Calculator

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Notă despre dezambiguizare.svg Dezambiguizare - Dacă sunteți în căutarea calculatorului ca persoană, consultați Calculator (persoană) .
Notă despre dezambiguizare.svg Dezambiguizare - Dacă sunteți în căutarea unui termen italian pentru computer sau elaborator, consultați computer .

Un calculator , numit și mașină de calculat [1], este o mașină de calculat capabilă să efectueze calcule matematice . [2] Calculatoarele sunt create de om pentru a simplifica și a accelera executarea calculelor matematice. În prezent, cele mai avansate computere sunt capabile să înlocuiască complet omul în executarea multor calcule matematice și au abilități de calcul nici măcar comparabile cu cele ale omului. Un computer automat capabil să efectueze calcule matematice complexe se mai numește „computer” sau „ computer ”.

Terminologie

Termenul „calculator”, destinat substantivului , poate fi echivoc dacă nu este clar din context că se face referire la o mașină. De fapt, se poate referi și la o persoană. [3] În ciuda acestui fapt, datorită conciziei sale mai mari, în limbajul comun prevalează în mod clar asupra expresiei „mașină de calculat”. Termenul „calculator” înțeles ca substantiv și referit la o mașină este, de asemenea, foarte răspândit în limbajul comun. Apare prin elipse din expresia „mașină de calculat”. În sensul său cel mai larg, termenul „calculator”, înțeles ca substantiv și care se referă la o mașină, are, prin urmare, același sens ca și expresia „mașină de calculat”. Începând cu anii șaptezeci ai secolului trecut, odată cu difuzarea masivă a mașinilor capabile să efectueze calcule numerice și caracterizate prin dimensiuni fizice limitate, s-a născut și un sens restrâns al termenului „calculator” cu privire la aceste mașini. [4] Și în prezent acest sens, în limbajul comun, prevalează în mod clar asupra sensului mai larg.

Istorie

Calculatorul mecanic

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Istoria calculului mecanic .
Calculator mecanic „Brunsviga 15” (1934-1947).

Calculatorul s-a născut ca un computer mecanic. Doar multe secole mai târziu, în secolul al XX-lea , a fost creat primul calculator electronic. Cel mai vechi calculator mecanic cunoscut este un calculator astronomic : Mașina Antikythera . Mașina Antikythera este un computer parțial automat despre care se crede că a fost construit în secolul al II-lea î.Hr. În ordine cronologică, al doilea calculator mecanic și automat cunoscut din istorie este calculatorul astronomic integrat în ceasul astronomic al lui Su Song [5] (astronom chinez și om de stat din dinastia Song ). Ceasul, finalizat în 1094 după zece ani de muncă, ocupa o mare parte a unui turn înalt de doisprezece metri situat în orașul Kaifeng [6] ( capitala Chinei la acea vreme) și era vizibilă pentru trecători ca mulți ceasuri în orașele de astăzi. Începând din secolul al 12-lea d.Hr. , alte computere au fost construite într-un moment foarte apropiat. În timp ce între Mașina Antikythera și ceasul astronomic Su Song trec douăsprezece secole. Din acest motiv, Mașina Antikythera este considerată de unii ca fiind un OOPArt . Cel mai vechi calculator mecanic, automatizat și dedicat calculului numeric , despre care știm, este Calculator Clock , o mașină de adăugat mecanică construită în secolul al XVII-lea d.Hr. de Wilhelm Schickard . Douăzeci de ani mai târziu, a fost construit cel de-al doilea cel mai vechi calculator mecanic, automatizat și dedicat calculului numeric, despre care avem știri: Pascalina , un alt sumator mecanic construit de Blaise Pascal . În 1817 , inginerul bavarez Johann Martin Hermann a construit un planimetru mecanic. Este primul planimetru din istorie cunoscut, dar este și prima mașină integratoare din istorie cunoscută. Matematicianul englez Charles Babbage din 1823 proiectează și construiește primul motor de diferență capabil să calculeze sume și diferențe folosind metoda matematică descoperită de Newton a diferențelor succesive.

