התפתחות המחשבים הראשונים והשפעתם על המחקר המדעי

The Genesis of Electronic Computing

לפני שנות ה-40, המונח "מחשב" התייחס לאדם שביצע חישובים על ידי יד או בעזרת מחשבוני שולחן מכניים.דרישות חישוביות עצומות של מלחמת העולם השנייה - שולחנות בליסטיים, פורצי קוד ומחקר גרעיני - הורשו את הגבולות של חישוב ידני ונושר בעידן של חדשנות חסרת תקדים.

המכונות שהגיעו מהחומר הזה לא היו מוצרים מסחריים אלא כלי חטוף של דחיפות לאומית.אך השפעתם הקרינה במהירות הרבה מעבר למעגלים צבאיים.על ידי הפיכת משוואות מתמטיות לתוצאות מוחשיות במהירויות מחשמלות, הם נתנו לחוקרים על פני דיסציפלינות כלי שיכול לדמות מציאות, לבחון השערות, ולחסום באמצעות נתונים בקנה מידה שהיה בלתי נתפס בעבר.

מכונות פורצות ואדריכלים

אף מכונה בודדת טוענת כי הכותרת "מחשב ראשון" ללא דיון.ה- Z3 הגרמני, שנבנה על ידי קונרד זאוס בשנת 1941, הייתה תוכניתית ואוטומטית לחלוטין אך בשימוש בממסרים אלקטרו-מכאניים ולא על ידי אלקטרוניקה.הקולוס של בריטניה, שפעלה על ידי 1944 ב-Baltchley Park, היה המחשב האלקטרוני הראשון בעולם, למרות שקיוםו נשאר סודי במשך עשרות שנים.

ENIAC היה behemoth: 30 טון, 18,000 צינורות ואקום, ו-1,500 ממסרים, צריכת 150 קילווואט של חשמל. תוכנן על ידי ג'ון מאוצ'לי ו-J.Presper Eckert, הוא יכול לבצע כ-5,000 תוספות לשנייה - נמוך יותר מחשבון כיס מודרני, אבל אלפי פעמים מהר יותר מאשר כל מחשב אנושי של הזמן, למרות שהמטרה הראשונית שלו הייתה לחשב ארטילריה עבור תהליך זהה, זה יכול להיות קידוד של מערכת ההפעלה שלו, אבל זהה של מערכת ההפעלה שלו, זהה, זה היה יכול להיות קידוד אמיתי של מערכת ההפעלה, אבל זהה, זהה, אבל זה היה להיות קידוד של מערכת ההפעלה שלו, זה היה יכול להיות מוקרן על ידי עיצוב אמיתי של מערכת ההפעלה שלו, אבל זה היה יכול להיות מוקרן עם זה היה להיות מוקרן על ידי מערכת ההפעלה שלו, אבל זה היה להיות תותחים של מערכת ההפעלה שלו, אבל זה היה להיות מוקרן על ידי מערכת ההפעלה שלו, אבל זה היה להיות קידוד של מערכת ההפעלה שלו, 000 של מערכת ההפעלה שלו, 000 עבור מערכת ההפעלה, 000 של מערכת ההפעלה, 000 של מערכת ההפעלה, 000 של מערכת ההפעלה של מערכת ההפעלה של מערכת ההפעלה של מערכת ההפעלה של זה היה להיות קידוד של מערכת

המכונה הראשונה להדגים בהצלחה את פעולת ה-program המאוחסנים הייתה המכונה הניסויית של מנצ'סטר Small-Scale, המכונה "Baby", אשר ניהלה את התוכנית הראשונה שלה ב-21 ביוני 1948, ובינתיים, מוריס וילקס מאוניברסיטת קיימברידג' פיתחה את ה- EDSAC, אשר ניהלה את התוכנית הראשונה שלה בשנת 1949 והפכה את המחשב הראשון מאוחסן-פרוגרמה בשימוש לעבודה סדירה.

