Tietokonetekniikan historia
Tietokonetekniikan historia käsittää niin tietokoneen, tietotekniikka, automaation kuin laskennan ja ihmisen ajattelun samanaikaisen kehittymisen näiden suhteen. Nykyaikaisen tietokoneen kehitys alkoi sähköisistä laskentalaitteista ja kehitys on kulkenut rele- ja putkikoneista transistoritietokoneiden kautta mikrokontrollereihin ja mikroprosessoreihin. Ensimmäiset tietokoneet 1940-luvulla oli tehty sotilaallisiin tarkoituksiin, muun muassa Saksan ja Japanin salakirjoitusjärjestelmien murtamiseen. Tietokonetta käytettiin aluksi ensisijaisesti laskemiseen (vrt. engl. "computer"). Nykyään tietokone ohjaa monesti laajoja järjestelmiä, esimerkiksi tietokoneohjattua tuotantoa, ase-, tiedustelu- tai johtamisjärjestelmää, liikennevaloja, puhelinkeskuksia, Internetin reitittimiä, autoja, pesukoneita, lähes kaikkia teknisiä järjestelmiä. Nykyaikaisen yhteiskunnan teknologinen pohja on keskeisesti tietokonetekniikkaa.
Tietotekniikan kehityksen ensi askeleena voidaan pitää puhutun kielen kielioppia, joka laajensi kielen ilmaisukykyä. Sivilisaatioiden syntyessä hallinnolle ja kaupalle tärkeämmät numerot ja laskenta kehittyivät usein ennen kirjoitustaitoa. Ensimmäisenä laskukoneena voidaan pitää helmitaulua. Seuraava askel automaation suuntaan oli reikäkortin käyttöönotto Joseph Marie Jacquardin kutomakoneissa. Herman Hollerith sai vuoden 1890 Yhdysvaltain väestönlaskennan johtajalta tehtäväksi mekanisoida tiedonkäsittelyä. Hollerith tunsi Jacguardin kutomakoneen. Hollerith kehitti menetelmän, jossa korttien reikien läpi menevä tikku kytki sähköimpulssit, joita sitten laskettiin. Vuoden 1880 väestön laskennan tuloksia oli laskettu 7 vuotta ja nyt päästiin kahteen ja puoleen vuoteen, vaikka henkilöä kohti kerättiin aikaisemman viiden kysymyksen sijasta 200 kysymystä. Hollerith perusti yrityksen nimeltä "Tabulating Machine corporation" TMC. Vuoden 1910 väestönlaskenta annettiin hintasyistä toisille yrityksille ja TMC joutui taloudellisiin vaikeuksiin. TMC yhdistyi kolmen muun alan yrityksen kanssa, jolloin toimitusjohtajaksi ja pääomistajaksi tuli Thomas J. Watson. Hän muutti yrityksen nimeksi myöhemmin "International Business Machines" IBM.
Etenkin vanhemmassa kirjallisuudessa tietotekniikan historia kuvataan usein jakamalla tietokoneet neljään sukupolveen:
1820-luvulla Charles Babbage (1791–1871) pystyi esittämään tietokoneen toimintaperiaatteen. Babbage laati suunnitelman mekaanisesta laskukoneesta logaritmitaulukoiden laskemiseksi ja onnistui saamaan sille rahoituksen Englannin valtiolta. Babbage ei koskaan saanut valmiiksi differenssikonetta, kun hän keskittyi analyyttiseksi koneeksi kutsutun ohjelmoitavan koneen kehittämiseen. Siinä oli nykyaikaisen tietokoneen pääosat kuten tiedon syöttö, ohjelma, muisti ja tulostin. Kirjeenvaihdossa Ada Lovelacen (1815–1852) he keskustelivat sellaisista tietotekniikan käsitteistä kuin operaatio ja muuttuja. Babbage keksi reikäkorttien avulla kaksi ohjelmoitavan tietokoneen periaatetta, reikäkorttien sisällön määrämän suoritusjärjestyksen eli pakotetun hypyn sekä ehdollisen hypyn. Babbagen keksintö avasi automaatiolle rajattomien toimintamahdollisuuksien maailman. Babbagen poika Henry Babbage rakensi tietokoneen keskusyksikön osajärjestelmän, joka toimi kuten oli suunniteltu. Tämä laite lahjoitettiin Harvardin yliopistolle 1886. Yli puolivuosisataa myöhemmin sen löysi Howard Aiken. Aiken paneutui Babbagen julkaisuihin ja oivalsi, että uusilla sähköisillä ratkaisuilla Babbagen ideat voidaan toteuttaa. Aiken meni keskustelemaan ideoistaan IBM:n pääjohtajan Thomas Watsonin kanssa. IBM:stä tuli 1950-luvulla johtava tietokoneiden valmistaja.