Prezentat la Royal Society of London . Aceeași metodă a fost folosită cu ani în urmă de Johann Helfrich von Müller, care și-a prezentat mașina de calculat Societății Regale din Gottingen . Babbage însuși în 1833 a proiectat și nu a construit niciodată primul computer mecanic programabil care avea aceeași arhitectură folosită în computerele moderne (arhitectura von Neumann John von Neumann ), motorul analitic . În 1836 Gaspard Gustave de Coriolis a construit primul analizor diferențial cunoscut din istorie. Analizorul diferențial al lui Gaspard Gustave de Coriolis se bazează pe dispozitive mecanice și este extrem de simplu. De fapt, este capabil să rezolve doar ecuații diferențiale de ordinul întâi . De asemenea, oferă soluția ecuației diferențiale vizual, dar nu grafic. Prin urmare, este un analizor diferențial în principal demonstrativ (de mică utilizare practică). În 1876 William Thomson a construit sintetizatorul armonic , primul analizor de armonici cunoscut din istorie. Sintetizatorul armonic este un analizor de armonici bazat pe dispozitive mecanice și dedicat predicției mareelor . [7] În ordine cronologică, primele computere mecanice caracterizate printr-o complexitate considerabilă sunt analizatorul diferențial al lui Vannevar Bush , finalizat în 1931 [8] și Z1 al lui Konrad Zuse , finalizat în 1938 . [9] Stabilirea unei supremații între aceste două computere nu este ușoară, deoarece acestea sunt mașini foarte diferite.

Analizorul diferențial este un calculator analogic dedicat calculului diferențial . Z1 este un calculator digital dedicat calculului numeric . La multe decenii de la realizarea lor, ei încă trezesc admirație astăzi pentru soluțiile tehnice adoptate și complexitatea calculelor matematice pe care sunt capabili să le efectueze. Pentru munca lor, Vannevar Bush și Konrad Zuse sunt considerați părinți ai informaticii . În aceiași ani, George Robert Stibitz , matematician și cercetător la Laboratoarele Bell , s-a întrebat dacă releul , folosit la Laboratoarele Bell pentru fabricarea echipamentelor telefonice , ar putea fi folosit și pentru a crea circuite electrice logico-digitale bazate pe logica booleană . Scopul său final este de a crea, cu astfel de circuite electrice, un computer digital binar care să evite cercetătorilor Bell Laboratories sarcina grea reprezentată de calculele matematice complicate, cu numere complexe , cărora trebuie să le dedice în timpul proiectării rețelelor de telefonie . [10] La întrebare a primit răspuns în noiembrie 1937 când Stibitz, în bucătăria casei sale, a completat Modelul K , un sumator digital electromecanic binar pe un singur bit . [11] Modelul K are câteva premii: este primul computer electromecanic din istorie bazat pe releu și este primul computer digital binar din istorie. A doua supremație are o importanță considerabilă, deoarece computerele utilizate în mod obișnuit astăzi sunt computere digitale binare.

În ceea ce privește capacitatea de calcul, dintre toate sumatoarele care pot fi realizate, Stibitz realizează cel mai ușor: sumatorul poate adăuga doar două numere binare într-o figură . Dar este suficient să-l facem pe Stibitz să înțeleagă că proiectul său este fezabil. De fapt, în decembrie 1939 , la Laboratoarele Bell, Stibitz și Samuel B. Williams au finalizat Calculatorul numărului complex [12] (redenumit ulterior „Modelul I al calculatorului de releu Bell Labs”): primul computer electromecanic din istorie bazat pe releu. După modelul K, nu au fost produse calculatoare desktop bazate pe relee, cu scopul comercializării acestora. Releul este prea voluminos, un calculator de birou poate conține un număr foarte limitat: de aceea, un calculator de birou bazat pe releu are o capacitate de calcul mai mică decât alte calculatoare de birou mecanice. În următoarele două decenii, sunt construite multe alte calculatoare electromecanice bazate pe releu, deși, în aceiași ani, încep să fie realizate computere extrem de rapide: calculatoare electronice bazate pe supapa termionică . În ceea ce privește calculatoarele electromecanice bazate pe relee, Bell Laboratories construiește modelul de calculare a relei Bell Labs Model II , modelul de calculare a relei Bell Labs Model III , modelul de calculare a releu Bell Labs modelul IV , modelul de calculare a relelor Bell Labs modelul V și modelul de calculare a relelor Bell Labs . După Z1, în care nu există relee, Konrad Zuse folosește și releul pentru a construi Z2 , Z3 , Z4 , Z5 și Z11 . Motivul pentru care computerele electromecanice bazate pe releu continuă să fie construite este că supapa termionică, în comparație cu releul, este mult mai scumpă și predispusă la rupere.

