تاريخ علم رايانه

تاريخچه علم رايانه خيلي قبل از نظم و انظباط پيشرفته علم رايانه كه در قرن بيستم ظاهر شده‌است ٬ آغاز شده‌است . اين ترقي از اختراعات مكانيكي و تئوري‌هاي رياضي به سمت عقايد و ماشين‌هاي مدرن پيشرفته‌است و يك رشته آكادمي بزرگ و پايه يك صنعت جهاني خيلي بزرگ را تشكيل داده‌است .

 

در آغاز تاريخ

در آغاز محاسبات

سريع ترين ابزار شناخته شده براي استفاده در محاسبات ٬ چرتكه بوده‌است . و آن فكر در حدود ۲۴۰۰ سال قبل از دوران فعلي در شهر بابل اختراع شده بود . سبك اصلي آن با خطوط رسم شده توسط سنگريزه‌ها به روي شن‌ها استفاده مي‌شده‌است . اين اولين كامپيوتر شناخته شده و پيشرفته ترين سيستم محاسباتي شناخته شده تا ۲۰۰۰ سال پيش در يونان است . آباسي مدرن تري طراحي ابزار محاسباتي است كه هنوز هم مورد استفاده قرار مي‌گيرد .
در ۱۱۱۵ سال پيش از دوران فعلي ٬ در چين باستان ارابه بندكشي جنوبي اختراع شده بود . آن اختراع اولين مكانيزم چرخ دنده شناخته شده بود كه در چرخ‌هاي گوناگون مورد استفاده قرار مي‌گرفته‌است و بعدا در كامپيوترهاي قياسي يا آنالوگ استفاده شدند . بعلاوه ٬ در حدود دو قرن پيش از دوران فعلي چيني‌ها چرتكه ماهرتري را اختراع كردند .
در سدهٔ پنجم پيش از دوران فعلي در هند باستان ٬ پانيني متخصص گرامر ٬ دستور زبان سانسكريت را در ۳۹۵۹ قانون شناخته شده قاعده دار وتدوين كرده‌است . مثل آشتادهايي(Ashtadhyayi) كه سيار فني اسلوب داده شده بود . پانيني از قوانين تغيير شكل و بازگشتي‌ها استفاده كرده بود و با اين قبيل مهارتي كه گرامرش داشت ٬ معادل قدرت محاسبه ماشين تيورينگ بود .
بين ۲۰۰ تا ۴۰۰ سال پيش از اين ٬ جاينا رياضي دان هندي ٬ لگاريتم را اختراع كرد . از قرن سيزدهم جدول لگاريتم توسط رياضي دانان مسلمان ابداع شد .
مكانيزم ماشين آنتي كيترا ( قديمي ترين رايانه دنيا ) بر اين باور بوده‌است تا كامپيوتر آنالوگ مكانيكي سريعتر شناخته شوند . آن ماشين براي اينكه موقعيت‌هاي نجومي را محاسبه كند طراحي شده بود. آن ماشين در سال ۱۹۰۱ در لاشه كشتي آنتي كيترا در جزيره يوناني آنتي كيترا بين كيترا و كرت حدود ۱۰۰ سال قبل كشف شده بود .
قطعات مكانكي كامپيوتر آنالوگ دو باره در يك هزار سال اخير در جهان اسلام و در قرون وسطي ظاهر شده و توسط ستاره شناسان مسلمان توسعه داده شده بود . مانند خط استوايي توسط آرزاشل ٬ چرخ دنده‌هاي مكانيكي توسط ابوريحان بيروني و نيروي گشتاور توسط جابر ابن افلح . اولين ماشين‌هاي قابل برنامه ريزي هم توسط مهندسان مسلمان اختراع شده بود .مانند نوازنده فلوت اتوماتيك توسط برادران بنو موسي (Banu Musa) و روباتهاي شبه انسان توسط الجازاري . همچنين رياضي دانان مسلمان مهمترين پيشرفت‌ها را در رمز نگاري كرده بودند مانند پيشرفت در كشف نوشته رمزي و آناليز فركانس توسط آلكيندوس .
زماني كه جان نپير در اوايل قرن هفدهم لگاريتم را براي اهداف محاسباتي كشف كرده بود به دنبال آن يك دوره پيشرفت قابل توجه توسط مخترعان و دانشمندان در ساخت ابزار محاسباتي شروع شد . حدود سال ۱۶۴۰ ٬ بليز پاسكال يك رياضي دان اهل فرانسه ٬ اولين وسيله جمع مكانيكي را مبني بر طراحي توصيف شده توسط قهرمان آلكساندر ٬ ريضي دان يونان ٬ ساخته‌است .
در ابتدا هيچ كدام از وسايل محاسباتي واقعا كامپيوتر در مفهوم پيشرفته نبوده‌اند . آن پيشرفت قابل توجه در رياضيات و تئوري قبل از اولين كامپيوتر مدرن طراحي شده ٬ گرفته شده‌است .

