Elaboratori - Storia e sviluppo

Sin dall’antichità, l’uomo ha sentito l’esigenza di eseguire calcoli precisi e privi di errori. I primi strumenti utilizzati furono, naturalmente, le dita, ma quando queste non bastarono più l’uomo fu costretto a utilizzare ogni sorta di espediente: cominciò a tracciare delle aste sui muri della sua abitazione, a formare cumuli di sassi, a usare altri sistemi rudimentali.
La necessità lo spinse, nel tempo, a costruire macchine sempre più sofisticate che alleviassero la fatica del calcolo numerico.
La prima vera macchina da calcolo fu costruita dai greci e dai romani: l’abaco, dalla parola greca abax, che significa “tavola”. Era appunto una tavoletta, divisa in due parti e composta da varie scanalature, all’interno delle quali erano inseriti dei sassolini (il principio di funzionamento era simile a quello del pallottoliere). Nel 1623 Wilhelm Schickard costruì la prima macchina per il calcolo automatico, che andò perduta nella guerra dei Trent’anni e della quale si scoprì l’esistenza solo nel 1957.
La macchina di Schickard era capace di compiere le quattro operazioni.
Il primo vero successo spettò al filosofo e matematico francese Blaise Pascal che, appena ventenne, nel 1642 progettò una macchina per addizionare e sottrarre, che teneva conto automaticamente dei riporti: la Pascalina, la più antica macchina per il calcolo automatico giunta a noi (meno completa, però, di quella di Schickard, poiché effettuava solo due operazioni).
Essa diede inizio alla lunga serie di macchine calcolatrici che avrebbero aperto il passo agli attuali computer.
La Pascalina 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.
Il suo funzionamento era semplice: per eseguire la somma 7 + 4 si impostava la ruota delle unità sul 7 e la si faceva avanzare di 4 posizioni. Si otteneva così un 1 sulla ruota delle unità e un altro 1 su quella delle decine, ruotata automaticamente da alcuni ingranaggi, che formavano il numero 11, risultato dell’operazione.
La macchina di Pascal operava, dunque, in maniera rudimentale; tuttavia essa applicava un principio fondamentale nel calcolo meccanico: il “riporto automatico”, in base al quale la rotazione completa di una ruota provoca automaticamente lo scatto in avanti di un’unità della ruota successiva.
Nella seconda metà del secolo, nel 1673, anche il filosofo e scienziato tedesco Gottfried Wilhelm von Leibniz progettò e costruì una macchina calcolatrice, più avanzata rispetto a quella ideata da Pascal, dal momento che era in grado di eseguire automaticamente anche le operazioni di moltiplicazione e divisione, mediante l’impiego di un pignone dentato.
Nel 1679 Leibniz progettò anche una macchina da calcolo binario ,introducendo quello che sarebbe divenuto il codice matematico
dei computer moderni.
Un contributo indiretto, ma decisivo, allo sviluppo di macchine automatiche per il calcolo giunse nel 1725 a opera di Bouchon con l’invenzione della banda perforata per la programmazione automatica continua dei telai tessili.
Tale invenzione venne perfezionata con l’adozione di piccole schede a cartoncino dal meccanico Falcon nel 1728.
Al francese Joseph M. Jacquard spetta il merito di aver reso industriale questo processo, applicandolo ai telai meccanici; rivoluzionò, così, l’industria tessile.
L’idea innovatrice di Jacquard fu quella di far guidare automaticamente i movimenti del telaio da una serie di fori praticati su schede di cartone. La trama e l’ordito della stoffa erano codificati da queste schede di controllo, che venivano “lette” da una serie di uncini collegati ai vari fili da intrecciare.
Nacque così, per compiti completamente diversi da quelli successivamente svolti in informatica, la scheda perforata,
utilizzata per trasmettere a una macchina le informazioni necessarie per il suo funzionamento.
La scheda perforata è stata usata fino a pochi decenni fa come strumento di input. Era costituita da un cartoncino rettangolare di dimensioni standard e suddivisa in ottanta colonne e dodici righe: in ciascuna colonna poteva essere memorizzato un carattere
mediante la perforazione di fori rettangolari in opportune posizioni.
Le apparecchiature che servivano per la perforazione delle schede erano di due tipi: perforatori, che realizzavano la perforazione in modo automatico, e perforatrici di tipo manuale, costituite da una tastiera analoga a quella delle comuni macchine per scrivere.
