Μηχανικοί Υπολογιστές

Ο άβακας, το γνωστό σε όλους μας αριθμητήριο, θεωρείται το πρώτο εργαλείο που χρησιμοποιήθηκε από ανθρώπους για υπολογισμούς. Είναι εξαιρετικά απλό στη χρήση του γι’ αυτό χρησιμοποιείται ακόμα και σήμερα σε παιδιά του δημοτικού σχολείου για την διδασκαλία στοιχειωδών υπολογισμών. Οι ρίζες του χρονολογούνται στο 4000 π.Χ. ενώ θεωρείται βέβαιο ότι χρησιμοποιήθηκε από τους Αιγύπτιους, τους αρχαίους Έλληνες, τους Ρωμαίους και τους Σουμέριους.

Ακολουθεί ο Μηχανισμός των Αντικυθήρων που χρησιμοποιήθηκε σε αστρονομικές παρατηρήσεις και υπολογισμούς και η κατασκευή του χρονολογείται περί το 85 π.Χ. στη Ρόδο. Στο εσωτερικό του μηχανισμού υπήρχαν οδοντωτά γρανάζια τα οποία καθόριζαν την κίνηση δεικτών στο εξωτερικό του οι οποίοι με τη σειρά τους έδειχναν την ετήσια κίνηση του ήλιου στο ζωδιακό κύκλο. Ανακαλύφθηκε από σφουγγαράδες σε ένα ναυάγιο κοντά στα Αντικύθηρα και έκτοτε εκτίθεται στο Εθνικό Αρχαιολογικό μουσείο στην Αθήνα.

Τα "κόκκαλα του Νέπιερ" μια επινόηση του Σκοτσέζου μαθηματικού John Napier (1550-1617) το 1617 μπορούσε να εκτελεί πολλαπλασιασμούς με διαδοχικές προσθέσεις. Ο Napier ενέπνευσε τον Γερμανό καθηγητή μαθηματικών Wilhelm Schickard (1592-1635) στην κατασκευή μιας υπολογιστικής μηχανής το 1623. Η Μηχανή του Schickard θεωρείτε ως ή πρώτη μηχανική κατασκευή με δυνατότητα εκτέλεσης αριθμητικών υπολογισμών και λειτουργούσε χρησιμοποιώντας ένα σύστημα από ράβδους και οδοντωτούς τροχούς (γρανάζια).

Το 1642 ο Γάλλος μαθηματικός Blaise Pascal (1623-1662), από τον οποίο έχει πάρει το όνομα της η γλώσσα προγραμματισμού Pascal, κατασκεύασε την Pascaline (Πασχαλινή) για να βοηθήσει τον πατέρα του ο οποίος ήταν φοροεισπράκτορας και συχνά καλούνταν να φέρει εις πέρας ένα μεγάλο όγκο κουραστικών υπολογισμών. Η υπολογιστική ικανότητα της συγκεκριμένης μηχανής περιορίζονταν στις στοιχειώδεις πράξεις της πρόσθεσης και της αφαίρεσης. Οι πολλαπλασιασμοί και οι διαιρέσεις μπορούσαν να εκτελεστούν με διαδοχικές προσθέσεις και αφαιρέσεις. Η Pascaline, όπως και η μηχανή του Schickard, είχε κατασκευαστεί με οδοντωτούς τροχούς. Τη δυνατότητα η συγκεκριμένη μηχανή να εκτελεί, άμεσα, πολλαπλασιασμούς και διαιρέσεις θα προσθέσει ο Γερμανός μαθηματικός Gottfried Wilhelm von Leibnitz (1646-1717) το 1673. Η κατασκευή του Leibnitz έχει μείνει γνωστή και ως «ο τροχός του Leibnitz».

Κατά την διάρκεια του 18ου αιώνα η υφαντουργία ήταν μια ιδιαίτερα ανεπτυγμένη βιομηχανία στη Γαλλία και αρκετοί ήταν εκείνοι που προσπαθούσαν να εφεύρουν τρόπους με τους οποίου θα μπορούσε να αυτοματοποιηθεί η λειτουργία του αργαλειού. Έτσι λοιπόν το 1805 ο Γάλλος μηχανικός Joseph Marie Jacquard (1752-1834) επινόησε μια τεχνική με την οποία μπορούσε να επιτευχθεί η αυτοματοποίηση. Ο Αργαλειός του Jacquard κατευθύνονταν με χρήση διάτρητων καρτών. Για την ύφανση διαφορετικών σχεδίων ο αργαλειός έπρεπε να τροφοδοτηθεί με μια σειρά από διαφορετικές διάτρητες κάρτες. Αν και ο αργαλειός του Jacquard δεν αποτελούσε μια υπολογιστική μηχανή μνημονεύεται γιατί ήταν η πρώτη μηχανική κατασκευή με την οποία κατέστη σαφές ότι το ίδιο μηχάνημα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για διαφορετικό σκοπό, στην προκειμένη περίπτωση για την ύφανση διαφορετικών σχεδίων. Η μετέπειτα εξέλιξη των υπολογιστικών μηχανών επηρεάστηκε από τον αργαλειό του Jacquard και μάλιστα οι πρώτοι υπολογιστές χρησιμοποιούσαν διάτρητες κάρτες για να προγραμματιστούν.