 

الگوريتم‌ها

در قرن هفتم ٬ رياضي دان هندي ٬ براهام گوپتا اولين توضيح سيستم اعداد هندو – عربي را داد و از صفر با يك حفره يا سوراخ و يك رقم دهدهي استفاده كرد . تقريبا حدود سال ۸۲۵ ٬ رياضي دان فارس ٬ خوارزمي كتابي تحت عنوان « محاسبات با اعداد هندو » نوشته‌است كه عمدتا مسئول براي پخش سيستم شمارش هندي در خاور ميانه و اروپا بوده‌است ٬ حدود قرن دوازدهم ترجمه اين كتاب به لاتين نوشته شده بود : «Algoritmi De Numero Indorum» در اين كتاب مفاهيم جديد تري نمايان شده‌است تا يكسري گام‌ها را در صحيح انجام دادن يك وظيفه اجرا كنند ٬ مانند كاربرد و استفاده محاسباتي قاعده دار در جمع . به وسيله اشتقاق از نام او ما لفظ الگوريتم را داريم .

 

منطق دودويي

حدود سه قرن قبل ٬ پينگالا رياضي دان هندي سيستم اعداد دودويي را كشف كرد . در اين سيستم كه امروزه هنوز در پردازش كامپيوترهاي مدرن استفاده مي‌شود ٬ با يك توالي و ترتيب صفرها و يك‌ها مي‌توان هر عددي را نماين كرد .
در سال ۱۷۰۳ گاتفريد ليبنيز ٬ منطق مجرد را توسعه داده‌است . رياضيات تحت سيستم اعداد دودويي با دستنوشته‌هاي او مفهوم پيدا كرد . در سيستم او علاوه بر صفرها و يك‌ها ٬ صحيح و غلط (True / False) و وضعيت‌هاي روشن و خاموش نمايان بودند .
اما بيشتر از يك قرن قبل جرج بول ٬ در سال ۱۸۵۴ جبر بولي را منتشر كرد . اولين بار وسايل مكانيكي تحت يك الگوي دودويي كه اختراع شده بود حركت داده شده بود . انقلاب صنعتي ٬ مكانيزم كردن تعدادي وسايل را به جلو حركت داده بود كه اين شامل بافندگي نيز مي‌شد . در سال ۱۸۰۱ جوزف ماري كارگاه بافندگي را توسط كارتهاي پانچ كنترل مي‌كرده‌است . جايي كه يك حفره روي كارت سوراخ شده باشد يك از نوع دودويي ٬ و نقطه سورهخ نشده ٬ صفر از نوع دودويي را نشان مي‌دهد . دستگاه بافندگي نساجي از يك رايانه فاصله دارد . اما با مثال توضييح مي‌دهد كه با سيستم دودويي مي‌توان ماشين‏ها را حركت داد .