Torniamo al punto in cui eravamo rimasti. Occorre attendere gli studi di Charles Babbage e di Ada Lovelace per giungere a
qualcosa di ulteriormente innovativo. Charles Babbage nacque nel 1791 da una famiglia benestante. Nel 1822 presentò alla Royal Astronomical Society il suo primo modello di Macchina Differenziale, una macchina in grado di eseguire i calcoli necessari per costruire le tavole logaritmiche, il cui nome derivava da una tecnica matematica chiamata “calcolo differenziale”.
La Royal Astronomical Society incoraggiò Babbage a perfezionare l’apparecchio. Insieme a Lady Ada Augusta contessa di Lovelace, figlia di lord Byron, egli intraprese un progetto molto ambizioso: la costruzione della Analytical Engine, ossia la Macchina Analitica.
Questo apparecchio, che riceveva i comandi da una scheda perforata, doveva essere in grado di calcolare i valori di funzioni matematiche molto più complesse della funzione logaritmo, ma fin dagli inizi difficoltà di ogni tipo ne limitarono il funzionamento. La macchina doveva essere gigantesca (a giudicare dai pochi disegni rimasti del progetto), tanto
da occupare tutto l’enorme laboratorio di Babbage.
A Babbage vennero a mancare i finanziamenti del governo inglese perché non onorò il primo contratto stipulato, quello relativo alla seconda macchina differenziale (più grandedella prima). Dovette, per questa ragione, rinunciare alla costruzione della macchina analitica, e non per inadeguatezza tecnologica, come è stato spesso scritto.
La macchina analitica si basava su due principi di funzionamento sorprendentemente moderni:
• una parte chiamata store o memoria;
• una parte chiamata mill o unità di calcolo.
Chi riuscì a costruire una macchina differenziale funzionante, come riconobbe lo stesso Babbage, fu lo svedese Georg Scheutz (Fig. 12), il primo a realizzare una macchina da calcolo con meccanismo stampante e, soprattutto, il primo europeo a esportare tecnologie di calcolo negli Stati Uniti, aprendo in questa nazione l’era del calcolo automatico. La macchina di Scheutz fu acquistata dall’osservatorio astronomico di Albany, nello stato di New York, per calcolare le posizioni di alcuni astri.
Nel 1847 l’inglese George Boole con la sua opera Mathematical Analysis of Logic gettò le basi del sistema logico binario.
Nel 1880 fu fatto negli Stati Uniti il censimento della popolazione e le registrazioni trattate manualmente consentirono di usufruire dei risultati soltanto sette anni dopo. Quando nel 1890 si dovette ripetere il censimento, in molti ebbero il timore che i risultati non si potessero conseguire prima della fine della decade, poiché nel decennio trascorso la popolazione
era notevolmente aumentata. Per superare il problema, un ingegnere che collaborava con l’Ufficio Censimento degli Stati Uniti, Herman Hollerith ,riprese il concetto della scheda perforata, adattandolo alle esigenze del censimento e suggerendo di registrare sulla scheda tutti i dati, in modo da poterli sottoporre a una parziale elaborazione meccanica.
L’idea era quella di perforare i dati su schede e di rilevare la presenza di una perforazione mediante aghi percorsi da corrente elettrica. Le macchine di questo tipo, chiamate tabulatrici, vennero utilizzate nei vari uffici governativi per l’elaborazione dei dati del censimento. Si passò, così, da 7 anni a 6 settimane per ricevere il risultato del censimento.
Da quel momento, l’applicazione di queste unità meccanografiche si estese in modo repentino e iniziò il loro impiego anche nel settore commerciale. Per la produzione di tali apparecchiature, nel 1896 Hollerith fondò una società per sfruttare il brevetto, la
Tabulating Machine Company che, sotto la guida di Thomas Watson sr, diventerà nel 1924 la International Business Machine (IBM).
Per un’ulteriore conferma delle intuizioni di Babbage, si dovette attendere il 1936, quando un giovane matematico di Cambridge, Alan Turing, pubblicò un articolo sulla rivista On Computable Numbers. Il nome di Turing è rimasto pressoché sconosciuto ai più, ma il suo apporto contribuì notevolmente allo sviluppo dell’informatica.
Turing fu alla guida di un gruppo di ricercatori e sviluppò l’invenzione più segreta della Seconda guerra mondiale: il Colossus, il primo calcolatore elettromeccanico, costruito da T.H. Flowers. Questo apparecchio fu utilizzato per decifrare il codice segreto tedesco Enigma durante il conflitto.