A számítástechnika rövid története IV.

A számítástechnika rövid története  IV.

Írta: Szőke József

A harmadik rész végén, Gottfried Wilhelm von Leibniz munkásságának taglalása után, olyan berendezéseket ígértem, amik az emberek életére jelentős hatással voltak. Lássuk eljutunk-e ezekig?

1709

Giovanni Polenis (Padua) készít egy  mechanikus fogaskerekes gépet, ez az egy gép képes volt elvégezni mind a négy alapműveletet.

1727

Antonius Braun osztrák matematikus és optikus által készített számológép szintén képes mind a négy alapművelet elvégzésére.

Braun gépe

1728

Az első adathordozó. Egy francia mechanikus, Falcon egy lyukkártyát készített, ez lehetett az első olyan adathordozó, ami a mai megoldások előfutárának tekinthető. ROM típusú (Read-Only Memory) megvalósítás volt. Ennek továbbfejlesztett verzió látjuk majd viszont Jacquard szövőszékénél.

(Read Only) lyukkártya

1745

Az első kondenzátor, a leideni palack. Nagyjából egy időben többen is kísérleteztek vele, „felfedezték”, nevét egy holland városról Leiden-ről kapta, ahol Pieter van Musschenbroek professzort a „kondenzátorral” való kísérletezés közben rendesen megütötte az áram, de szerencsére kiheverte, így a töltéstárolót a holland professzorhoz és Leiden városához kötjük.

Musschenbroek professzor ...

… és az „Ő” kedvenc palackja

Igaz, hogy a cikksorozat elején azt ígértem, hogy az automaták történetével nem foglalkozunk, de szeretnék legalább egy dolgot megemlíteni, egy olyan ember munkásságából, akit a legtöbben egy másik alkotása miatt ismernek.

1769

Kempelen Farkasról lesz szó.

A Sakkozó Töröknél kevésbé ismert, de nagy jelentőségű munkája az az 1769-ben elkezdett billentyűzetvezérlésű hangszintetizátor, amit 1782-ben mutatott be először.

Ez a gép ugyan nem volt programozható, de billentyűkkel és a nyílások (csövek) ujjal való befogásával, illetve más mechanikus módokon kézileg lehetett vezérelni. Mechanikus elveken alapult (fa billentyűkből és házból, valamint fémből álló hangképző „szervekből”, és egy bőrből,   készült légtölcsérből állt). Ez a szerkezet megmutatta, hogy olyan komplex feladatokat is lehet gépileg szimulálni, mint az emberi hang képzése. A gép szótagokat és rövid szavakat „tudott” „kimondani” (bár a kezeléséhez sok gyakorlás kellett). Több mint 100 évig senki sem tudott ennél  jobb hangszintetizátort építeni.

Kempelen Farkas

A rekonstruált hangszintetizátor

1773

Az első igazán jól használható számológépet egy gépészeti érdeklődésű lelkész, Philipp Matthäus Hahn készítette 1773-ban (néhány forrás szerint 1774-ben). Leibnizhez hasonlóan ő is fogazott dobokat alkalmazott, de körkörös elrendezésben. A készülék hengeres házban található, melynek felső felületén egy külső és egy belső gyűrűt formáló 12 pár számlap van, a henger ívelt felülete körül pedig, a megfelelő számpárral ellentétesen, 12 skálabeosztásos csavarfejet helyezett el. A készülék tetején lévő kart csak egy irányban lehet forgatni. Két szám összeadásakor a külső számlapok mutatják az egyik számot, a belsők a másikat, az eredmény a kar egyszeri körbeforgatása után a külső számlapokon olvasható le. Nem tudni, hogy hány Hahn-gép készült, mivel halála után két fia és sógora kb. 1820-ig folytatta a készítését.

Hahn...

... és gépe

1786

Johann Müller

1786-ban Johann Müller német hadmérnök rájött, hogy a továbblépéshez szükség van a részeredmények tárolására. Bevezette az adatok ideiglenes tárolására szolgáló rekeszt, amit registernek nevezett el. A regiszterek között műveleteket végzett, a túlcsordulást csengő jelezte.