 

ماشين تحليلي

ماشين تحليلي نبود تا چارلز بابيج (Charles Babbage) ٬ كه پدر علم محاسبه بوده‌است آغاز رايانه مدرن با كار او روي ماشين تحليلي شكل گرفته‌است . اي دستگاه به هر حال با همهٔ وظايف و كارهايي كه در طراحي يك رايانه مدرن صورت گرفته‌است ٬ هرگز با موفقيت ساخته نشد . او اولين بار آن را در سال ۱۸۳۷ ٬ توصيف و تشريح كرده‌است . بيش از ۱۰۰ سال قبل هر دستگاه مشابهي با موفقيت ساخته شده بود . تفاوت بين ماشين بابيج و ماشين‌هاي قبلي ساده‌است : « او برنامه ريزي شده طراحي كرده‌است . » در اين هنگام همكار او ٬ رياضي دان ٬ آدا لاوليس (Ada Lavelace) ٬ نخستين برنامه‌هاي كامپيوتري را در يك دستگاه جامع و فراگير روي ماشين تحليلي منتشر كرده‌است . لاوليس به خاطر اين كارش محبوب هست و اولين برنامه نويس كامپيوتر لحاظ شده بود . اما تعدادي محقق ادعا كردند برنامه‌هاي منتشرشده تحت نام او در اصل توسط بابيج ساخته شده‌است .

تولد علم رايانه

قبل از دهه ۱۹۲۰كامپيوترها(گاهي اوقات كامپيوتورها) كارمندان از نوع انسان بوده‌اند كه محاسبات را انجام مي‌دادند . آنها معمولا تحت هدايت يك فيزيك دان بوده‌اند . هزاران كامپيوتر در تجارت ٬ دولت و تشكيل يك تحقيق كار مي‌كردند و يا استخدام شده بودند . بيشتر اين كامپيوترها زنان بوده‌اند و آنها مدركي در حسابان داشته‌اند . تعداي از آنها براي سالنامه‌ها محاسبات نجومي را انجام مي‌دادند . بعد از دههٔ ۱۹۲۰ ٬ بيان ماشين محاسبات ٬ به ماشيني كه كار يك كامپيوتر انساني را انجام مي‌داده اطلاق مي‌شده‌است . مخصوصا آنها با روشهاي موثر قضيه جرج – تيورينگ مطابقت داشته‌اند . اين قضيه كه روشي است براي يك رياضي دان ٬ اگر توانايي تنظيم يك ليست دستورالعمل‌ها را بوسيله يك كارمند انساني با مداد و كاغذ داشته باشد ٬ موثر است . به دليل ضرورت خيلي زياد و بدون قوه ابتكار و نبوغ . ماشينهايي كه مقادير متوالي را محاسبه مي‌كردند به عنوان نوع آنالوگ يا قياسي شناخته شده‌اند . آنها از دستگاهي كه كميت عددي متوالي را نشان بدهد استفاده مي‌كردند . مانند زاويه چرخش يك گلوله يا اختلاف در پتانسيل الكتريكي .
ماشين‌هاي ديجيتال در تقابل با آنالوگ ٬توانايي تحويل وضعيت يك مقدار عددي و ذخيره هر تك رقم را داشتند . ماشين ديجيتال قبل از اختراع قطعات سريعتر حافظه ٬ در ماشين‌هاي مختلف يا دستگاه‌هاي تقويت نيرو استفاده مي‌شده‌است .

 

عبارت «Computing Machine» (ماشين محاسبه) به تدريج بعد از دهه ۱۹۴۰ از بين رفته‌است . درست بودن عبارت كامپيوتر از زماني كه ماشينهاي ديجيتال الكترونيك رايج شده‌اند شروع شده‌است . اين كامپيوترها توانايي انجام محاسبات را كه قبلا توسط كارمندان انسان انجام مي‌شده‌است را داشته‌اند . چون مقادير ذخيره شده توسط ماشينهاي ديجيتال مانند وسايل آنالوگ به خصوصيات فيزيكي محدود نبود ٬ يك كامپيوتر منطقي مبتني برتجهيزات ديجيتال ٬ توانايي انجام هر چيزي را كه مي‌توانست ماشين خالص را توليد كند ٬ داشته‌است .
آلن تيورينگ كه به عنوان پدر علم كامپيوتر شناخته مي‌شده‌است ٬ اين قبيل كامپيوترهاي منطقي را كه به عنوان ماشين تيورينگ شناخته مي‌شود را اختراع كرده بود . كه بعد از آن داخل كامپيوترهاي مدرن و پيشرفته رشد پيدا كرد . به علاوه اين كامپيوترهاي جديد توانايي انجام محاسبات غير عددي را مثل موسيقي داشته‌اند .
از زماني كه پردازش‌هاي محاسباتي توسط كارمندان انساني انجام مي‌شده‌است ٬ اين مطالعهٔ توانايي انجام محاسبات ٬ به وسيله آشكار ساختن چيزي كه در مفهوم متداول آشكار نبوده‌است ٬ يك علم را آغاز كرده‌است .

