Skaičiavimo technikos vystymosi istorija

Nuo Paleolito laikų

Pirmą pėdsaką užtinkame prieš 30 tūkst. metų. Medžiotojų stovyklavietėje Dolni-Vestonicoje (Čekijos Moravijoje) greta kitų įdomių radinių (keistų proporcijų moters molinė statulėlė) archeologai rado kaulą su įrantomis, leidžiančią spėti, kad jau toje tolimoje senovėje buvo daromi kai kurie skaičiavimai [dar skaitykite apie Išango kaulą]. Ir ar nenuostabu, kad jau pačioje užuomazgoje skaičiavimai susiję su puslaidininkiais – nes vargu ar pirmykštis žmogus tas įrantas galėjo padaryti nesinaudodamas titnagu. Gaila, kad vėlesnės kartos nebuvo tokios apdairios ir iki pat XX a. antros pusės skaičiavimo technikai naudojo ką tik nori, bet ne medžiagas iš silicio.

Tiesa, ne visai taip. Maždaug prieš 5 tūkst. metų buvo sukurta skaičiavimo priemonė, naudojusi silicį (tiksliau jūros smėlį, kuris yra silicio oksidas). Tai buvo calculis (nors labiau paplito kitas pavadinimas – abakas). Buvo paimama lenta, kuri apiberia lygiu smėlio sluoksniu, o jame brėžiami grioveliai – vienetams, dešimtims, šimtams. Tada kiekviename griovelyje įdedama po 10 akmenukų. Iš esmės, tai dar neseniai tokių paplitusių skaitliukų (medinio rėmo su virbalais, ant kurių sumauta po 10 medinių rutuliukų) analogas.

Senovės Kinijos kalkuliatorius

Pekino Cinhua un-tui padovanojo 2,5 tūkst. nešvarių apipelėjusių bambukinių lentelių, matyt nupirktų juodojoje rinkoje. Kiekviena lentelė buvo 7-12 mm pločio ir pusmetrio ilgio. Iš viršaus žemyn jie išrašyti senoviniais rašmenimis. Istorikų nuomone šiame Čžango epochos artefakte surašyti 65 senovės tekstai. Yra ir „drobė“ iš 21 lentelės, kurioje surašyti vien skaičiai. Tam tikru būdu išdėsčius lenteles galima pastebėti, kad viršutinėje eilutėje ir dešiniame krašte iš dešinės į kairę ir iš viršaus žemyn išdėstyti tie patys 19 skaičių: 0,5, sveiki skaičiai 1-9, kartotiniai dešimčiai nuo 10 iki 90.

Tarsi šiuolaikinėje daugybos lentelėje kiekvieno stulpelio ir eilutės sankirtoje yra atitinkamų skaičių sandauga. Lentelė leidžia taip pat sudauginti bet kokoius sveikus skaičius arba bet kurį sveikąjį skaičių ir 1/2 nuo 0,5 iki 99,5. Ji leidžia ir dalinti bei traukti kvadratines šaknis. Tad tai savotiškas 2300 m. senumo kalkuliatorius.

Priminsime, kad Babilone daugybos lentelės egzistavo jau prieš 4 tūkst. m., tačiau jas sudarė gremėzdiškas molinių lentelių rinkinys. Europoje pirmosios daugybos lentelės pasirodė Renesanso metu.

Kasinėjant Salamino saloje (netoli Atėnų) 1899 m. buvo rasta marmurinė lenta, pagaminta apie 300 m. pr.m.e. Tai buvo abako variantas. Abakai naudoti ir Senovės Romoje, tik čia yra tam tikra keistenybė. Mat Romoje buvo naudojama nepozicinė skaičiavimo sistema, o abakas paremtas pozicine skaičiavimo sistema.
Taip pat skaitykite: Seniausias pasaulyje analoginis kompiuteris

Arčiau mūsų laikų

Tolimesnė skaičiavimo istorija susijusi su Romos popiežiumi Silvestru II. Iki užimant sostą, jis vadinosi Herbertas iš Orijako. Buvo vienuolis, kurį laiką gyveno Ispanijoje. Pasakojama apie jo paslaptingą kelionę į Indiją, kur, atseit, jis gavo stulbinančių žinių. Patikrinti tai sunku, tačiau, kaip bebūtų, Herbertas laikomas mechaninio laikrodžio išradėju. Romėnai Silvestrą II, kurį į sostą pasodino vokiečių imperatorius Otonas III, laikė alchemiku ir satanistu. Tai lėmė ne tik neįprastos popiežiaus žinios, bet ir metai, kada jis užėmė šv. Petro sostą – 999 (t.y., trys apverstos šešiukės).

