第壹個類似於現代計算機的設備可以追溯到20世紀中期(大約1940 - 1945),盡管計算機概念和各種類似於計算機的機器更早就存在了。早期的電子計算機有壹個大房間那麽大,消耗的能量相當於幾百臺現代個人計算機。[1]現代計算機基於微小的集成電路,在占據壹小部分空間的情況下,其能力提高了數百萬到數十億倍。[2]今天,簡單的計算機可以做得小到足以裝進手表,並由手表電池供電。各種形式的個人電腦是信息時代的標誌,是大多數人認為的“壹臺電腦”;然而,今天最常用的計算機形式是嵌入式計算機。嵌入式計算機是用於控制其他設備的小型簡單設備,例如,它們可以在從戰鬥機到工業機器人、數碼相機和兒童玩具的機器中找到。
存儲和執行被稱為程序的指令列表的能力使計算機非常通用,並使其區別於計算器。丘奇-圖靈命題是這種多功能性的數學陳述:原則上,任何具有某種最低能力的計算機都能夠執行任何其他計算機可以執行的相同任務。因此,只要有足夠的時間和存儲能力,從個人數字助理到超級計算機的能力和復雜程度不等的計算機都能夠完成同樣的計算任務。
很難確定哪壹種設備是最早的計算機,部分原因是“計算機”壹詞隨著時間的推移有了不同的解釋。最初,術語“計算機”指的是通常在機械計算設備的幫助下進行數字計算的人(人類計算機)。
現代計算機的歷史始於兩種獨立的技術——自動計算技術和可編程技術。
早期機械計算裝置的例子包括算盤、計算尺、星盤和安提基希拉機械裝置(大約可以追溯到公元前150-100年)。中世紀末期見證了歐洲數學和工程的重新振興,威廉·席卡德的1623裝置是歐洲工程師制造的許多機械計算器中的第壹個。然而,這些設備都不符合現代計算機的定義,因為它們不能被編程。
亞歷山大的英雄(約公元10-70年)建造了壹個機械劇院,上演了壹場持續10分鐘的戲劇,由壹個復雜的繩索和鼓系統操作,這可能被認為是壹種決定機械裝置的哪個部分何時執行哪個動作的方法。[3]這就是可編程性的本質。在1801中,Joseph Marie Jacquard對紡織織機進行了改進,使用壹系列穿孔紙卡作為模板,使他的織機能夠自動編織復雜的圖案。由此產生的提花織機是計算機發展的重要壹步,因為使用穿孔卡片來定義編織圖案可以被視為早期的,盡管有限的,可編程的形式。
正是自動計算與可編程性的融合產生了第壹臺可識別的計算機。在1837,查爾斯·巴貝奇是第壹個概念化和設計壹個完全可編程的機械計算機,他稱之為“分析引擎”。[4]由於資金有限,又無法抗拒對設計的修改,巴貝奇從未真正建造出他的分析引擎。
由Herman Holler ith設計並由後來成為IBM的計算制表記錄公司制造的制表機為1890年的美國人口普查進行了穿孔卡片的大規模自動數據處理。到公元19世紀末,壹些後來證明對實現實用計算機有用的技術開始出現:穿孔卡片、布爾代數、真空管(熱離子閥)和電傳打字機。
在20世紀上半葉,越來越復雜的模擬計算機滿足了許多科學計算的需要,它們使用問題的直接機械或電子模型作為計算的基礎。然而,這些都是不可編程的,通常缺乏現代數字計算機的多功能性和準確性。
1930年代和1940年代制造了壹系列更加強大和靈活的計算設備,逐漸增加了現代計算機的關鍵功能。數字電子技術(主要由克勞德·香農在1937年發明)和更靈活的可編程性的使用是至關重要的步驟,但將這條道路上的壹點定義為“第壹臺數字電子計算機”是很困難的(香農1940)。顯著的成就包括:
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