انقلاب رایانه‌ای در بستر نیاز علوم فیزیکی و تولد اینترنت

انقلاب اطلاعاتی که هفتاد سال پیش انیاک نویدش را داد، روش کار و همکاری فیزیکدان‌ها و جامعه را عمیقاً تغییر داده است.
با هر معیاری که حساب کنیم، جامعه (به ‌طور خاص جامعۀ آمریکا) در مرحله‌ای از چیزی به نام انقلاب اطلاعاتی قرار دارد. این موج سوم، اصطلاحی که الوین تافلر باب کرده است، در پی انقلاب صنعتی قرن هجدهم و انقلاب کشاورزی 10000 سال قبل آمده است و دگرگونی‌های عظیم اجتماعی، فرهنگی و اقتصادی به وجود آورده است. این انقلاب روش صرف وقت برای کار و تفریح و نیز روش کلی زندگی مردم را تغییر داده است. این انقلاب ناگزیر به افت ‌و خیزهای عظیم سیاسی جغرافیایی منجر خواهد شد. این انقلاب هم مثل دو انقلاب قبل، ناشی از تکنولوژی است و بذرهای آن در دوره‌ای طولانی کاشته شده است.
قدمت این بذرها به آغاز رشد بشر و پدید آمدن ابزارهایی چون گونیا، پرگار و چرتکه می‌رسد. از میان تحولات جدیدتر می‌توان از چوب خط‌های نپر (1617) نام برد که از تکاملش خط کش محاسبه به وجود آمد و از ماشین جمع بلِز پاسکال (1642)، موتور تفریق چارلز بابیج (1822) و تحلیلگر دیفرانسیل وانوار بوش (1931). طی جنگ جهانی دوم نیاز به ابزار محاسباتی پرتوان بیشتر شد و این عمدتاً ناشی از دو عامل بود: یکی طراحی سلاح‌های اتمی در لؤس آلاموُس (اکنون آزمایشگاه ملی لؤس آلاموُس) و دیگری بهبود روش‌های رمزنگاری همراه با نیاز به گشودن رمز انیگما که آلمانی‌ها به کار می‌بردند و رمز ارغوانی، که ژاپنی‌ها به کار می‌بردند.
یک تاریخ مناسب که می‌توان برای شروع انقلاب اطلاعاتی نام برد، راه ‌اندازی محاسبه‌گر و انتگرال گیر عددی الکترونیک در 1946 است. جامعۀ فیزیک و جامعۀ ریاضی در دوران طولانی شکل‌گیری این انقلاب که به زمان‌های باستان بر می‌گردد و نیز در 50 سالی که از زمان انیاک گذشته است، نقش بزرگی داشته‌اند.

سال‌های آغازین (1946 تا 1955)

بلافاصله پس از جنگ، با ظهور اندیشه‌ها و تکنولوژی جدید، تعدادی کامپیوتر، عمدتاً به شکل دولتی طراحی و ساخته شد. این ماشین ها در دانشگاه‌ها، آزمایشگاه‌های دولتی و شرکت‌های تجاری که توجهشان به صنعتی پابه‌زا جلب شده بود، ساخته شدند.
انیاک را جان ماکلی فیزیکدان و جِی پرسپر اکرت پسر، که مهندس برق بود، در دانشگاه پنسیلوانیا برای آزمایشگاه تحقیقات بالستیک سپاه توپخانۀ ارتش ایالت متحده ساختند. انیاک بر اساس مفاهیمی که در کامپیوتر مارک 1 به‌کاررفته بود و بر اساس کارهای جان آتاناسوف طراحی شد. کامپیوتر مارک 1 را آی بی ام (IBM) در سال 1944 برای هاوارد آیکن ریاضی دان کاربردی دانشگاه هاروارد ساخته بود. جان آتاناسوف فیزیکدان کالج ایالتی آیووا (اکنون دانشگاه ایالتی آیووا) بود که از سال‌های 1930 دربارۀ روش‌های رقمی و استفاده از مدارهای لامپی برای محاسبه کار می‌کرد. اندیشۀ ضبط برنامه در حافظه، طی مراحل طراحیِ محاسبه‌گر خودکارِ متغیر-گسستۀ الکترونیک (اِدواک) پدید آمد. این ماشین در 1950 در دانشگاه پنسیلوانیا برای آزمایشگاه تحقیقات بالستیک ساخته شد. انیاک نشان داده بود که داده‌ها را باید در حافظه نگاه داری کرد و مفهوم نگاهداری توأم برنامه در حافظه منجر به انعطاف بسیار در اجرای برنامه شد. دو نوع حافظه طراحی می‌شدند که ساختن چنین ماشین‌هایی را ممکن می‌کرد: یکی لامپ ویلیامز که از ذخیرۀ بار ساکن روی صفحۀ پیشین لامپ پرتوی کاتدی استفاده می‌کرد و دیگری خط تأخیری آکوستیک در ستون جیوه.
یکی دیگر از کامپیوترهایی که در این دورۀ آغازین ساخته شد، کامپیوتر اتوماتیک الکترونیک استانداردها بود. این کامپیوتر ماشینی شبیه ادواک بود که در 1950 در دفتر ملی استانداردها برای نیروی هوایی ساخته شد. در 1952، یانوش فون نویمان کامپیوتر مؤسسۀ تحقیقات پیشرفته را ساخت. نخست سپاه توپخانۀ ارتش و بعد ادارۀ تحقیقات نیروی دریایی، نیروی هوایی و کمیسیون انرژی اتمی (اِی ای سی) از این طرح حمایت می‌کردند. ماشین‌های مشابهی در چندین آزمایشگاه ای ای سی، از جمله آزمایشگاه ملی لؤس آلامؤس، آزمایشگاه ملی آرگان و آزمایشگاه ملی اوَک ریج ساخته شدند. کامپیوترهای دانشگاهی دیگر عبارت بودند از کامپیوتر خودکار با حافظۀ تأخیری الکترونیک (اِدساک) در دانشگاه کمبریج در سال 1949 و گردباد (Whirlwind) در ام آی تی در سال 1951.
صنعت هم فعال بود. در 1950 شرکت تحقیقات مهندسی، اطلس را برای آژانس امنیت ملی ساخت. این اولین کامپیوتر آمریکایی بود که از حافظۀ طبل مغناطیسی استفاده می‌کرد. در 1951، رمینگتون رند یونیواک 1 را برای مؤسسۀ آمارگیری آمریکا ساخت و در 1954 آی بی ام نخستین کامپیوتر تمام الکترونیک برنامه-در-حافظۀ خود، آی بی ام 701 را ساخت.
تا اواسط دهۀ 1950، پیشگامان کامپیوتر نشان داده بودند که ساختن ماشین‌های بزرگ محاسبه‌گر حاوی هزارها لامپ خلأ ممکن است. همچنین در طراحی کامپیوتر، مفهوم ضبط برنامه در حافظه مطرح شده بود؛ اما از همه مهم‌تر اینکه در سال 1947 جان باردین، والتر براتین و ویلیام شاکلی در آزمایشگاههای تلفن بِل شرکت اِی تی اندتی ترانزیستور را اختراع کردند که رویدادی تعیین‌کننده در طلوع عصر اطلاعات بود.