Vuonna 1936 Alan Turing (1912–1954) esitteli teoreettisen tietokoneen periaatteen, Turingin koneen, jossa hän tutki algoritmisen ongelman ratkaisun rajoja. John von Neumann (1903–1957) ehdotti 1940-luvulla ohjelman siirtämistä muistiin tietokoneen toiminnan nopeuttamiseksi ja määritteli nykyaikaisen tietokoneen arkkitehtuurin. Bitti-käsitteen esitti Claude Shannon (1916–2001) vuonna 1948.
Konrad Zuse rakensi ensimmäisen ohjelmoitavan laskukoneen Saksassa 1941. Aiken rakensi 1943 IBM:n avulla ensimmäisen tietokoneen Harvard Mark I. Ensimmäinen elektroninen tyhjiöputkiin ja releisiin perustuva tietokone ENIAC valmistui vuonna 1945. ENIAC suoritti 385 kertolaskua sekunnissa. Nykyinen mikroprosessori on noin 3 000 000 kertaa ENIACia nopeampi. Transistorien ja tietokoneiden sarjatuotanto alkoi vuonna 1951. 50-luvun päättyessä maailmassa oli 3 000 tietokonetta. Ensimmäiset tietokoneet ohjelmoitiin konekielillä, joista sitten kehittyi helpommin ymmärrettäviä ohjelmointikieliä.
Varhaisissa tietokoneissa 1940-luvulla käytettiin peruskomponentteina yleensä joko elektroniputkia tai sähkömekaanisia releitä. Liikkuvat osat rajoittivat sähkömekaanisten koneiden nopeuden enintään muutamiin kymmeniin laskutoimituksiin sekunnissa, kun taas täysin elektroniset putkitoteutukset suorittivat samassa ajassa useita tuhansia operaatioita. Komponentit olivat kuitenkin joka tapauksessa suurikokoisia, epäluotettavia ja kuluttivat paljon energiaa.
Varhaisin muistitekniikka oli jo 1940-luvulla käytetty viivelinjoihin perustuva muisti. Muisti perustui pyöreissä putkissa vesi-metanoli-seoksessa tai elohopeassa kulkevaan aaltoon, joka voitiin lukea sen kuljettua putken läpi.
Manchesterin yliopistossa Freddie Williams kehitti 1940-luvun lopulla katodisädeputkeen perustuvan muistitekniikan Manchester Mark I -konetta varten.
1930-luvulla kehitetty rumpumuisti, joka perustuu pyörivään rumpuun ja sen pinnalle magneettisesti tallennettuun tietoon pysyi käytössä 1960-luvulle. Rumpumuistin edeltäjänä voi pitää soittorasioiden piikikkäitä sylintereitä, joille on tallennettu melodia.
1940-luvun lopulla kehitettiin ferriittirengasmuisti, joka pysyi käytössä kaksi vuosikymmentä.
Mekaanisista laskukoneista kuten IBM 407 käytetään toisinaan nimitystä "nollannen sukupolven tietokoneet".
Ensimmäisen sukupolven tietokoneet käyttivät muun muassa elektroniputkia, releitä ja mekaanisia komponentteja toimintoihinsa.Toisen sukupolven tietokoneet siirtyivät aiemmista tekniikoista diskreetteihin transistoreihin. Toisen sukupolven tietokoneita:
1950-luvun jälkipuoliskolla otettiin käyttöön puolijohteisiin perustuvat transistorit, jolloin tietokoneiden komponentit ja energian tarve pienenivät oleellisesti ja luotettavuus parani. Germanium-transistorit olivat käytössä kunnes piipohjaisia opittiin valmistamaan.
Kolmannen sukupolven tietokoneet perustuivat mikropiireihin. Kolmannen sukupolven tietokoneita:
1960-luvulla siirryttiin mikropiireihin, mikä pienensi jälleen komponenttien kokoa. Alkoi Mooren lakina tunnettu kehitys, jossa samalle mikropiirille saatiin kaksinkertainen komponenttimäärä puolessatoista vuodessa. Seuraava mullistus oli mikroprosessorin keksiminen, joka mahdollisti henkilökohtaisen tietokoneen eli PC:n synnyn. 1980- ja 1990-luvuilla siirryttiin suuritiheyksisiin mikropiireihin (VLSIC) ja edelleen suurnopeuksisiin mikropiireihin (VHSIC). 2000-luvun merkittävimmät kehitysaskelet lienevät yhä voimissaan olevan Mooren lain mahdollistama usean suorittimen mahduttaminen samalle mikropiirille, joka on mahdollistanut moniytimisien suorittimien kehittämisen, sekä suorittimien kehityksen painopisteen siirtyminen nopeuden asemasta virrankulutuksen optimointiin.
