A számítástechnika kultúrtörténete - Mechanikus számoló masinák

 

SchickardAz igazi áttörést a fémmegmunkálás finomodása hozta. Lehetővé vált a fogaskerekeket tartalmazó mechanikus zenélőszerkezetek és órák konstruálása. Ezek a számológépek előfutárai voltak. A németországi Herrenbergben született Wilhelm Schickard (1592-1635) thübingeni egyetem matematika-, csillagászat és héber nyelv- professzor volt 1623-ban leírt egy olyan számológépet, amelyben egymáshoz illeszkedő tíz- és egyfogú fogaskerekek vannak.

Ezen, a mai fordulatszámlálókhoz hasonló elvű gépen mind a négy alapműveletet el lehetett végezni, így a meglehetősen pontatlan hajózási táblázatokat gyorsabban át lehetett számolni, mint bármikor előtte. A gépezet magját az aritmetikai egység alkotta, amelynek az összeadás és a kivonás volt a feladata. Hat pár kerékből állt, amelyek hat decimális pozíciónak feleltek meg. A készülék mechanikus módon, rudak, fogaskerekek és egy automatikus átvitelképző mechanizmus kombinációjának a használatával végezte el a számításokat. Schickard 1623-ban Keplernek írt levelében vázlatokat küldött és azt írta: az összeadás és a kivonás műveletét teljesen, a szorzást és az osztást részben automatizálta; továbbá az adott számokkal automatikusan számol: összead, kivon, oszt és szoroz. Sajnálatos módon egy tűzvész megsemmisítette a készülő példányt, később pedig Schickard a 30-éves háború nyomán kitört pestisjárványban meghalt. 1957-ben a Kepler-hagyaték vizsgálatakor találták meg a levelet és benne a készülék rajzait. Az IBM által 1960-ban elkészített modell működőképesnek bizonyult. Képen: Schickard. (1592-1635). Eredeti kép: http://hu.wikipedia.org/wiki/Wilhelm_Schickard

 

Képen: Schickard-féle gép 1960-ban újraépített változata.

Kép eredetije: http://blog.makezine.com/archive/2008/02/schickard_machine.html

Schickard gépe

A számológép működési elve alapján John Napier (1550-1617) elkészítette az ún. Napier-féle számoló-csontokat. A részeredményeket számtárcsákon tárolta, míg a túlcsordulást egy kis csengettyű jelezte. Érdekes, hogy idejét leginkább a számolást megkönnyítő módszerek kifejlesztésének szentelte. Legnagyobb jelentőségű munkája a logaritmus, melyet már 1594 körül elkezdett kutatni. Mirifici logarithmorum canonis descriptio című műve 1614-ben jelent meg. A logaritmus az igen bonyolult, ráadásul óriási számokkal dolgozó csillagászati számításokban bizonyult hasznosnak. Bevezette a tizedestörtek manapság is használatos formáját, valamint a fent említett számolócsontokat, melyeket a logarléc elődjének tekinthetünk, amivel az osztás és szorzás elvégzése nagyságrendekkel felgyorsult.

Képen: John Napier, illetve a nevezetes logarléce.

John Napier Logarléc

Az alábbi honlapon találtam – a képeken kívül - egy működő logarlécet:

http://www.ps.missouri.edu/rickspage/sliderule02/index.html


Az első "szériában gyártott" számológépet 1642-1644 között a fizikusként és filozófusként is ismert Blaise Pascal (1623-1662) készítette el, összesen hét példányban. Az automatikus átvitelképzéssel működő gépet a Rouen városában királyi adószedő apja számítási munkájának megkönnyítésére tervezte. A gép fémből készült fogaskerekeket tartalmazott, melyet tollal lehetett igazgatni. A gép csak az összeadást és a kivonást ismerte, a szorzást és az osztást nem. Kétségtelen viszont, hogy Pascal kortársai igen nagyra értékelték. Például Diderot részletesen le is írja a híres Enciklopédiájában. A többségében egy szétszedett falióra alkatrészeiből álló készülékek ma is fellelhető példányai még mindig működnek! Egy 1652-ben készült példány Párizsban látható, a Conservatoire des Arts et Métiers -ben. Egy másik példány Londonban, a Science Museum-ban tekinthető meg. További érdekesség, hogy Blaise Pascalról nevezték el az egyik kedvelt programozási nyelvet, a PASCAL-t.

Blaise Pascal Pascaline

Képen: Blaise Pascal.

Eredeti kép: http://mysciencearticles.com/page/8/

Képen: Pascaline.

Eredeti kép: http://en.wikipedia.org/wiki/Pascal%27s_calculator

LeibnizAz eredeti prototípus csak pár tárcsát tartalmazott, ám a későbbi példányokban már 8 is volt, így a legnagyobb ábrázolható szám: 9 999 999 volt. Maga a gép amúgy 36 cm hosszú, 13 cm széles és 8 cm magas volt. A Pascaline példányinak megépítése miatt több, mint három évszázadon keresztül Pascal-t tekintették a mechanikus számológép feltalálójának, de 1957-ben megtalálták Wilhelm Schickard két, Keplernek írt levelét, melyben leírta a saját ötleteit. Így már őt lehetne tekinteni az első számoló masinéria feltalálójának, ámde Schickard-dal ellentétben Pascal nemcsak megtervezte, hanem el is készítette a gépet.