شروع دوران جدید کامپیوتر (65-1956)

در 1956، عالی‌ترین محصول آی بی ام کامپوتر آی بی ام 704 بود که طرح آن از تکامل طرح آی بی ام 701 حاصل‌شده بود. این کامپیوتر حافظۀ هستۀ فریت داشت که کمی پیشتر به وسیلۀ جی دبلیو فورِستر اختراع شده بود. کامپیوتر اطلس 2، که شرکت تحقیقات مهندسی برای آژانس امنیت ملی در سال 1954 ساخته بود، اولین کامپیوتری بود که از حافظۀ هستۀ فریت استفاده می‌کرد. پُشتۀ حافظۀ آی بی ام 704 حاوی 32768 واژۀ 36 بیتی بود و قیمت آن بیش از یک میلیون دلار، یعنی حدود 1 دلار برای هر بیت. طبل‌های مغناطیسی حافظۀ ثانویۀ سیستم بودند. در این ماشین، مثل بیشتر ماشین‌های آن زمان، سیستم عاملی وجود نداشت. اما یک برنامه اسمبلر نمادی وجود داشت که برنامه نوشتن برای ماشین را ممکن می‌کرد.
ولی در آن زمان روشن شده بود که برای استفادۀ مؤثر از این کامپیوترهای پر قدرت‌تر به ابزار زبان برنامه ‌نویسی نیاز است. آی بی ام برای کامپیوتر آی بی ام 704 یک برنامۀ سطح بالاتر ترجمۀ فرمول، فرترن فراهم کرده بود. این زبان را جان دبلیو باکوس و ده دوازده همکارش به وجود آوردند. تلاش‌های مشابهی در جاهای دیگر آمریکا و نیز در انگلستان در جریان بود، اما واقعۀ مهم دیگر در بلوغ صنعت کامپیوتر رو به رشد، عرضۀ یک مترجم موفق فرترن به همراه یک سیستم عامل ابتدایی بود. اکنون دانشمندان می‌توانستند مسائل خود را به صورت نسبتاً ساده‌ای به شکل برنامه درآورند. در 1960 آی بی ام به جای آی بی ام 704 و جانشینش آی بی ام 709، نمونۀ ترانزیستوری با همان طراحی عرضه کرد، آی بی ام 7090. کامپیوتر الکترونیک لامپی دیگر منسوخ شده بود. تکنولوژی حافظۀ با دسترسی دلخواه همچنان هستۀ مغناطیسی بود. آی بی ام 7090 و جانشینش آی بی ام 7094 (ساخته شده در سال 1963) پاره‌هایی از برنامۀ جامعی بودند که آی بی ام در 1955 شروع کرده بود. هدف برنامۀ استرِچ دست یابی به تکنولوژی لازم برای ساخت پیشرفته‌ترین کامپیوترها برای دست ‌اندرکاران رمز نگاری و سلاح‌های اتمی بود. لؤس آلامؤس استرچ خود را در سال 1961 تحویل گرفت و هاروست، نمونۀ کامل‌تر مخصوص رمزنگاری، در 1962 به آژانس امنیت ملی تحویل داده شد. فقط نُه ماشین استرچ ساخته شد؛ اما بر پایۀ تکنولوژی آن، سری جدید کامپیوترهای آی بی ام 360 به وجود آمد که اولین نوع آن، مُدل 50، در سال 1965 به بازار آمد.
در 1957، ولیام نوریس و سیمور کری شرکت جدید تأسیس کردند: شرکت کنترل دیتا. محصولات اولیۀ این شرکت ماشین‌های متوسطی بودند اما با ارائۀ سی دی سی 6600 در 1964، دیگر سیمور کری و شرکت‌های منشعب از سی دی سی بودند که لبۀ پیشرو عالی‌ترین تراز علم محاسبه را تعیین می‌کردند.
کن اُولسِن در 1957 شرکت دیجیتال اکوییپمنت را برای ساخت قطعات ترانزیستوری برای جامعۀ مهندسین و جامعۀ علمی تأسیس کرد. شرکت با این قطعات کامپیوتری برای پردازش داده‌ها ساخت: پردازشگر برنامه‌ریزی ‌شدۀ داده‌ها (پی دی پی). پی دی پی 1 (PDP1) که در 1960 ساخته شد، اولین مینی کامپیوتر بود: ماشینی تمام ترانزیستوری با دورۀ کاری sµ5 و 16384 واژۀ 18 بیتی در حافظۀ اصلی و بدون حافظۀ ثانویه.
در شتاب‌دهندۀ الکترونی کمبریج، یک پی دی پی 1 برای جمع‌آوری همزمان داده از حداکثر سه آزمایش به کار گرفته شد. به این منظور سیستم‌ عاملی به نام برنامۀ ادارۀ تقسیم زمان نوشته شده بود. به هر آزمایش یک نوار ران با نوار 2/1 اینچی و ظرفیت 200 بیت در هر اینچ و 4096 واژۀ حافظه اختصاص داده شد.3 دوره (15 میکروثانیه) طول می‌کشید تا کار بر بتواند با یک دستور وقفه به پردازنده فرمان دهد و داده‌ها طی بازه‌های زمانی تک دوره‌ای (یک واژه در هر 5 میکروثانیه) به حافظه منتقل می‌شد. این آغاز روش تازه‌ای برای جمع‌آوری و فرماندهی بر داده‌ها بود که در 1956 با عرضۀ اولین کامپیوتر مخصوص جمع‌آوری داده‌ها، پی دی پی 8، بسیار جذاب شد، به ویژه که قیمت آن حدود 30000 دلار بود که در استطاعت خیلی‌ها بود.
در این بین با پایان جنگ جهانی دوم بسیاری از کسانی که در پروژۀ مانهاتان شرکت داشتند به تحقیقات دانشگاهی بازگشته بودند. پژوهش‌های تجربی فیزیک ذرات با بازگشت به بررسی‌های پرتوهای کیهانی آغاز شد و بخشی از آن هم با پدید آمدن تأسیسات پیشرفته‌ای مثل کازموترون در آزمایشگاه ملی بروکِ هیون و بواترون در آزمایشگاه تابش لارنس (اکنون آزمایشگاه ملی لارنس برکلی) به شتاب‌دهنده‌ها منتقل شد. در بیشتر کارهای تجربی اولیه از اتاقک ابر یا شتاب نماهای الکترونیک استفاده می‌شد. این‌ها آرایه‌هایی بودند برای یافتن مسیر ذرات باردار. پس از این که دانلد اِی گلیزر در سال 1952 اتاقک حباب را اختراع کرد و تکنولوژی آن به مرحلۀ پختگی رسید، بیشتر کارها با آن انجام می‌شد. در این‌گونه موارد، چه در روش‌های دیداری و چه در روش‌های الکترونیک، داده‌ها بیشتر روی صفحات عکاسی، یک عکس به ازای هر رویداد، ضبط می‌شد. تحلیل نه در جریان آزمایش، بلکه پس از ظهور عکس انجام می‌شد. با ظهور کامپیوترهای بزرگ برنامه پذیر، پردازش تعداد بسیار بیشتری رویداد ممکن شد. گروه اتاقک حباب برکلی به رهبری لوئیس آلوارز در ساخت ساز و کارهای اخذ داده‌ها از عکس و تحلیل آن‌ها پیشرو بودند.
با ظهور کامپیوترهای جمع‌آوری داده با قیمت‌های مناسب در اواسط دهۀ 1960، این امکان به وجود آمد که مقدار زیادی داده را بتوان به طور درجا جمع‌آوری کرد و بخشی از تحلیل را در جریان آزمایش انجام داد. این پیشرفت راه‌های جدیدی را برای بهبود ابزارگذاری آزمایش‌های فیزیک باز کرد. اولین بهبود از این نوع، استفاده از اتاقک جرقه به جای اتاقک حباب بود که خروجی‌اش را می‌شد به صورت رقمی خواند.
طی سال‌های دهۀ 1950 و بخشی از دهۀ 1960، بیشتر تحقیق درباره نحوۀ انجام محاسبات با کامپیوتر را ریاضیدانان و فیزیکدانان انجام می‌دادند که کاربرهای اصلی کامپیوتر در آن زمان بودند. بعضی از این پیشگامان به بررسی علم کامپیوتر و مهندسی آن بیشتر علاقه‌مند شدند و به ‌این‌ ترتیب، دانشی را به وجود آوردند که امروزه علم کامپیوتر خوانده می‌شود.
در 1959 جک کیلبی، مهندسی در تگزاس اینسترومنتس، اولین مدار کامل را روی یک زیر لایۀ ژرمانیم ساخت. چیزی نگذشت که رابرت نویس، فیزیکدانی که برایِ فیرچایلد کمرا کار می‌کرد، اندیشۀ استفاده از فتولیتوگرافی همراه با تکنولوژی لایۀ تخت سیلیسیم برای ساختن مدار را مطرح کرد: این تکنولوژی در آن زمان داشت در فیرچایلد به وجود می‌آمد. این روش رهیافتِ معمول ساخت مدارهای یکپارچه شد و رشد حیرت ‌انگیز صنعت میکروالکترونیک را به جریان انداخت. در 55 سال گذشته، این صنعت هرسال مدارهایی با کارآمدی بیشتر، چگالی بیشتر و هزینۀ کمتر تولید کرده است و امکان انقلاب اطلاعاتی را به وجود آورده است.

