7.Calculatoare analogice avansate
Înaintea celui de-al doilea război mondial, calculatoarele analogice mecanice și electrice erau considerate state of the art. Calculatoarele analogice profită de similitudinile dintre matematica proprietăților microscopice—poziția și mișcarea roților sau potențialul și curentul electric—și matematica altor fenomene fizice,de exemplu, traiectoriile balistice, inerția, rezonanța, transferul de energie, impulsul. Ele modelează fenomene fizice cu ajutorul tensiunilor electrice și al curenților electrici drept cantități analogice.
În esență, aceste sisteme analogice funcționează prin crearea unor circuite electrice corespondente ale altor sisteme, ceea ce permite utilizatorilor să prezică comportamentul acelor sisteme de interes prin observarea corespondentelor lor analogice.Cea mai utilă dintre aceste analogii a fost modul în care comportamentul la scară microscopică se poate reprezenta prin ecuații diferențiale și integrale, și ar putea fi astfel utilizat pentru a rezolva acele ecuații. Un exemplu de astfel de mașină, care folosea apa drept cantitate analogică, a fost integratorul cu apă construit în 1928; un exemplu electric îl constituie mașina Mallock, construită în 1941. Un planimetru este un dispozitiv ce calculează integrale, folosind distanța drept cantitate analogică. Până în anii 1980, sistemele HVAC au utilizat aer atât drept cantitate analogică, cât și ca element de control. Spre deosebire de calculatoarele numerice moderne, calculatoarele analogice nu sunt foarte flexibile, și trebuie reconfigurate (reprogramate) manual pentru a le trece de la rezolvarea unei probleme la alta. Calculatoarele analogice aveau, față de primele calculatoare numerice, avantajul că puteau fi utilizate pentru a rezolva probleme complexe folosind analogii comportamentale, pe când primele tentative pe calculatoarele numerice au fost foarte limitate.
Deoarece calculatoarele erau ceva rar în acea perioadă, soluțiile erau adesea hardcodate în forme de hârtie cum ar fi nomogramele,care puteau produce soluții analoage ale acestor probleme, cum ar fi distribuția presiunilor si temperaturilor într-un sistem de încălzire. Unele dintre cele mai larg utilizate calculatoare analogice conțineau dispozitive pentru țintire, cum ar fi sistemul de ghidare a bombardamentelor Norden și sistemele de control al tragerilor.Unele au continuat să fie folosite zeci de ani după al doilea război mondial; calculatorul de control al tragerilor Mark I a fost folosit de marina Statelor Unite pe mai multe nave de la distrugătoare la cuirasate. Printre alte calculatoare analogice s-a numărat Heathkit EC-1, și calculatorul hidraulic MONIAC, folosit pentru modelarea fluxurilor econometrice.
Știința calculatoarelor analogice a atins apogeul cu analizorul diferențial, inventat în 1876 de către James Thomson și construit de H. W. Nieman și Vannevar Bush la MIT începând cu 1927. S-au fabricat doar câteva astfel de dispozitive; cel mai puternic dintre ele a fost construit la Școala Moore de Inginerie Electrică de la Universitatea Pennsylvania, unde s-a construit ulterior și ENIAC. Calculatoarele electronice numerice, cum ar fi ENIAC au reprezentat sfârșitul majorității mașinilor analogice de calcul, deși s-a continuat să se mai folosească în aplicații specializate unele calculatoare analogice hibride, controlate de electronică digitală, de-a lungul anilor 1950 și 1960.
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 (la acea vreme, relee, rezistoare, condensatoare, bobine, și tuburi 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 limitarilor 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 convenabilde 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.
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 înacelași 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.
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.
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 Churchill personal 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.(ro.wikipedia.org)
Niciun comentariu:
Trimiteți un comentariu