| e-gradiva | Sistemi | Motorola | Omrežja | ||||||
 |
|||||||||
| SERŠ Maribor | |||||||||
V zgodovini pravzaprav nikoli ni mogoče postaviti točke, pred katero se ni zgodilo nič pomembnega in po kateri se je zgodilo vse. Narava človeške intelektualne dejavnosti je videti taka, da na večini področij z dovolj natančnim iskanjem vedno lahko najdemo bolj ali manj neskončno zaporedje dogodkov, ki segajo nazaj v čas. Tako je tudi z zgodovino strojev za računanje. Kot kažejo nekatera novejša odkritja, je danes bolj ali manj zanesljivo, da so orodja za računanje na digitalni osnovi obstajala dosti bolj zgodaj v človeški zgodovini, kot se običajno misli. O teh napravah vemo zelo malo in še manj o tem, kje in kako so nastale. Dokumentarni zapisi o strojih za računanje obsajajo nekako od leta 1600 naprej in v tej obravnavi se bomo omejili nanje.
Prvi stroj, ki je zmogel osnovne aritmetične račune se je pojavil četrt stoletja za odkritjem logaritmov in se sploh ni odprl na logaritme. Izumil ga je Blaise Pascal, sin francoskega davkarja. Že kot mladostnik je zarisal načrte za mehansko seštevalo - verjetno ga je k temu spodbudil pogled na očeta, ki je pozno v noč služil kruh z davčnimi izračuni. Danes se njegova naprava ne zdi nič posebnega, je le skupek povezanih vzvodov in koles na številnih oseh, toda to je bil prvi računski stroj.
Število, ki si ga hotel prišteti, si vstavil v stroj tako, da si zavrtel različna kolesa, podobno kot danes telefon, v notranjosti pa so se prestavili različni vzvodi in zavrtela kolesa. Ko si zavrtel še zadnjo številko, se je rezultat, ki je v bistvu le odražal novi položaj koles, pokazal na majhnem okencu. Napravo so imenovali "pascalina" in ljudje so se ji čudili. Stroj je tudi odšteval, le da je bilo treba v njem nekaj prestaviti. Z nekoliko več truda se je s ponavljanjem seštevanja dalo z njim tudi množiti, s ponavljanjem odštevanja pa deliti. Po tem načelu so nenadoma delovali mehanski računski stroji.
Pascal je predvideval, da bo našel kupce, ki jim bo olajšal vsakodnevno zamudno računanje, je izdelal več strojev in jih dal na trg. Pascalina je bila drag stroj in čeprav za njeno delovanje ni bilo treba denarja, je obstajala možnost, da se bo pokvaril in popravilo bi utegnilo veliko stati. Edini smisel pascaline v tistem času bi bil torej lajšanje bremena ubogim računovodjem. Toda zakaj bi človek tratil denar za to? Čudoviti izum je tako ekonomsko propadel.
Poslovneži so zavrgli prvi mehanični računski stroj na svetu, toda znanstveniki si tega niso mogli privoščiti.
Shickardov kalkulator
Kalkulator je stroj, ki je sposoben izvajat 4 osnovne aritmetične operacije (seštevanje, odštevanje, množenje in deljenje). Prvič so se pojavili v 17. stoletju v Evropi. Njihova zmožnost za programiranje je zelo majhna ali pa je sploh ni!
Najstarejši stroj za opravljanje osnovnih aritmetičnih operacij, za katerega vemo je naredil leta 1632 Wilhelm Schickard, profesor matematike. Njegov stroj je bil v svojem času malo znan, verjetno tudi zato ker je s družino vred umrl v epidemiji kuge. Ohranjena je le korespondenca med Schickardom in slavnim astronomom Keplerjem, v kateri je podroben opis stroja. Iz nje je razvidno, da je znal seštevati in odštevati, ter z nekoliko dodatnega ročnega dela tudi množiti in deliti.