دورۀ رشد پایدار و کنترل‌شده (75-1966)

طی ده سال بعد از به بازار آمدن سری آی بی ام 360، آی بی ام موقعیت خود را به عنوان بزرگ‌ترین فروشندۀ کامپیوترهای متداول، هم برای کارهای تجاری و هم برای کارهای علمی، مستحکم کرد. این دوره‌ای است که کامپیوتر بزرگ مرکزی، سازوکار جا افتاده‌ای است که نیازهای محاسباتی دانشگاه‌ها، سازمان‌های پژوهشی، یا شرکت‌های تجاری را بر می‌آورد. آی بی ام گسترۀ وسیعی از محصولات سازگار با هم عرضه می‌کرد و بر همۀ محصولات خود قیمت‌های مناسب می‌گذاشت. جز در عالی‌ترین تراز، هیچ شرکت رقیبی قادر نبود رخنه‌ای در موقعیت مستحکم آی بی ام ایجاد کند. شرکت‌های بزرگی ازجمله آر سی اِی، جنرال الکتریک و فیلکو در این راه تلاش کردند و با ضررهای سنگین شکست خوردند.
در ترازِ پایین کاربردهای خاص، شرکت دیجیتال اکوییپمنت با سری پی دی پی خود بازار را کنترل می‌کرد. این سری بین فیزیکدانان و دیگر جمعیت‌های پژوهشی با اقبال روبه‌رو شده بود. در 1970، دِک کامپیوتر پی دی پی 11 را عرضه کرد که توانایی‌هایش استثنایی بود. پی دی پی 11، علاوه بر طراحی پر ظرافت، مجموعۀ غنی دستورها و ساختار بسیار انعطاف‌پذیر گذرگاهِ ورودی/خروجی اطلاعات، امکان انتخاب بین چند سیستم عامل پیشرفته را عرضه می‌کرد. وضعیت دِک مستحکم بود اما بر خلاف وضعیت آی بی ام در بازار کامپیوترهای بزرگ، دِک در زمینۀ جمع‌آوری و کنترل داده‌ها به اندازۀ کافی رقیب داشت، رقبایی که محصولات پر کیفیت تولید می‌کردند.
در 1964 دِک اولین کامپیوتر همه کارۀ خود، پی دی پی 6، را عرضه کرد اما این کامپیوتر در آغاز توجه جامعۀ تجاری را برنیانگیخت. این ماشین و جانشین آن در 1967، پی دی پی 10، را بسیاری از دانشکده‌های فیزیک دانشگاه‌ها به عنوان یک کامپیوتر همه منظورۀ دانشکده‌ای به کار می‌بردند. دک با این مینی کامپیوتر توانست در تراز پایین کامپیوترهای بزرگ با آی بی ام رقابت کند.
در اویل دهۀ 1970، کامپیوترهای جمع‌آوری داده یک بخش جدایی ‌ناپذیر آزمایش‌های فیزیک شده بودند. به علت توانایی کامپیوترها در جمع‌آوری و پردازش مقادیر عظیم داده، آزمایش‌ها بسیار بزرگ و پیچیده شده بودند. در میانۀ دهۀ 1970 آهنگ تولید داده بین 1 تا 103 بار بر ثانیه بود و هر بار 103 تا 105 بیت داده جمع‌آوری می‌شد؛ مجموعاً حدود 106 بیت بر ثانیه. محدودیت در آن زمان هم، مانند امروز، از محدودیت آهنگ نوشتن داده بر واسطۀ ضبط (معمولاً نوار مغناطیسی) ناشی می‌شد.
به همین ترتیب کامپیوترهای درون مدار جزئی از سیستم فرمان شتاب‌دهنده‌ها شدند و به این وسیله ابزارهای پیچیده‌تر تشخیص و عمل فراهم شد که امکان به کار انداختن دستگاه‌های پیچیده و به دست آوردن باریکه‌های بهتر و پایدارتر را به وجود آورد. دیگر می‌شد برای تک‌تک آزمایش‌ها امکان فرمان دادن بر عناصر اپتیکی باریکۀ خروجی را فراهم کرد.
در فیزیک ذرات هم مانند بخش‌های دیگر فیزیک و مانند رشته‌های دیگر، تجربه‌گرها بودند که زودتر از دیگران کامپیوترهای جمع‌آوری داده را هنگام آزمایش و کامپیوترهای بزرگ همه‌کاره را برای تحلیل داده‌ها به کار گرفتند. توجه نظریه ‌پردازان هنگامی در مقیاس وسیع به استفاده از کامپیوترهای عالی جلب شد که توان محاسباتی آن‌ها به میزان زیاد افزایش یافت.

علم کامپیوتر و علم محاسباتی
مهم است که بین "علم کامپیوتر" و "علم محاسباتی" تمایز قائل شویم. علم کامپیوتر آموزش کامپیوتر و محاسبات است. علم محاسباتی، آن جنبه هر علمی است که دانش موجود در آن علم را با تحلیل محاسباتی مدلها به پیش می برد و، همانند نظریه تجربه، یکی از سه پایه آن علم است.

