Storia delle macchine da calcolo_3

Ed ecco la parte terza della

Storia delle macchine da calcolo

che il caro amico Paolo, di R I O, ci regala.

Ragazzi, leggete (anche le puntate precedenti !): è una storia molto interessante.

Macchine elettriche ed elettroniche (calcolatori)

Per comprendere appieno l’evoluzione delle macchine trattate in questo articolo occorre effettuare un piccolo passo indietro

Come già accennato in Storia delle macchine da calcolo 2, lo scienziato W.Leibniz (1646-1716) inventore fra l’altro di una rivoluzionaria macchina calcolatrice, inventò il sistema di numerazione binario sul quale si basa il funzionamento dei moderni computer.

Egli teorizzò che era possibile eseguire la moltiplicazione attraverso l'addizione; la sua macchina moltiplicatrice del 1683 era appunto basata su questo principio.

Il funzionamento consisteva nell'addizionare il moltiplicando tante volte quante le cifre del moltiplicatore con scatti di un carrello verso sinistra ad ogni cifra di quest'ultimo. Egli non riuscì a costruire un modello funzionante della sua macchina che venne realizzata solo successivamente (1820) da Xavier Thomas de Colmar.

Più tardi (1847), il matematico inglese  George Boole (1815-1864), considerato il fondatore della logica matematica, sviluppò  i concetti espressi da Leibniz  sul sistema binario e descrisse  gli operatori logici  che da lui presero il nome di: "OPERATORI BOOLEANI".

La sua logica, oggi, costituisce la base della struttura dei componenti elettronici denominati "porte logiche" e, quindi, del funzionamento dei calcolatori elettronici. Sulla teoria degli operatori booleani non stiamo a soffermarci dato che sono già stati ampiamente trattati in questo blog (cos’altro non è già stato trattato in questo blog? ;-))  [, Pa’]

Fu però solo nel 1936 che il matematico inglese Alan Matison Turing (1912-1954), considerato uno dei più grandi matematici del novecento e uno dei padri fondatori dell’informatica, sviluppò la macchina ideale che porta il suo nome, detta anche MdT. In realtà questa macchina non era materiale, consisteva infatti di una serie di teoremi e di regole che, nell’insieme, formavano un modello di calcolo che venne poi assunto per lo sviluppo di sistemi informatici.

Egli fu anche uno dei più brillanti decrittatori, o disvelatori di messaggi criptati, che furono impiegati nella seconda guerra mondiale per decifrare i messaggi delle Potenze dell’Asse. Ricordate Enigma la famosa macchina per crittografare le comunicazioni dell’esercito tedesco?

Tanta virtù e intelligenza venne mortificata dalla persecuzione omofobica a cui fu sottoposto dai suoi detrattori, in quanto ritenuto omosessuale, tanto che morì suicida a 42 anni. In seguito fu riabilitato e venne eretto un monumento in suo ricordo. Quanto spesso l’intolleranza e l’ignoranza hanno portato alla sopraffazione di persone di cui l’umanità avrebbe dovuto invece andare fiera!

Negli anni ’40, nelle università e nei centri di ricerca, vennero costruiti tre grandi tipi di calcolatori:

- numerici elettromeccanici sviluppati sui principi di Babbage (il Model 1 di George Stibitz, l'Harvard Mark 1 di Howard H. Aiken e la serie dei primi Z di Konrad Zuse);

- numerici elettronici (l'ABC di John V. Atanasoff e l'ENIAC di Eckert e Mauchly);

- analogici (come l'analizzatore differenziale di Vannevar Bush).

Queste macchine, di dimensioni enormi tanto che occupavano intere stanze, nei loro principi di funzionamento erano del tutto simili alle calcolatrici meccaniche tradizionali. Ciò che, di fatto, le differenziava era la tecnologia di costruzione e, di conseguenza, la loro resa in termini di velocità di calcolo.

La seconda guerra mondiale e la conseguente guerra fredda diedero un notevole impulso alle ricerche nel campo dell'informatica. Com’era avvenuto in campo nucleare, gli ingenti investimenti effettuati dalle nazioni per la supremazia in guerra, in particolare dagli Stati Uniti, permisero la realizzazione di macchine sempre più sofisticate ed evolute.

Nel 1945 videro la luce i primi computer. Come i grandi calcolatori erano di enormi dimensioni anche perché basavano il loro funzionamento su di una ingombrante architettura a valvole termoioniche. Dovevano ancora vedere la luce i transistors, le schede a circuito integrato e i microprocessori.

