تاریخ علم رایانه

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد

تاریخچه علم رایانه خیلی قبل از نظم و انظباط پیشرفته علم رایانه که در قرن بیستم ظاهر شده‌است ٬ آغاز شده‌است . این ترقی از اختراعات مکانیکی و تئوری‌های ریاضی به سمت عقاید و ماشین‌های مدرن پیشرفته‌است و یک رشته آکادمی بزرگ و پایه یک صنعت جهانی خیلی بزرگ را تشکیل داده‌است .

فهرست مندرجات ۱ در آغاز تاریخ ۱.۱ در آغاز محاسبات ۲ الگوریتم‌ها ۳ منطق دودویی ۴ ماشین تحلیلی ۵ تولد علم رایانه ۶ نظم و انظباط غیر منتظره ۶.۱ اساس تئوری ۷ شانون و تئوری اطلاعات ۸ وینر و فیزیولوژی ۹ اولین اشکال رایانه ۱۰ علم رایانه ۱۱ خلاصه تاریخچه ۱۲ منبع

[ویرایش] در آغاز تاریخ

[ویرایش] در آغاز محاسبات

سریع ترین ابزار شناخته شده برای استفاده در محاسبات ٬ چرتکه بوده‌است . و آن فکر در حدود 2400 سال قبل از دوران فعلی در شهر بابل اختراع شده بود . سبک اصلی آن با خطوط رسم شده توسط سنگریزه‌ها به روی شن‌ها استفاده می‌شده‌است . این اولین کامپیوتر شناخته شده و پیشرفته ترین سیستم محاسباتی شناخته شده تا 2000 سال پیش در یونان است . آباسی مدرن تری طراحی ابزار محاسباتی است که هنوز هم مورد استفاده قرار می‌گیرد .
در 1115 سال پیش از دوران فعلی ٬ در چین باستان ارابه بندکشی جنوبی اختراع شده بود . آن اختراع اولین مکانیزم چرخ دنده شناخته شده بود که در چرخ‌های گوناگون مورد استفاده قرار می‌گرفته‌است و بعدا در کامپیوتر‌های قیاسی یا آنالوگ استفاده شدند . بعلاوه ٬ در حدود دو قرن پیش از دوران فعلی چینی‌ها چرتکه ماهرتری را اختراع کردند .
در سدهٔ پنجم پیش از دوران فعلی در هند باستان ٬ پانینی متخصص گرامر ٬ دستور زبان سانسکریت را در 3959 قانون شناخته شده قاعده دار وتدوین کرده‌است . مثل آشتادهایی(Ashtadhyayi) که سیار فنی اسلوب داده شده بود . پانینی از قوانین تغییر شکل و بازگشتی‌ها استفاده کرده بود و با این قبیل مهارتی که گرامرش داشت ٬ معادل قدرت محاسبه ماشین تیورینگ بود .
بین 200 تا 400 سال پیش از این ٬ جاینا ریاضی دان هندی ٬ لگاریتم را اختراع کرد . از قرن سیزدهم جدول لگاریتم توسط ریاضی دانان مسلمان ابداع شد .
مکانیزم ماشین آنتی کیترا ( قدیمی ترین رایانه دنیا ) بر این باور بوده‌است تا کامپیوتر آنالوگ مکانیکی سریعتر شناخته شوند . آن ماشین برای اینکه موقعیت‌های نجومی را محاسبه کند طراحی شده بود. آن ماشین در سال 1901 در لاشه کشتی آنتی کیترا در جزیره یونانی آنتی کیترا بین کیترا و کرت حدود 100 سال قبل کشف شده بود .
قطعات مکانکی کامپیوتر آنالوگ دو باره در یک هزار سال اخیر در جهان اسلام و در قرون وسطی ظاهر شده و توسط ستاره شناسان مسلمان توسعه داده شده بود . مانند خط استوایی توسط آرزاشل ٬ چرخ دنده‌های مکانیکی توسط ابوریحان بیرونی و نیروی گشتاور توسط جابر ابن افلح . اولین ماشین‌های قابل برنامه ریزی هم توسط مهندسان مسلمان اختراع شده بود .مانند نوازنده فلوت اتوماتیک توسط برادران بنو موسی (Banu Musa) و روباتهای شبه انسان توسط الجازاری . همچنین ریاضی دانان مسلمان مهمترین پیشرفت‌ها را در رمز نگاری کرده بودند مانند پیشرفت در کشف نوشته رمزی و آنالیز فرکانس توسط آلکیندوس .
زمانی که جان نپیر در اوایل قرن هفدهم لگاریتم را برای اهداف محاسباتی کشف کرده بود به دنبال آن یک دوره پیشرفت قابل توجه توسط مخترعان و دانشمندان در ساخت ابزار محاسباتی شروع شد . حدود سال 1640 ٬ بلیز پاسکال یک ریاضی دان اهل فرانسه ٬ اولین وسیله جمع مکانیکی را مبنی بر طراحی توصیف شده توسط قهرمان آلکساندر ٬ ریضی دان یونان ٬ ساخته‌است .
در ابتدا هیچ کدام از وسایل محاسباتی واقعا کامپیوتر در مفهوم پیشرفته نبوده‌اند . آن پیشرفت قابل توجه در ریاضیات و تئوری قبل از اولین کامپیوتر مدرن طراحی شده ٬ گرفته شده‌است .