در آغاز و برای مدتی پس از آن، جامعۀ فیزیک و سایر جوامع علمی بودند که ابزارها و روش‌های تحلیل داده و علم محاسبه را اختراع می‌کردند. این فرایند کاملاً دستی بود و در آن به روش‌های صوری یا به فهم بنیادی موضوعات نظری توجه چندانی نمی‌شد. درواقع بخش اعظم جماعتی که علم کامپیوتر را به بار می‌آوردند به طور جدی به موضوعات علم محاسبه علاقه‌مند نبودند (به مطلب درون کادر توجه کنید). این علاقه در سال‌های اخیر بیشتر شده است.
اما بی‌توجهی به علم محاسباتی فقط به جامعۀ علم کامپیوتر محدود نمی‌شد. این بی‌توجهی درون هر علمی آشکار بود. ما در سال 1965 به‌ زحمت توانستیم مقاله‌ای دربارۀ بازسازی رویدادهای ذرات بنیادی به روش مونت کارلو را منتشر کنیم. هیچ‌یک از نشریات فیزیک محاسبات را در حیطۀ کار خود نمی‌دانست. سرانجام، پس از بحث زیاد، ریویو آو ساینتیفیک اینسترومنتس با اکراه پذیرفت که مقاله را چاپ کند. در میانۀ سال 1966 بود که نشریه‌ای مختص فیزیک محاسباتی، یعنی جورنال آو کامپیوتیشنال فیزیکس، یا به عرصه گذاشت.
از وقایع مهم دیگر در این دوره، آمدن سی دی سی 7600 به جای سی دی سی 6600 در 1969 بود. سی دی سی 7600 ابر کامپیوتر آن روزگار محسوب می‌شد. شرکت بوراؤز ایلیاک 4 را ساخت که اولین پردازشگر بفهمی نفهمی موازی بود، کامپیوتری با 64 پردازشگر تک دستوری و چند داده‌ای. در عین حال، این اولین ماشینی بود که از حافظۀ نیمه هادی استفاده می‌کرد. این ماشین به وسیلۀ دانیل اسلاتنیک، مهندسی در دانشگاه ایلی نوی، طراحی شده بود و در سال 1971 به مرکز تحقیقات ایمز ناسا تحویل داده شد.
در تراز پایین، اولین ریز پردازشگر، شامل یک واحد پردازش 4 بیتی کامل روی یک تراشۀ سیلیسیمی بسته‌بندی‌شده، در 1970 ظاهر شد. این پردازشگر اینتل 4004 بود. در 1957 اولین قدم در راه کامپیوترهای شخصی براساس ریز پردازشگر برداشته شد: کامپیوتر ام آی تی اس آلتِیر 8800 با استفاده از ریز پردازشگر اینتل 8080 به صورت کیت عرضه شد. این کامپیوتر نویددهندۀ تحولی عمده در دسترس‌پذیری منابع محاسباتی بود.

از ابرکامپیوتر تا پی سی (85-1976)