Be kitų keistų dalykų, Silvestro II rūmuose buvo bronzinė galva, kuri į užduodamus klausimus atsakydavo „taip“ arba „ne“. Spėjama, kad tai galėjo būti automatas, naudojantis dvejetainę skaičiavimo sistemą! Alchemikas popiežius netikėtai mirė 1003 m. laikydamas mišias šv. Kryžiaus bazilikoje. Neoficialiai kalbėta, kad tai Šėtono kerštas už kažkokio susitarimo sulaužymą. Po jo mirties visi išradimai sunaikinti, o dokumentai įslaptinti.

Vėlesnis skaičiavimo technikos vystymosi proveržis siejamas su Leonardo da Vinči (1452-1519) asmenybe, kuris mechaniką vadino „matematikos mokslų rojumi“. Jis bandė rasti trinties koeficientą, tyrė medžiagų atsparumą, domėjosi hidraulika. Jam priskiriamos tokios idėjos,kaip tankas, povandeninis laivas, malūnsparnis, parašiutas ir kt. Vienas jo išradimų buvo 13 skaitmenų skaičiuotuvas. Kiekvieną skaitmenį atitiko ratukas su 10 dantukų. Pagal išlikusius brėžinius prietaisas buvo sukurtas ir pasirodė, kad jis veikia.

Tuo metu vyko ginčai tarp „abakistų“ ir „algoritmikų“ [ilgai žodžio "algoritmas" kilmė buvo neaiški, kol istorikai atrado tikrąjį šaltinį – jis kilo iš arabų mokslininko al-Horezmi, apie 825 m. parašiusio veikalą apie uždavinių sprendimą naudojant formules, vardo. Minėta knyga į lotynų kalbą buvo išversta 1120 m. ir pagal jos pavadinimą (Kitab al-džabr ua-l'mukabala) atsirado nauja matematikos sritis - algebra].

Būtina paminėti ir škotų matematiko Džono Neperio (1550-1617, John Napier - jis yra ir logaritmų lentelių autorius) skaičiavimo lazdeles. Jos rėmėsi daugybos metodu, prieš tai žinomu Gelosia vardu. Tai buvo stačiakampės lentelės, padalintos į 10 kvadratų. Kiekvienas kvadratas, išskyrus viršutinį, savo ruožtu dalijosi pagal įstrižainę į dvi dalis. Kiekvienoje dalyje tam tikra tvarka buvo įrašyti skaičiai. Viršutiniame kvadrate buvo tik vienas skaičius. Rinkinį sudarė dar viena lentelė, taipogi padalinta į 10 dalių. Viršutinė buvo tuščia, o kitos sunumeruotos nuo 1 iki 9.

Daugybai buvo paimama pagrindinė lentelė ir lentelė, kurios viršutinėje dalyje įrašytas vienas iš daugiklių. Tada tos lentelės buvo sudedamos greta. Tada kvadrate, kuris buvo greta antrojo daugiklio buvo sudedami du ten buvę skaičiai – skaičius esantis kairiau reiškė dešimtis, o dešiniau – vienetus. Taip daugybos veiksmas buvo pakeičiamas sudėties veiksmu.

Vis tik Dž. Neperis neišrado logaritminės liniuotės – tai vėliau padarė vikaras William Oughtred’as. Logaritminė liniuotė iš esmės yra labai paprastas analoginis kompiuteris.