 

نظم و انظباط غير منتظره

اساس تئوري

اساس رياضي علم كامپيوتر مدرن توسط Kurt Godel با قضيه ناقصش در سال ۱۹۳۱ آغاز شده بود . در اين قضيه او نشان داده كه ٬ جايي محدود بوده كه داخل يك سيستم قراردادي چيزي را نتواند رد يا اثبات كند . اين قضيه به كاري توسط Godel و بقيه راهنمايي كرده تا اين سيستم‌هاي رسمي يا قرارداي را تشريح يا تعريف كنند . كه اين شامل مفاهيمي مانند توابع بازگشتي mu(μ) و توابع تعريف پذير Lambda(λ) مي‌باشد .
سال ۱۹۳۶ يك سال كليدي براي علم كامپيوتر بوده‌است . آلن تيورينگ و آلونزو جرج ٬ مستقلا و همچنين با هم الگوريتم را به طور رسمي ٬ با محدوده‌هايي كه مي‌توانست محاسبه كند و مدلي براي محاسبات مكانيكي خالص بود ٬ معرفي كردند .
اين عناوين توسط چيزي كه اكنون قضيه جرج – تيورينگ ناميده مي‌شود ٬ تحت پوشش قرار مي‌گيرد . كه يك فرضيه در مورد طبيعت وسايل محاسباتي مكانيكي مانند كامپيوترهاي الكترونيكي ٬ مي‌باشد . اين قضيه ادعا كرده كه هر محاسباتي كه ممكن است (حل شدني است ) مي‌تواند توسط اجراي الگوريتم روي كامپيوتر انجام شود . كه با زمان كافي و فضاي ذخيره سازي در دسترس فراهم مي‌شود . همچنين تيورينگ ٬ قضيه توصيف ماشين تيورينگ را شامل مي‌شود . يك ماشين تيورينگ يك نوار طولاني نا محدود و يك هد يا سوزن نوشتن يا خواندن (R/W) دارد كه همراه با نوار مي‌تواند حركت كند و تنها مقادير مسير را مي‌تواند حركت دهد . به طور شفاف همانند ماشيني است كه هرگز نمي‌تواند بسازد ٬ اما با اين وجود مدلي است كه مي‌تواند محاسبات هر الگوريتمي را كه روي هر كامپيوتر مدرني قابل اجراست ٬ تقليد كند .
همچنين تيورينگ براي علم كامپيوتر مهم است چونكه نام او نمايانگر جايزه تيورينگ و آزمايش تيورينگ است . او در جنگ جهاني دوم همكاري موفقيت آميز و بزرگي با كد شكن‌هاي بريتانيايي داشته‌است و طراحي كامپيوترها و نرم افزارها را در دهه ا۱۹۴۰ كاملا ادامه داده‌است . در يك نشست خيلي بزرگ ماشين‌هاي ديجيتال در كمبريج ٬ تورينگ گفت : « ما در تلاشيم تا ماشيني بسازيم تا همه نوع چيزهاي متفاوت را به سادگي توسط برنامه نويسي سريع تر از راه اضافه كردن دستگاه‌هاي اضافي انجام دهيم . »
در سال ۱۹۴۸ توسط بابي منچستر ٬ اولين كامپيوتر كاربردي كه مي‌توانست برنامه‌هاي ذخيره شده را اجرا كند ٬ بر مبناي مدل ماشين تيورينگ ساخته شد .

