GORIVO

Život bez računala je gotovo pa nezamisliv u današnjem svijetu. Računala su trajno promijenila svijet. Svi imamo računala u našim domovima, u našim uredima; mobitele u našim džepovima i još mnoge druge tehnološke spravice kojima se služimo. Svi se mi dakle služimo računalima, ali da li znamo njihov razvoj kroz povijest i da li razumijemo kako ona rade i funkcioniraju?

Oduvijek su ljudi imali potrebu za računanjem, pohranjivanjem i korištenjem podataka. Računala su izum matematičara, inženjera i poduzetnika. Prije su se ljudi služili svime što je oko njih da bi izračunali nešto; prstima, kamenčićima, grančicama, jabukama itd. To je u osnovi ”rođenje” matematike. Ali kako je naše razumijevanje matematike jačalo, tako nam je isto trebalo ‘pomagalo’ koji bi nam pomoglo u računanju. Ta pomagala danas nazivamo računala.

Jedna od prvih tih spravica je ‘abak’ koji je napravljen oko 2000 pr. Kr. u Aziji.

Abak

Uz pomoć ove jednostavne napravice možemo raditi jednostavne proračune. Danas se djeca služe njime u školama da im pomaže pri zbrajanju.

John Napier, škotski matematičar koji je živio kroz 16. i 17. stoljeće je izumio napravicu koja će poslje dobiti ime ‘Napierove kosti’. Njegov izum je službeno predstavljen godine 1617. što je također i godina njegove smrti. Njegova naprava je bila mehanička i korisnik je ručno morao upravljati njome kako bi mogao računati. Ova naprava je bila veliki korak naprijed u svijetu matematike jer se njome moglo množiti, dijeliti i izvaditi drugi korijen. Također je bila bazirana na decimalnim brojevima.

Napierove kosti

1623. njemački matematičar i astronom Wilhem Shickard je izumio jedan od najstarijih znanih mehaničkih kalkulatora (rechenhur/sat) Ne možemo ga nazvati ‘ocem kalkulatora’ jer je stoljeće prije Leonardo da Vinci već imao ideju o napravi koja bi mogla izvršavati matematičke zadatke. S obzirom da je Wilhem Shickard bio dobar u mehanici, uspio je dizajnirati i napraviti jedan od prvih mehaničkih kalkulatora. Njegova naprava je mogla zbrajati i oduzimati šestero-znamenkaste brojeve; odnosno 999 999 je bio njaveći broj kojeg je ova naprava mogla ”pokazati”. S obzirom da je njegova naprava mogla samo zbrajati i oduzimati, također su se koristile Napierove kosti za množenje.

Rechenuhr

Ovi ‘kotačići’ su se koristili za zbrajanje i oduzimanje. Jedan taj kotačić predstavlja jednu znamenku. Ovo gore su Napierove kosti.

1642. francuski matematičar Biaise Pascal je izumio novu vrstu mehaničkog automatskog kalkulatora. Tu napravu zovemo ‘Pascalina’. S obzirom da je njegov otac bio porezni povjerenik i da je imao jako puno matematike u svom poslu, mladi Pascal je došao na ideju da pojednostavi stvari za svog oca. ‘Pascalina’ je mogla raditi sa 7 znamenki; dakle 9 999 999 je bio najveći broj. Izum je bio sastavljen od kotačića i zupčanika te je imao vrlo dobar mehanizam za prenošenje i ‘pamćenje’ brojeva; 9 je pretvarao u 1. ‘Paskalina’ je također mogla izvoditi množenje i dijeljenje uz pomoć uzastopnog zbrajanja i oduzimanja.

Pascalina

Kotačić za ‘upisivanje’ vrijednosti

1673. njemački matematičar Gottfried Wilhelm Leibiniz je izumio novi poboljšani mehanički kalkulator. Isnpiriran ‘pedometrom’ (naprava koja broji korake), Leibiniz je došao na ideju da izgradi kalkulator koji može zbrajati, oduzimati, množiti i djeliti direktno. ‘Pascalina’ je mogla izvršavati množenje i djeljenje uzastopnim zbrajanjem i oduzimanjem. Leibniz je izumio prvi mehanički kalkulator koji je mogao diretkno izvršavati sve matematičke operacije. Naprava se zove ‘Stepped Reckoner/Leibnizov kalkulator’. Izum je koristio poseban zupčanik kojeg će kasnije nazivati ‘Leibnizov kotač’, a služio je svrsi da se pomoću njega može mehanički množiti.

