Utilizarea și Programarea Calculatoarelor

1. CALCULATOARE. STIINTA CALCULATOARELOR

Stiinta calculatoarelor este o disciplina noua care s-a dezvoltat datorita nevoii de a întelege ce este un calculator, ce poate sa faca un calculator si cum poate fi el utilizat. Calculatoarele se utilizeaza în toate domeniile lumii moderne. Un calculator poate fi definit ca o masina care prelucreaza informatia.

Cu toate ca stiinta calculatoarelor este o disciplina noua, radacinile sale se afla în istoria stiintei, ingineriei si matematicii. Se pot urmari câteva fire de la istoria civilizatiei umane si pâna la inventarea calculatorului electronic modern.

1.1. Automatizari complexe. Calcule repetitive.

Calculul a fost o necesitate centrala înca de la începuturile matematicii, stiintei si ingineriei. Pornind de la relatii matematice care modeleaza diferite fenomene reale, prin calcule se obtin rezultate pe baza carora se iau deciziile viitoare.

Multe calcule sunt plictisitoare, se repeta si pot introduce erori. Pentru automatizarea efortului de calcul au fost inventate de-a lungul istoriei diferite masini de calcul. În anul 500 î.e.n. a fost inventat abacul, care îsi are originea în Egipt. Acest instrument simplu a fost utilizat vreme îndelungata.

În Evul Mediu, în perioada Renasterii au fost inventate multe dispozitive ajutatoare în cercetarea pamântului si navigarea oceanelor. Aceste dispozitive nu numai ca permit mai multa acuratete în masuratori, dar de asemenea si simplifica calculele.

În 1622 englezul William Oughtred inventeaza rigla de calcul, care devine unealta de baza pentru calculele stiintifice si ingineresti pâna când a fost înlocuita de calculatorul de buzunar în 1970. În 1642 francezul Blaise Pascal construieste primul calculator mecanic (limbajul de programare Pascal a primit numele sau).

În secolul 19 (1830) englezul Charles Babbage creeaza o masina numita difference engine care poate realiza calcule complexe ce implica algoritmi, functii trigonometrice. O a doua masina inventata de Babbage numita analytical engine a fost un dispozitiv mai general de calcul care se conduce dupa un program similar cu cele utilizate în calculatoarele moderne. Asistenta lui Babbage, Ada Lovelace a dezvoltat programe pentru aceasta masina de calcul analitic si ea este considerata ca fiind prima programatoare de calculatoare (limbajul de programare Ada a primit numele ei).

Dezvoltarea teoriei electricitatii si a electronicii pe parcursul secolului al 19-lea conduce la o rapida dezvoltare a unor masini de calcul tot mai sofisticate între anii 1920 si 1930 construite pe baza unor dispozitive electronice de comutatie. A fost astfel deschisa etapa pentru constructia calculatorului electronic în 1940, facând astfel posibil calculul repetitiv si automatizarea complexa.

1.2. Automatizare. Tabelare simpla. Procese de numarare

O alta directie de dezvoltare este încercarea de a automatiza prelucrarea informatiei, fapt ce implica procese simple dar numeroase de tabelare si numarare. Un astfel de exemplu ar fi numararea populatiei dintr-o zona si evidenta taxelor si impozitelor.

În 1890 problema numararii si tabelarii l-a determinat pe americanul Herman Hollerith sa inventeze masina de tabelat cu cartela perforata. Ideea utilizarii cartelelor perforate a fost introdusa în 1801 de catre francezul Joseph  Marie Jaquard. Munca lui Hollerith a dus la dezvoltarea unei mari varietati a masinilor de calcul electromecanice pentru numarat, tabelat, sortat si calcule simple în perioada primei jumatati a secolului 20. Aceste masini de calcul au fost bazate pe utilizarea cartelelor perforate pentru reprezentarea informatiei ce se prelucreaza.

1.3. Dezvoltarea electronicii

A treia directie, avansul rapid în electronica în perioada 1900  1950 a permis constructia primului calculator electronic, în aceasta perioada fiind descoperite multe dispozitive electronice de comutatie. S-au utilizat mai multe dispozitive de comutatie împreuna formând retelele de comutatie capabile se efectueze operatii aritmetice simple ca adunare si înmultirea. Dupa 1940 s-au putut realiza si operatii mai complexe ca de exemplu calculul functiilor trigonometrice sinus, cosinus, a functiei radical, toate fiind reprezentate prin retele de comutatie. Dispozitivele de comutatie care erau în parte electronice, în parte mecanice se pot construi din acest moment în întregime electronice.

1.4. Fundamentele matematice

A patra directie care sta la baza calculatoarelor electronice moderne se regaseste în matematica si logica matematica. În 1854 englezul George Boole a inventat calculul logic care utilizeaza numai valorile adevarat si fals si operatii de baza ca: si (and), sau (or) si negatia (not) pentru a combina valorile adevarat si fals. Acest calcul, numit ulterior algebra booleana poate fi utilizat pentru a reprezenta retele de comutatie prin înlocuirea valorilor adevarat/fals (true/false) prin pozitia on/off a unor dispozitive de comutatie, iar operatiile si, sau si nu prin circuite electronice simple.