מעכבי Vacuum ל-Integrated Circles

הדור הראשון של מחשבים שנשען על צינורות ואקום שהיו חמים, שבריריים ומוכנים לכישלון.מהנדסים הפכו למומחים באיתור והחלפת צינורות שנשרף על בסיס יומי.למרות הסבים האלה, מהירות ההאר של מעבר אלקטרוני הפכה את המכונות חיוניות.המעבר מ צינורות ואקום ועד טראנסיסטורים יציבים, שהומצאו במעבדות בל ב-1947, היה הצעד הקריטי לאמינות ולמיניסטרציה.

בסוף שנות החמישים, מחשבים טרנספורמטיביים כמו TX-0 ב-MIT וסדרת IBM 7090 החלו להופיע במוסדות מחקר.מכונות אלה היו מסדרים של גודל יותר אמין, המאפשרים למדענים לרוץ תוכניות שעות או ימים ללא תחזוקה מתמדת.המהפכת הבאה הגיעה עם המעגל המשולב, או מיקרוצ'יפ, אשר באופן עצמאי, יחד עם ג'ק קילבי של טקסס ורוברט נוייס של חברת מחשוב בת קיימא ב-1958, ניתן היה לסמל את הביצועים המתקדמים של חברת מחשוב ב-מ"מסלולאריים"מסלולאריים"מסלולאריים"מסלולאריים"מסלולאריים"מסלולאריים"מסלולאריים"ל"ל"מ-"ל, אשר ניתן ל-ה"מ-"מ-"מ-מ-"מ-"מ-"מ-"מ-"מ-"מ-"מ-לשעבר, אשר ניתן ל-מ-מסלולאריים"מ-לשעבר, אשר ניתן להגדיר באופן עצמאי, אשר ניתן ל-מ-מ-מ-מ-מ-מ-"מ-"מ-מ-"מ-"מ-"מסלולאריים"מ-"מ-"מ-"מ-"מ-"

למחקר מדעי, ההתקדמות הזו הייתה ששינוי חישובי של משאב קטן, יחסית בקפידה למכשיר מעבדה סטנדרטי. חוקרים כבר לא היו צריכים לנסוע למרכז לאומי אחד כדי להגיע זמן על מכונה; הם יכולים לרוץ סימולציות על מיני מחשבי מחלקות כמו DEC PDP-8 או מאוחר יותר סדרת VAX. זה דמוקרטיזציה של כוח מחשוב עורר פיצוץ של מדע חישובי על פני כל משמעת.

שינוי מחקר מדעי: דרך חדשה לדעת

הדור הראשון של מחשבים עשה יותר מאשר להאיץ את החישובים הקיימים.הם אפשרו לצורה חדשה של תרגול מדעי: מודלים חישוביים במקום להסתמך רק על תיאוריה וניסוי, החוקרים יכולים כעת לבנות מודלים מתמטיים מפורטים של תופעות מורכבות ולצפות בהם מתפתחים בתוך המכונה.עמוד השלישי הזה של המדע – בידוד – הפך כל כך יסודי עד שקשה לדמיין פיזיקה מודרנית, כימיה, ביולוגיה, הנדסה או הנדסה ללא זה.

פיזיקה ומדע גרעיני

היישומים המדעיים המוקדמים והדרמטיים ביותר של מחשבים היו בפיסיקה גרעינית.הפרויקט מנהטן עצמו התבסס על חדרים של מחשבים אנושיים ו- IBM אגרוף-כרטיסים למודל פיזור נויטרונים וזעזועים הידרודינמיקה.הבעיה העיקרית הראשונה של ENIAC לאחר שהמסירות שלה הייתה סימולציה של תגובות תרמו-גרעיניות עבור פרויקט מימן בלוס אלמוס.המכונה נרקמה באמצעות משוואות שונות, אשר תיארו את תהליך המוטציות בלתי-אפשריות, אשר שימש כדי לפתח בועות-אוויריות, לאחר מכן, כדי לפתח שיטות פיזיות, לאחר מכן, כדי לפתח בועות-אוויריות, כדי לפתח בועות-אוויריות, לאחר מכן, לאחר מכן, כדי לפתח סימולציה של בדיקות מעבדה-אוויריות, לאחר מכן, כדי לפתח בועות-אוויריות, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, כדי לפתח סימולציה של בדיקות מעבדה-אווירהחלודות, כדי לפתח בועות-אווירה, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, כדי לפתח סימולציה של בדיקות מעבדה-אווירה, לאחר מכן, לאחר ששיטות פיזיקלומות-אווירה, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, כדי