Pascalov kalkulator
Naslednjega in veliko bolj znanega je naredil leta 1642 veliki francoski filozof Blaise pascal. Oba stroja sta si bila podobna, čeprav je pascalov znal le seštevati in odštevati. Za predstavljanje desetiških števil sta oba uporabljala zobata kolesa z 10. zobmi,…
Leibnitzov kalkulator
Naslednji, ki je kaj naredil na tem področju je bil nemški filozof in matematik Gotfried Leibniz. Leta 1671 je zasnoval stroj, ki pa je znal vse 4 aritmetične operacije (+,-,*,/), izdelan pa je bil šele leta 1694. Za množenje in deljenje je Leibniz izumil element, ki je danes znan kot "Leibnizivo kolo", ki se še je uporabljal nedolgo nazaj.
Resnično uporabni stroji so se pojavili še le v 2. polovici 18. stoletja. Serijska proizvodnja in njihova splošna uporaba pa sta se razširili po letu 1850. Tudi pri nas je bilo mogoče te stroje v raznih oblikah srečati nekje do leta 1970, ko so jih izpodrinili elektronski računalniki
Eden prvih ljudi, ki si je to pascalino ogledal in si ob njej zamislil, je bil Gottfried Leibniz. Kmalu zatem, ko je Pascal sestavil svoj prvi računski stroj, se je rodil Leibniz. On je nalogo rešil na ta način, da je izumil novo kolo za množenje, ki je imelo devet različnih zob. Ta naprava je močno pospešila računanje in ga ni le olajšala kot poprej Pascalova naprava. Za računske stroje je dvojiški zapis najprimernejši ne glede na to ali so mehanski ali elektronski.
To lahko hitro vidimo če pogledamo v notranjost Pascalovega enostavnega računskega stroja. Vsako število do deset je bilo v njegovi napravi predstavljeno z zobmi na zobatem kolesu. Vsako zobato kolo je imelo torej deset zob. Isto je veljalo za vsa ostala zobata kolesa, ki so predstavljala desetine, stotine in tisočine in tako naprej, in vse skupaj je tvorilo množico povezanih kolesc. Zaradi takšne zapletenosti je bila možnost mehanske napake velika, če bi napravo povečali, da bi zajela večja števila, pa bi se napaka povečala.
Rodil se je v 18 stoletju 26.12.1791 v Teignmouthu in ga štejemo za izumitelja računalnika. Med najpomembnejše izračune so sodijo logaritemskie tabele in Babbage je v tabelah kar naprej odrival drobne napake. Sam je kasneje pravil, da ga je prav premišljevanje o zamudnem in skrajno dolgočasnem računanju logaritmov do izuma stroja, ki naj bi delo opravil z lahkoto in točno. Napovedal je da bo stroj deloval na ''načelu diferenc'' in priložil je še nekaj pojasnil glede izvedbe. Stroj je reševal polinomske enačbe tako, da je izračunal zaporedne razlike med dvema vrstama števil. Stroj je temeljil na zobatih kolesih, tako kot vsi poprej. Toda bil je precej večji in veliko bolj zapleten in Babbage je v svojem neizmernem optimizmu pričakoval, da bo stroj ne le izračunal vse tabele, ampak da jih bo na koncu tudi sam natisnil na papir.
Najtežje je bilo izdelati na stotine osi, zobatih koles in vzvodov, ki naj bi sestavljali ''diferencialni stroj'', na posebnih stružnicah in z zelo majhnimi tolerancami.
Babbagov kalkulator
Majhna napravica, ki jo je sestavil in prikazal pred astronomskim društvom, je bila le vzorec, ki je ponazarjal načelo.
Majhne netočnosti pri izdelavi so morda ovirale delovanje naprave, toda le v manjši meri, tako da stroja niso mogle zaustaviti ali kakorkoli ovirati njegovo delovanje. Babbage je poostril tolerance in priganjal delavce, naj bodo kar se da pazljivi. Dosegel je napredek, toda naprava je bila tako zamotana da so bile napake še naprej očitne. Prvi porazi ga niso zmedli, bil je preveč trmast in je hotel mehanike prisiliti v tem brezupnem primeru, da bi dali od sebe več kot so dovoljevala tedanja orodja in materiali.
