Arvutite ajalugu

Selles peatükis saad teada:

mis on arvuti,
millised olid arvutite eelkäijad,
millised nägid välja esimesed kalkulaatorid,
milline oli esimene mehaaniline arvuti,
milline oli esimene elektrooniline arvuti,
milliseid arvuteid on kasutatud alates esimesest elektroonilisest arvutist.

Mis on arvuti?

Selleks, et rääkida arvutite ajaloost, peame korraks mõtlema selle peale, mida inimesed mõiste “arvuti” all arvuti üldse mõtlevad. Kui tänapäeval kirjeldatakse arvutina seadet, mis suudab digitaalset teavet töödelda, siis ajaloos on arvuti olnud arvutamist hõlbustav vahend. Tegelikult on arvuti ülesanne ka tänapäeval arvutamine, sest kogu digitaalne tegevus on arvutite jaoks hulk arvutusprotsesse. Arvutites kasutatakse arvutamiseks kahendsüsteemi ehk binaarsüsteemi, mis tähendab seda, et kõik ekraanil nähtav on arvuti jaoks teisendatud ühtedeks ja nullideks. Arvutamisel kasutab arvuti matemaatilist loogikat, mis aitab arvutil n-ö “mõelda”.

Iidne matemaatika

Niisiis tuleb arvutite ajaloost rääkides teha algust päris kaugest ajaloost, ajast kus inimesel tekkis vajadus arvutada suuremaid arve kui näppude abil võimalik kokku lugeda. Näiteks peetakse inglise keelset sõna calculate (arvutama) väga vanaks sõnaks, mis tuleneb ladina keelest ja tähendas algselt kiviklibu ning mis tähistas iidsetel aegadel tegevust, mis seostus meeldejätmise, meenutamise ja loogilise korrapära leidmisega. Tänapäevalgi kasutatakse inglise keeles väljendit a calculating person inimese kohta, kes mitte ei arvuta vaid mõtiskleb, kalkuleerib, analüüsib erinevaid võimalusi.

Kõige varasem matemaatiline objekt on leitud Aafrikast Lebombo mägedest ning dateeritud aega 35 000 eKR või mõningatel andmetel suisa kuni 44 000 aastat eKr. Selleks on hundi luu, millel on näha üksteise kõrvale tõmmatud 29 kriipsukest. Arheoloogid ei oska päris kindlasti öelda, kas tegu on lihtsalt arvutuste või algelise kalendriga. Küll aga on see selge tõend inimese esmastest katsetest arvulisi väärtusi üles tähendada. Veidi hilisemast ajast (20 000 eKr) pärinev luu, mis leiti Ishango linna lähistelt Kongost, on teadlaste sõnul juba kindel tõend inimese oskusest arvutustehteid teha.

Vanimad matemaatilised objektid: Lebombo luu u 44, 000 eKr (ülal) ja Ishango luu u 20, 000 eKr (all). Allikas.

Vanad egiptlased oskasid juba kindlasti arvutada töötasu, leivateoks vajalikku teravilja hulka ning pindala. Seda tõestavad meie ajani säilinud arvutamismärkidega savitükikesed ning arvutustehetega savitahvlid ja parüürused. Esimene kaasaskantav arvuti ehk kalkulaator oli abakus, mida hakati umbes 4 sajandil eKr Vana-Kreekas ja Vana-Roomas kasutama. Abakus kujutas endast nihutatavate kivide või pulgakestega plaati ja selle abil sai teha arvutusi.

Sumerite savitükikesed arvutamiseks u 3000 eKR

Üks väga põnev avastus tehti eelmise sajandi alguses, kui leiti Egeuse merest Antikythera mehhanism, mis konstrueeriti arvatavasti u 200 aastat eKr. Arvatakse, et sel analoogarvutite eelkäijal oli umbes 37 hammasratast ja selle abil sai ennustada päikese- ja kuuvarjutusi ning teisi taevasündmusi.