این دوره از نظر تنوع یافتن سخت‌افزار دسترس‌پذیر دوره‌ای غنی است. ابرکامپیوتر بُرداری، ایستگاه‌های کار علمی، کامپیوتر دانشکده‌ای کامل (وکس) در این دوره عرضه شدند و در پایان این دوره اولین کامپیوترهای بس-موازی تجارتی به بازار آمد. همراه با این محصولات، ارتباطات رقمی هم به دورۀ بلوغ خود رسید. تأثیر این تحولات بر جامعۀ فیزیک عمیق بود.
کری 1 در 1976 ظاهر شد و اولین کامپیوتر برداری با کارایی زیاد بود که برای دسته‌ای مسائل محاسباتی طراحی شده بود که در آن‌ها داده‌ها به طور طبیعی به صورت بردار خوانده می‌شدند. این کامپیوتر و سری ماشین‌های برداری شرکت سهامی تحقیقات کری شامل اکس-ام پی و همچنین کامپیوتر رقیب سایبر 205 از سی دی سی، ظهور علم محاسباتی به عنوان سومین پایۀ مستحکم پژوهش علمی را، در کنار دو پایۀ دیگر نظریه و تجربه، ممکن کردند. در پی آن حل مسائل بسیار پیچیده با تقریب عددی یا با شبیه‌سازی ممکن شد. جامعۀ علوم نظری به این کار علاقه‌مند شد اما خیلی زود در یافت که این منابع کامپیوتری بسیار گران‌اند. علاوه بر این، امکان استفاده از سیستمهای پرتوان به کسانی محدود می‌شد که یا در مورد مسائل مهم مربوط به امنیت ملی کار می‌کردند یا جزء معدود دانشمندان خارج از این دسته بودند که می‌توانستند با این دسته ارتباط برقرار کنند، آن هم بیشتر در آزمایشگاه‌های دولتی.
در تراز پایین، در سال 1978، شرکت کامپیوتر اپل یک کامپیوتر شخصی تولید انبوه پذیر با سیستم عامل کاربر پسند ارائه کرد، اپل 2. توجه مصرف‌کنندگان به این محصول آن‌قدر زیاد بود که آی بی ام به این نتیجه رسید او هم باید کامپیوتر شخصی داشته باشد. کامپیوتر شخصی آی بی ام در سال 1981 به بازار آمد.
در سال 1980 کامپیوتر رومیزی "شخصی" علمی قوی‌تری به بازار آمد. ایستگاه کار آپولو سیستم عامل کاملاً کاربر پسندی هم داشت، گرچه مالکیت سیستم عامل انحصاری بود. دو سال بعد شرکت سان مایکروسیستمز یک ایستگاه کار علمی به بازار آورد که به سرعت بازار را قبضه کرد، زیرا سیستم عامل آن یونیکس بود که سیستم عاملی باز است.
همان تکنولوژیی که ساخت این کامپیوترهای پر توان رومیزی را ممکن می‌کرد منجر به بار آمدن کامپیوترهایی با کاربرد خاص برای جامعۀ فیزیک شد. برای تحلیل داده‌های تجربی، 168/ای، در مرکز شتاب‌دهندۀ خطی استانفورد ساخته شد که کارکرد آی بی ام 168/370 را تقلید می‌کرد. چندی بعد برای پروژۀ پیشرفتۀ محاسباتی در فرمی لب روش متفاوتی برگزیده شد. اِی سی پی تعداد زیادی پیشرفته‌ترین نوع تخته-مدار حاوی ریزپردازشگر را هم گذر کرد؛ این روش برای تحلیل داده‌های مربوط به رویدادهای فیزیک ذرات بسیار مقرون به صرفه بود.
به روشی مشابه، چندین ماشین موازی برای انجام محاسبات کرومودینامیک کوانتومی ساخته شد. این زمینه از فیزیک جزء زمینه‌هایی است که محاسبات بسیار سنگینی می‌طلبد. با پشتوانه‌ترین این ماشین‌ها آی بی ام جی اف 11 است.
این تغییرات سریع عرصۀ سخت‌افزار کامپیوتری با تغییرات عمده‌ای در ارتباطات همراه بود. در سال 1968 آژانس پروژه‌های تحقیقاتی پیشرفته وابسته به وزارت دفاع، پروژه‌ای به ‌منظور بررسی ساز و کارهای ارتباطات بین کامپیوتری آغاز کرده بود. آرپانت به این ترتیب به راه افتاد. در حدود سال 1980، جامعۀ دانشگاهی بزرگی، بیشتر در علم کامپیوتر، وجود داشت که نقاط مختلف آن با استفاده از خدمات همگانی ارتباطات راه دور و معمولاً با وسیع‌ترین باند دسترس‌پذیر یعنی 56 کیلو باد، با هم ارتباط داشتند. با استفاده از اندیشه‌های آرپانت، در سال 1981 شبکۀ دانشگاهی جدید به نام بیت نت در دانشگاه شهری نیویورک به راه افتاد. این شبکه به سرعت رشد کرد و اعضای زیادی از میان دانشکده‌های فیزیک، دانشگاه‌ها و مراکز آزمایشگاهی را در برگرفت. پشتیبانی آی بی ام از پروژۀ اتصال فرا اطلس هم بیت نت را تقویت کرد.
