تاريخ الحوسبة

الأعداد

صار استخدام مبدأ الأرقام في النهاية مألوفا وأكثر قوة لينهض بنظام العد كما واستخدم أحيانا في فن استذكار الأغاني لتعليم المتتاليات للآخرين. تحتوي كل اللغات المعروفة تقريبا كلمات تمثل الرقمين واحد واثنين (مع كون هذا الموضوع محل خلاف: انظر لغة بيراها) ويمكن لبعض الحيوانات مثل الشحرور أن تميّز عددا مدهشا من العناصر.
أدت التطورات في نظام العد والتدوين الرياضي في نهاية المطاف إلى اكتشاف العمليات الرياضية مثل الجمع والطرح والضرب والقسمة والتربيع والجذر التربيعي وخلافه. وأخيرا تم الخروج بطابع رسمي لهذه العمليات وأصبحت المبادئ الخاصة بها مفهومة بشكل كاف لتتم برهنتها وإثباتها رياضيا كذلك. يمكن اعتبار خوارزمية إقليدس التي تستخدم لإيجاد القاسم المشترك الأكبر بين عددين مثالا على ما سبق.
مع حلول العصور الوسطى المتأخرة، كان التدوين الموضعي ونظام العد الهندي العربي قد وصلا إلى أوروبا مما سمح بتطبيق الحساب المنهجي على الأرقام. خلال هذه الفترة؛ سمح تمثيل الحساب على الورق بإجراء الحسابات الخاصة بالتعبيرات الرياضية والدوال المثلثية وجدولة الدوال الرياضية مثل دوال الجذر التربيعي واللوغارتم العشري (لاستخدامها في عمليات الضرب والقسمة).
خلال الزمن الذي كان إسحاق نيوتن يجري فيه أبحاثه، كان الورق والرق مصدرا هاما لعملية الحساب، وحتى في زمننا الحالي فإن باحثين مثل إنريكو فيرمي كانوا يغطون قصاصات متناثرة من الورق بالحسابات ليشبعوا فضولهم حيال معادلة ما.  وحتى في زمن الحاسبات المبرمجة: لم يكن ريتشارد فاينمان ليتردد في حساب أي خطوة يحتاجها دون الحاجة لاستخدام آلة حاسبة عن طريق اليد للوصول إلى إجابة يرغبه بمعرفتها بشدة.
 

الملاحة وعلم الفلك

بالإمكان حساب الخوارزميات ودوال المثلثات عن طريق البحث عن الأعداد خاصتها في جدول رياضي وإجراء الاستيفاء بين حالات حسابية خاصة ومعروفة. في حالة الفروق الطفيفة، فإن هذه العملية الخطية كانت دقيقة بما يكفي لاستخدامها في الملاحة وعلم الفلك في عصر الاستكشاف. ازدهرت استخدامات الاستيفاء في الخمسمائة عام الماضية وبحلول القرن العشرين قام كل من ليزلي كومري وولاس جون إيكرت بتنظيم استخدامه في جداول عددية لمقابلة حساب البطاقات المثقبة.
أما في عصرنا هذا؛ فيمكن لطالب أن يحاكي حركة الكواكب وجسم المعادلة التفاضلية من الرتبة ن باستخدام مبادئ التحليل العددي وهو عمل فذ كان ليحظى بتقدير إسحاق نيوتن أثناء معاناته في حساب حركة القمر.

علم التنبؤ الجوي

كان الحل العددي للمعادلات التفاضلية وخصوصا معادلات نافيير-ستوكس، حافزا هاما لتطوير الحوسبة باستخدام الطريقة العددية التي طورها لويس فراي ريتشاردسون في حل المعادلات التفاضلية؛ وما زالت بعض معظم أقوى أنظمة الحاسوب على الأرض تُستخدم لأغراض التنبؤ الجوي حتى يومنا هذا.

الحساب الرمزي

بحلول أواخر ستينيات القرن الماضي؛ استطاعت أنظمة الحاسوب معالجة المعادلات الجبرية الرمزية بشكل جيد جدا يكفي لاجتياز مواد التفاضل والتكامل التي تدرس في الجامعات.