Pascal aritmométerét 1671-ben a Lipcsében született Gottfried Wilhelm Leibniz (1646-1716) fejlesztette tovább. Ez a gép volt az első, amely közvetlenül végezte el az osztást és a szorzást, valamint kiegészítő művelet nélkül a kivonást. Az általa megépített összeadó-szorzó gép a szorzást az összeadásra vezette vissza.

Leibniz erősen hitt a kettes számrendszer alkalmazásában, mivel itt csupán két számjegyre volt szükség, így a kapcsolókat könnyedén át lehetett billenteni a másik állásba. Amikor a XX. században a számítógépen elektronikussá váltak, akkor is megmaradt a kettes számrendszer, hiszen az elektromosságra is érvényes, hogy vagy van feszültség, vagy nincsen.

A készülék lelke az a fogazott henger volt, amelyet a balra-jobbra mozgó henger működtetett, amely a helyiértékek átváltását is elvégezte.

Gép eredeti neve: Step Reckoner.

Képen: Gottfried Wilhelm Leibniz, illetve Leibniz gépe.

Leibniz gépe

Képek eredetije: http://www.gwleibniz.com/calculator/calculator.html

Morland1673-ban a készüléket legnagyobb érdeklődéssel fogadta mind az Académie des Sciences (Tudományos Akadémia) Párizsban, mind a londoni Royal Society (Királyi Természettudományi Társaság). Leibniz jövőbelátó képességét dicséri a bináris rendszer használata. Bár Leibniz maga a Step Reckonert gyakorlatilag nem használta, mivel nem tudott megfelelően átalakítani a hétköznapokban használt tízes számrendszerbe. Erre számolócédulákat használt. A gépet 1668-ban egészítette ki Sir Samuel Morland (1625-1695) brit pénzügyi szakember, aki a megfelelő tízes rendszerbe való átalakítást oldotta meg. A dolog pikantériája, hogy akkoriban a brit pénzügyi rendszer nem tízes alapú volt!

Képen: Sir Samuel Morland

Kép eredetije: http://www.berkshirehistory.com/bios/smorland.html


Fontos Leibniz meglátása is, amelyet nagyjából 300 éve tett: "Kiváló emberekhez valóban nem méltó, hogy rabszolga módra órákat vesztegessenek el olyan számítások elvégzésével, amelyeket bárkire nyugodtan rá lehetne bízni, ha gépet használna."

A XIX. század elejétől kezdve a megmunkálás fejlődésével, az ipari termelés kialakulásával számos tekerős számológép-típus jelent meg és került sorozatgyártásra. Az állítható fogazású számkerekekkel szerkesztett, Theophil Witgold Odhner svéd mérnök által 1887-ben készített géphez hasonlóakat sokáig gyártották. A német Brunsviga cég által Odhner szabadalma alapján gyártott készülékeket az 1970-es évekig széles körben alkalmazták irodai és könyvelési munkákra, akkor is csak a pénztárgépekkel kapcsolatos új szabályozás miatt vonták ki őket a forgalomból.

Ohner Pénztárgép 1960 Odhner plakát

Odhner-Brunsviga pénztárgép az 1960-as
évekből a néhai NDK területéről.

Kép eredetije: http://www.wnoeker.de/calculators.html

Odhner és a pénztárgépe egy korabeli reklámplakáton

Kép eredetije:
http://www.rechenmaschinen-illustrated.com/pictures_odhner.htm

PronyA mechanikus készülékek építése mellett a francia forradalom alatt a Konvent elrendelte olyan táblázatok készítését, amelyekben a számok logaritmusa 19 jegy pontossággal, a trigonometrikus függvények logaritmusa pedig 14 jegy pontossággal szerepel. A munka nagyságára jellemző, hogy a korábbi táblázatok nyolcjegyűek és igen pontatlanok voltak, valamint nagyon hosszú idő alatt készültek el. A munkálatokat Gaspard Claire Francois Marie Riché De Prony (1755-1839) vezette, aki az igen rövid határidejű feladatot a következő tervezéssel oldotta meg: megbízott öt igen képzett matematikust, hogy lehető legjobban bontsák fel a szükséges számításokat a négy alapműveletre. A bonyolultabb műveletek elvégzését rábízta nyolc gyakorlott számolóra, valamint alkalmazott 80 további számoló szolgát, akikkel az összeadásokat és a kivonásokat végeztette el. Ezzel a nagyszerű tervezéssel gyakorlatilag felfedezte a rendszerelemzést, a feldolgozás lépéseinek megtervezését és az aritmetikai munkát. Az általa megalkotott "gépet" homoputernek is nevezhetnénk.

Képen: De Prony.

Kép eredetije: http://www.kfki.hu/physics/historia/localhost/egyen.php?namenev=prony

 

Folytatás következik.... (Charles Babbage)