Calculatorul electronic

În 1938, germanul Helmut Schreyer , în vârstă de douăzeci și șase de ani, prieten al lui Konrad Zuse , teza de absolvire teoretizează utilizarea valvei termionice pentru a face calculatoare electronice digitale . [13] Cu toate acestea, primul calculator electronic digital cunoscut a fost proiectat și construit la Iowa State College ( Ames , Iowa ) de către americanii John Vincent Atanasoff și Clifford Edward Berry . Calculatorul, finalizat în noiembrie 1939 , era un sumator electronic digital binar pe 16 biți . Atanasoff și Berry dețin, de asemenea, un alt record. De fapt, au proiectat și construit un alt computer electronic binar digital care a primit ulterior numele lor: computerul Atanasoff-Berry . Acest computer, finalizat în 1942 , este cel mai vechi computer electronic digital cunoscut. În 1946 este anunțat multiplicatorul electronic IBM 603 : este primul calculator electronic digital disponibil în comerț. În 1957 începe comercializarea calculatorului IBM 608 Transistor Calculator : este primul computer electronic digital bazat în întregime pe tranzistor și disponibil pe piață.

Tipologie

Calculatoarele construite de-a lungul secolelor sunt foarte variate. Acestea variază de la calculatoare foarte simple, neautomatizate la calculatoare extrem de complexe și complet automatizate. Calculatoarele neautomatizate joacă doar un rol auxiliar în executarea calculelor matematice: cei care le folosesc își păstrează un rol primordial. Pe de altă parte, computerele complet automatizate sunt capabile să înlocuiască complet oamenii în efectuarea calculelor matematice.

Având în vedere tehnologia pe care se bazează, există două tipuri principale de computere:

  • computer mecanic;
  • calculator electronic.

Având în vedere nivelul de automatizare, se disting următoarele două tipuri de calculatoare:

  • calculator manual;
  • calculator automat.

Având în vedere modul în care numerele sunt reprezentate în calculator, se disting următoarele două tipuri de calculatoare:

  • calculator analog;
  • calculator digital.

Având în vedere operațiile matematice pe care le efectuează, se disting următoarele trei tipuri de calculatoare:

  • calculator aritmetic;
  • calculator algebric;
  • calculator infinitesimal.

Având în vedere domeniul de utilizare, se disting următoarele două tipuri de calculatoare:

  • calculator astronomic;
  • calculator balistic.

Calculator mecanic

Un planimetru mecanic

Un calculator mecanic este un calculator care efectuează calcule matematice folosind dispozitive mecanice. În special, dacă cel puțin un dispozitiv electromecanic este prezent în computer, vorbim mai specific despre „computer electromecanic”. Spre deosebire de calculatorul electronic care este întotdeauna automat, calculatorul mecanic poate fi neautomatizat, doar parțial automatizat sau complet automatizat. Principalele tipuri de calculatoare mecanice sunt busola proporțională , regula slide , planimetrul mecanic, calculatorul mecanic și computerul mecanic . Primele trei sunt tipuri de calculatoare mecanice neautomatizate. Ultimele două sunt tipuri de calculatoare mecanice cel puțin parțial automatizate.