1805

Jacquard automata szövőgépe

Folyamatok vezérlésére már évszázadok óta alkalmaztak különböző vezérlési módokat. Zenegépekben pl. a tüskés henger volt a jellemző megoldás. A henger mérete (vagyis hát a kerülete, mert azon voltak a tüskék) természetesen megszabta a program hosszát: a henger minden körülfordulása ugyanazt a tevékenységet idézte elő. A mintás szövés vezérlésére viszont olyan módszer kellett, amivel egyrészt hosszabb programot is meg lehet adni, másrészt pedig viszonylag egyszerűen lehet a mintát megváltoztatni, a szövőszéket “átprogramozni”. Az idők folyamán többféle ilyen vezérlést találtak fel. Brösel 1690 körül vászonszalagra faelemeket ragasztott, ezzel határozták meg a szőtt anyag mintáját. A mintát a vászonszalagok cseréjével lehetett változtatni. A lyoni selyemszövőgépekben kb. 1725 óta lyukasztott papírcsíkok látták el ugyanezt a feladatot. Joseph Marie Jacquard (1752-1834) francia feltaláló a vezérlést tovább tökéletesítette. 1810-ben (1804-ben?) olyan automatikus szövőszéket tervezett, amelynél fából készült vékony, megfelelően kilyuggatott lapok (“kártyák”) vezérelték a bonyolult minták szövését. A lyukkártyákat láncra fűzte, ezzel lehetővé téve a minták (azaz a szövőszék vezérlésének) gyors és könnyű megváltoztatását. (Ez a “gyors és könnyű” állítólag mintegy 15 napos munkát jelentett.)

Joseph Marie Jacquard

Szövőszék vezérlés

Egy jól fejlett szövőszék

A korabeli rajzokon és a rekonstrukciókon is jól látszik a speciális lyukkártyás vezérlés.

A korabeli szövőgépek egyik rekonstrukciója

Remekül látható lyukkártyák

1820

Arithrométre

A négy alapművelet elvégzésére alkalmas számológépeket folyamatosan tökéletesítették, de még hosszú időn keresztül nem bizonyultak megbízható számítási segédeszköznek. Csak 1820-ban változott meg lényegesen a helyzet a Charles-Xavier Thomas de Colmar (1785-1870) által Franciaországban készített Arithrométre nevű géppel. Ez már csak egy Leibiz-féle bordás hengerrel működött. Ebből a gépből az első 50 évben 1500 darabot készítettek.

Ez a szám abban az időben igen jelentősnek számított.

A készítő emlékműve …

… és a készítmény

1820-as évek eleje

A XIX. században Charles Babbage (1792-1871) brit matematikus és feltaláló kidolgozta a modern digitális számítógép alapelveit. Több új típusú gépet is kigondolt. Ilyen volt a Difference Engine (differenciagép), amit logaritmustáblázatok készítésére tervezett az 1820-as évek elején. A gép a számolás eredményét a tervek szerint pontozóval közvetlenül a nyomda által használható fémlemezbe írta volna. A differenciagép bizonyos függvényértékek (négyzetek, harmadik hatványok, logaritmusok, stb.) sorozatának kiszámítását különbségek, differenciák összeadására vezeti vissza.

Babbage gépe még a hatodik rendű differenciákat is használta. Ehhez hat, egymáshoz kapcsolódó számolóművet tervezett, mai ismereteink szerint hibátlanul. A gép 20 jegyű számokkal dolgozott volna. Babbage csak a gép egyes részeit tudta elkészíteni, a munkát azonban nem tudta befejezni: részben anyagi okok miatt, részben pedig a kor technikai lehetőségei nem voltak elegendőek. 1834-ben a differenciagép előállítási költségeit 17 470 fontra becsülték (egy gőzmozdony ugyanekkor 1000 fontba került).