Če bi bil Babbage pameten - kar pa ni bil - bi se takrat mirno usedel, se zazrl v cele tone medeninastih in kositrnih zobatih koles, vzvodov in drugih delčkov in ugotovil, da za celo stoletje prehiteva svoj čas - in to je bilo res. Toda ne, njegov nemirni duh se je usmeril v še ambicioznejši načrt. In takrat se je rodila zamisel o pravem računalniku.
Ko je Babbage razmišljal o svojem stroju, je ugotovil, da je pravzaprav preveč enostaven. Stroj, ki je lahko izvajal nekatere matematične operacije, bi moral po vsej verjetnosti znati rešiti tudi druge naloge. To slutnjo je skoraj stoletje kasneje matematično dokazal drugi velik britanski matematik, Alan Turing. Takrat se je porodila povsem nova in prelomna misel. Da bi naredili stroj, ki ne bi opravljal le nekaterih matematičnih nalog, ampak bi reševal celo vrsto različnih nalog. Babbage se ni zadovoljil s samoumevnimi rešitvami in v tem je izjemnost njegove domislice.
Na prvi pogled se zdi, da bi bilo treba takšen stroj sestaviti iz več strojev in del a bi reševal naloge a, del b bi reševal naloge b, vsi posamezni stroji pa bi imeli enoten mehanizem, v katerega bi vstavljali podatke in skupni izhod, ki bi rezultate natisnil ali kako drugače pokazal.
Takšen stroj je Babbage imenoval analitični in treba je pripomniti, da je to v bistvu zamisel računalnika, ki ga je mogoče programirati.
Ta stroj; prvič: je imel vrsto vhodnih enot - se pravi naprav, ki so v notranjost stroja prenašale številke in navodila, drugič: tu je bila računska enota ali procesor, to je tisti del stroja, ki je dejansko računal s številkami. Babbage ga je imenoval mlin, tretjič: stroj je imel krmilno enoto, ki je skrbela, da je stroj v vsakem trenutku opravljal točno določeno nalogo in ne kakšno drugo in da je računal v pravilnem vrstnem redu, četrtič: imel je hranilnik podatkov ali pomnilnik, ki je hranil številke, dokler ni nanje prišla vrsta. In končno je bila tu še izhodna enota. Ta je v ponastavljeni obliki pet osnovnih sestavnih delov vsakega računalnika starega ali povsem modernega.
Diferenčni stroj
Je prvi in preprostejši. Kljub temu da je za računanje uporabljal zobata kolesa, je pomenil novo vrsto stroja. Namenjen je bil za računanje in tudi za avtomatično tiskanje matematičnih tabel. Od aritmetičnih operacij je uporabljal samo seštevanje, vendar v povezavi z metodo končnih diferenc, kar omogoča izračun poljubnega polinoma. Babbage je predlagal gradnjo diferenčnega stroja, ki je obvladoval polinome šeste stopnje z 20-mestno natančnostjo. Delo na gradnji se je pričelo leta 1823 in je trajalo do leta 1833, ko je bil projekt zaradi pomanjkanja denarja in sporov opuščen! Nikoli ni dokončal tega stroja. Leta 1834 je eden od Babbagevih člankov o diferenčnem stroju prišel v roke bogatemu švedskemu tiskarju Georgu Scheutzu. S pomočjo švedske vladne finančne pomoči, dokončala Georg in Edward Scheutz nekoliko preprostejšo različico stroja. Prvi model je deloval že leta 1837, končna verzija pa leta 1853.
Kasneje je, že med delom na analitičnem stroju, naredil še načrte za diferenčni stroj št. 2, ki je zmogel polinome sedme stopnje z 32-mestno natančnostjo. Ta stroj je zanimiv zato, ker so ga leta 1991 po originalnih Babbagevih načrtih zgradili v londonskem muzeju. Več kot tri tone težak in pribljižno 500.000 ameriškig dolarjev vreden stroj deluje brezhibno. Z njim so hoteli dokazati, da je tako zapleten stroj v resnici mogoče narediti le z mehanskimi sredstvi.