Nuo viduramžių – per Naujuosius laikus

Johanas Kepleris susirašinėjo su rytų kalbų profesoriumi iš Tiubingemo, Vilhelmu Šikardu. 1624 m. vasario 25 d. laiške Šikardas aprašo jo sukurtą mechaninį skaičiuotuvą, mokantį sudėti, atimti, dauginti ir dalinti. Deja, Šikardo idėjas greitai užmiršo, o jis pats su šeima mirė 1636 m. choleros epidemijos metu, o jo aritmometro modelis sudegė gaisro metu.

1642 m. 19-metis Blezas Paskalis, norėdamas palengvinti tėvo, mokesčių inspektoriaus, dalią, sukūrė dešimtainių skaičių sumavimo įrenginį (Pascaline). Tėvas pamanė, kad tas atradimas atneš nemažas pajamas, į jį investavo nemažas lėšas, tačiau klerkai sabotavo, baimindamiesi prarasti darbą. Tačiau pats Paskalio tėvas aktyviai juo naudojosi.

1654 m. anglas R. Bisakras sukūrė logaritminę liniuotę, kuri, beveik nepasikeitusi, pasiekė ir mūsų laikus. Tačiau jos principas buvo labai artimas Neperio lentelių.

1673 m. vokiečių filosofas, fizikas ir matematikas G.V. Leibnicas suprojektavo krumpliaratinį skaičiuotuvą – pabendravęs su astronomu Hiugensu, kuris skundėsi gausybe rutininių skaičiavimų. Tas gudrus įrenginys ne tik mokėjo atlikti keturis aritmetinius veiksmus, bet ir ištraukti kvadratinę šaknį. Ir jis naudojo dvejetainę skaičiavimo sistemą! Kiek vėliau, 1703 m., Leibnicas išspausdino specialų traktatą „Dvejetainės aritmetikos panaudojimas“. Savo išradimą Leibnicas parodė Prancūzijos Mokslo akademijos ir Londono karališkosios draugijos nariams, tačiau šių nervų sistema pasirodė esanti labai tvirta ir jie į jį neatkreipė dėmesio. Vėliau „skaičiuotuvą“ Leibnicas padovanojo Rusijos carui Petrui I kartu su rangų tabelių projektu. Rangų tabeliai patiko ir gyvavo iki 1917 m. O štai skaičiuotuvą, kaip suvenyrą, caras pasiuntė Kinijos imperatoriui ir jo likimas neaiškus.

18 a. pasižymėjo įvairių skaičiuotuvų tobulinimu. Pvz., prancūzas Klodas Pero („Raudonkepuraitės“ autoriaus brolis) sukūrė daug mechaninių dalykėlių, tarp kurių buvo ir sumatorius, kuriame krumpliaračiai pakeisti dantytais sraigtais. 1723 m. vokiečių matematikas, fizikas ir astronomas Christianas Liudvikas Herstenas sukūrė savo to skaičiuotuvo variantą, kuriame buvo numatyta pradinių duomenų tikrinimo funkcija (verifikacijos užuomazga). 1751 m. Paryžiaus mokslo akademijos ataskaitoje minimas Pereira, kurio aritmometras gerai užsirekomendavo kurčnebylių mokymui.

Atskirai paminėti verta kaimo pastorių Pilypą Nateosą Chaną, 1774 m. sukūrusį savąjį skaičiavimo mašinos variantą. Jam pavyko net ir parduoti kelis savo mašinos egzempliorius. Tačiau visų tų skaičiuotuvų silpna vieta buvo ta, kad jie vykdė tik tą operaciją, kurią konkrečiu momentu nurodydavo žmogus.

Vis tik po Paskalio ir Leibnico beveik 100 m. nieko reikšmingo nenutiko – ir ne todėl, kad skaičiuotuvai neveikė ar nebuvo reikalingi: tiesiog joms reikalingas mechaninis tikslumas buvo sunkiai pasiekiamas. Vis tik 1820 m. Thomas de Colmar’as pradėjo gaminti Leibnico tipo įrenginius. Jam pavedė sukurti „aritmometrą“ 1855 m. Paryžiaus parodai. Jis buvo įrengtas pianiną primenančiame korpuse, turėjo 20 klavišų įvedimui ir teikė 30-ies pozicijų rezultatus.