[ویرایش] الگوریتم‌ها

در قرن هفتم ٬ ریاضی دان هندی ٬ براهام گوپتا اولین توضیح سیستم اعداد هندو – عربی را داد و از صفر با یک حفره یا سوراخ و یک رقم دهدهی استفاده کرد . تقریبا حدود سال 825 ٬ ریاضی دان فارس ٬ خوارزمی کتابی تحت عنوان « محاسبات با اعداد هندو » نوشته‌است که عمدتا مسئول برای پخش سیستم شمارش هندی در خاور میانه و اروپا بوده‌است ٬ حدود قرن دوازدهم ترجمه این کتاب به لاتین نوشته شده بود : «Algoritmi De Numero Indorum» در این کتاب مفاهیم جدید تری نمایان شده‌است تا یکسری گام‌ها را در صحیح انجام دادن یک وظیفه اجرا کنند ٬ مانند کاربرد و استفاده محاسباتی قاعده دار در جمع . به وسیله اشتقاق از نام او ما لفظ الگوریتم را داریم .

[ویرایش] منطق دودویی

حدود سه قرن قبل ٬ پینگالا ریاضی دان هندی سیستم اعداد دودویی را کشف کرد . در این سیستم که امروزه هنوز در پردازش کامپیوتر‌های مدرن استفاده می‌شود ٬ با یک توالی و ترتیب صفر‌ها و یک‌ها می‌توان هر عددی را نماین کرد .
در سال 1703 گاتفرید لیبنیز ٬ منطق مجرد را توسعه داده‌است . ریاضیات تحت سیستم اعداد دودویی با دستنوشته‌های او مفهوم پیدا کرد . در سیستم او علاوه بر صفر‌ها و یک‌ها ٬ صحیح و غلط (True / False) و وضعیت‌های روشن و خاموش نمایان بودند .
اما بیشتر از یک قرن قبل جرج بول ٬ در سال 1854 جبر بولی را منتشر کرد . اولین بار وسایل مکانیکی تحت یک الگوی دودویی که اختراع شده بود حرکت داده شده بود . انقلاب صنعتی ٬ مکانیزم کردن تعدادی وسایل را به جلو حرکت داده بود که این شامل بافندگی نیز می‌شد . در سال 1801 جوزف ماری کارگاه بافندگی را توسط کارتهای پانچ کنترل می‌کرده‌است . جایی که یک حفره روی کارت سوراخ شده باشد یک از نوع دودویی ٬ و نقطه سورهخ نشده ٬ صفر از نوع دودویی را نشان می‌دهد . دستگاه بافندگی نساجی از یک رایانه فاصله دارد . اما با مثال توضییح می‌دهد که با سیستم دودویی می‌توان ماشین‏ها را حرکت داد .

