ماشین حسابهای مکانیکی


کوشش برای ساختن ماشین محاسبه و شمارش خودکار از قرن هفدهم آغاز شد و این زمانی بود که گسترش علوم ستاره شناسی ،دریانوردی ، بازرگانی و پ‍ژوهش های فنی و علمی اهمیت بی سابقه ای به محاسبات عددی بخشیده بود.همزمان با توسعه دانش ریاضی ،احتیاج بشر به محاسبات بیشتر گردید،چنانکه سبب اختراع وسایل مختلفی در این زمینه شد.

در سال 1642 پاسکال ریاضیدان فرانسوی دستگاهی را به نام ماشین جمع زن (adding machine ) اختراع کرد. این ماشین مجموعه ای از چرخ دنده های کنار هم بود که چرخ اول نشان دهنده رقم یکان و چرخهای بعدی نشان دهنده رقمهای دهگان ، صدگان و ... بود.نکته مهم در ماشین اختراعی پاسکال این بود که می توانست بطور اتوماتیک ده بر یک را حساب کند لیکن تنها قادر به انجام عملیات جمع و تفریق بود.این ماشین کاملا مکانیکی بود و اعداد به کمک وسیله ای نظیر صفحه شماره گیر تلفن وارد دستگاه می شد و عملیات به وسیله یک سری چرخ دنده و اهرم انجام می گرفت و نتیجه از دریچه مخصوصی قابل قرائت بود.
 

مدتی بعد لایب نیتز(Leibnitz ) ریاضیدان آلمانی موفق شد دستگاهی به نام ماشین محاسبه  (calculating machine) بسازدکه می توانست علاوه بر جمع و تفریق بر اساس روش پاسکال عملیات ضرب و تقسیم را نیز انجام دهد.



فکر ساختن ماشینی که بطور خودکار و با برنامه ای کار کند برای اولین بار در سال 1822توسط چارلز بابیج (Charles Babbage) مطرح شد. داستان از این قرار است که بابیج به اتفاق یکی از همکارانش مشغول محاسبات نجومی بود که خستگی عجیبی بر او چیره شد.در این لحظه گفت:"خدایا،ای کاش این محاسبات با ماشین محاسبه گر نیروی بخار انجام می شد." و این فکر سرآغاز ساختن ماشین تفاضلی(difference engine) بود.او سالهای زیادی از عمرش را صرف ساختن این ماشین کرد که در اثر محدودیتهای فنی و مهندسی آن دوره ، نتوانست آن را تکمیل کند. طرحهای تهیه شده توسط بابیج بسیار پیشرفته تر از زمان او بود و بعدها بسیاری از طرحها و افکار وی در ساختن کامپیوترهای اولیه مورد استفاده قرار گرفت و به همین دلیل وی را پدر کامپیوتر لقب داده اند.

 

در اواخر قرن نوزدهم ، دفتر آمار ایالات متحده آمریکا برای استخراج نتایج سرشماری سال 1880 با مشکلات بزرگی مواجه شد، چرا که دریافت استخراج و نتیجه گیری از این اطلاعات به زمان بسیاری نیاز داشت و بالاخره با سعی و کوشش و صرف وقت زیاد نتایج این سرشماری در سال 1887 به پایان رسید.

اما همین که فهمیده شد برای سرشماری بعدی به 10 سال وقت نیاز هست فکر اختراع وسیله ای که بتواند این کار را در زمان کوتاهتری انجام دهد تقویت گردید. در این موقع هرمان هالریث(Herman Hollerith) که با دفتر آمار آمریکا همکاری داشت، اصول جدیدی را برای ضبط، طبقه بندی و جدول بندی اطلاعات به طریق مکانیکی عرضه داشت که 8 بار سریع تر از روش دستی بود و ماشین جدول بندی (tabulating machine) نامیده می شد. بر اساس این روش برای نمایش هر یک از مطالب و اطلاعات مورد نظر لازم بود در نقطه بخصوصی از نوار کاغذی یک سوراخ منگنه شود و ماشین دیگری می توانست به کمک مدارهای الکتریکی سوراخهای مذکور را حس کند و ضمن عبور از داخل دستگاه جدولی از مطالب ضبط شده تهیه نماید. بزودی نوار جای خود را به کارت های مقوایی داد که اطلاعات هر خانواده روی آن منگنه می شد.(به کار بردن کارت های مقوایی سوراخ شده اولین بار توسط ‍‍ژاکارد فرانسوی برای کنترل ماشین های بافندگی خودکار و دادن طرح پارچه به کار رفته بود) در اینجا اصطلاح تک کار(unit record) برای ماشین هایی که امور کارتی را انجام می دهند، پذیرفته شد و معمول گردید.


در سال 1890 اولین سری ماشین های دسته بندی و تفکیک کارت های منگنه شده، توسط  هالریث اختراع گردید، به کمک همین ماشین ها نتیجه سرشماری سال 1890 ، در عرض 5/2 سال یعنی حدود یک سوم زمان نتیجه گیری سرشماری قبل ، آماده گردید. در سال 1896 هالریث ، شرکت ماشین جدول بندی را تاسیس کرد و بعد ها با 10 شرکت دیگر ادغام شد و کمپانی IBM  به وجود آمد.افزایش و گسترش فعالیتهای اقتصادی و سرانجام یافتن انقلاب صنعتی و پیشرفت و توسعه همه جانبه تمدن بشری ایجاب می کرد که وسیله ای سریعتر از دستگاههای تک کار به وجود آید.

 

 کلیه ماشین های ساخته شده تا اینجا مکانیکی بودند و در آنها از چرخ دنده ،اهرم ، محور و سایر وسایل مکانیکی استفاده می شد و در نتیجه این ماشین ها حجیم ، کند و غیر قابل اعتماد بودند. همین مسئله در ماشین های بزرگ کار را مشکلتر می کرد، بدین جهت به تدریج در بعضی قسمتها وسایل الکتریکی جانشین وسایل مکانیکی گردید.

اولین ماشین الکترو مکانیکی به وسیله هاوارد ایکن(Howard Aiken) در دانشگاه هاروارد و با کمک مالی و فنی شرکت IBM ساخته شد. ساختن این ماشین 5 سال طول کشید و در سال 1944 کامل گردید. این ماشین می توانست عملیات جمع، ضرب، تقسیم، تفریق و محاسبه لگاریتم و توانهای مختلف و همچنین محاسبه توابع مثلثاتی مانند سینوس و کسینوس را انجام دهد. این ماشین بطور مخفف آ،اس،سی،سی([ASCC]Automatic Sequence Controlled Calculator) یا مارک یک (Mark 1)نامیده میشد.ماشین مزبور عمل ضرب را در مدت 3 ثانیه انجام می داد و این سرعت هنوز مطلوب نبود.