Pagaliau 1804 m. prancūzų išradėjas Žozefas Mari Žakaras (Joseph Marie Jacquard) sukūrė programuojamas audimo stakles, valdomas perfokortomis. Tai buvo esminis pokytis, nulėmęs skaičiavimo technikos vystymąsi. Jam pasisekė ta prasme, kad kariaujanti Prancūzija nespėjo austi medžiagos drabužiams, kuriuos kareiviai sunešiodavo nepaprastai greitai.

Reikia, vienok, pastebėti, kad pati idėja atsirado kiek anksčiau – 1725 m. Bazilis Bušonas pasiūlė sudėtingų piešinių audinius austi stakles valdant popierine perfojuosta. Tačiau to meto aplinka buvo nepalanki – silpnavalis Liudvikas XV, premjeras kardinolas Fleri su išlaidų mažinimo politika. Tuo tarpu Napoleonas gyvai domėjosi išradimais subsiduodamas tuos, kurie galėjo duoti naudos karo reikalams.

Apie Čarlzą Babidžą ir Adą Bairon atskiri straipsniai >>>>

O štai 1847 m. anglų matematikas Džordžas Bulis išleido veikalą „Logikos matematinė analizė". Tam tikra prasme, jame toliau vystytos G. Leibnico dvejetainės aritmetikos idėjos. Dž. Bulio logikos pagrindas buvo vadinamieji elementarūs teiginiai, galintys turėti tik dvi prasmes: tiesa ir melas. Elementarūs teiginiai gali būti jungiami į sudėtingesnius naudojant apibrėžtas taisykles („ir“, „arba“, „ne“ ir kt.), tačiau galutinis sudėtingo teiginio rezultatas vėl bus tik „tiesa“ arba „melas“. Pakeitę tas reikšmes į 1 ir 0, galime sukonstruoti dvejetainį automatą (kas ir yra šiuolaikiniai kompiuteriai).

1867 m. pasirodė automatas knygos puslapių numerių numeravimui. Kiek vėliau jo autoriai, amerikietis leidėjas Kristoferis Šoulzas ir Kralas Glicenas, jį patobulino sukurdami rašomąją mašinėlę (šiuolaikinės klaviatūros prototipą). Skirtumas nuo klaviatūros buvo tik tas, kad didžiosios ir mažosios raidės buvo atskirai. Registro (Shift) klavišas atsirado tik 1878 m.

1870 m. Baldwin’o kompanija sukūrė pirmąsias rotacines būgnines mašinas - ji vėliau tapo „Monroe Calculator Co“. Dauguma tos eros mašinų pasistūmėjo tik tiek, kad prijungė elektromechaninius išorinius įrenginius, pvz, perfojuostų skaitytuvus.

Taip pat 19 a. buvo padaryta daug išradimų, kurie tiesiogiai su skaičiavimo technika nesusiję, tačiau be jų ji nebūtų atsiradusi: 1837 m. sukurtas telegrafas (informacijos perdavimas elektros pagalba atstumu), 1843 m. – Morzės abėcėlė (informacijos kodavimo sistema), 1876 m. – telefonas (jei jo nebūtų, tai kaip būtų atsiradęs modemas ir Internetas?), 1878 m. elektros lemputė (vieni pirmųjų kompiuterių buvo lempiniai).

1884 m. amerikietis Hermanas Holeritas užpatentavo gyventojų surašymo mašiną. Duomenys buvo saugomi perfokortose, o skaičiavimas atliekamas naudojant elektrą. 1897 m. gyventojų surašymui 1910 metais įsigijo net ir Rusijos vyriausybė. Holeritas savo įrenginį pavadino tabuliatoriumi ir 1911 m. pardavė savo firmą. Nuo tada ji pasivadino „Tabulating Recording Co“. 1924 m. vasario 14 d. ji pakeitė savo pavadinimą į IBM (International Business Machines).