Calculator electronic

Un calculator electronic este un calculator care efectuează calcule matematice folosind dispozitive electronice . Principalele tipuri de calculatoare electronice sunt planimetrul electronic , calculatorul electronic și computerul electronic . Calculatorul electronic este întotdeauna un calculator automat, deoarece dispozitivele electronice pe care se bazează sunt dispozitive automate. Există două tipuri de dispozitive electronice pe care sa bazat calculatorul electronic de-a lungul istoriei: supapa termionică și tranzistorul . Inițial, calculatorul electronic se baza pe supapa termionică. În urma invenției tranzistorului, care a fost disponibil pe scară largă la numai cincizeci de ani de la supapa termionică, calculatorul electronic a fost bazat pe tranzistor. Acest lucru se datorează faptului că tranzistorul a îndeplinit aceeași funcție ca și tubul termionic, dar avea o amprentă considerabil mai mică. Acest lucru a reprezentat un mare pas înainte pentru calculatorul electronic.

De fapt, cu aceleași dimensiuni globale, a fost posibil să se producă calculatoare electronice cu capacități de calcul extrem de mari. În timp ce, cu aceeași capacitate de calcul, a fost posibil să se creeze calculatoare electronice cu dimensiuni mult mai mici. Un pas la fel de mare înainte a fost posibil odată cu apariția microelectronicii , când am început să introducem tranzistoare în circuite integrate miniaturizate. Datorită progresului continuu al microelectronicii, astăzi calculatoarele electronice sunt realizate cu milioane de tranzistoare și caracterizate printr-o amprentă atât de mică încât se pot potrivi în întregime pe de o parte. Luați în considerare, de exemplu, că computerul electronic ENIAC , finalizat în toamna anului 1945 , [14] a fost echipat cu un număr extrem de mic de supape termionice (exact 17468 supape termionice) [15] , dar, datorită dimensiunii supapei termionice , a ocupat o cameră întreagă.

Calculator manual

Un calculator manual este un calculator care necesită utilizarea mâinilor pentru a efectua procesul de calcul. Exemple de calculatoare manuale sunt regula diapozitivului și busola proporțională .

Calculator automat

Un calculator automat este un calculator care efectuează independent cel puțin o parte a procesului de calcul. Dacă calculatorul este capabil să efectueze în mod autonom doar o parte a procesului de calcul, acesta este mai specific denumit „calculator semi-automat”.

Calculator analogic

O regulă de diapozitive

Un calculator analog este un calculator în care cea mai mică unitate de informații poate lua un număr infinit de valori. Faptul că această unitate minimă de informații poate presupune un număr infinit de valori, din păcate nu implică un calculator cu precizie infinită de calcul. În schimb, implică exact opusul: un calculator analog oferă întotdeauna rezultate cu o marjă de eroare . Acest lucru se datorează faptului că, în starea actuală a tehnologiei , nu este posibilă măsurarea unei mărimi fizice cu o precizie infinită. De fapt, o mărime fizică este utilizată pentru a reprezenta numerele din interiorul calculatorului [16], iar procesul de calcul din cadrul calculului se realizează prin măsurarea acestei mărimi fizice. În calculatorul analogic există o corespondență unu-la-unu între numărul reprezentat în interiorul calculatorului și valoarea mărimii fizice utilizate pentru această reprezentare: fiecare număr reprezentat în interiorul calculatorului corespunde unei singure valori a mărimii fizice utilizate pentru aceasta reprezentare (și invers). Cu alte cuvinte, există o analogie între setul de numere reprezentate în interiorul calculatorului și setul de valori ale mărimii fizice utilizate pentru această reprezentare. Acesta este motivul pentru care este folosit termenul „calculator analog”. Busola proporțională , regula slide-ului și computerul analog sunt tipuri de calculatoare analogice.