Nel 1947 la messa a punto del primo prototipo di transistor costituì una svolta epocale nello sviluppo dell’elettronica e dei circuiti elettrici. Esso era in pratica un amplificatore di segnale come la valvola ma di dimensioni molto più ridotte e bisognoso di una più bassa intensità di corrente.

Dal 1955 il transistor iniziò a trovare pratica applicazione nella costruzione dei computer di seconda generazione e nei primi anni ’60 l’IBM mise a punto i computer della serie 360. Il sistema 360 era costituito da una serie di macchine compatibili fra loro a livello software, che andavano da macchine più piccole a macchine più potenti, così da coprire una vasta gamma di impieghi, e che differivano fra di loro solo nel prezzo e nelle prestazioni (vedi Storia dell’IBM).

Fu proprio grazie allo sviluppo degli elaboratori elettronici che dalla seconda metà degli anni ’50 vennero realizzate le più audaci imprese spaziali. La gara spaziale fra russi ed americani e gli investimenti conseguenti diedero una fortissima spinta alla ricerca e vennero realizzati computer sempre più potenti. Nell’ottobre del 1957 i russi lanciarono lo Sputnik mettendo in orbita la cagnetta Laika, primo essere vivente a raggiungere lo spazio interplanetario. Seguirono altre imprese fino alla più spettacolare, nel 1969, dello sbarco del primo uomo sulla luna compiuto dagli americani.

Nel 1968 vennero adottati i circuiti integrati che dotarono la terza generazione di computer di maggiore potenza di calcolo in spazi sempre più ristretti.

Nel 1974 l’invenzione del microprocessore diede vita alla quarta generazione di computer.

Nel 1984 vide la luce il primo Personal Computer.

Ma questa è un’altra storia.

Riferimenti:

http://web.unife.it/altro/tesi/A.Montanari/computer.htm

http://www.ulisse.bs.it/museo/storia/linea.htm

Paolone, grazie grazie grazie!

Storia delle macchine da calcolo_2

Per dire...

regali di Natale arrivano al blog!

Il mio amico Paolo mi invia la seconda parte del suo contributo

Storia delle macchine da calcolo

E dopo le macchine manuali ecco le

Macchine meccaniche

Storicamente, l’introduzione dell’uso delle macchine calcolatrici meccaniche viene fatto risalire al 1644, quando il filosofo e matematico francese Blaise Pascal inventò la Pascaline, una macchina calcolatrice per consentire a suo padre, un esattore delle tasse, di effettuare i noiosi e ripetitivi calcoli che il suo lavoro gli imponeva. Aveva allora 21 anni!

Questa macchina era composta da una serie di ruote dentate indicanti le unità, le decine, le centinaia e così via, e ognuna era divisa in dieci settori, dallo 0 al 9, corrispondenti alle cifre del sistema decimale. Nella versione finanziaria le prime ruote a destra avevano un numero di settori diverso.

[Piccola integrazione, Paolo] - Ho trovato in rete un esempio del metodo per effettuare le sottrazioni con la pascalina attraverso la somma di numeri complemento (il complemento è ciò che manca ad un numero per fare l'unità, la decina ecc.):
Eseguiamo la seguente sottrazione:

 5 – 3

Poiché il complemento del numero 3 è 7 (10-3=7)

possiamo sommare

5 + 7 = 12

che senza il riporto da 2

che è come dire:

5 - 3 = 5 + 7 – 10

ma anche:

5 - 3 = 5 + (7-10)

e quindi:

5 - 3 = 5 + (-3)

Si può, perciò, affermare che la pascalina faceva le sottrazioni come somma di numeri negativi utilizzando il metodo del complemento a dieci del sottraendo.
Naturalmente l'operatore non doveva calcolare il complemento e poi eseguire una addizione, ma era la macchina stessa, attraverso il procedimento per la sottrazione, ad eseguire questo calcolo.
(a cura di Enzo Piersigilli in collaborazione con Annamaria Viceconte)

In realtà, vi furono anche alcuni precedenti tentativi che però non trovarono pratica applicazione. E’ solo da qualche decennio che si sa che il grande Leonardo Da Vinci (e come poteva essere altrimenti!) avrebbe abbozzato un progetto di una macchina simile a quella di Pascal.