האסטרונומים גם עברו רנסאנס חישובי.מודלים של האבולוציה של סטלנר, פיצוצים סופרנובה ודינמיקה גלולקטית כבר לא היו מוגבלים להערכות האחוריות של ה-envelope במכון למחקר מתקדם בפרינסטון, שבו פון נוימן בנה אחד מהמחשבים המאוחסנים הראשונים, רצ כמה מהסימולציות המוקדמות ביותר של איך לשרוף דלק גרעיני והתמוטטות כוח הכבידה תחת העבודה הזו הניחה עבור חורים מודרניים של ימינו של כוכבים.

כימיה וחומרים מדע

מכניקת הקוונטים נתנה כימאים יפים להתנהגותם של אלקטרונים במולקולות, אך פתרו את המשוואות האלה לכל דבר מעבר לאטומי מימן היה אתגר מתמטי מרתיעה.מחשבים מוקדמים שינו את הנוף הזה כמעט בן לילה.ב-1950, קלמנסס רוטהאן באוניברסיטת שיקגו פרסם מאמר שרפורמ את משוואות הרפרי-פוק בצורה מתאימה לחשיבה דיגיטלית.

תחום הכימיה החישובית גדל במהירות.מדענים יכולים כעת לדמות את המבנה ואת תגובתן של מולקולות לפני שהתנגשו במעבדה רטובה.יכולות האלה להאיץ גילוי סמים, עיצוב זרז, ופיתוח של חומרים חדשים.הצלחה אייקונית אחת הייתה הסימולציה של המבנה של האנזים lysozyme בשנות ה-60, אשר הוכיחו כי שיטות חישוביות יכולות להתמודד עם biomolecules של גודל מציאותי, כיום, כימות עם צינורות כימיה קוונטית וקודים כמו קודים של אפלים של אפלים של אפלים, אבל קודים של דחיסות על גבי דחיסות מגנטיים של אפלים של דחיסות, אבל קודים של אפלוכים על גבי דחיסות, אבל קודים של אפלים על גבי דחיסות, אבל קודים של אפלוכים על גבי דחיסות מגנטיים של אפלוכים, אבל קודים של דחיסות מגנטיים, אבל קודים של דחיסות מגנטיים של דחיסות מגנטיים של דחיסות, אבל קודים פונקציונליים של דחיסות, כמו קודים של דחיסות, אבל קודים של דחיסות, כמו קודים של דחיסות על גבי דחיסות על גבי דחיסות מגנטיים, אבל קודים של

ביולוגיה וגנומיקים

אם הפיזיקה והכימיה היו ממאמצים מוקדמים, הביולוגיה באה עם fervor שווה.ההיקף של נתונים ביולוגיים - החל מרצף של DNA לאוכלוסיות של אורגניזמים - דרשו כלים חישוביים מוקדם בשנות ה-60, מחשבים החלו לשמש עבור חומרי מס מספריים וניתוח של נתונים אקולוגיים.אבל השינוי הסיסמית' הגיע עם הופעת ביולוגיה מולקולרית וחלבון נורקטיבי, אשר לעתים קרובות מדגמיך, אשר נקראומטרת של מחקר מדעי, אשר נקראה, אשר נקראה, אשר נקראה של נתונים מולקולרית, לאחר מכן, אשר נקראה, לאחר מכן, לאחר מכן, אשר נקראה, קריפטמיית, אשר נקראה, לאחר מכן, קריפטמיית, לאחר מכן, אשר נקראה, קריפטמי, היא מורכבת ממעבדת, היא מורכבת ממעבדת, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, רצף של מחקר של מחקר של מחקר של מחקר של נתונים מולקולרית, אשר נקראה, אשר נקראה, לאחר מכן, אשר נקראה, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, אשר נקראה, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, אשר נקראה, אשר נקראה, החוקרים, לאחר מכן, אשר נוצר