Calculator digital

Un calculator digital (numit și „calculator digital”) este un calculator în care cea mai mică unitate de informații poate presupune doar un număr finit de valori. În calculatorul digital, numerele sunt reprezentate ca secvențe de cifre , de obicei folosind un sistem de numerotare pozițională . Cifrele sunt reprezentate folosind intervale de valori ale unei mărimi fizice și fiecare cifră corespunde întotdeauna cu valori diferite ale mărimii fizice. [17] Folosind intervale de valori suficient de largi și îndepărtate, imposibilitatea de a măsura o mărime fizică cu o precizie infinită nu mai este o problemă și, prin urmare, este posibil să se creeze un calculator capabil să ofere rezultate fără margine de eroare. Chiar și această metodă de reprezentare a numerelor în interiorul computerului are totuși limitări tehnologice: numerele, reprezentate în calculatorul digital, nu pot fi compuse din cifre infinite. Cu alte cuvinte, setul de numere reprezentat în calculatorul digital este un set finit. Acest lucru implică în mod evident limite în ceea ce privește capacitățile de calcul ale calculatorului digital. Cele două situații clasice care pot apărea cu calculatorul digital sunt următoarele: calculatorul poate oferi un rezultat exact; calculatorul nu poate furniza un rezultat. Dar prin implementarea corectă a procesului de calcul în cadrul calculatorului digital, poate apărea și următoarea situație: calculatorul este capabil să ofere un rezultat cu o marjă de eroare . În funcție de numărul de cifre utilizate pentru sistemul de numerotare , se disting următoarele tipuri de calculatoare digitale:

  • calculator binar;
  • calculator ternar;
  • calculator zecimal.

Calculator binar

Un calculator binar este un calculator digital care utilizează două cifre diferite pentru a reprezenta numerele. Cu alte cuvinte, este un calculator digital care utilizează un sistem de numerotare binar pentru a reprezenta numerele. O cifră utilizată pentru a reprezenta numerele, în cadrul calculatorului binar, se numește „ bit ”. Bitul reprezintă, de asemenea, cea mai mică unitate de informații a unui computer binar. Calculatorul binar, care utilizează un sistem de numerotare pozițională pentru a reprezenta numerele, este în prezent alegerea preferată a producătorilor de computere digitale.

Calculator ternar

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Calculator ternar .

Un calculator ternar este un calculator digital care utilizează trei cifre diferite pentru a reprezenta numerele. Cu alte cuvinte, este un calculator digital care utilizează un sistem de numerotare ternar pentru a reprezenta numerele.

Calculator zecimal

Un calculator zecimal este un calculator digital care utilizează zece cifre diferite pentru a reprezenta numerele. Cu alte cuvinte, este un calculator digital care utilizează un sistem de numerotare zecimal pentru a reprezenta numerele. Un exemplu de calculator zecimal este ENIAC .

Calculator aritmetic

Un calculator aritmetic este un calculator capabil să efectueze calcule aritmetice . Se disting următoarele tipuri de calculatoare aritmetice:

  • sumator;
  • mașină de scădere;
  • mașină multiplicatoare.

Sumator

O mașină de adăugat (numită și simplu „adder”) este un calculator aritmetic care poate efectua adăugarea . Cel mai vechi adăugător cunoscut este Calculator Clock . Construit în secolul al XVII-lea de Wilhelm Schickard , Calculator Clock este, de asemenea, cel mai vechi calculator aritmetic cunoscut.

Mașină de scădere

O mașină de scădere (numită și simplu „scădere”) este un calculator aritmetic care poate efectua scăderea .

Mașină multiplicatoare

O mașină de multiplicat (numită și simplu „multiplicator”) este un calculator aritmetic care poate efectua multiplicarea . Cel mai vechi multiplicator cunoscut este Stepped Reckoner . Construit în secolul al XVII-lea de Gottfried Wilhelm von Leibniz , Stepped Reckoner este, de asemenea, capabil de adunare , scădere și divizare .

Calculator algebric

Un calculator algebric este un calculator capabil să efectueze calcule algebrice .

Calculator infinitesimal

Un calculator infinitezimal este un calculator capabil să efectueze calcule infinitezimale . Se disting următoarele două tipuri de calculatoare infinitezimale:

  • mașină integratoare;
  • mașină derivată.