Stepped Reckoner/Leibnizov kalkulator

1801. francuski tkalac i trgovac imenom Joseph Marie Jacquard je izumio mehanički razboj s mogućnošću programiranja koji je koristio kartice koje su bile izbušene rupama kako bi se mogao automatizirati tkalački proces. I sam Joseph je bio  tkalac. Imao je želju da pronađe prečicu. Već i prije njega su bili ljudi koji su pokušali automatizirati proces tkanja, ali to je tek pošlo za rukom Joseph Marie Jacquard-u koji je osmislio sistem bušenih kartica. Uz pomoć rupa koje su bile izbušene na karticama, mogli ste isprogramirati stroj da može tkati automatski po vašem izboru. Zašto je to bitno? Bitno je zato jer će par godina poslje engleski matematičar Charles Babbage izumiti prvo računalo koje koristi isti taj sistem bušenih kartica kako bi mogao računati.

Jacquardov razboj

Kada pričamo o računalima i o njihovoj prošlosti, Charles Babbage je ime koje ne možemo preskočiti. Veoma često ćete čuti da ga se zove ‘ocem računala’. Babbage je bio engleski matematičar koji je vidio veliku potrebu da se automatizira proces računanja. ‘Računalstvo’ je izraz koji se koristio da bi se opisao proces računanja i pohranjivanja podataka. Prije su računalstvo izvodili ljudi. Kao što znamo, ljudi grješe. A to može biti veoma problematično u svijetu znanosti i ekonomije. Babbage je imao ideju da razvije stroj koji će automatski izvoditi sva računanja sa 100%-tnom točnošću.

Charles Babbage

Najveći problem Babbage-a je bilo financiranje njegovih projekata i ideja. Uvijek je  teško vizionarima uvjeriti druge da ulože svoja sredstva u njih. Usprkos tome, Babbage je dizajnirao dva stroja koja će u potpunosti promijeniti svijet računalstva.

1820. Babbage je izumo ‘Diferentni stroj’, mehaničko računalo pokretano na paru. Zapravo je to bio ogroman kalkulator. Stoj je mogao samo zbrajati i koristiti se za izračunavanje polinoma. Diferentni stroj je bio točan i bio je brz. Uvelike je doprinjeo znanosti, inžinjeringu, ekonomiji i trgovini, ali glavni problem je bio taj što je Babbage-u nedostajalo financija kako bi u potpunosti razvio svoje projekte i ideje.

Diferentni stroj

1837, Babbage je unaprijedio dizajn svojeg stroja. Osmislio je ‘Analitički stroj’. To je bilo veoma kompleksno i detaljno računalo kojeg je bilo jako teško izgraditi. Babbage je koristio isti sistem bušenih kartica kao i Jacquard-ov razboj za tkanje. Analitički stroj je mogao izvoditi sve četiri osnovne matematičke operacije i uz sve to, također je bio prvo računalo namjenjeno za širu upotrebu (ne misli se na proizvodnju već na to da je računalo moglo služiti za puno više stvari od pukog računanja). Moglo se isprogramirati, imalo je memoriju i mogućnost da se pohrane podatci. U teoriji ovaj stroj može riješiti kompleksne matematičke probleme.

Jedan djelić Analitičkog stroja

Bušene kartice

Charles Babbage je bio ispred svoga vremena tako da njegovi interesi nisu bili prepoznati s ozbiljnošću kojom su trebali biti. Iako je preminuo, njegove ideje su i dalje bile žive. Švedski izumitelj Per Georg Scheutz je bio nadahnut Analitičkim strojem i radom Charles Babbage-a. Proučavajući njegov rad, Georg Scheutz je odlučio izumiti novi stroj, novi kalkulator. Zajedno sa svojim sinom Edvardom, otac i sin su predstavili ”Prvi pišući kalkulator” 1853. Ovaj stroj je bio jedinstven zato jer je to bio prvi stroj koji je mogao ispisati rezultate računanja.

Prvi pišući kalkulator

Sada putujemo u SAD. 1890. održavao se popis stanovništva. Vlada je imala problema s vođenjem statistike. Bile su potrebne godine da se provede statistika za cijelo stanovništvo. Na sreću, pomoću ideje Herman Hollerith-a, američkog statističara i izumitelja, to je bilo ostvarivo u puno kraćem razdoblju. Hollerith je dizajnirao ‘Electric Tabulating Machine’ 1890. To je bio elektro-mehanički stroj koji je mogao računati i obraditi sve podatke sa popisa stanovništva. Stroj je koristio bušene kartice za računanje. Holleritov stroj je bio vrlo uspješan te je on osnovao svoju kompaniju. Kasnije će ta kompanija postati ono što nam je danas poznato kao ‘IBM’ (International Business Machines Corporation).