Επόμενος σταθμός στην εξέλιξη των υπολογιστικών μηχανών αποτελεί ο σχεδιασμός της Difference Engine (Μηχανή διαφορών) το 1822 από τον Βρετανό μαθηματικό και καθηγητή στο πανεπιστήμιο του Cambridge, Charles Babbage (1792-1871). Η Difference Engine αν και αποτέλεσε μεγάλη καινοτομία για την εποχή της και σύμφωνα με τα σχέδια, μιας και η κατασκευή της δεν ολοκληρώθηκε, μπορούσε να εκτελέσει μόνο ένα συγκεκριμένο αλγόριθμο γι’ αυτό και δέκα χρόνια αργότερα ο Babbage σχεδίασε την Analytical Engine (Αναλυτική μηχανή) η οποία, θεωρητικά, είχε την δυνατότητα να προγραμματίζεται με χρήση διάτρητων καρτών. Στον σχεδιασμό συνέβαλε και η κόρη του διάσημου Βρετανού ποιητή λόρδου Byron, Ada Augusta κόμισα του Lovelace (Από αυτήν πήρε το όνομα της η γλώσσα προγραμματισμού Ada). Επίσης η Ada Augusta θεωρείται η πρώτη προγραμματίστρια στον κόσμο. Δυστυχώς η κατασκευή της Analytical Engine δεν πραγματοποιήθηκε ποτέ εξαιτίας ελλιπούς τεχνολογίας και χρηματοδότησης όμως ο Babbage έμεινε στην ιστορία ως ένας γνήσιος οραματιστής που κατάφερε να «δει» μπροστά από την εποχή του και πέρα από κάθε αμφιβολία τα σχέδια του επηρέασαν σε βάθος τους μετέπειτα κατασκευαστές υπολογιστικών μηχανών.

Σημαντικό γεγονός θεωρείται επίσης η κατασκευή της Μηχανής Πινάκων από τον Herman Hollerith (1860-1929) η οποία χρησιμοποιήθηκε για την μελέτη των στατιστικών στοιχείων της απογραφής του 1890 στις Η.Π.Α. Η χρησιμοποίηση της μηχανής στέφθηκε με απόλυτη επιτυχία μιας και η απογραφή ολοκληρώθηκε σε δέκα μόνο εβδομάδες, χρόνος ρεκόρ εάν κάποιος συνυπολογίσει ότι η προηγούμενη απογραφή δεν είχε ολοκληρωθεί ακόμα. Ο Hollerith μετά από αυτήν την επιτυχία και διαβλέποντας ότι η συγκεκριμένη μηχανή θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί και σε επιχειρηματικές εφαρμογές δημιούργησε το 1896 την εταιρεία Tabulating Machines Company για να την μετατρέψει σε εμπορικό προϊόν. Η συγκεκριμένη εταιρεία, μετά από μια σειρά συγχωνεύσεων, θα μετονομαστεί σε IBM (International Business Machines) το 1924 και θα διαδραματίσει κυρίαρχο ρόλο στην παγκόσμια αγορά υπολογιστών τις επόμενες δεκαετίες.