جوامع دانشگاهی در سراسر جهان شبکه‌های مشابهی به وجود می‌آوردند. در پایان این دوره ایجاد نوعی ارتباط دستی ضعیف بین تعدادی از این شبکه‌های پراکندۀ (غالباً) با مدیریت ضعیف آغاز شده بود. اینترنت به این ترتیب شروع شد. تجربه‌های محدود دهۀ 1970 به تجربه‌های وسیع‌تر بین فرهنگی دهۀ 1980 تبدیل می‌شد. خیلی پیش‌تر از این، در جامعۀ فیزیک بخصوص در آزمایشگاه‌های بزرگ تحت حمایت دولت، خطوط ارتباط کامپیوتری با پهنای باند بسیار زیادی برای ارضای نیازهای محاسباتی یا آزمایشگاهی محلی به کار انداخته شده بود. در اواسط دهۀ 1960 شبکۀ بین کامپیوتری با پهنای باند بسیار زیادی به نام اختاپوس در آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور وجود داشت و تکامل یافت؛ سیستم‌های مشابهی هم در آزمایشگاه ملی لوس آلاموس برقرار بود. در تمام آزمایشگاه‌های شتاب‌دهنده دار، سیستم‌های با پهنای باند زیاد برای فرمان به شتاب‌دهنده و توزیع اطلاعات به‌کاربرده می‌شد. در سال 1975 مرکز کامپیوتر انرژی همجوشی مغناطیسی در لیورمور تأسیس شد تا محلی برای انجام محاسبات سنگین جامعۀ پژوهشی انرژی همجوشی باشد. ارتباطات ماهواره‌ای، ابتدا با آهنگ 56 کیلو باد، بین چند مرکز در نقاط مختلف کشور برقرار شد.
در 1982 از پیتر لَکس از دانشگاه نیویورک دعوت شد رئیس هیئتی برای بررسی محاسبات در مقیاس بزرگ باشد؛ این هیئت تحت حمایت وزارت دفاع و بنیاد ملی علوم، با همکاری وزارت انرژی و ناسا، شروع به کار کرد. هیئت به این نتیجۀ اصلی رسید که گرچه محاسبات در مقیاس بزرگ در علوم محاسباتی و مهندسی برای منافع اقتصادی و امنیت ملی کشور اهمیت حیاتی دارد اما این خطر مشخص وجود دارد که سرمایه‌گذاری برای حفظ موقعیت پیشتاز ایالت متحده کافی نباشد. هیئت نتیجه گرفت که کامپیوترهای بسیار قوی‌تری برای حل مسائل عاجل فعلی لازم است و بخش‌های بزرگ و مهمی از جامعۀ پژوهشی از دسترسی به منابع ابرکامپیوتری محروم مانده‌اند. بر اساس گزارش هیئت بررسی، ان اس اف از سال 1985 پنج (اکنون چهار) مرکز محاسبات با کارآیی زیاد تأسیس کرد. یک جنبۀ مهم این برنامه پشتیبانی یک شبکۀ ارتباطات باند وسیع بود که همۀ مرکزها و کاربران آن مرکزها را به هم ارتباط می‌دهد. از تکامل این شبکه، ان اس اف نت (NSFnet) به وجود آمد. جامعۀ فیزیک از ابتدا یکی از کاربران اصلی این تأسیسات بود و هنوز هم چنین هست.
در 1985 دو کامپیوتر بس موازی تجاری عرضه شد. سی ام-1(CM-1) ماشینی تک دستوری و چند داده‌ای بود که دنی هیلیس، متخصص علوم کامپیوتر، در شرکت تینکینگ ماشینز طراحی کرده بود. ماشین دوم آی پی اس سی (iPSC) بود، ماشین چند دستوری و چند داده‌ای از اینتل، این ماشین‌ها نمایندۀ روشی تازه و ارزان‌تر برای افزایش کارایی بودند، چون روشی که از پردازشگرهای برداری سریع استفاده می‌کرد بیش از حد گران شده بود. این دو شرکت از اولین شرکت‌هایی بودند که تلاش کردند کامپیوترهایی با کارایی زیاد، بر اساس توازی در مقیاس بزرگ، به بازار عرضه کنند. مشکلات دستیابی به کارایی زیاد با این طراحی‌ها، بسیار بیشتر از آنچه در اول تصور می‌شد از آب درآمد. تاکنون هیچ روش به وضوح موفقی برای استفاده از توازی کشف نشده است.