Holleritov ‘Electric Tabulating Machine’; u ovu kutiju pored stroja su se stavljali papiri sa podatcima iz popisa stanovništva

Polaganim razvojem prvih računala, znanstvenici i inženjeri su počeli imati sve više i više ideja kako bi dalje unaprijedili taj razvoj. Matematičari i inženjeri su razmišljali o tome da izume stroj koji bio mogao računati diferencijalne jednadžbe. Jedan od prvih strojeva koji je mogao računati te jednadžbe je bio ”Diferential Analyser” koji je bio sagrađen 1876, a sagradio ga je britanski inženjer James Tomson. Ali prvi ”Diferential Analyser” koji je bio sagrađen za širu upotrebu je izumio Vannevar Bush 1931. koji je radio u MIT-u. (Massachusetts Institute of Technology). Bush je bio američki inženjer koji je radio u OSDR (Office of Scientific Research and Development). Bio je poznat po svom doprinosu u razvoju radara i po doprinosu u sudjelovanju na ”Projektu Manhattan” (razvoj nuklearnog oružja). Znanstveno istraživanje na području nacionale sigurnosti je bilo iznimno važno za njega. 1931. razvio je prvo analogno-mehaničko računalo za širu upotrebu. Ovaj stroj uz pomoć kotačića i diskova je moglo računati diferencijalne jednadžbe. Iako stroj nije dizajniran za zbrajanje i ostale osnovne matematičke operacije, uz pomoć nekih prilagodbi te operacije su se također mogle izvesti.

Vannevar Bush’s Differential Analyzer 1931

Računala polagano postaju praktični strojevi koji pojednostavljuju život svojim mogućnostima računanja. Ali možete li zamisliti stroj koji je tako jednostavan a ima mogućnost izračunati apsolutno baš sve? Možete li zamisliti stoj koji može riješiti sve matematičke probleme? Danas je to moguće, ali 1930-ih to je bila samo fantazija. Jedna od osoba koja je vjerovala da je to moguće je bio Alan Turing, britanski matematičar i inženjer. On se smatra ‘ocem’ teorijske znanosti o računalima i umjetne inteligencije. 1936. teorizirao je o jednostavnom apstraktnom stroju koji može izvršavati sve matematičke zadatke i koji ima beskonačnu memoriju i na nju se mogu pohraniti i brisati podatci. To je bilo začeće apstraktnog stroja zvanog ‘Turingov stroj’. U teoriji to računalo ima beskonačnu traku na kojoj se mogu zapisivati, pohranjivati i brisati podatci. Očigledno da je nemoguće fizički sagraditi takav stroj koji ima beskonačnu traku, ali koncept i teorija tog stroja i sustavu su bile nešto što je realistično. To je u svojoj srži bila prva apstraktna čežnja za CPU.

Turingov stroj koji sadrži sve što je potrebno osim beskonačne trake

1941. njemački inženjer, znanstvenik i biznismen Konrad Zuse je izgradio stroj koji se prvo zvao V3 ali je kasnije preimenovan u Z3. To je bio jedan od prvih digitalnih elektro-mehaničkih računala. To je bilo jedno od prvih računala koje se moglo programirati s memorijom; sagrađen s više od 2500 releja. Računalo je uništeno tijekom II. svjetskog rata, tako da je Zuse dizajnirao Z4 1945. Z4 je bio sličan Z3 ali će imao više memorije. To je svejedno jedno od prvih računala koja su se mogla programirati da su napravljena za komercijalnu upotrebu.

Z4

Natrag u 1937, John Vincent Atanasoff, američki profesor fizike i matematike na Iowa State Universtiy-u je došao s idejom da se sagradi prvo računalo koje ne koristi zupčanike, vratila, remene i osovine. Ideja je bila da se sagradi u potpunosti električno računalo. Atanasoff je mnogo godina radio na tom projektu. Naposljetku 1942, uz pomoć svog studenta Clifford Berry-a, duo je predstavio računalo zvano ‘Atanasoff-Berry Computer (ABC). Računalo nije postiglo veliki uspjeh s obzirom da se nije moglo programirati, ali je bilo prvo automatsko elektirčno digitalno računalo. Atanasoff je učino svoje računalo bržim nego ostala račuanala iz tog razdoblja zato jer je on bio prvi koji je koristio vakuumske cijeve za aritmetička računanja. ABC se smatra da je prvi ALU (aritmetička-logička jedinica) čiji dizajn se još uvijek koristi i u modernim procesorima.