Nel 1623, quindi circa 20 anni prima di Pascal, l’eclettico scienziato tedesco Wilhelm Schickard, mise a punto il progetto di una macchina che, per molti versi, era superiore alla Pascaline. Col nome di Orologio Calcolatore, in quanto applicava la tecnologia meccanica degli orologi, essa poteva eseguire in modo più agevole le sottrazioni, inoltre, poteva sommare e sottrarre numeri fino a sei cifre. Per aiutare nelle operazioni di moltiplicazione e divisione, sopra l'addizionatrice erano collocati dei cilindri ruotanti che costituivano un'interessante variante dei bastoncini di Nepero. Purtroppo il prototipo della macchina venne distrutto in un incendio e solo nel 1960, sulla base dei progetti originali, se ne poté costruire una funzionante.

Nel 1673 lo scienziato Gottfried Leibniz costruì una macchina calcolatrice che per le sue caratteristiche innovative fu esposta alla Royal Society di Londra. E' interessante citare quanto Leibniz scrisse nel 1671: "non è conveniente che uomini eccellenti perdano, come schiavi, ore di lavoro per calcoli che potrebbero essere affidati a chiunque altro se si utilizzassero delle macchine". Certo non aveva torto, però occorreva costruirle le macchine, e lui ci si mise d’impegno! Questa macchina, a differenza delle precedenti che erano delle semplici addizionatrici, era in grado di moltiplicare e dividere. Purtroppo la geniale invenzione non ebbe immediata applicazione a causa delle difficoltà costruttive, all'epoca insormontabili.

Infatti, solo nel 1820 il francese Xavier Thomas de Colmar riuscì a produrre l'Aritmometro su progetto quasi identico a quello di Leibniz. Era un dispositivo a pignoni dentati che eseguiva moltiplicazioni e divisioni e che poteva eseguire le quattro operazioni in maniera quasi automatica, un contagiri sull'asse delle unità registrava il numero di addizioni, per poi eseguire la moltiplicazione, e un sistema a cremagliera consentiva l'azzeramento dei contatori alla fine delle operazioni; tuttavia le divisioni necessitavano ancora dell' intervento logico dell' utente. Per la sua praticità fu la prima calcolatrice che ebbe un successo commerciale; infatti tra il 1820 e il 1890 ne furono prodotte alcune migliaia di esemplari. La macchina ottenne una medaglia d'oro all'esposizione di Parigi del 1855.

Nel 1821, Charles Babbage, chiamato anche “il padre del computer”, professore di matematica all'università di Cambridge ed esperto di costruzioni ferroviarie, inventò la Macchina Alle Differenze, antesignana dei moderni calcolatori. Essa basava i suoi calcoli sul principio dei Numeri Triangolari.

Qui ne è magistralmente spiegato il funzionamento: http://www.ulisse.bs.it/museo/storia/babbage/differenze.htm

La macchina inventata da de Colmar aveva conosciuto un successo ininterrotto per parecchie decine di anni, finché il progresso nelle tecniche di fabbricazione permise di ottenere rendimenti migliori. Alla fine del XIX secolo vi fu una vera esplosione di innovazioni in materia di macchine da ufficio. Tutti si orientarono verso una maggiore facilità d'uso, grazie all'impulso dato all'automazione: si trattava di ridurre tutte le operazioni intermedie che potevano ancora sussistere tra l'azione di introdurre le cifre e il conseguimento del risultato dell'operazione.

Nel 1872, Frank Stephen Baldwin elaborò, negli Stati Uniti, una specie di meccanismo interno; nel 1889, il francese Léon Bollée elaborò una macchina che disponeva di una tabella di moltiplicazione interna.

Altri nomi di inventori sono ugualmente celebri: gli americani Door E. Felt e Williams S. Burroughs contribuirono a costruire un vasto mercato per le calcolatrici.

Felt adattò alle calcolatrici il principio della tastiera, che cominciava a essere utilizzato nelle macchine per scrivere. La sua, chiamata il Contometro, presentava infatti dei tasti che corrispondevano a cifre, là dove, tradizionalmente, c'erano sempre state delle ruote da far girare o dei cursori da spostare.

Una nuova generazione di macchine calcolatrici prese il via quando l’inventore svedese Willgodt T. Odhner nel 1873 produsse un prototipo basato sul principio dell’Aritmometro di de Colmar e chiamato infatti Aritmometro di Odhner.