کامپیوتر و ارتباطات (95-1986)

در این دوره با بهبود پیوستۀ کارایی کامپیوترها با هزینۀ کمتر، رشد معقول و منظم به رشدی انفجار گونه تبدیل شد. در اواسط دهۀ 1960، گوردُن مور از شرکت اینتل اشاره کرده بود که در پیشرفته‌ترین مدارهای یک پارچه تعداد عناصر هر تراشه هر سال دو برابر می‌شود و انتظار می‌رود که این روند ادامه داشته باشد. چنین شده است، اما زمان دو برابر شدن اکنون نزدیک به دو سال است.
رشد تجارت کامپیوتر را، هم از نظر درآمد و هم از نظر گسترۀ مشتری‌ها، می‌توان بررسی کرد. در آغاز این دوره دست‌کم شش ردۀ اساسی از نظر تجاری مشخص است که کل دامنۀ کاربردهای علمی و تجاری را در بر می‌گیرد. در پایان این دوره در سراسر فضای کار کردی مقدار زیادی همپوشی بین رده‌های مختلف دیده می‌شود که موجب تغییر کلی مرزبندی‌ها در صنعت کامپیوتر شده است. تجارت کامپیوترهای بزرگ و مینی کامپیوتر کاهش یافته است، این نوع کامپیوترها جای خود را به سخت ‌افزارهای مشابه داده‌اند که به آن‌ها خادم یا سِروِر می‌گویند. انتخاب‌هایی که اکنون در دسترس هر کاربری وجود دارد کاملاً متنوع است.
در بالاترین سطح کارایی، صنعت ابرکامپیوتر در بحران به سر می‌برد. فقط یک شرکت آمریکایی یعنی شرکت پژوهشی کری که اکنون بخشی از شرکت سیلیکون گرافیکس است، چنین ماشین‌هایی ارائه می‌دهد. هزینۀ طراحی‌های خاص برای فائق آمدن بر محدودیت‌های کنونی فنی به منظور گذشتن از مرز یک نانوثانیه برای دورۀ ساعت آن‌قدر زیاد شده است که ادامۀ این راه برای دست‌یابی به کاراترین کامپیوترها ممکن نیست. راه دیگر، به وضوح، توازی گسترده‌تر با استفاده از قطعاتی است که ساده‌تر تولید انبوه شوند؛ اما تلاش‌های معدود شرکت‌هایی که در این راه رقابت می‌کنند آشکارا ناکافی است. با این که در استفاده از ماشین‌های بس موازی برای مسائل بسیار مشکل -مثلاً مسائل کرومودینامیک کوانتومی- موفقیتهای مهمی به دست آمده است، هنوز، پس از چندین سال بررسی، درک روشنی از چگونگی به کار بردن مؤثر چنین طراحی‌هایی در کامپیوترهای همه کارۀ کاربرپسند وجود ندارد.
در این بین دو واقعۀ چشمگیر دنیا را به‌گونه‌ای مؤثر تغییر داد. تجربه‌های گوناگون در ایجاد شبکه، رسمکارهای داده‌ای و اطلاعاتی بسیاری به بار آورده بود مانند رسمکار کنترل ارسال/رسمکار اینترنت (تی سی پی/آی پی)، رسمکار انتقال فایل (اف تی پی)، الکتروپست لیست-سرو و ابزارهایی چون گؤفر ورونیکا. اما هیچ‌ کدام از این‌ها رسمکار مناسبی برای تشریک اطلاعات نبود. در اواخر دهه 1980 در سرن برای اینکه صدها همکار بین‌المللی درگیر در یک آزمایش فیزیک انرژی زیاد بتوانند مشترکاً از اطلاعات استفاده کنند، تیم بِرنرز-لی روشی برای استفادۀ مشترک از داده‌ها در اینترنت اختراع کرد به نام شبکۀ در هم بافتۀ جهانی (ورلد واید وب World Wide Web). با این روش می‌شد با اطلاعاتی که به شکل‌های بسیار متنوع و در هرکجای یک شبکۀ فوق متصل جهانی، ضبط شده باشد، دست یافت. برای اینکه وب واقعاً قابل استفاده شود، به ابزاری نیاز بود که کاربر به کمک آن بتواند اطلاعات را سریعاً مرور کند. در 1992، مارک اندریسن و همکارانش در مرکز ملی برای کاربردهای ابرکامپیوتری موزائیک را به بار آوردند و این کار عملی شد.
در سال 1991 آلبرت گوُر، که در آن موقع سناتور با سابقۀ تنسی بود، پس از سال‌ها تلاش موفق شد لایحۀ محاسبات پرتوان کامپیوتری را با گذراندن از پیچ ‌و خم‌های کنگره به تصویب برساند. این لایحه یک برنامۀ پنج‌ساله در محاسبات و ارتباطات پرتوان کامپیوتری به جریان انداخت. لایحه برای سال مالی 1994، به منظور تعریف زیر ساختار ملی اطلاعاتی گسترش داده شد. ابداعات فنی در کنار این اقدام قانون‌ گذاری صحنه را برای تجربۀ جهانی که اکنون در جریان است آماده کرد، صحنه‌ای که در آن ابزاری را که جامعۀ پژوهشی فراهم می‌کند همه‌کس به آزمایش می‌گذارد و دنیای تجارت بازیگر اصلی آن است.
این پیش رفت‌ها امکان همکاری‌ها را به سطح تازه‌ای ارتقاء می‌دهد. همکارانی که از نظر جغرافیایی پراکنده‌اند می‌توانند تقریباً آناً از داده‌ها و اطلاعات مشترکاً استفاده کنند، ضمن اینکه می‌توان داده‌های بانک‌های اطلاعاتی پراکنده را با هم ترکیب کرد. با تکنولوژی جدید می‌توان ابزار را از راه دور به کار گرفت، آزمایش‌ها را از راه دور انجام داد و از دور به منابع گران قیمتی چون تأسیسات کامپیوتری با کارایی زیاد، یا کتابخانه‌های رقمی دسترسی پیدا کرد. لفظ همکارانه برای توصیف این توانایی جدید ساخته شده است.
در این دوره هر دو بخش محاسبات و ارتباطات در اقتصاد دستخوش تغییرات بزرگ شده‌اند. این دو بخش، تحت تأثیر پیشرفت‌های پیوستۀ فنی و دستیابی به ترازهای کمی‌ای که منجر به تغییر کیفی در تأثیرگذاری این تکنولوژی‌ها بر جامعه می‌شود، تغییر شکل یافته‌اند و دارند در هم ادغام می‌شوند. این تحول برای کار کرد جامعه و همچنین تأثیر متقابل در جامعۀ فیزیک و نحوه‌ای که این جامعه محاسبات و آزمایش‌هایش را انجام می‌دهد، راه‌های تازه‌ای پیش پا می‌گذارد.