 

شانون و تئوري اطلاعات

تا حدود و نزديكي‌هاي دهه ۱۹۳۰ ٬ مهندسين برق توانايي ساختن مدارات الكترونيكي را داشتند تا مسائل منطقي و رياضي را حل كنند ٬ اما بيش از همه طبق عادت عمومي ٬ نظريه‌هايي كه وقت زيادي نمي‌برده انجام مي‌داده‌اند . اين امر با انتشار قضيه Master در سال ۱۹۳۷ توسط الوود شانون (Elwood Shannon) تغيير كرده‌است . كه يك تحليل نمادين از ايستگاه تقويت و مدارات سوئيچينگ است . در زمان گرفتن مدرك ليسانس در كلاس فلسفه ٬ شانون كار بولي را افشا كرده و تشخيص داده بود كه آن كار مي‌تواند

از ايستگاه‌هاي تقويت الكترومكانيكي مرتب استفاده كند .( سپس در سوئيچ‌هايي ٬ در مسير يابي تلفن استفاده شده‌است . ) تا مشكلات منطقي را حل كند . اين عقيده يعني استفاده از خصوصيات الكترونيكي سوئيچ‌ها تا كار منطقي را انجام دهند ٬ پايه عقيده‌اي است كه زمينه همه كامپيوترهاي ديجيتال الكترونيكي است . و اين قضيه شالوده طراحي مدار ديجيتالي كاربردي شده‌است . در اين هنگام آن قضيه سريعا بين جامعه مهندسين الكترونيك در طول و بعد از جنگ جهاني دوم شناخته شده‌است .
شانون رفت تا رشته تئوري اطلاعات را در سال ۱۹۴۸ پيدا كرد و نام آن را تئوري رياضي ارتباطات قرار داده‌است . كه احتمالا در مسئله چطور بهتر رمز كردن اطلاعات يك فرستنده كه مي‌خواهد انتقال دهد ٬ به كار برده مي‌شود . اين يك تئوري پايه براي تعدادي بخش‌هاي مطالعاتي از جمله فشرده سازي اطلاعات و رمز نويسي مي‌باشد .

 

وينر و فيزيولوژي

از آزمايش‌هايي با سيستم‌هاي ضد هوايي كه عكس‌هاي كشف شدهٔ هواپيماي دشمن را تفسير مي‌كرده‌است ٬ نوربرت وينر (Norbert Wiener) اصطلاح فيزيو لوژي را از كلمه‌اي يوناني اختراع كرده‌است . او فيزيولوژي را در ۱۹۴۸ منتشر كرده‌است كه تاثير آن هوش مصنوعي بوده‌است . همچنين وينر ٬ محاسبات ماشين محاسباتي ٬ قطعات مموري يا حافظه و بقيه تشابه‌ها را با آناليز امواج مغز خود مقايسه مي‌كرده‌است .

 

اولين اشكال رايانه

اولين اشكال كامپيوتر يك حشره موذي بود ٬ آن حشره بين دستگاه‌هاي تقويت روي هاروارد مارك ۲ چسبيده بود . تا زمان اختراع كلمه "BUG" (اشكال) ٬ اغلب اما به طور غلط به گريس هوپر كه يك افسر نيروي دريايي در ناوگان آمريكا بود نسبت داده مي‌شده‌است . گمان مي‌شد حشره در تاريخ ۹ سپتامبر ۱۹۴۵ وارد سيستم شده‌است . بيشترين حساب‌هاي ديگر حد اقل با اين جزئيات ناسازگاري داشته‌است . طبق اين حساب‌ها تاريخ واقعي ۹ سپتامبر ۱۹۴۷ بوده‌است . زماني كه كاربران اين وافعه همراه با اين حشره و نشانه « اولين نمونه واقعي اشكال پيدا شده بود » بايگاني شدند .

 

علم رايانه

علم كامپيوتر ( يا علم محاسبه ) مطالعه و دانش پايه نظري اطلاعات و محاسبات و پياده سازي و كاربرد آنها در سيستم‌هاي كامپيوتري مي‌با شد . علم كامپيوتر تعدادي زير شاخه دارد . برخي از نتايج مشخص محاسبات اهميت دارند . ( مانند گرافيك‌هاي كامپيوتر ) ٬ در صورتي كه ديگران خصوصيات مسائل محاسباتي را بازگو كردند ( مانند اصل پيچيدگي محاسباتي ) . هنوز ديگران روي رقابت در اجراي محاسبات تمركز كرده‌اند . براي مثال مطالعه اصل زبان برنامه نويسي به شرح محاسبات نزديك شده‌است . در صورتي كه برنامه كامپيوتري ٬ زبان‌هاي برنامه نويسي مشخصي دارد تا مسائل محاسباتي خاصي را حل كند . يك زير شاخه ديگر ٬ اثر متقابل كامپيوتر بشري ٬ روي رقابت در ساخت كامپيوترها و محاسبات مفيد ٬ قابل استفاده ٬ جهاني و در دسترس مردم ٬ تمركز كرده‌اند .