Charles Babbage

A differenciagép részlete

A rekonstruált differenciagép

Az első működő differenciagépet Babbage készülékének egyszerűsítésével 1853-ban készítette el Pehr Scheutz és fia, Edvard Scheutz. Ez a gép harmadrendű differenciákat és 15 jegyű számokat kezelt csak. Christel Hamann tovább tökéletesítette a berendezést, és segítségével 1910-ben tízjegyű logaritmustáblázatot jelentetett meg. Differenciagépeket egészen az 1940-es évekig használtak matematikai táblázatok készítésére. A londoni Science Museumban 1991-ben Babbage részletes rajzai alapján megépítették az eredeti differenciagép egyszerűsített változatát korszerű anyagokból. A gép négyezer alkatrészből áll, méretei is tekintélyesek: 3,4 m × 0,5 m × 2,1 m. A berendezés tökéletesen működött: hibátlanul kiszámította a 7. hatványok táblázatának első száz értékét. 1833-ban a differenciagép elveinek továbbfejlesztésével tervezte meg Babbage az Analytical Engine-t (analitikus gépet). A gép elkészítéséhez a kormánytól kapott előlegként 17 000 font támogatást, de a saját tőkéjéből is ráköltött mintegy 20 000 fontot (más forrás szerint a támogatást nem az analitikus géphez, hanem a differenciagéphez kapta Babbage). A kormány 1842-ben, miután még mindig nem voltak látható eredmények, megvonta támogatását Babbage munkájától. (“Mi lenne, ha a gépet arra használnánk, hogy számolja ki, mikor fog működni?” — élcelődött Robert Peel miniszterelnök.) Ez a gép teljes egészében sohasem épült meg, pedig a modern számítógépek sok sajátságával rendelkezett. Babbage univerzális gépet tervezett, amely adatbeviteli és eredmény-kiviteli egységből, számolóműből és részeredmény-tárolóból állt volna. A gép lyukkártyákról olvasta volna be az információkat, tudott volna utasításokat és adatokat tárolni, matematikai műveleteket végrehajtani és adatokat kinyomtatni. Lyukkártyák vezérelték volna a tulajdonképpeni számítási folyamatokat is. Megjelent a feltételes vezérlésátadás ötlete: egy szám előjelének függvényében a gép kétféleképpen folytatta volna működését. A tárolómű 200 részeredmény tárolására lett volna alkalmas. Erre a célra 1000 db, egyenként 50 fogaskereket tartalmazó oszlopot tervezett Babbage. Haláláig ezen a gépen dolgozott, bár az építése már kezdetben megakadt: a kor finommechanikai lehetőségeivel ezt a gépet nem lehetett elkészíteni. Ha megépült volna, egy futballpálya területét foglalta volna el és öt gőzgép energiája kellett volna.

Az analitikus gép

A múzeumban

A gép működési elvei miatt azonban sok történész Babbege-et és a munkatársát, Augusta Ada Byron (Augusta Ada Lovelace) matematikust (Lord Byron angol költő lányát) tartja a modern digitális számítógép igazi feltalálójának.

Egy olasz mérnök írt francia nyelvű beszámolót Babbage differenciagépéről. Ezt olvasta az akkor 27 éves Augusta Ada Lovelace. Fantáziát látott a számológépben, lefordította a beszámolót angolra és saját neve alatt publikálta a Scientific Memoirsban. A fordítást Babbage-nek is megmutatta, aki megkérdezte, hogy miért nem írt inkább egy eredeti cikket. Lady Lovelace erre elkészítette a cikk bővített, az eredetinél háromszor hosszabb változatát. Ebben kijavított néhány komoly hibát is, amit Babbage elkövetett. Írásában összehasonlítja a számológépet Jacquard 1801-es szövőszékével: “Ez algebrai mintákat sző, ugyanúgy, ahogy Jacquard szövőszéke virágokat és leveleket”. Ebből az ismeretségből aztán munkatársi viszony lett. Ada Lovelace javasolta Babbage-nak, hogy ne decimális, hanem bináris formában tárolja a számokat. Ugyancsak ő találta ki, hogy hogyan lehetne a géppel egy utasítás-sorozatot többször végrehajtatni. Ada Lovelace-ről nevezték el később az Ada programnyelvet.

Ada Lovelace

A XIX. század elejétől kezdve a megmunkálás fejlődésével, az ipari termelés kialakulásával számos tekerős számológép típus jelent meg és került sorozatgyártásra. ezek sorsát és fejlődését a következő részben nézzük meg.

Hírdetés