[ویرایش] ماشین تحلیلی

ماشین تحلیلی نبود تا چارلز بابیج (Charles Babbage) ٬ که پدر علم محاسبه بوده‌است آغاز رایانه مدرن با کار او روی ماشین تحلیلی شکل گرفته‌است . ای دستگاه به هر حال با همهٔ وظایف و کارهایی که در طراحی یک رایانه مدرن صورت گرفته‌است ٬ هرگز با موفقیت ساخته نشد . او اولین بار آن را در سال 1837 ٬ توصیف و تشریح کرده‌است . بیش از 100 سال قبل هر دستگاه مشابهی با موفقیت ساخته شده بود . تفاوت بین ماشین بابیج و ماشین‌های قبلی ساده‌است : « او برنامه ریزی شده طراحی کرده‌است . » در این هنگام همکار او ٬ ریاضی دان ٬ آدا لاولاک (Ada Lavelace) ٬ نخستین برنامه‌های کامپیوتری را در یک دستگاه جامع و فراگیر روی ماشین تحلیلی منتشر کرده‌است . لاولاک به خاطر این کارش محبوب هست و اولین برنامه نویس کامپیوتر لحاظ شده بود . اما تعدادی محقق ادعا کردند برنامه‌های منتشرشده تحت نام او در اصل توسط بابیج ساخته شده‌است .

[ویرایش] تولد علم رایانه

قبل از دهه 1920کامپیوترها(گاهی اوقات کامپیوتورها) کارمندان از نوع انسان بوده‌اند که محاسبات را انجام می‌دادند . آنها معمولا تحت هدایت یک فیزیک دان بوده‌اند . هزاران کامپیوتر در تجارت ٬ دولت و تشکیل یک تحقیق کار می‌کردند و یا استخدام شده بودند . بیشتر این کامپیوتر‌ها زنان بوده‌اند و آنها مدرکی در حسابان داشته‌اند . تعدای از آنها برای سالنامه‌ها محاسبات نجومی را انجام می‌دادند . بعد از دههٔ 1920 ٬ بیان ماشین محاسبات ٬ به ماشینی که کار یک کامپیوتر انسانی را انجام می‌داده اطلاق می‌شده‌است . مخصوصا آنها با روشهای موثر قضیه جرج – تیورینگ مطابقت داشته‌اند . این قضیه که روشی است برای یک ریاضی دان ٬ اگر توانایی تنظیم یک لیست دستورالعمل‌ها را بوسیله یک کارمند انسانی با مداد و کاغذ داشته باشد ٬ موثر است . به دلیل ضرورت خیلی زیاد و بدون قوه ابتکار و نبوغ . ماشینهایی که مقادیر متوالی را محاسبه می‌کردند به عنوان نوع آنالوگ یا قیاسی شناخته شده‌اند . آنها از دستگاهی که کمیت عددی متوالی را نشان بدهد استفاده می‌کردند . مانند زاویه چرخش یک گلوله یا اختلاف در پتانسیل الکتریکی .
ماشین‌های دیجیتال در تقابل با آنالوگ ٬توانایی تحویل وضعیت یک مقدار عددی و ذخیره هر تک رقم را داشتند . ماشین دیجیتال قبل از اختراع قطعات سریعتر حافظه ٬ در ماشین‌های مختلف یا دستگاه‌های تقویت نیرو استفاده می‌شده‌است .

عبارت «Computing Machine» (ماشین محاسبه) به تدریج بعد از دهه 1940 از بین رفته‌است . درست بودن عبارت کامپیوتر از زمانی که ماشینهای دیجیتال الکترونیک رایج شده‌اند شروع شده‌است . این کامپیوتر‌ها توانایی انجام محاسبات را که قبلا توسط کارمندان انسان انجام می‌شده‌است را داشته‌اند . چون مقادیر ذخیره شده توسط ماشینهای دیجیتال مانند وسایل آنالوگ به خصوصیات فیزیکی محدود نبود ٬ یک کامپیوتر منطقی مبتنی برتجهیزات دیجیتال ٬ توانایی انجام هر چیزی را که می‌توانست ماشین خالص را تولید کند ٬ داشته‌است .
آلن تیورینگ که به عنوان پدر علم کامپیوتر شناخته می‌شده‌است ٬ این قبیل کامپیوتر‌های منطقی را که به عنوان ماشین تیورینگ شناخته می‌شود را اختراع کرده بود . که بعد از آن داخل کامپیوتر‌های مدرن و پیشرفته رشد پیدا کرد . به علاوه این کامپیوتر‌های جدید توانایی انجام محاسبات غیر عددی را مثل موسیقی داشته‌اند .
از زمانی که پردازش‌های محاسباتی توسط کارمندان انسانی انجام می‌شده‌است ٬ این مطالعهٔ توانایی انجام محاسبات ٬ به وسیله آشکار ساختن چیزی که در مفهوم متداول آشکار نبوده‌است ٬ یک علم را آغاز کرده‌است .

