Povijest računara nije počela sa strujom, ekranima i tastaturama, nego mnogo ranije u trenutku kada je čovjek poželio brojati brže, tačnije i pouzdanije nego što to može učiniti samo u glavi. Zato je razvoj računara zapravo priča o jednoj staroj ljudskoj potrebi odnosno kako pretvoriti misao u postupak, a postupak u mašinu.
Najraniji nama poznati koraci prema računanju bili su potpuno mehanički. Abakus, nastao u antičkom svijetu, nije bio računar u današnjem smislu ali je bio prvi široko prihvaćen alat koji je brojanje učinio sustavnijim i bržim. Još zanimljiviji je Antikiterski mehanizam, antički grčki uređaj koji datira oko 2-og stoljeća prije nove ere, koji se često naziva prvim poznatim analognim računalom. Pomoću zupčanika mogao je predviđati astronomske pojave, položaje nebeskih tijela i kalendarske cikluse. To je važan trenutak u povijesti kada čovjek više nije samo računao nego je počeo graditi mašine koje predstavljaju i obrađuju odnose među podacima.
U 17-om stoljeću razvoj dobiva novi zamah. Blaise Pascal konstruirao je mehanički kalkulator koji je mogao zbrajati i oduzimati, a Gottfried Wilhelm Leibniz unaprijedio je tu ideju mašinom koja je mogla i množiti te dijeliti. Leibniz je pritom dao i jedan od najvažnijih teorijskih doprinosa budućem računarstvu. Ozbiljno je razmatrao binarni sistem, računanje pomoću samo dva simbola. U njegovo vrijeme to je djelovalo kao filozofska i matematička zanimljivost ali će stoljećima kasnije postati temelj digitalnog svijeta.
U 19-om stoljeću pojavljuje se čovjek kojeg se sa pravom naziva ocem računara, Charles Babbage. On je osmislio Difference Engine, mašina za automatski izračun tablica, a zatim i mnogo ambiciozniji Analytical Engine. Ta druga mašina nije bila potpuno izgrađena u njegovo doba ali je u teoriji sadržavao gotovo sve ključne elemente modernog računara; memoriju, procesorsku jedinicu, ulaz, izlaz i mogućnost programiranja. Još je fascinantnije to što je Ada Lovelace, radeći na Babbageovim idejama, shvatila da takva mašina ne mora obrađivati samo brojeve. Ako se simboli pravilno zadaju, mašina bi mogla raditi i s glazbom, logikom ili bilo kojim drugim sistemom pravila. Zbog toga je mnogi smatraju prvom programerkom u povijesti. Ada Lovelace bila je iz Engleske, rođena u Londonu 1815-e godine. Potjecala je iz ugledne obitelji, bila je kći pjesnika Lorda Byrona i Anne Isabelle Milbanke. Školovala se privatno, što je u to vrijeme bilo uobičajeno za djevojke iz bogatijih obitelji. Posebno je učila matematiku, logiku i prirodne znanosti, a među njezinim učiteljima bili su i poznati znanstvenici tog doba. Živjela je relativno kratko, umrla je 1852-e godine sa samo 36 godina.
Prijelaz iz mehaničke u električnu i elektroničku eru dogodio se postupno. Krajem 19-og i početkom 20-og stoljeća Herman Hollerith razvio je sistem bušenih kartica za obradu podataka, što je dramatično ubrzalo statističke poslove poput popisa stanovništva. Iz njegovih će firmi kasnije nastati IBM. Time računanje više nije bilo samo pomoć matematičarima i astronomima, nego i alat za upravljanje društvom, ekonomijom i administracijom.