Era una macchina a dischi rotanti che incorporavano 10 denti mobili rappresentanti le cifre da 0 a 9 e che consentiva di effettuare le quattro operazioni matematiche. Odhner ne iniziò la produzione commerciale in Russia nel 1890 per terminarla nel 1917 quando gli stabilimenti chiusero a causa della Rivoluzione d’Ottobre. Fino ad allora ne furono prodotti 23.000 esemplari.

Questa macchina, poi semplificata e migliorata, fu prodotta da molti altri produttori fino al 1960 quando venne sostituita da più moderne macchine elettriche e, più tardi, elettroniche.

Riferimenti.

http://www.edixxon.com/computerstory/storia/pgn_1000_104.html

http://web.unife.it/altro/tesi/A.Montanari/computer.htm

http://www.ulisse.bs.it/museo/storia/linea.htm

http://www.marzi.info/italiano/DIARIO%20DI%20BORDO/EVOLUZIONE/evoluzione%20dei%20strumenti%20e%20dei%20metodi%20di%20calcolo.htm

Grazie infinite, Pa’, per questa seconda puntata!

Storia delle macchine da calcolo

L’articolo è la prima parte di un nuovo regalo del mio amico Paolo.

Altre volte ha arricchito il nostro blog con interessanti contributi. Che mi piace ricordare: Archimede. Opere e invenzioni, Antichi Sistemi di Numerazione_5 (ben 5 articoli), Buon compleanno, Gauss!

[Aggiorno!] E te pareva… Ho scordato altri importanti contributi di Paolo! Pensare che volevo quasi chiedergli se dimenticavo qualcosa… :-(

Zenone di Elea ed i suoi "Paradossi", Elementi di Calcolo delle probabilità_6 (6 articoli! Ah, la mia vecchiaia. Spero di non aver scordato altro!) 

Ragazzi (e lettori), non perdetevi dunque questa bella

Storia delle macchine da calcolo_1

Macchine manuali

C'era una volta…… potrebbe iniziare così la storia della macchine da calcolo poiché l'uomo, da quando è comparso sulla terra, ha dovuto porsi il problema di fare calcoli. Certo anche di calcolare se le conchiglie per conquistare l'amata fossero in quantità superiore a quelle del suo rivale in amore. Non è escluso infatti che già da allora l'opulenza avesse un ruolo di non secondaria importanza nella scelta del partner!

Il nostro amico quindi, per evidenti ragioni, dovette imparare presto a "far di conto".

Sicuramente per prima cosa usò le dita, prima delle mani, quindi dei piedi, poi semplici legnetti e ossa su cui intagliava delle tacche, questi ultimi rudimentali antesignani delle moderne macchine da calcolo (rif. Antichi sistemi di misurazione).

Via via che le compagne diventavano più esigenti l'uomo dovette industriarsi per costruire nuovi e più complessi strumenti di calcolo; i legnetti e le ossa non erano più in grado di calcolare le sempre più crescenti pretese delle signore.

Gli antichi Fenici, gli Ebrei e poi i Greci, gli Etruschi e i Romani, pressati dalle sempre più urgenti richieste delle loro consorti, costruirono tavolette rettangolari di legno o in lamina di bronzo ricoperte da uno strato di sabbia o di polvere, chiamata abak (polvere) dai Fenici, su cui tracciavano segni computazionali. Cicerone (106-43 a.C.), in una sua opera, cita Archimede (287-212 a.C) che le usava per disegnarvi sopra figure geometriche.

Anche gli uomini però avevano le loro pretese. I Romani per esempio, non contenti delle scarse prestazioni della vecchia biga trainata da un cavallo vollero aumentarne la potenza a due o addirittura quattro cavalli, il che costava molto di più. Per calcolare le aumentate spese adottarono un tipo di abaco più adeguato alle nuove necessità. Era costituito da una tavoletta rettangolare sulla quale erano praticate alcune scanalature verticali al di sotto o al di sopra delle quali erano impresse le lettere del sistema di numerazione romano. Esse indicavano, da sinistra a destra, l'ordine delle unità al quale la scanalatura si riferiva. All'interno di ciascuna scanalatura erano disposti tanti sassolini (calculi da cui il termine calcolare) o dischetti (abaculi) o monetine (denarii supputatorii) quanti erano le unità di quell'ordine da rappresentare. Il numero, quindi, era pensato come somma delle unità dei vari ordini.

L'abaco, quale strumento di calcolo posizionale in quanto il risultato assumeva un valore in relazione alla posizione delle cifre, ebbe una grandissima diffusione fra le genti di quel tempo, tanto che ne furono prodotte differenti versioni.