[ویرایش] نظم و انظباط غیر منتظره

[ویرایش] اساس تئوری

اساس ریاضی علم کامپیوتر مدرن توسط Kurt Godel با قضیه ناقصش در سال 1931 آغاز شده بود . در این قضیه او نشان داده که ٬ جایی محدود بوده که داخل یک سیستم قراردادی چیزی را نتواند رد یا اثبات کند . این قضیه به کاری توسط Godel و بقیه راهنمایی کرده تا این سیستم‌های رسمی یا قراردای را تشریح یا تعریف کنند . که این شامل مفاهیمی مانند توابع بازگشتی mu(μ) و توابع تعریف پذیر Lambda(λ) می‌باشد .
سال 1936 یک سال کلیدی برای علم کامپیوتر بوده‌است . آلن تیورینگ و آلونزو جرج ٬ مستقلا و همچنین با هم الگوریتم را به طور رسمی ٬ با محدوده‌هایی که می‌توانست محاسبه کند و مدلی برای محاسبات مکانیکی خالص بود ٬ معرفی کردند .
این عناوین توسط چیزی که اکنون قضیه جرج – تیورینگ نامیده می‌شود ٬ تحت پوشش قرار می‌گیرد . که یک فرضیه در مورد طبیعت وسایل محاسباتی مکانیکی مانند کامپیوتر‌های الکترونیکی ٬ می‌باشد . این قضیه ادعا کرده که هر محاسباتی که ممکن است (حل شدنی است ) می‌تواند توسط اجرای الگوریتم روی کامپیوتر انجام شود . که با زمان کافی و فضای ذخیره سازی در دسترس فراهم می‌شود . همچنین تیورینگ ٬ قضیه توصیف ماشین تیورینگ را شامل می‌شود . یک ماشین تیورینگ یک نوار طولانی نا محدود و یک هد یا سوزن نوشتن یا خواندن (R/W) دارد که همراه با نوار می‌تواند حرکت کند و تنها مقادیر مسیر را می‌تواند حرکت دهد . به طور شفاف همانند ماشینی است که هرگز نمی‌تواند بسازد ٬ اما با این وجود مدلی است که می‌تواند محاسبات هر الگوریتمی را که روی هر کامپیوتر مدرنی قابل اجراست ٬ تقلید کند .
همچنین تیورینگ برای علم کامپیوتر مهم است چونکه نام او نمایانگر جایزه تیورینگ و آزمایش تیورینگ است . او در جنگ جهانی دوم همکاری موفقیت آمیز و بزرگی با کد شکن‌های بریتانیایی داشته‌است و طراحی کامپیوتر‌ها و نرم افزار‌ها را در دهه ا1940 کاملا ادامه داده‌است . در یک نشست خیلی بزرگ ماشین‌های دیجیتال در کمبریج ٬ تورینگ گفت : « ما در تلاشیم تا ماشینی بسازیم تا همه نوع چیز‌های متفاوت را به سادگی توسط برنامه نویسی سریع تر از راه اضافه کردن دستگاه‌های اضافی انجام دهیم . »
در سال 1948 توسط بابی منچستر ٬ اولین کامپیوتر کاربردی که می‌توانست برنامه‌های ذخیره شده را اجرا کند ٬ بر مبنای مدل ماشین تیورینگ ساخته شد .