تاريخ الحاسوب

توجد أمثلة على أجهزة الحساب البدائية والتي تمثل الأسلاف الأوائل للحاسوب، منها abacus أو المعداد (أداة تستخدم الآن في تعليم الأطفال العد) و Antikythera mechanism وهو جهاز يوناني قديم كان يستخدم لحساب حركات الكواكب والتأريخ من سنة 87 ق.م. تقريباً. شهدت نهاية العصور الوسطى نشاطًا أوروبيًا في علمي الرياضيات والهندسة وكان فيلهلم شيكارد الأول من عدد من العلماء الأوروبيين الذي أنشئ آلة حاسبة ميكانيكية. تم تدوين abacus (المعداد) على أنه حاسوب بدائي وذلك لأنه كان يشبه الآلة الحاسبة في الماضي. في عام 1801 قام جوزيف ماري جاكار بعمل تحسين للأشكال النولية الموجودة والتي تستخدم مجموعة متتالية من البطاقات الورقية المثقوبة وكأنها برنامج لنسج أشكال معقدة. والنتيجة كانت أن نول Jacquard لم يتم اعتباره حاسوبًا حقيقيًا ولكنه كان خطوة هامة في تطوير الحواسيب الرقمية الحديثة. كان تشارلز باباج أول من فكر وصمم حاسوبًا مبرمجًا بالكامل وذلك في بداية عام 1820 ولكن بسبب مجموعة من الحدود التقنية في ذلك الوقت والمحدودية المالية، وكذلك عدم القدرة على حل مشكلة الإصلاح غير الجيد في تصميمه فإن الجهاز لم يتم بناءه فعلياً في حياته. ظهرت عدد من التقنيات التي أثبتت فائدتها لاحقًا في الحوسبة، مثل البطاقة المثقوبة وأنبوب الصمام بنهاية القرن التاسع عشر، ومعالجة البيانات أوتوماتيكيًا ذات التدرج الكبير باستخدام البطاقات المثقوبة صُنٍعت باستخدام آلات جدولة والتي صممها هيرمان هولليريث
إن نجاح الحواسيب القوية والمريحة بدأ في الثلاثينيات والأربعينات من القرن العشرين، وأضيفت -بالتدريج- المميزات الرئيسية في الحواسيب الحديثة مثل استخدام الإليكترونيات الرقمية (اخترع معظمها كلود شانون عام 1937) والقدرة على البرمجة بطريقة أكثر سلاسة. إن تحديد نقطة واحدة خلال هذا المشوار على أنها "أول حاسوب اليكتروني رقمي" أمر صعب جدا.
من الإنجازات الأساسية، حاسوب Atanasoff-Berry 1937، وهي آلة ذات غرض مخصص والتي كانت تستخدم الحوسبة المقادة بالصمامات (أنبوب الصمام) والأرقام الثنائية والذاكرة المجددة. حاسب Colossus البريطاني السري (1944) والذي كان يملك قدرة محدودة على البرمجة ولكنه قدم جهازًا يستخدم الآلاف من الصمامات من الممكن أن يكون موثوقا وإعادة برمجته إلكترونيا. Harvard Mark I 1944 حاسوب إلكتروميكانيكي ذو تدرج كبير ولديه قدرة محدودة على البرمجة.
الحاسوب الأمريكي المبني على نظام العد العشري (1946-ENIAC) وكان أول حاسوب إلكتروني ذو أغراض عامة ولكن في الأساس فإن بنيته غير سلسة مما يعني أن إعادة برمجته أساسيًا تتطلب إعادة توصيله. وآلات Z الخاصة بـ Konrad Zuse، مع الاليكتروميكانيكي Z3)1941) يكون أول آلة عاملة تقدم ميزة الحساب الاوتوماتيكي للأرقام الثنائية والقدرة على البرمجة بطريقة عملية وملائمة.
إن فريق العمل الذي قام بتطوير ENIAC أدرك عيوب جهازه وجاء بتصميم أكثر مرونة وروعة والذي صار يعرف ببنية Von Neumann (أو "بنية البرنامج المخزن"). أصبحت بنية البرنامج المخزن افتراضيا القاعدة لكل الحواسيب الحديثة. بدأ عدد من المشاريع لتطوير حاسوب يعتمد على بنية البرنامج المخزن في منتصف إلى آخر الأربعينات من القرن العشرين. إن أول حاسوب من هولاء تم الانتهاء منه في بريطانيا. أول هولاء الذي يعتبر أفضل وعامل كان ما يعرف بآلة التدرج الصغير التجريبية (Small-Scale Experimental Machine) ولكن EDSAC ربما كان أول نسخة عملية تم تطويرها.
إن تصميمات الحاسوب المقاد بأنبوب الصمام أصبحت قيد الاستخدام خلال الخمسينات من القرن العشرين، ولكن مع الوقت تم استبدالها بالحواسيب الترانزستورية حيث أنها أصغر وأسرع وأرخص وأكثر موثوقية، كل ذلك أتاح لها أن يتم إنتاجها على المستوي التجاري وذلك في الستينات من القرن العشرين. في سبعينات القرن العشرين، ساعد اختيار تكنولوجيا الدائرة المتكاملة في إنتاج الحواسيب بتكلفة قليلة كافية لأن تسمح للافراد بامتلاك حاسوب شخصي من الأنواع المعروفة حاليا.