Kaip kuriozą reikia paminėti apie galimybę sukurti spalvotus monitorius. Botanikas austras F. Reiniceris, kuris, kartu su fiziku O. Lemanu, 1889 m. tirdamas organinių medžiagų savybes, atrado skysčius, kurių molekulės išlaiko tam tikrą tvarką ir anizotropiją, būdingą monokristalams. Pailgos molekulės, veikiamos silpnos elektros srovės, išsirikiuodavo viena kryptimi. Tarkim, kad tokio skysčio lašiuką įleidžiame į plyšį (tarkim, 0,01 mm pločio) tarp dviejų stiklinių plokštelių, kuriose įrantos padarytos viena kryptini, tai įprastinėmis sąlygomis tokia konstrukcija praleistų šviesą. Tačiau elektros srovė pakeistų molekulių orientaciją ir ji nustotų praleisti šviesą. Tie skysčiai buvo pavadinti skystaisiais kristalais. Kai kurie skystieji kristalai keičia spalvą keičiantis temperatūrai – ir pirmasis jų panaudojimas buvo termometruose, kurie nenaudojo gyvsidabrio.

Išparduodamas Gyvųjų kompiuterių muziejus

P. Allen’o (1953-2018) 2012 m. Sietle įkurtas Gyvųjų kompiuterių muziejus, skirtas senųjų ir paveldo kompiuterių išsaugojimui, uždarytas, o jo kolekcija „Allen Estate“ (kurios valdytoja yra sesuo Jody Allen) bus parduota 2024 m. rugsėjo mėn. 10 d. aukcione. Be kambario dydžio PDP 7, ten buvo ir „Altair“, „Apple I“, „Cray I“ ir net „Enigma“. Šio muziejaus ir jo laboratorijos ypatybė buvo ta, kad su senaisiais kompiuteriais ir jų sistemomis lankytojai galėjo naudotis ir dirbti, tarsi tai būtų „tais laikais“. Tai nebuvo statiniai eksponatai, o „gyvieji kompiuteriai“ – iš kur ir muziejaus pavadinimas.

P. Alenas buvo aistringas kolekcionierius - ne tik istorinių kompiuterių ir svarbių technologijų, bet ir meno kūrinių bei kitų artefaktų. 1983 m. pasitraukęs iš „Microsoft“, su seserimi Džodi įsteigė investicinę ir projektų valdymo firmą „Vulcan Inc“. Praėjus 6 m. po mirties (2018 m.) dėl komplikacijų nuo ne Hodžkino limfomos, pirmąkart diagnozuotos dar 1982 m., jo privačios kolekcijos daiktai pradėti išpardavinėti.

Per pandemiją muziejus 2020-ais buvo uždarytas, tikintis, kad jis po jos vėl atvers duris, nors jo personalas ir buvo atleistas. Vis tik žinia apie jo galutinį uždarymą buvo nemalonus smūgis žmonėms, muziejui dovanojusiems vertingus kompiuterius – kai kurie jų dabar norėtų juos susigrąžinti, nors oficialių dokumentų ir neturi.

Kiti HOT.LT straipsniai:
Kompiuterių ištakos
Kompiuterių istorija
Mažylis buvo pirmasis...
IBM tėvas
ARPANET istorija
Jau 50 m. „meinfreimams“
ABC – pirmasis kompiuteris?
Gary Kildall ir jo CP/M
Altair – pirmasis minikompiuteris
Programavimo kalbų klegesys
Kaip atsirado feritinė atmintis?
V. Bušas: žmogus, kuris neišrado kompiuterio
S. Krėjus: kūręs galingiausius kompiuterius!
Pirmoji programuotoja: Ada Lovelace
Seniausias pasaulyje analoginis kompiuteris
Kodėl nuolat apsišauname vertindami projektus?
Bilas Geitsas: kol dar nebuvo garsus
Klodas Šenonas – žmogus, išradęs ateitį
Programavimo kalbų evoliucija
DPI - Išsami paketų patikra
Verčiame kompiuterinius terminus (PDF)
Danas Briklinas: skaičiuoklės autorius
Ar mašina kada nors mąstys?
Revoliucija su BASIC
Naujojo tipo mokslas
Negirdima melodija
Toji erdvė...
Įsilaužimų istorija
Užmirškite Internetą mokyklose
Eliza ir rūpesčiai dėl tapatybės
Apžvalga: privatumas Internete
Tendencija: antroji Interneto banga
Kobolo motina