گفتار پایانی

در مرور رشد صنعت کامپیوتر از اولین روزهای آن، کاملاً روشن است که بارآوری محصولات پیشرفته برای پاسخ به نیازهای جامعۀ پژوهشی به پایین نفوذ کرده است و اساس تولید انبوه تولیداتی برای جامعه‌ای بسیار بزرگ‌تر شده است. دقت کنید که تقریباً در همۀ موارد، حمایت مالی دولت در انجام آزمایش‌های لبۀ پیشتاز و به بار آمدن محصولات نقش بزرگی داشته است، و لبه پیشتاز موتور مولد صنعتی با 500 میلیارد دلار فروش سالانه بوده است، صنعتی که برای اقتصاد و امنیت ملی کشور اهمیت حیاتی دارد. تغییرات چشمگیری که انقلاب اطلاعاتی در نحوۀ کارکرد جامعه به وجود آورده است تا دهه‌هال آینده ادامه پیدا می‌کند. سازمان‌هایی که هرچه بیشتر از این الگوهای کاری جدید استفاده می‌کنند، نسبت به آن‌ها که چنین نمی‌کنند برتری‌های بزرگی خواهند داشت. این امر هم در محیط پژوهشی درست است و هم در صنعت، تجارت، آموزش، نمایش و غیره؛ اما خطراتی هم وجود دارد.
طی جنگ سرد، دولت از ساز و کارهای مختلف استفاده می‌کرد تا از محاسبات در عالی‌ترین تراز پشتیبانی کند. با پایان جنگ سرد بسیاری از چیزها تغییر کرد. یک پیامد این بوده است که کنگره و افکار عمومی درک درستی از مشتقاتی ندارند که به طور طبیعی از روش‌های جدیدی حاصل می‌شوند که جامعۀ پژوهشی برای حل مسائل خود ابداع می‌کند. اکنون که تکنولوژی اطلاعاتی تبدیل به کسب و کار بزرگی شده است، اغلب گمان می‌رود که بازار از تمام ابداعاتی که برای آینده نیاز است پشتیبانی خواهد کرد. این فرض، در عالی‌ترین تراز درست نیست. در فضای فعلی تجارت، ثابت زمانی طبیعی برای اینکه شرکتی دست به سرمایه‌گذاری و بارآوری بزند بیش از حد طولانی است. این مسئله، اگر حل نشود، به سادگی می‌تواند در آغاز عصر اطلاعات بر نقش پیشتازی که ایالات متحده تا پیش از این حفظ کرده است تأثیر منفی بگذارد.