 

خلاصه تاريخچه

قبل از اختراع كامپيوتر ديجيتال پايه اصلي علم رايانه ايجاد شد . ماشينهايي براي محاسبه وظايف عددي ثابت ٬ مانند چرتكه كه در روزگار باستان وجود داشته‌است . ويليام اشيكارد اولين محاسبه گر الكتريكي را در سال ۱۶۲۳ ساخت . در زمان ملكه ويكتوريا ٬ چارلز بابيج ماشين متفاوتي را ( بين سال‌هاي ۱۸۳۷ و ۱۹۰۱ ) به كمك آدا لاولكا طراحي كرد . حدود سال ۱۹۰۰ شركت IBM ماشين‌هاي كارت پانچ را فروخته‌است . هر چند كه همه اين ماشين‌ها براي انجام يك وظيفه يا بهترين تعداد زير مجموعهٔ همه وظايف ممكن ٬ تحميل شده‌اند .
در طول دهه ۱۹۴۰ ٬ ماشين‌هاي محاسباتي قوي تر و جديد تري توسعه داده شد ٬ كلمه Computer به ماشين‌هاي سريع تر از پردازش گرهاي بشري آن‌ها بر مي‌گردد . چنانكه آن روشن و واضح است كه كامپيوترها مي‌توانند براي بيشتر از فقط محاسبات رياضي استفاده شوند . رشته علم كامپيوتر منتشر شده تا محاسبات را در كل مطالعه كند . علم كامپيوتر آغاز شده‌است تا برتري نظم آكادمي را در دهه ۱۹۶۰ با ساخت اولين دپارتمان علم كامپيوتر و مدرك برنامه‌ها برقرار كند . زماني كه كامپيوترهاي كاربردي در دسترس شدند تعدادي كاربردهاي محاسبات در حق خودشان در نواحي مورد مطالعه برتري داده شدند . اگر چه تعدادي در ابتدا اعتقاد داشتند كه آن غير ممكن است كه خودشان واقعا يك رشته مطالعاتي باشند ٬ در پنجاه سال اخير آن بتدريج بين بزرگترين جمعيت علمي و دانشگاهي مقبول واقع شد . آن الان توسط مارك IBM خوب شناخته شده كه قسمت انقلاب علم كامپيوتر در طول اين مدت را شكل داده‌است . IBM (كوتاه شده ماشين تجاري بين المللي يا International Business Machine ) كامپيونرهاي IBM۷۰۴ و بعد از آن IBM۷۰۹ را منتشر كرد ٬ كه در طول كشف چنين قطعاتي طولاني تر استفاده مي‌شدند . هميشه كار با كامپيوترهاي IBM نا اميد كننده بود ...اگر شما هر قدر يك كاراكتر را در يك دستور العمل گم كرديد ٬ برنامه ريزريز شده و شما بايد پردازش كامل را دوباره شروع كنيد. در جريان اواخر دههٔ ۱۹۵۰ نظم علم كامپيوتر خيلي در حال توسعه يافتن مراحلش بود و چنين مسئله‌اي پيش پا افتاده و معمولي بود .
زمان در بهبودي قابليت استفاده و موثر بودن تكنولوژي علم كامپيوتر مهم ديده مي‌شده‌است . انجمن يا گروه پيشرفته به نظر مي‌رسيده كه براي آنها مهم بوده كه استفاده كنندگان كامپيوتر را از متخصصين و حرفه‌اي‌ها به كار بران رايج تر تغيير دهند

از ويكي‌پديا، دانشنامهٔ آزاد