Antikythera mehhanismi suurim fragment. Autor/allikas: Wikimedia Commons

Arvutamise masinad

Hiliskeskajast alates hakkasid erinevad teadlased ja õpetlased välja töötama arvutamist hõlbustavaid masinaid. Esimene keskaegne leiutis oli 1500. aasta paiku tuntud teadlase ja leiutaja Leonardo da Vinci mehaanilise kalkulaatori joonis. Paraku ei saanud see päriselt valmis. 1642. aastal nägi ilmavalgust Prantsuse matemaatiku, füüsiku ja filosoofi Blaise Pascali konstrueeritud liitmismasin, millega ta soovis abistada oma maksuametnikust isa. Masinaga sai nii liita kui lahutada kuni 8kohalisi summasid. Õnnestunud mudeli loomisele eelnes 50 luhtunud prototüüpi, kuid sarnaseid masinaid kasutati veel eelmise sajandi keskelgi.

Saksa filosoof, matemaatik, füüsik ja polühistor Gottfried Wilhelm Leibniz arendas Pascali ideed edasi ja konstrueeris 1671. aastal (sai valmis 1673) arvutusmasina Step Reckoner, mis suutis teha kõiki nelja aritmeetikatehet: liita, lahutada, korrutada ja jagada. Kuigi Leibnizi arvutusmasin kastas arvutamiseks kümnendsüsteemi, oli Leibniz suur binaarsüsteemi pooldaja. Kahendarvud olid masinate jaoks ideaalsed, sest nii vajas masin vaid kaht numbrit. Kui arvutid muutusid elektroonilisteks, tuli see suureks kasuks, sest elektriühendusel saab olla kaks olekut: sisse lülitatud või välja lülitatud (tõene või väär ehk true või false).

1820 patendeeris prantsusmaal leiutaja ja ettevõtja Charles Xavier Thomas de Colmar mehaanilise kalkulaatori, mis sai nimeks aritmomeeter. See oli esimene mehaaniline kalkulaator, mida hakati 1851 aastast alates tootma ja seda kasutati laialdaselt kuni esimese maailmasõjani. Alates 1850.ndatest on kontorites kasutuses olnud veel lisaks mitmeid erinevaid arvutusmasinaid (vaata pilti).

Thomas de Colmari aritmomeetri kasutamine

Esimene mehaaniline arvuti

Ka Inglise matemaatik, filosoof, leiutaja ja mehaanikainsener Charles Babbage (1791-1871) tegeles 19. sajandi alguses erinevate arvutusmasinate väljatöötamisega. Näiteks alustas ta 1822. aastal diferentsmasina loomist. See oleks valmiskujul olnud umbes 2,4 meetrit kõrge ja kaalunud 13,6 tonni. Ometigi ei saanud suur osa tema leiutistest kunagi valmis, sest ühelt poolt olid masinad kohmakad ja teiselt poolt kimbutasid rahapuudus aga ka halvad suhted erinevate isikutega. Babbage diferentsmasin ehitati tema jooniste põhjal valmis alles 1991. aastal ja see töötas perfektselt.

Babbage oli veendunud, et arvutamist on võimalik mehhaniseerida ja 1834. aastal alustas ta uue keeruka täisautomaatse arvutusmasina väljatöötamisega, mida leiutaja ise nimetas analüütiliseks masinaks. Ta taipas, et enamik arvutusi on lihtsalt kindlate tegevuste kordamine ja uskus seetõttu, et masinale saab luua programme perforeeritud kaartide abil nii, et inimene loob programmi, see sisestatakse kaartidelt masinasse ja lõpuks tuleb lasta masinal lihtsalt oma töö ära teha.

Babbage’i töö tulemuseks oli õnnestunud kavandite kogum, mille kallal Babbage kuni oma elu lõpuni töötas. Kui masin oleks valmis saanud, oleks see kasutanud tänapäevaste arvutitega sarnaseid võtteid. Nii kutsutaksegi Charles Babbage’it sageli arvuti isaks. Tema planeeritud masin oleks töötanud auru jõul ja olnud veduri suurune (vt joonistatud pilti allpool). Inglismaal planeeritakse ehitada Babbage arvuti elusuuruses valmis aastaks 2030.