Mașină integratoare

O mașină integratoare este un calculator infinitesimal capabil să calculeze integralul unei funcții . Planimetrul , integrometrul [18] , integrometrul [19] , analizorul diferențial sunt tipuri de mașini integrate.

Aparat de derivat

O mașină de diferențiere este un calculator infinitesimal capabil să calculeze derivata unei funcții .

Calculator astronomic

Un calculator astronomic este un calculator specializat în calculul astronomic . Cel mai vechi calculator cunoscut este un calculator astronomic: Mașina Antikythera .

Calculator balistic

Un calculator balistic este un calculator specializat în calcul balistic .

Notă

  1. ^ Pentru a afla mai multe, consultați paragraful „Terminologie” .
  2. ^ O mașină de calcul nu este neapărat capabilă să efectueze calcule matematice. Un exemplu de mașină de calcul care nu poate efectua calcule matematice este abacul .
  3. ^ Vezi Calculator (persoană) .
  4. ^ Vezi Calculator .
  5. ^ Marcello Morelli, De la calculatoare la calculatoare din anii 1950 , FrancoAngeli, 2001. Pagina 18.
  6. ^ Christopher Walker, Astronomy before the telescope , Edizioni Dedalo, 1997. Pagini 371 și 372.
  7. ^ Marcello Morelli, De la calculatoare la calculatoare din anii 1950 , FrancoAngeli, 2001. Pagina 145.
  8. ^ Marcello Morelli, De la calculatoare la calculatoare din anii 1950 , FrancoAngeli, 2001. Pagina 147.
  9. ^ Marcello Morelli, De la calculatoare la calculatoare din anii 1950 , FrancoAngeli, 2001. Pagina 173.
  10. ^ George Robert Stibitz , The relay computers at Bell Labs , in Datamation April 1967, Thompson Publications. Pagina 35.
  11. ^ Marcello Morelli, De la calculatoare la calculatoare din anii 1950 , FrancoAngeli, 2001. Pagina 164.
  12. ^ Massimo Bozzo, Marea istorie a computerului. De la abac la inteligența artificială , Edizioni Dedalo, 1996. Pagina 64.
  13. ^ Massimo Bozzo, Marea istorie a computerului. De la abac la inteligența artificială , Edizioni Dedalo, 1996. Pagina 66.
  14. ^ Marcello Morelli, De la calculatoare la calculatoare din anii 1950 , FrancoAngeli, 2001. Pagina 204.
  15. ^ Massimo Bozzo, Marea istorie a computerului. De la abac la inteligența artificială , Edizioni Dedalo, 1996. Pagina 75.
  16. ^ De exemplu, tensiunea electrică este utilizată pentru a reprezenta numerele în calculatorul electronic.
  17. ^ Cu alte cuvinte, intervalele de valori, utilizate pentru a reprezenta cifre diferite, nu coincid niciodată, nici măcar parțial.
  18. ^ Integrapher Pascal de la Școala Navală Regală din Genova. [1]
  19. ^ Integrator Coradi de la Școala Navală Regală din Genova. [2]

Bibliografie

  • Massimo Bozzo, Marea istorie a computerului. De la abac la inteligența artificială , Edizioni Dedalo, 1996.
  • Marcello Morelli, De la calculatoare la calculatoarele anilor cincizeci , FrancoAngeli, 2001.
  • David A. Mindell, Între om și mașină. Feedback, control și calcul înainte de cibernetică , Johns Hopkins University Press, 2002.
  • Paul E. Ceruzzi, Istoria informaticii. De la primele computere digitale până la era Internetului , Apogeo, 2006.
  • Daniele Casalegno, Bărbați și computere. Istoria mașinilor care au schimbat lumea , Hoepli, 2010.
  • Dr. Stefano Zottino, MOTOR ANALITIC IDEA INNOVATIVĂ A CAREI BABBAGE Teza de licență, Pittacco Legătorie Veneția, Universitatea Ca 'Foscari din Veneția

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe