Pascal összeadógépe

Az első, egységes egészként működő összeadógépet Blaise Pascal francia filozófus tervezte 1642-ben. 
A gépet fából készítette az akkor csupán 19 éves Pascal,  adóbeszedőként dolgozó apja számára, hogy megkönnyítse annak munkáját.

 
 
 
 
 
 
A számológép megmaradt az utókornak. A számokat a gép elején lévő kerekeken kell beállítani, az eredmény pedig a gép tetején lévő kis ablakokban látszik.
Ez az eszköz tízfogú fogaskerekeket tartalmaz. A fogaskerekek minden foga egy-egy számjegynek felel meg 0-tól 9-ig. Minden helyiértéknek megfelel egy ilyen fogaskerék (hatjegyű számokat lehet a géppel összeadni). A kerekek úgy kapcsolódnak össze, hogy számokat lehet összeadni vagy kivonni a fogaskerekek megfelelő számú foggal történő elforgatásával: ha a legkisebb helyiérték fogaskerekét egy foggal (36 fokkal) elfordítjuk, az a mozgásiránytól függően 1 hozzáadását vagy levonását jelenti a gépben éppen látható számból. Ebben a gépben így működik a tízes-átvitel: ha az egyik helyiérték kereke a 9-es állásból a 0-ba fordul, akkor a következő nagyobb helyiérték kerekét egy foggal elfordítja.

Leibniz számológépe
Az 1670-es években Gottfried Wilhelm Leibniz (1646-1716) német filozófus és matematikus Pascal gépét továbbfejlesztette. 1672-ben készítette el gépét, amivel már szorozni, osztani és gyököt vonni is lehetett. Ez volt az első olyan számológép, amellyel mind a négy alapműveletet el lehetett végezni. Tulajdonképpen két külön részből állt: az összeadómű Leibniz szerint is megegyezett Pascal megoldásával, a szorzómű tartalmazott új megoldást. A gép nyolcjegyű számokkal való számoláshoz készült, de a tízesátvitel során felmerülő mechanikus problémák miatt sosem működött kielégítően.

 

A tökéletesítést Pascal gépéhez képest a bordás henger (vagy bordás tengely) alkalmazása jelentette. Az alapelv az ábráról jól leolvasható: a henger felületén 9 db, eltérő hosszúságú borda van, ezek széles fogaskerék-fogként működnek. A hengerhez illeszkedő fogaskerék saját tengelye mentén elmoz­dítható, és megfelelő beállításával elérhető, hogy a bordás henger egy teljes körülfordulása során fogaiba pontosan 1, 2, ... 9 számú borda akadjon be és így ennyi foggal forduljon el a fogaskerék.

 

Ha tehát a fogaskerék tengely menti eltolásával beállítják a szorzandót (hogy hány borda akadjon a fogakba), akkor a bordáshengert annyiszor körbeforgatva, amennyi a szorzó, a fogaskerék a két szám szorzatának megfelelő számú foggal fordul el. Ezzel a megoldással elsőként sikerült két szám szorzását és osztását egy tengely megfelelő számú körbeforgatásával megoldania. A bordás henger jelentette egészen a XIX. sz. végéig az egyetlen gyakorlatban is kivitelezhető mechanikus megoldást a szorzás gépesítésére és még e században is alkotórésze maradt az összes mechanikus számológépnek.
Leibniz nevéhez még két olyan elméleti felfedezés is fűződik, aminek szerepe van az informatika fejlődésében. 1666-ban bebizonyította, hogy egy számolási művelet egymás után elvégezhető egyszerűbb lépések sorozatára bontható, 1679-ben pedig ismertette a számítástechnikában alapvető fontosságú kettes számrendszert (bár ennek semmi köze sem volt Leibniz számológépéhez).
1905-ben készí­tették az első teljesen automatikus, gombnyomásra működő számológépet. A négy alapműveletes számológépeket az 1960-as években használták a legszéle­sebb körben. A szegedi egyetemen még az 1970-es évek közepén is használták. A felsőbb éves matematikusok numerikus matematika gyakorlataira ilyen mecha­nikus “kurblis” számológépeket vittek be számolási segédeszköz gyanánt.

Mechanikus számológép az 1960-as évekből

 
 
 
 
Jacquard automata szövőgépe

Folyamatok vezérlésére már évszázadok óta alkalmaztak külön­böző vezérlési módokat. Zenegé­pekben pl. a tüskés henger volt a jellemző megoldás. A henger mé­ret (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 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.)
Létrejöttek tehát az automaták, amelyek emberi irányításra nem szorulnak, és bizonyos határok között önmagukat irányítják.
 

A képen a szövőszék tetején látható a lyukkártyás vezérlőszerkezet.

 

 
Babbage munkássága

A XIX. században Charles Babbage (1792-1871) brit matematikus és feltaláló kidolgozta a modern digitális számítógép alapelveit.
Őt tekinthetjük a számítástechnika atyjának.
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 célozta.

 Babbage 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!!).
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 a működtetéséhez.

A gép működési elvei miatt azonban sok történész Babbage-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. Ő 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.

 

Szerző: Ilike71  2010.04.17. 20:04 komment

süti beállítások módosítása