פרויקט הגנומה האנושי, שהושק ב-1990, היה בלתי מתקבל על הדעת ללא התשתית של מכונות ריצוף אוטומטיות שהוכו למאגרי מידע ממוחשבים ואלגוריתמים של אלגוריתמים, אך זמן רב לפני כן, הקרקע הפילוסופית הייתה מוכנה: מחשבים מוקדמים הראו כי תופעות טבעיות יכולות להיות דיגיטציה, מאוחסנות, מאוחסנים וניתחו באופן אלגוריתמי.הרעיון של "קוד" של החיים הפך ליותר ממטאפורה כאשר ניתן היה לקרוא ולפתח משוואות גלקטיות: 1F- מתודולוגיות של מתודולוגיה של מתודולוגיה של מתודולוגיה של מתודולוגיה של מתודולוגיה:

חקר האסטרונומיה והחלל

האסטרונומיה תמיד הייתה מדע רגיש נתונים, והמחשבים הראשונים מצאו בית טבעי ב Observatories וסוכנויות חלל. בשנות החמישים וה-60, ההפחתה של צלחות הצילום לקואורדינטות שמימיות ובהירות הייתה אוטומטית באמצעות מחשבים כמו IBM 701.גילוי של קוואסרים וסרסרבנים במשרה מלאה תלוי בניתוח מהיר של אותות טלסקופ רדיו, אשר היה אפשרי על ידי טכניקות דיגיטליות, אשר התגלו על ידי אפולו 70 ק"מ, אשר התגלו על פני השטח של מחשבים מדויקים, אשר הוטבעו על פני השטח, אשר הוטבעו על בסיס לוחיות ומערכת החללים של אפולו, אשר הוטבעו על בסיס אסטרונאוטית, אשר הוטבעו על בסיס אסטרונאוטית, אשר הוטבעו על בסיס אסטרונאוטית, אשר הוטבעו על ידי טלסקופי תיבות של אפולו 70, אשר הוטבעו על ידי טלסקופי תיבות של מערכת החלל הסגולה, אשר הוטבעו על ידי טלסקופי תיבות של אפולו, אשר הוטבעו על בסיס לוחמת מחשבי תיבות של מערכת החלל הסוללות מחשבי תיבות של מערכת החלל הסולקו על בסיס לוחמת מחשבי תיבות של אפולו 70, אשר הוטבעו על בסיס לוחמת, אשר הוטבעו על בסיס לוחמת, אשר הוטבעו על

בינתיים, התיאורטיקנים החלו להפעיל סימולציות של N-body של צבי כוכבים וגלקסיות.על ידי תכנות חוקי הכבידה למחשב ולהגדיר אלפי מסות נקודה בתנועה, החוקרים יכלו לצפות באבולוציה של מבנים קוסמיים לאורך מיליארדי שנים של זמן וירטואלי. סימולציות כאלה גילו כי גלקסיות אליפטיות יכולות להיווצר באמצעות המיזוג של ספירלות וכי חומר אפל מילא תפקיד מכריע ביצירתו של גלקסיות חישוביות, אשר נולדות ביותר, ולהוביל לדגימות היקום המתוחכמות שלנו, הוא המשיך להיות מתוחכמת ביותר.

מזג אוויר ואקלים

אחד התחזיות המוקדמות ביותר למחשבים היה החיזוי המספרי של מזג האוויר.במאמר משנת 1950, המטאורים ג'ול צ'רני והצוות, כולל ג'ון פון נוימן, השתמש ב-ENIAC כדי להפעיל את תחזית מזג האוויר האוטומטית הראשונה של 24 שעות ביממה.למרות שהמודל היה גס וכיסה רק חלק קטן של צפון אמריקה, הוא הוכיח שהאלגוריתם עבד בתוך עשור, מרכזי תחזית מזג האוויר המבצעית השתמשו בחיזוי מתקדם יותר ל-אוויר של תאים: 1F1 ימים.

