin ja Clifford E. Berryn vuonna 1942 Yhdysvalloissa kehittämä ABC (Atanasoff-Berry Computer), joka ei kuitenkaan ollut ohjelmoitavissa eikä ”Turing-täydellinen”. Samaan aikaan Isossa —Britanniassa kaksi Alan Turingin kollegaa— Tommy Flowers ja Max Newman, joka myös työskenteli Bletchley Parkissa natsikoodeja purkaen-loivat Colossuksen, ensimmäisen sähköisen, digitaalisen ja ohjelmoitavan tietokoneen. Colossuksesta puuttui ABC: n tapaan myös viimeinen yksityiskohta: se ei ollut ”Turing-täydellinen”.
ensimmäinen tietokone, joka oli Turing-complete, ja jolla oli nämä neljä perusominaisuutta nykyisissä tietokoneissamme, oli ENIAC (Electronic Numical Integrator and Computer), jonka Yhdysvaltain armeija kehitti salaa ja joka otettiin Pennsylvanian yliopistoon 10.joulukuuta 1945 tutkimaan vetypommin toteutettavuutta. Muiden laskelmien suorittamiseksi sen ”ohjelmaa” oli muutettava, eli lukuisia kaapeleita ja kytkimiä oli käsin uudelleensijoitettava. ENIAC, jonka suunnittelivat John Mauchly ja J. Presper Eckert, jonka miehitys oli 167 m2, painoi 30 tonnia, kulutti 150 kilowattia sähköä ja sisälsi noin 20 000 tyhjiöputkea.
ENIAC ohitti pian muut tietokoneet, jotka tallensivat ohjelmiaan elektronisiin muisteihin. Tyhjiöputket korvattiin ensin transistoreilla ja lopulta mikrosiruilla, joilla tietokoneen miniatyrisointikilpailu alkoi. Toisen maailmansodan voittajan rakentama jättikone käynnisti digiajan. Nykyään sitä pidettäisiin yksimielisesti historian ensimmäisenä todellisena tietokoneena ilman Konrad Zusea (1910-1995), joka päätti vuonna 1961 rekonstruoida vuonna 1943 pommituksessa tuhoutuneen Z3: NSA. Kopio oli näytteillä Münchenin Deutsches Museumissa, josta se nykyään löytyy. Kului useita vuosikymmeniä, kunnes vuonna 1998 Meksikolainen tietojenkäsittelytieteilijä Raúl Rojas yritti tutkia Z3: a perusteellisesti ja onnistui osoittamaan, että se voisi olla ”Turing-täydellinen”, mitä edes sen tuolloin edesmennyt luoja ei ollut ajatellut.
Zuse keskittyi saamaan sen toimimaan, mutta ei koskaan tiennyt, että hänellä oli käsissään ensimmäinen universal computing machine. Itse asiassa hän ei koskaan saanut keksintöään toimimaan niin… onko Charles Babbage, Konrad Zuse vai Alan Turing tietokoneen keksijä? Oliko Z3, Colossus vai ENIAC ensimmäinen nykyaikainen tietokone? Se riippuu. Kysymys on nykyään yhtä avoin kuin tämä: mikä tekee koneesta tietokoneen?