Pravu revoluciju donosi 20. stoljeće. Alan Turing dao je teorijski okvir za opći računar. Pokazao je da se svaki postupak koji se može jasno opisati koracima može, barem načelno izvesti mašinom. Njegov koncept univerzalne mašine postao je temelj teorije računarstva. Tijekom Drugog svjetskog rata razvijani su složeni elektromehaničke i elektroničke mašine za šifriranje, dešifriranje i balističke izračune. U tom razdoblju važna su imena Konrad Zuse, koji je izgradio neke od prvih programibilnih računara, zatim Tommy Flowers, povezan s elektroničkim strojem Colossus, te John von Neumann, koji je razradio arhitekturu po kojoj su desetljećima građeni gotovo svi računari: program i podaci pohranjuju se u istoj memoriji.
Prvi elektronički računari bili su golemi, skupi i energetski rasipni. ENIAC, jedan od najpoznatijih ranih računara, zauzimao je čitave prostorije i trošio ogromne količine električne energije. Radio je pomoću vakuumskih cijevi koje su omogućile elektroničko prebacivanje signala ali su se često kvarile i jako grijale. Druga velika faza nastupa pojavom tranzistora sredinom 20-og stoljeća. Tranzistor je zamijenio vakuumske cijevi i donio ogromne prednosti, manju veličinu, veću pouzdanost, manju potrošnju energije i veću brzinu. Zahvaljujući tranzistoru računari su prestali biti laboratorijska čudovišta i počeli se približavati praktičnoj upotrebi u znanosti, industriji i vojsci. Treća faza vezana je uz integrirane krugove. Umjesto da se svaki elektronički element zasebno spaja, više tranzistora moglo se smjestiti na jedan mali komad poluvodičkog materijala. To je omogućilo daljnje smanjenje dimenzija i povećanje složenosti. Četvrta faza počinje mikroprocesorom gdje je cijela središnja procesorska jedinica mogla stati na jedan čip. Time je otvoren put osobnim računarima.
Sedamdesetih i osamdesetih godina računari izlaze iz institucija i ulaze u domove. Pojavljuju se Apple, Microsoft, Commodore, IBM PC i čitava kultura osobnog računarstva. Steve Wozniak i Steve Jobs odigrali su važnu ulogu u popularizaciji osobnih računara, dok je Bill Gates sa softverske strane pomogao standardizirati način na koji milijuni ljudi koriste računalo (uz kradju patenata od Apple-a). Zbog tog “pozajmljivanja” se morao nagoditi sa Apple-om i isplatiti velike novce, zamaskirano ulaganjem Microsoft-a u Apple. Računar više nije samo mašina za stručnjake nego je postao i svakodnevni alat za pisanje, računanje, igranje, zabavu i komunikaciju.
Zatim dolazi mrežno doba. Internet nije nastao odjednom, nego iz niza projekata povezivanja računarskih mreža. Vinton Cerf i Robert Kahn ključni su za razvoj TCP/IP protokola koji je temelj današnje internetske komunikacije. Tim Berners-Lee kasnije je stvorio World Wide Web, sistem koji je internet učinio pristupačnim široj publici pomoću web stranica, poveznica i preglednika. Važno je razumjeti razliku, internet je mrežna infrastruktura, a web je jedna od usluga koja na toj infrastrukturi radi. Bez te razlike teško je razumjeti kako se računar od mašine za obradu podataka pretvorio u prozor prema globalnom informacijskom prostoru. Ali zašto je digitalni svijet na kraju izgrađen baš na binarnom sustavu? Zašto ne na decimalnom, koji je ljudima prirodniji? Odgovor je u jednostavnosti i pouzdanosti. Elektronički sklopovi puno lakše razlikuju dva stabilna stanja nego deset različitih. U stvarnom elektroničkom svijetu signal nikada nije savršeno čist: postoje smetnje, gubici, toplina i odstupanja. Ako mašina mora razlikovati samo “ima signala” i “nema signala”, odnosno “visoko” i “nisko” stanje, sistem je robusniji i manje sklon pogreškama. Zato je binarni sustav idealan za digitalnu elektroniku. Jedinice i nule u teorijskom smislu ne znače nužno “istinu” i “laž”, ali se često tako tumače u logici. One mogu predstavljati dvije mogućnosti; uključeno i isključeno, da i ne, prolaz i blokadu, prisutnost i odsutnost impulsa. U računarstvu je bit najmanja jedinica informacije i može imati vrijednost 0 ili 1. Od više bitova grade se složenije informacije. Na primjer, osam bitova čini bajt, a iz bajtova nastaju brojevi, slova, slike, zvuk i programi. Sve što vidimo na ekranu, od običnog teksta do filma visoke rezolucije, u dubini je zapisano kao golemi niz nula i jedinica.