[ویرایش] شانون و تئوری اطلاعات

تا حدود و نزدیکی‌های دهه 1930 ٬ مهندسین برق توانایی ساختن مدارات الکترونیکی را داشتند تا مسائل منطقی و ریاضی را حل کنند ٬ اما بیش از همه طبق عادت عمومی ٬ نظریه‌هایی که وقت زیادی نمی‌برده انجام می‌داده‌اند . این امر با انتشار قضیه Master در سال 1937 توسط الوود شانون (Elwood Shannon) تغییر کرده‌است . که یک تحلیل نمادین از ایستگاه تقویت و مدارات سوئیچینگ است . در زمان گرفتن مدرک لیسانس در کلاس فلسفه ٬ شانون کار بولی را افشا کرده و تشخیص داده بود که آن کار می‌تواند

از ایستگاه‌های تقویت الکترومکانیکی مرتب استفاده کند .( سپس در سوئیچ‌هایی ٬ در مسیر یابی تلفن استفاده شده‌است . ) تا مشکلات منطقی را حل کند . این عقیده یعنی استفاده از خصوصیات الکترونیکی سوئیچ‌ها تا کار منطقی را انجام دهند ٬ پایه عقیده‌ای است که زمینه همه کامپیوتر‌های دیجیتال الکترونیکی است . و این قضیه شالوده طراحی مدار دیجیتالی کاربردی شده‌است . در این هنگام آن قضیه سریعا بین جامعه مهندسین الکترونیک در طول و بعد از جنگ جهانی دوم شناخته شده‌است .
شانون رفت تا رشته تئوری اطلاعات را در سال 1948 پیدا کرد و نام آن را تئوری ریاضی ارتباطات قرار داده‌است . که احتمالا در مسئله چطور بهتر رمز کردن اطلاعات یک فرستنده که می‌خواهد انتقال دهد ٬ به کار برده می‌شود . این یک تئوری پایه برای تعدادی بخش‌های مطالعاتی از جمله فشرده سازی اطلاعات و رمز نویسی می‌باشد .

[ویرایش] وینر و فیزیولوژی

از آزمایش‌هایی با سیستم‌های ضد هوایی که عکس‌های کشف شدهٔ هواپیمای دشمن را تفسیر می‌کرده‌است ٬ نوربرت وینر (Norbert Wiener) اصطلاح فیزیو لوژی را از کلمه‌ای یونانی اختراع کرده‌است . او فیزیولوژی را در 1948 منتشر کرده‌است که تاثیر آن هوش مصنوعی بوده‌است . همچنین وینر ٬ محاسبات ماشین محاسباتی ٬ قطعات مموری یا حافظه و بقیه تشابه‌ها را با آنالیز امواج مغز خود مقایسه می‌کرده‌است .

[ویرایش] اولین اشکال رایانه

اولین اشکال کامپیوتر یک حشره موذی بود ٬ آن حشره بین دستگاه‌های تقویت روی هاروارد مارک 2 چسبیده بود . تا زمان اختراع کلمه "BUG" (اشکال) ٬ اغلب اما به طور غلط به گریس هوپر که یک افسر نیروی دریایی در ناوگان آمریکا بود نسبت داده می‌شده‌است . گمان می‌شد حشره در تاریخ 9 سپتامبر 1945 وارد سیستم شده‌است . بیشترین حساب‌های دیگر حد اقل با این جزئیات ناسازگاری داشته‌است . طبق این حساب‌ها تاریخ واقعی 9 سپتامبر 1947 بوده‌است . زمانی که کاربران این وافعه همراه با این حشره و نشانه « اولین نمونه واقعی اشکال پیدا شده بود » بایگانی شدند .