Atanasoff-Berry Computer (ABC)

1945, dvojica profesora; John Mauchly i John Adam Persper Eckert sa University of Pennsylvania, skupa s timom za konstrukciju su izgradili Electronic Numerical Integrator and Calculator (ENIAC). Bilo je to elektronsko, s mogućnošću programiranja i namijenjeno za široku uporabu računalo. Za to vrijeme, definitivno najmoćnije računalo zato jer je moglo izvršavati sve matematičke zadatke i moglo se koristiti za zahtjevna znanstvena istraživanja i kompleksne matematičke jednadžbe, probleme i zadatke. ENIAC je bio ogroman i unikatan. Nije bio dizajniran za komercijalnu upotrebu. Postojao je samo jedan ENIAC napravljen u cijelom svijetu. ENIAC je radio od 1945 do 1955 kada su ga rastavili i obustavili njegov rad. Prvo se koristio za američku vojsku i za vojna znanstvena istraživanja. Kasnije se koristio i za ostala znanstvena istraživanja. To je bilo prvo računalo koje je koristilo elektronske cijevi i to ga je učinilo bržim. ENIAC je napravljen s 17 000 elektronskih cijevi, 1 500 releja, 70 000 otpornika, 10 000 kondenzatora i 5 milijuna ručno lemljenih spojeva. Težina ENIAC-a je bila oko 30 tona i zauzimao je prostor od 140 kvadratna metra. Za unos vrijednosti koristio je IBM-ov sistem bušenih kartica.

Electronic Numerical Integrator And Computer (ENIAC)

Nakon proizvodnje ENIAC-a, duo; John Mauchly i John Adam Persper Eckert su odlučili započeti svoju vlastitu komapniju s ciljem da naprave komercijalna računala. Naziv njihove kompanije je bio EMCC (Eckert-Mauchly Computer Corporation) koja je osnovana 1946. Njihovo prvo računalo je bilo BINAC (Binary Automatic Computer) ali nije se puno koristio. Zbog njihovog ranijeg uspjeha s ENIAC-om, dvojac je imao potporu vlade da sagrade računalo koje će pomoći za statistiku kod popisa stanovništva. Sagradili su UNIVAC (Universal Automatic Computer). Prvo se koristio za popis stanovništva a poslije je započeta komercijalna proizvodnja. UNIVAC je bio komercijalno računalo namijenjeno za poslovne korisnike.

UNIVAC

1949, u Engleskoj, tim znanstvenika je sagradio ESDAC. To je bio jedan od prvih velikih praktičnih strojeva.

ESDAC

Iste godine (1949), Australija je dobila svoje prvo digitalno računalo; CSIRAC. To je bilo prvo računalo na svijetu koje moglo puštati glazbu u digitalnom obliku.

CSIRAC

Kao što možemo vidjeti računala su počela biti praktična ali još uvijek nisu postala za komercijalnu upotrebu za svakodnevni život. Računala su bila ogromna i veoma komplicirana za koristiti. Da biste mogli raditi na računalu, trebali ste biti educirana i obučena osoba. Baš kao što je slučaj i sa svim drugim strojevima. Ne možete raditi za strojem ako niste prošli obuku i dobili upute. Ali u kojem trenutku su ovi ogromni strojevi postali PC(računala za osobnu upotrebu)? Kako su odjednom računala postala tako mala i tako moćna? Nekoliko otkrića i izuma su učinila to mogućim.

Prvi izum je tranzistor.

Prije su računala koristila vakuumske cijeve i releje kao elektroničke prekidače i kako bi pojačali elektronski signal. 1947, William Shockley skupa s timom iz Bell Labs-a su napravili tranzistor. Tranzistor je sitna elektronična komponenta koja može upravljati električnim nabojima.

Tranzistori su donesli veliku revoluciju u svijetu elektronike.

Vakuumske cijevi

Tranzistor

1958, Jack Kilby i Robert Noyce su izumili IC (integrirani krugovi), ili po popularnom nazivu, računalni čip. Čip je mali uređaj koji sadržava mnogo tranzistora, otpornika i kondenzatora povezanih skupa. Češki fizičar Kurt Lehovec; iste te godine (1958) ja pronašao način kako izolirati tranzistor na siliciju.

IC čip

Kasnije imamo daljnji razvoj mikroprocesora. Mali silikonski čip s mnogim elektroničkim komponentama u sebi.

Mikroprocesor

Razvojem IC čipova i mikroprocesora, računala su postala znatno manja u veličini i jeftinija za proizvodnju, ali usprkos time, moćnija. Razvoj programskih jezika i operativnih sustava je doprinjeo tome da računala postanu naprave koje se koriste u svakodnevnom životu u našim domovima.