Üks vähestest inimestest, kes Babbage ideedest täiel määral aru sai, oli noor Ada Lovelace (1815-1852). Erinevalt enamikest tolle aja naistest õnnestus Adal saada haridust ja reisida ning ta suhtles paljude omaaegsete matemaatikute, õppejõudude ja riigijuhtidega. Ada huvitus Babbage arvuti ideest ning ta kirjutas selle kohta põhjaliku artikli. Avaldatu tõi Babbage’i tulevikumasina ideele sooja vastuvõtu, kuid naisena jäi Ada roll täiesti varju. Alles 1953. aastal mõisteti Ada töö väärtust ning taibati, et Ada kirjeldatut saab mõista kui esimest arvutiprogrammi. Nii peetakse esimeseks programmeerijaks Ada Lovelace’i. (Ada Lovelace’ist võid pikemalt lugeda siit.)

Ühe koomiksikunstniku nägemus sellest, milline oleks võinud olla Babbage analüütiline masin. Video on küll inglise keelne kuid annab siiski päris hea ettekujutuse.

Selles videos on näha Babbage’i differentsmasina tänapäeval ehitatud mudel, mis annab hea ettekujutuse, kuidas võisid töötada aurujõudu kasutavad arvutusmasinad.

19. sajandi lõppu jäi veel üks põnev leiutis, mille autoriks oli Saksa-Ameerika statistik, leiutaja ja ärimees Herman Hollerith (1860-1929). Tema eesmärgiks oli kiirendada USA rahvaloenduse tulemuste arvutamist. Ka Hollerith võttis kasutusele perforeeritud kaardid ning sai 1890. aastal valmis masina nimega tabulaator. Tabulaator luges kaartidelt infot ning väljastas tulemused paberlindil või eriplankidel. Kui 1880. aasta rahvaloenduse andmeid töödeldi tervelt 8 aastat, siis kümme aastat hilisemal loendusel kulus Hollerithi tabulaatori abil selleks aega kõigest 6 nädalat! Tabulaatoreid kasutati enne arvutite levikut lisaks ka näiteks raamatupidamises ja mujal kus mahukaid arvutusi vaja teha oli. 1896. aastal asutas Hollerith firma, mis pärast ühinemist mitmete teiste firmadega sai 1924. aastal nimeks IBM.

Elektrooniliste arvutite tulek

Oleme arvutite ajaloos jõudnud 20. sajandisse, kus hakati looma elektroonilisi arvuteid. Ajaloolased ja arvutiteadlased ei ole alati ühel meelel, milliste omadustega peab arvuti olema, et seda saaks lugeda esimeseks elektrooniliseks arvutiks. Vikipeedia andmetel võiksid esimesed olla 1941 ja 1944 saksa teadlase Konrad Zuse välja töötatud arvutid Z3 ja Z4, 1944 Briti salateenistusele loodud Colossus ning 1946 Ameerika Ühendriikides valminudlaiaotstarbeline ENIAC.

Selle aja arvutid töötasid elektronlampidega, need ei olnud töökindlad, tarbisid palju elektrit ja olid väga suurte mõõtmetega. Näiteks ENIAC kaalus 27 tonni, võttis enda alla terve suure ruumi ning sel oli 18 000 lampi ja 5 miljonit käsitsi joodetud ühendust. Selline arvuti suutis teha 5000 arvutust sekundis. Kui see esimest korda sisselülitati tuhmusid tuled terves linnajaos. Esimene elektrooniline arvuti jõudis Eestisse aastal 1959.