Mikropiirien kehitys 1960-luvun alussa toi tietokoneet sotilaslentokoneisiin, ohjuksiin ja osaan avaruusaluksista 1970-luvun alkuun mennessä. Mikropiirit tehdään piikiekolle erilaisilla ohutkalvon kasvatus -menetelmillä. Halpojen mikropiirien vyöryn aloitti CMOS-tekniikka 1970-luvulla.
Neljännen sukupolven tietokoneet perustuivat mikroprosessoriin. Mikrotietokoneet ja henkilökohtaiset tietokoneet ovat tyypillisiä neljännen sukupolven tietokoneita.
1970-luku toi kaupalliset mikrotietokoneet kuten Micral N. Mikrotietokoneiden vallankumoukseksi sanotaan mikroprosessoriin perustuvien tietokoneiden yleistymistä. "Vuoden 1977 kolmikko" Apple II, Commodore PET ja TRS-80 julkaistiin vuonna 1977. Mikrotietokoneet yleistyivät harrasteena ja saapuivat myös yrityskäyttöön kun niille julkaistiin ohjelmia, kuten VisiCalc (1979). Commodore PET:in sanotaan olleen ensimmäinen kaupallisesti menestyksekäs henkilökohtainen tietokone.
1980-luvulla Atari ja Commodore kävivät hintasotaa, mikä johti Texas Instrumentsin jättämään kotietokoneiden markkinat. 1980-luvulla markkinoille saapui suuria määriä mikrotietokoneita kuten MSX-yhteensopivat ja ZX Spectrum.
IBM PC julkaistiin vuonna 1981. Laite saavutti suosiota lähinnä ammattikäytössä korkean hintansa vuoksi. Halvempien kloonikoneiden valmistuksen myötä IBM PC -yhteensopivat laitteet yleistyivät.
Tietokoneiden kapasiteetin kasvaessa on myös ohjelmistojen koko ja käytettävyys kasvoivat.
Toimistotyössä PC tuotti suuria muutoksia, kun konekirjoittajat ja sihteerit korvattiin ATK-tallentajilla ja johtajat joutuivat itse kirjoittamaan omat kirjeensä ja raporttinsa.
1990-luvulla Microsoft Windows ja IBM:n OS/2 kilpailivat markkinosuuksista käyttöjärjestelmissä.
Elektroninen konekirjoittaminen ja arkistointi laajeni 1990-luvun lopussa Internetin kautta laajaksi sähköisten tietokantojen ja tietoliikenteen infrastruktuuriksi. Digitalisoituminen on ilmiö, jossa mikropiirejä liitetään kaikkiin koneisiin. Autojen polttomoottoreiden pakokaasujen puhtautta ja moottorin hyötysuhdetta pystytään parantamaan mikropiiriohjausjärjestelmien avulla. Matkapuhelimista on tullut monitoimisia tietokoneita ja tietoverkkojen päätelaitteita, joihin on yhdistetty kamera, soitin ja GPS-paikannusjärjestelmä.
Mooren lain ennuste mikropiirillä olevien transistorien määrän kaksinkertaistumisesta 18 kuukauden välein on pitänyt hämmästyttävän hyvin paikkansa. Toisaalta CMOS-rakenteessa ei vuosikymmeniin ole juuri muuta muutettu kuin kasvatettu pakkaustiheyttä.
Eräissä lähteissä mainitaan viidennen sukupolven tietokoneet, joihin laskettaisiin muun muassa kämmentietokoneet, taulutietokoneet ja älypuhelimet.
Kvanttitietokoneet voivat muuttaa näkemystä ratkaisevasti. Virheiden minimointi on näissä merkittävin kehitystavoite vielä vuonna 2017.
Suomalainen Telmac oli vuonna 1977 julkaistu mikrotietokoneen rakennussarja.
Tekniikan historia -lehti selvitti kesäkuussa 2017, missä sijaitsee vanhin Suomessa aidossa käytössä oleva tietokone. Lehden mukaan eräällä yrityksellä – joka ei halua nimeään julkisuuteen – on vielä käytössä vuonna 1988 asennettu IBM:n AS/400 -palvelin.Keskusmuistit (työmuistit):
Massamuistit (pitkäkestoiset muistit):