מדע האקלים גם חייב את מקורותיו למאמצים חישוביים מוקדמים אלה.סיאקוורו מאייב וריצ'רד ויבראלד השתמשו במודל תפוצה כללי פשוט במעבדת ה- Geophysical Fluid Dynamics בשנות ה-60 כדי לחזות כיצד רמות פחמן דו חמצני עולות יחממו את האווירה של כדור הארץ.הנייר שלהם 1967, המיוצר עם מחשבים שהיו פרימיטיביים בסטנדרטים של היום, עדיין מדויקים להפליא.

המוסד של מדע Computational Science

ככל שהמחשבים הפכו להיות יותר מסוגלים, אוניברסיטאות ומעבדות לאומיות הקימו מרכזי מחשוב ייעודיים ששימשו כמרכזים של גילוי בין-תחומי.המרכז הלאומי ליישומים של Supercomputing (NCSA) ומרכז מחשבי העל סן דייגו, שניהם שנוסדו בשנות ה-80, הם צאצאים הישירים של חדרי המכונה המוקדמים בלוס אלמוס, פרינסטון, ומנצ'סטר.

חלוצים כמו גרייס הופר, שיצר את המאגד הראשון, ודדונל קונות, אשר הטמיע את אמנות התכנות באמצעות יצירתו של ה-Moderum OpusFLT:0;0) אמנות תכנות מחשבים, ודן Knuth, סייע לגשר על הפער בין חומרה ויישומים מדעיים.עבודתו של הופר על UNIVAC הובילה לפיתוח של COBOL, אך תובנות עמוקות יותר שלה היו תכנות שדומה למהנדסים והופכים את הפיזיקאים למכונות נגישות, שלא היו צריכים למהנדסים.

המורשת של המחשבים הראשונים במחקר מודרני

מחשבי העל של ימינו, המבצעים יותר ממיליארד חישובים לשנייה, עומדים בקו ישר מן הצריפים בגודל החדר של ENIAC ו- מנצ'סטר בייבי - העקרונות הבסיסיים - סיבולת פנימית, יכולת כנות, היררכיה זיכרון - ברור, אפילו כאשר החומרה הבסיסית עברה ממסרים ומ צינורות לסיליקון ועכשיו למעבדים קוונטיים.

מה שהמחשבים הראשונים באמת מוצהר למדע היה שינוי פילוסופי.הם לימדו חוקרים שהעולם ניתן ליישב: שמערכות מורכבות מחלבונים לכוכבי לכת יכולות להיות מיוצגות בנאמנות כמבנים ואלגוריתמים.תפיסת העולם ה ⁇ הזו יש את גבולותיה, כמובן, אבל היא הייתה יצרנית להפליא.כל תחום שאימץ חישוב מוקדם של גילוי והקימו תרבות של ראיות מבוססות נתונים, חקירה המבוססת על נתונים שעדיין ממשיכה לשגשגת.

המוזיאון להיסטוריה של אורכו של המוזיאון (FLT:0) מציע מסע חזותי דרך אבני הדרך הללו, בעוד מוסדות אקדמיים כמו FLT:2Institute for Advanced StudysFLT 3: לשמר את המורשת של פון נוימן וזמניו מזכירים לנו שהמהפכניות הדיגיטלית החלה לא עם גאדג'טים מתקדמים, אלא עם צינורות של יקומדומים, המונעים על ידי רצון דחוף יותר להבין את המשאבים האלה.

המחשבים הראשונים לא רק השפיעו על מחקר מדעי; הם הגדירו מחדש את המשמעות של מדע.על ידי הפיכת הדמיון לקוד הניתן להפעלה, הם נתנו לחוקרים מיקרוסקופ חדש, טלסקופ חדש ומעבדה חדשה – כל מה שנעשה מלוגיקה וחשמל.