Arvuti Z1 koopia Berliinis tehnoloogiamuuseumis

Kui 1940.date lõpus suudeti lisada arvutitele operatiivmälu, muutusid arvutid oluliselt kiiremaks ja hakkasid tekkima esimesed äriklassiarvutid. Esimeseks programeeritud arvutiks maailmas sai ameeriklaste loodud Manchester Baby (1948). Esimeseks äriklassiarvutiks oli Inglismaal loodud LEO I (1951), mis töötas oluliselt kiiremini kui keskmine kontoriametnik. Kui ametnikul kulus töötaja algaarvutuste jaoks 8 minutit, siis LEO sai hakkama vaid 1,5 sekundiga. LEO I-le järgnesid LEO II ja LEO III ning mõne aastaga oli Ühendkuningriigis juba enam kui 5000 arvutit.

Kaasaegsed arvutid

Oleme nüüd vaadanud uskumatult vanu matemaatilisi objekte ja pööraste mõõtmetega esimesi arvuteid. Aeg on minna nende arvutite juurde, mille mõõtmed ja kuju on meile tuttavamad. 1971. aastal nägi ilmavalgust esimene mikroprotsessor ja eeldus personaalarvutite võidukäiguks oli seeläbi tekkinud. Esimeseks tõeliselt edukaks personaalarvutiks peetakse 1974. aastal müügile jõudnud mikroarvutit Altair 8800, millel oli mälu 256 baiti. Paraku polnud asi veel kuigi lihtne, sest mugavaks arvutikasutamiseks oli vaja lisaks soetada terminal (vt allpool pilti Teletype’ist), mis võis olla mitu korda arvutist endast kallim.

1976. nägi ilmavalgust Steve Wozniaki ja Steve Jobsi Apple I. See oli n-ö kit-tüüpi arvuti, millele tuli ise lisada monitor jm seadmed. 1977. tuli välja 3 olulist arvutit: Apple II, Commodore PET 2001 ja TRS-80 Model I. Järgnevatel aastatel lisandus neile kõigile üha uusi ja täiuslikumaid mudeleid.

1981. aastal lasi IBM välja ka oma esimese Inteli personaalarvuti IBM Personal Computer. Samal aastal lõi esimese eduka kaasaskantava arvuti Adam Osburne ja arvuti kandis nime Osborne 1. See kohvrisuurune seade kaalus 12 kg ja sel oli 5-tolline ekraan. Ka hind oli krõbe – 1 899 dollarit. Samal aastal tuli välja ka esimene sülearvuti, milleks oli Epson HX-20. Seade oli umbkaudu A4 paberi suurune ja 3-5 cm paksune. Andmete salvestamiseks kasutati mikrokassetti ning ekraanile mahtus neli 20 tähemärgiga rida.

1990.ndatel muutusid arvutid üha võimekamateks ja suutsid lisaks tekstile ka näidata pilte ning videosid. Väga suur murrang oli interneti jõudmine personaalarvutitesse. Ilmus uus operatsioonisüsteem Windows, mis võimaldas hoida arvutis töös ühe programmi asemel mitut. Ilmavalgust nägi Google’i otsimootor. Üha rohkem ja rohkem leidis arvuti ja internet tee kodudesse, muutus viis teha tööd ja suhelda. Kui tahvelarvutilaadseid seadmeid oli proovitud teha varemgi, siis 1993. aastal Apple’i MessagePad oli ehk esimene katse luua täiesti uue kategooria seade, mis ei oleks mõeldud arvuti asendamiseks.

2000.ndatel tulid välja uued operatsioonisüsteemid Mac OS X ja Windows XP. Apple raputas oma uute seadmetega inimkonda mitmel korral. 2001 tutvustati iPodi ning 2007 iPhone’i. Google ostis ära Androidi operatsioonisüsteemi ja ka Androidiga nutitelefonid ei lasknud end kaua oodata, sest 2008 tuli turule HTC Dream. Ka arvutid muutusid üha väiksemaks ja võimekamaks.

2004 sündis sotsiaalmeediahiid Facebook, mis jõudis aastaks 2012 1 miljardi kasutajani. Järgmisel kümnendi algul sündis Chromebook, millel jooksis Google Chrome operatsioonisüsteem. 2015. jõudis tehnikasõbra randmele esimene nutikell – Apple Watch.