U naponskom smislu 0 i 1 nisu uvijek iste konkretne vrijednosti, ali predstavljaju dva raspona napona koje elektronički sklop tumači kao logička stanja. Pojednostavljeno rečeno, niski napon može značiti 0, a viši napon 1. U nekim tehnologijama to može biti blizu 0 volti za nulu i oko 5 volti za jedinicu, u drugima 0 i 3,3 volta, a u modernim sistemima i manje. Bitno je da sklop ne “misli” poput čovjeka, nego prepoznaje je li signal ispod ili iznad zadanog praga. Ako je ispod praga, tretira se kao 0, a ako je iznad, kao 1. Upravo zbog te fizičke jednostavnosti binarni sustav je pobijedio. Na toj osnovi razvila se čitava digitalna logika. Kombinacije tranzistora tvore logička vrata poput AND, OR i NOT. Ta vrata zatim tvore zbrajala, registre, memoriju i procesore. Drugim riječima, cijeli računar može se promatrati kao golema organizirana mreža vrlo jednostavnih odluka koje se donose nevjerojatno brzo. Čar modernog računarstva nije u tome što je svaki korak kompliciran, nego u tome što se golemi broj jednostavnih koraka izvodi s nevjerojatnom preciznošću i brzinom. Sa vremenom su računari postali manji, brži i masovni. Danas računar nije samo stolni PC ili prijenosnik nego i pametni telefoni, automobili, satovi, kućanski uređaji, industrijski roboti i mrežni poslužitelji. Oblak, umjetna inteligencija, veliki podatci i distribuirani sistemi pokazuju da savremeno računarstvo više nije vezano uz jedan uređaj, nego uz cijeli ekosustav međusobno povezanih strojeva.
U toj priči posebno mjesto zauzimaju kvantni računari. Oni nisu tek “brži obični računari” nego uređaji koji pokušavaju iskoristiti zakone kvantne fizike za obradu informacija. Klasični računar koristi bitove, a kvantni računar qubite. Qubit nije samo 0 ili 1, nego superpozicija stanja. To znači da ga prije mjerenja opisujemo kao kombinaciju mogućnosti koje odgovaraju i nuli i jedinici. To ne znači da qubit “magijski istodobno sve” nego da njegovo stanje slijedi pravila kvantne mehanike i ne može se potpuno svesti na klasičnu intuiciju. Kada se qubit mjeri, rezultat koji dobijemo bit će 0 ili 1, ali prije mjerenja sustav može evoluirati na način koji iskorištava superpoziciju. Još važniji je fenomen sprezanja, odnosno entanglementa. Kada su qubiti spregnuti, stanje jednog qubita ne može se do kraja opisati neovisno o drugome, čak i kada ih promatramo kao odvojene elemente sustava. Upravo kombinacija superpozicije, interferencije i sprezanja omogućuje kvantnim algoritmima da za neke specifične probleme pronađu rješenja učinkovitije nego klasični računari.