Analitični stroj
V nasprotju z diferenčnim strojem je bil analitični stroj namenjen za strojno računanje poljubne matematične operacije. Po Babbagovem opisu lahko analitični stroj razdelimo na dva dela:
Mlin in pomnilnik sta bila realizirana z uporabo desetiških števnih koles v obliki zobatih koks. Vidimo jih lahko na sliki, ki prikazuje del analitičnega stroja.
Mlin je znal izvajati štiri operacije: seštevanje, odštevanje, množenje in deljenje. Za določanje zaporedja izvajanja operacij je Babbage predlagal uporabo luknjanih kartic enake vrste, kot jih je leta 1801 uporabil J. M. Jacquard (1752-1834) v svojem stroju za tkanje. Kot bomo videli nekoliko kasneje, so Jacquardove kartice vplivale na razvoj računalnikov tudi preko dela Hermana Holleritha.
Kartice sestavljajo tisto, kar bi danes imenovali program, in so bile razdeljene v dve smiselno in fizično ločeni skupini:
Predvideno je bilo, da bi se rezultati tiskali ali izpisovali na luknjane kartice. Numerične konstante, ki so nastopale pri računanju, je bilo poleg preko kartic možno vnašati v pomnilnik tudi ročno z nastavljanjem koles.
Sposobnost analitičnega stroja, da s pomočjo kombinatoričnih kartic lahko spreminja zaporedje izvajanja ukazov glede na rezultat prejšnje operacije, je eden od najpomembnejših Babbageovih prispevkov. Danes bi rekli, daje zasnoval ukaze za pogojne in brezpogojne skoke. Analitični stroj je vključeval vse lastnosti, ki so potrebne za reševanje problemov na podoben način kot pri današnjih računalnikih. V zvezi z njim se je prvič v razvoju računalnikov pojavila potreba po obstoju programov (ki jih takrat še niso imenovali tako) kot nečem, kar je ločeno od fizične realizacije stroja. Tu moramo omeniti Byronovo hči Augusto Ado Byron, grofico Lovelace (1815-1852), ki je leta 1843 na Babbagevo pobudo prevedla in dopolnila članek italijanskega inženirja L.F.Menabrea o analitičnem stroju. Ena od njenih dopolnitev je tudi razmeroma zapleten program za izračun Bernoullijevih števil, ki je po mnenju nekaterih sploh prvi računalniški program. Kljub romantični privlačnosti zgodbe pa novejše ugotovitve kažejo, da Ada Byron Lovelace verjetno ne zasluži naziva prvega programerja.
Babbage je začel delati na analitičnem stroju leta 1834. Predlagal je pomnilnik s kapaciteto 1000 50-mestnih decimalnih števil in ocenil, da bi seštevanje trajalo približno sekundo, množenje pa manj kot minuto. V resnici je bil zgrajen samo majhen del mlina in vprašljivo je, ali bi bilo tako velik mehanični računalnik takrat sploh mogoče uspešno zgraditi. Vdndar nas to ne sme motiti pri ocenjevanju skoraj neverjetnega intelektualnega dosežka, ki ga predstavljajo njegovi načrti za analitični stroj in njegovo razumevanje teoretičnih
Gledano z današnjega časa, je analitičnemu stroju manjkalo pravzaprav samo to, da ni bil narejen (zaradi pomanjkanja denarja). Vsekakor pa je bil problem stroja, ki zna računati vse, kar se da izračunati, rešen na papirju. Zato bi smeli pričakovati, da se bo razvoj strojev za računanje usmeril v reševanje tehnoloških problemov pri realizaciji analitičnega stroja. V resnici so se stvari odvijale precej drugače. Babbageovo delo je počasi utonilo v pozabo in po letu 1900 je zanj vedelo zelo malo ljudi. Skoraj vse kar smo o njem povedali je bilo ponovno odkrito šele po letu 1950. Kljub temu pa veliko ljudi, ki so se ukvarjali z razvojem računalnikov, za Babbageovo delo sploh ni vedelo.
Gor
Sistemi
Motorola 68XX
Prazgodovina
Elektromehanski 
SERŠ Maribor, Strokovna gimnazija, leto: 2004-05, avtor: Matej Ekart