Το 1936 ο Γερμανός μηχανικός Konrad Zuse (-1995), που είχε αποφοιτήσει από το πολυτεχνείο μόλις τον προηγούμενο χρόνο, άρχισε να κατασκευάζει ένα μηχανικό υπολογιστή τον οποίο ονόμασε Z1. Ο Zuse εργάζονταν στο σαλόνι του πατρικού του σπιτιού στο Βερολίνο χωρίς την υποστήριξη κάποιου ιδρύματος και φυσικά χωρίς κονδύλια για να χρηματοδοτήσει τα σχέδια του. Αυτό που τον ωθούσε ήταν η πεποίθηση του ότι οι επαναλαμβανόμενοι υπολογισμοί ταίριαζαν καλύτερα στις μηχανές παρά στον άνθρωπο. Το δεύτερο μοντέλο του Zuse ο Z2 χρησιμοποιούσε ηλεκτρονόμους (έπειτα από εισήγηση του φίλου του Helmut Schreyer) ενώ υπήρχε και η σκέψη να χρησιμοποιήσουν λυχνίες κενού όμως το ξεκίνημα του Β’ παγκοσμίου πολέμου καθιστούσε την προμήθεια τέτοιου υλικού εξαιρετικά δύσκολη έτσι ο Zuse αρκέστηκε στους ηλεκτρονόμους. Με το ξέσπασμα του πολέμου ο Zuse στρατολογήθηκε σε ένα εργοστάσιο κατασκευής αεροπλάνων της Henschel όπου μπόρεσε να συνεχίσει να αναπτύσσει τη μηχανή του. Έτσι το Δεκέμβριο του 1941 ολοκλήρωσε την κατασκευή του Z3 που θεωρείται η πρώτη υπολογιστική μηχανή γενικής χρήσης που ελεγχόταν από πρόγραμμα. Οι μηχανές του Zuse καταστράφηκαν προς το τέλος του πολέμου από βομβαρδισμούς εκτός από το μοντέλο Z4 το οποίο σώζεται (ανακατασκευασμένο) μέχρι και σήμερα.

Την ίδια στιγμή που στην Γερμανία ο Zuse κατασκεύαζε τις μηχανές του , στην αντίπερα όχθη του ατλαντικού και συγκεκριμένα στις Η.Π.Α άλλοι δύο ανήσυχοι επιστήμονες καταπιάνονταν με την κατασκευή των δικών τους υπολογιστικών μηχανών. Πρόκειται για του George Stibitz και και Howard Aiken (1900-1973).

O Stibitz ήταν ένα ανήσυχο πνεύμα ο οποίος, όπως και ο Zuse, προσπαθούσε να κατασκευάσει μια υπολογιστική μηχανή η οποία θα απάλλασσε τους ανθρώπους από τους κοπιαστικούς υπολογισμούς. Αρχικά πειραματίστηκε στην κουζίνα του σπιτιού του όπου το 1937 κατασκεύασε με ηλεκτρονόμους μια υποτυπώδη υπολογιστική μηχανή γνωστή και ως «Αθροιστής κουζίνας». Έπειτα συνέχισε να εξελίσσει τη μηχανή του ώσπου το 1939 κατασκεύασε σε συνεργασία με τον Samuel B. Williams τον «Complex Number Calculator» ή «Bell Lab Computer –Model 1» υπό την στέγη των Bell Telephone Laboratories στα οποία εργάζονταν εκείνη την περίοδο ως ερευνητής. Το μοντέλο 1 (model 1) ήταν ο πρώτος αριθμητικός υπολογιστής με δυαδικούς διακόπτες και μπορούσε να προσθέσει δυο δεκαδικούς αριθμούς των οκτώ ψηφίων σε ένα δέκατο του δευτερολέπτου.

Το 1944 ο μαθηματικός Howard Aiken κατασκεύασε τον MARK I στο πανεπιστήμιο του Harvard στο οποίο ήταν καθηγητής. Ο MARK I ήταν ένας ηλεκτρομηχανικός υπολογιστής με δομή παρόμοια με αυτήν της αναλυτικής μηχανής του Babbage, τα σχέδια της οποίας είχε υπόψιν του ο Aiken, επομένως μπορεί να χαρακτηριστεί ως η πρώτη υπολογιστική μηχανή με καταχωρητές που ελεγχόταν από πρόγραμμα. Η συγκεκριμένη μηχανή μπορούσε να εκτελέσει μια εντολή σε έξι δευτερόλεπτα, είχε μήκος 16,6 μέτρα, ύψος 2,6 μέτρα και βάρος 5 τόνους.

Μέχρι και το τέλος της δεκαετίας του 50 κατασκευάστηκαν διάφοροι άλλοι ηλεκτρομηχανικοί υπολογιστές, κυρίως απόγονοι των μοντέλων που αναφέρθηκαν είδη (Z4, Model-1, MARK I), όμως η εμφάνιση των πρώτων Η/Υ και η αναμφισβήτητοι υπεροχή τους παραμέρισαν τη σπουδαιότητα αυτών μηχανών οι οποίες σταδιακά οδηγήθηκαν σε αφανισμό.