To međutim ne znači da će kvantni računari zamijeniti sve druge. Oni nisu idealni za pisanje e-mailova, surfanje internetom ili obradu teksta. Njihova je najveća vrijednost u usko određenim područjima kao simulacije molekula i materijala, optimizacijskim problemima, nekim vrstama kriptografije i posebnim vrstama pretrage. Problem je što su qubiti izuzetno osjetljivi. Lako gube svoje kvantno stanje zbog utjecaja okoline, što se naziva dekoherencija. Zato kvantni računari traže ekstremno precizne uvjete rada, često vrlo niske temperature i složene metode korekcije pogrešaka. Ipak sama pojava qubita predstavlja jedan od najvećih intelektualnih zaokreta u povijesti računara. Dok se klasični računar gradi na stabilnosti i jasnoj razlici između 0 i 1, kvantni računar gradi se na kontroliranoj upotrebi fizikalne neodređenosti. To je gotovo filozofski obrat, ono što je u klasičnoj elektronici smetnja, u kvantnom svijetu postaje resurs ali samo ako ga znamo precizno kontrolirati. Pored dekonherencije još nije napisan gotov Software koji može iskoristiti pun potencijal qubita. Pretpostavlja se da jedan kvantni kompjuter može biti brži nego milioni binarnih zajedno.
Zanimljivo je da povijest računara nije samo priča o bržem računanju nego i o promjeni samog značenja informacije. U antičko doba računanje je bilo pomoć pri trgovini, gradnji i astronomiji. U industrijskom dobu postalo je alat upravljanja i statistike. U 20-om stoljeću pretvorilo se u srce znanosti, vojske i gospodarstva. U 21-om stoljeću računar postaje univerzalni medij, mašina koja ne obrađuje samo brojeve nego i tekst, sliku, zvuk, komunikaciju, modele stvarnosti i sve češće — ljudske odluke.
Što možemo očekivati u skoroj budućnosti? Najvjerojatnije ne jedan dramatičan skok, nego nekoliko paralelnih pravaca razvoja. Klasični računari nastavit će se razvijati kroz specijalizirane čipove, posebno za umjetnu inteligenciju, obradu grafike, simulacije i energetski učinkovito računanje. Vidjet ćemo sve više heterogenih sustava u kojima različite vrste procesora rade zajedno. Umjetna inteligencija bit će sve dublje ugrađena u operativne sustave, pretraživanje, medicinu, industriju i obrazovanje. Rubno računarstvo, odnosno obrada podataka bliže samom izvoru, postajat će važnije zbog brzine, privatnosti i manjih kašnjenja. Kvantni računari vjerojatno će se u dogledno vrijeme razvijati kao specijalizirani alati za određene probleme na višim razinama, a ne kao izravna zamjena za osobna računala. Vrlo važna tema budućnosti bit će i energija. Računari više nisu ograničeni samo brzinom nego i potrošnjom, zagrijavanjem i održivošću. Zato će napredak ovisiti ne samo o tome koliko tranzistora možemo smjestiti na čip nego i koliko pametno možemo organizirati izračune. Budućnost možda neće pripasti samo “najjačem” računaru, nego onome koji najviše postiže uz najmanje energije uz najbolji program.
Jednako tako, sigurnost i mrežna infrastruktura postajat će još važniji. Kako se povećava broj povezanih uređaja, raste i površina mogućeg napada. Razvoj postkvantne kriptografije, sigurnijih komunikacijskih protokola i otpornijih sistema bit će jednako važan kao i sirova procesorska snaga. Drugim riječima, računar budućnosti neće se mjeriti samo u gigahercima i terabajtima, nego i u povjerenju koje možemo imati u njega. Čovjek je stoljećima pokušavao svoje misaone postupke pretvoriti u mašine, a danas gradi takve koji počinju sudjelovati u sve složenijim oblicima mišljenja. Od abakusa i zupčanika, preko vakuumskih cijevi, tranzistora, mikroprocesora, interneta i qubita, razvoj računara pokazuje koliko daleko može odvesti jedna jednostavna ideja, a to je da se svijet može opisati pravilima, a pravila pretvoriti u postupke koje mašina može izvesti.