[ویرایش] علم رایانه

علم کامپیوتر ( یا علم محاسبه ) مطالعه و دانش پایه نظری اطلاعات و محاسبات و پیاده سازی و کاربرد آنها در سیستم‌های کامپیوتری می‌با شد . علم کامپیوتر تعدادی زیر شاخه دارد . برخی از نتایج مشخص محاسبات اهمیت دارند . ( مانند گرافیک‌های کامپیوتر ) ٬ در صورتی که دیگران خصوصیات مسائل محاسباتی را بازگو کردند ( مانند اصل پیچیدگی محاسباتی ) . هنوز دیگران روی رقابت در اجرای محاسبات تمرکز کرده‌اند . برای مثال مطالعه اصل زبان برنامه نویسی به شرح محاسبات نزدیک شده‌است . در صورتی که برنامه کامپیوتری ٬ زبان‌های برنامه نویسی مشخصی دارد تا مسائل محاسباتی خاصی را حل کند . یک زیر شاخه دیگر ٬ اثر متقابل کامپیوتر بشری ٬ روی رقابت در ساخت کامپیوتر‌ها و محاسبات مفید ٬ قابل استفاده ٬ جهانی و در دسترس مردم ٬ تمرکز کرده‌اند .

[ویرایش] خلاصه تاریخچه

قبل از اختراع کامپیوتر دیجیتال پایه اصلی علم رایانه ایجاد شد . ماشینهایی برای محاسبه وظایف عددی ثابت ٬ مانند چرتکه که در روزگار باستان وجود داشته‌است . ویلیام اشیکارد اولین محاسبه گر الکتریکی را در سال 1623 ساخت . در زمان ملکه ویکتوریا ٬ چارلز بابیج ماشین متفاوتی را ( بین سال‌های 1837 و 1901 ) به کمک آدا لاولکا طراحی کرد . حدود سال 1900 شرکت IBM ماشین‌های کارت پانچ را فروخته‌است . هر چند که همه این ماشین‌ها برای انجام یک وظیفه یا بهترین تعداد زیر مجموعهٔ همه وظایف ممکن ٬ تحمیل شده‌اند .
در طول دهه 1940 ٬ ماشین‌های محاسباتی قوی تر و جدید تری توسعه داده شد ٬ کلمه Computer به ماشین‌های سریع تر از پردازش گر‌های بشری آن‌ها بر می‌گردد . چنانکه آن روشن و واضح است که کامپیوتر‌ها می‌توانند برای بیشتر از فقط محاسبات ریاضی استفاده شوند . رشته علم کامپیوتر منتشر شده تا محاسبات را در کل مطالعه کند . علم کامپیوتر آغاز شده‌است تا برتری نظم آکادمی را در دهه 1960 با ساخت اولین دپارتمان علم کامپیوتر و مدرک برنامه‌ها برقرار کند . زمانی که کامپیوتر‌های کاربردی در دسترس شدند تعدادی کاربرد‌های محاسبات در حق خودشان در نواحی مورد مطالعه برتری داده شدند . اگر چه تعدادی در ابتدا اعتقاد داشتند که آن غیر ممکن است که خودشان واقعا یک رشته مطالعاتی باشند ٬ در پنجاه سال اخیر آن بتدریج بین بزرگترین جمعیت علمی و دانشگاهی مقبول واقع شد . آن الان توسط مارک IBM خوب شناخته شده که قسمت انقلاب علم کامپیوتر در طول این مدت را شکل داده‌است . IBM (کوتاه شده ماشین تجاری بین المللی یا International Business Machine ) کامپیونر‌های IBM704 و بعد از آن IBM709 را منتشر کرد ٬ که در طول کشف چنین قطعاتی طولانی تر استفاده می‌شدند . همیشه کار با کامپیوتر‌های IBM نا امید کننده بود ...اگر شما هر قدر یک کاراکتر را در یک دستور العمل گم کردید ٬ برنامه ریزریز شده و شما باید پردازش کامل را دوباره شروع کنید. در جریان اواخر دههٔ 1950 نظم علم کامپیوتر خیلی در حال توسعه یافتن مراحلش بود و چنین مسئله‌ای پیش پا افتاده و معمولی بود .
زمان در بهبودی قابلیت استفاده و موثر بودن تکنولوژی علم کامپیوتر مهم دیده می‌شده‌است . انجمن یا گروه پیشرفته به نظر می‌رسیده که برای آنها مهم بوده که استفاده کنندگان کامپیوتر را از متخصصین و حرفه‌ای‌ها به کار بران رایج تر تغییر دهند .

[ویرایش] منبع

‎