Gli antichi Cinesi (secolo XIII) lo perfezionarono nel cosiddetto Abaco ad anelli, in cinese swan-pan. Come mostra la figura era costituito da palline che scorrevano su aste verticali. Inoltre era diviso verticalmente in due parti da un'asticciola orizzontale. Ogni asta, come nell'abaco romano, corrispondeva ad un ordine decimale; partendo da destra le prime due rappresentavano rispettivamente i centesimi e i decimi. L'ordine delle unità corrispondeva alla terza asta, quello delle decine alla quarta, e così via. Il numero di unità di ogni ordine era ottenuto spostando verso la traversa orizzontale il numero di palline necessarie,tenendo presente che ogni pallina della parte superiore valeva cinque unità dell'ordine dell'asta corrispondente. Per rappresentare il numero massimo di unità di ciascun ordine, cioè nove, era sufficiente spostare verso la traversa di separazione una pallina superiore, che vale 5, e quattro inferiori, che valgono 4.

Mediante tale sistema i cinesi riuscivano ad eseguire velocemente ogni genere di operazioni comprese le moltiplicazioni, le divisioni, le potenze e le radici quadrate. Lo strumento era ed è talmente versatile che viene utilizzato ancora oggi. Il soroban, versione giapponese dell'abaco, viene ancora insegnato nelle scuole.

Nel 1946, cioè agli albori dei calcolatori elettronici, a Tokyo si tenne una curiosa competizione sportiva di velocità fra un operatore di calcolatrice elettrica e un abachista e, indovinate chi vinse? Ovviamente l'abachista! Ma forse l'altro aveva bevuto qualche saké di troppo!

Presso altri popoli l'abaco assunse forme diverse anche se il metodo di calcolo era fondamentalmente basato sulla posizione degli elementi.

Gli Incas precolombiani (XII secolo), la cui civiltà fiorì nel Centro/Sud America nella vasta area geografica che oggi corrisponde al Perù, alla Bolivia e all'Ecuador, usavano il quipu. Era costituito da un sofisticato sistema di cordicelle a nodi, quipu significa nodo, che assolveva anche altre molteplici funzioni fra le quali il calendario. Il quipu era formato da una cordicella principale, lunga circa 60 cm, alla quale erano legate numerose altre cordicelle. Il sistema utilizzato era il decimale. Le unità semplici erano rappresentate con altrettanti nodi raggruppati in gruppi corrispondenti ai diversi ordini, unità semplici, decine, centinaia ecc.

Anche gli indios del Perù e della Bolivia usavano e usano tuttora uno strumento a cordicelle e nodi, il chimpu. I vari ordini erano rappresentati da successive cordicelle: una singola cordicella corrispondeva alle unità semplici, due cordicelle legate assieme alle decine, tre cordicelle legate assieme alle centinaia ecc. Le unità semplici erano rappresentate da altrettanti nodi. Pertanto 5 nodi su una singola cordicella rappresentavano il numero cinque, 5 nodi su due cordicelle legate assieme rappresentano il numero cinquanta, 5 nodi su tre cordicelle legate assieme rappresentano il numero cinquecento e così via.

Gli Aztechi, dell'area Messico e Guatemala (secoli X-XI), usavano un abaco molto simile a quello dei cinesi e giapponesi, il nepohualtzitzin, ma differente nel numero di palline situate nelle parti inferiore e superiore, che erano in numero di 3 e 4 rispettivamente.

In Russia veniva usato un abaco, detto schoty o scet, che aveva la medesima struttura, ad aste o fili verticali e palline, degli abachi cinese e giapponese, con la differenza che su ogni filo c'erano dieci palline e non era diviso in due parti. Il sistema di numerazione rappresentato era il decimale e ogni filo era dedicato a un ordine di unità. Il numero di unità di ciascun ordine era ottenuto spostando verso il bordo superiore dell'abaco il corrispondente numero di palline. Per facilitare con un solo colpo d'occhio la lettura del numero di unità di ciascun ordine, le palline quinta e sesta erano di colore differente dalle altre.

Riferimenti web:

http://snurl.com/utp87 di Luca Nicotra

http://snurl.com/utpb1 Fondazione Galileo Galilei

http://it.wikipedia.org/wiki/Pagina_principale Wikipedia

Grazie, Pa’, per questa prima puntata!:-)