اگر دوست دارید که سرعت فزاینده تغییرات مربوط به تکنولوژی را خوب درک کنید، ما به شما پیشنهاد میدهیم که به چیزی فراتر از ماشین حساب الکتریکی که دم دستتان است نگاه نکنید؛ چرا که این دستگاهی بسیار ساده است که پیچیدهترین محاسبات را فورا انجام میدهد و میتوانید آن را در دستان خود بگیرید.
البته این ماشین حسابهای فعلی را هم باید کم کم فراموش کنیم، زیرا این ماشین حسابها بیش از 4 هزار سال طول کشید تا به شکل فعلی در بیایند و تقریبا در دهه 1990 میلادی به شکل فعلی در آمدند و در حال حاضر به دلیل گسترش هرچه بیشتر گوشیهای هوشمند تقریبا منسوخ شدهاند. حال ما قصد داریم تا در دو مقاله بهصورتی کامل به سراغ تاریخچه این دستگاه دوست داشتنی برویم؛ با کارو تک همراه باشید.
قبل از آن که ماشینهای الکتریکی اختراع شوند، انسانها محاسباتشان را با استفاده از چرتکه انجام میدادند. چرتکه نوعی ماشین حساب مکانیکی دستی بود که در آن مهرههایی روی میلهها وجود داشت و برای اولین بار توسط سومریها و مصریها در حدود 2000 سال قبل از میلاد مسیح ساخته شد.
اصل کار این ماشین ساده بود؛ چرتکه یک قاب داشت که در آن مجموعهای از میلهها وجود داشت در هر کدام از آن میلهها ده مهره وجود داستند که بهصورت کشویی بالا و پایین میشدند. هنگامی که تمام مهرهها روی میله اول به بالا میرفتند، زمان آن رسیده بود که یکی از مهرههای میله بعدی را حرکت دهیم تا تعداد دهتاییهای آن نشان داده شود و همین روند ادامه داشت و صدتاییها، هزارتاییها و غیره را به ما نشان میداد. البته باید این را در نظر بگیرید که اگر ده مهره میله قبلی به بالا میرفت و ما یک مهره از ردیف بعدی را بالا میدادیم، باید تمام مهرههای موجود روی میله قبلی را به حالت قبلی باز میگرداندیم. استفاده از این دستگاه جمع و تقریق را بسیار سریعتر کرد و این فضا را بهوجود آورد که میزان خطای کمتری رخ دهد.
استفاده از این فناوری کم و بیش برای 3600 سال بعد از آن تاریخ تا آغاز قرن هفدهم میلادی ادامه داشت. قرن هفدهم میلادی دقیقا همان زمانی بود که اولین ماشین حسابهای مکانیکی در اروپا ظهور پیدا کردند. مهمتر از همه، توسعه لگاریتم توسط جان نپر به ادوارد گانتر، ویلیام اوترد و دیگر افراد این امکان را داد تا بتوانند قانون اسلاید را توسعه دهند.
قانون اسلاید اساسا یک چوب کشویی یا دیسک است که از مقیاسهای لگاریتمی برای امکان ضرب و تقسیم سریع استفاده میکند. قوانین اسلاید بهمرور تکامل یافتهاند تا مثلثات و لگاریتمهای پیشرفته، توابع نمایی و ریشههای مربع اعداد را محاسبه کنند.
چیزی که در مورد قانون اسلاید وجود دارد، این است که تا دهه 1980 میلادی دانستن نحوه اجرای آن بخش اساسی آموزش ریاضی برای میلیونها دانش آموز در سراسر دنیا بود، حتی اگر در آن زمان ماشینهای محاسبه مکانیکی و الکتریکی عالی ساخته شده بودند. مشکل این بود که دستگاهها قبال حمل نبودند و این در حالی بود که نحوه عملکرد قانون اسلاید در جیب پیراهن شما قرار داشت!
دانشمندانی که روی ساخت موشکهای غولپیکر کار میکردند، از قانون اسلاید استفاده کردند تا به وسیله یک پیکت N600-ES انسان را در ماموریت آپولو 13 در سال 1970 به ماه بفرستند.
اولین ماشین حساب مکانیکی برای اولین بار در سال 1642 ساخته شد. این دستگاه را ریاضیدانی فرانسوی با نام بلز پاسکال بهعنوان دستگای که در نهایت میتواند هرچهار عمل اصلی حسابی را بدون تکیه بر هوش انسان انجام دهد، توسعه داد.
ماشین پاسکال از چرخهای چرخدندهای استفاده میکرد و میتوانست که مستقیما دو عدد را با هم جمع و تفریق کند و حتی این توانایی را هم داشت که با تکرار آنها ضربهای مدنظرمان را هم انجام دهد. پس از پاسکال، گوتفرید لایبنیتس بهترین و اصلیترین بخش زندگی خود را صرف طراحی یک ماشین حساب مکانیکی چهار کاره بر اساس قانون چرخ لایبنیتس کرد، اما در نهایت نتوانست که یک ماشین کاملا عملیاتی را تولید کند.
برای رسیدن به تکامل اصلی این دستگاه دوست داشتنی باید تا سال 1820 و ثبت اختراع ماشین حساب چهار تابعی توسط توماس دو کولمار در فرانسه صبر کنیم. این اولین ماشین انجامدهنده یک سری از محاسبات با دوام بود که از سال 1851 تا 1915 ساخت آن طول کشید و توسط حدود 20 شرکت در سراسر اروپا به تولید رسید.
در آن زمان، موج اصلی این نوآوری در سراسر اقیانوس اطلس حرکت کرده بود و با توسعه ماشینهای اضافه کننده با استفاده از میللنگ دستی مانند ماشین محاسبه مکانیکی گرانت در سال 1877 و ماشین P100 باروز که توسط ویلیام سیوارد باروز در سال 1886 که از ماشین قبلی معروفتر بود ساخته شد، توسعه یافت.
این دستگاه اولین سری از ماشینهای محاسبات اداری بود که باعث شد تا خانواده باروز به ثروت هنگفتی دست پیدا کند و ویلیام اس باروز، پس باروز بزرگ، را قادر ساخت تا حرفهای را در پیش گیرد که نتیجه آن رمان جنجالی The Naked Lunch شد. طبق اسنادی که از نحوه زندگی ویلیام به جا مانده است، او همیشه مواد توهمزا را مصرف میکرد و این رمان زاییده آن ذهنی بود که این مواد را مصرف میکرد.
گام بعدی جهش در زمینه تولید ماشینهای محاسبهگر به سال 1887 بر میگردد و در آن سال دور ای فلت پتنتی را با نام Comptometer به ثبت رسانید در آن دکمهها را به محاسبهگرها اضافه میکرد. این دستگاه در نهایت توانست که نظر مثبت بسیاری از مراجع علمی آن زمان را به سمت خود جلب کند و در نهایت تبدیل به یک فناوری نوین شد.
ماشین حساب Curta که برای اولین بار در سال 1948 طراحی و ساخته شد را شاید بتوانیم بالاترین و کاملترین نمونه از ماشین حسابهای مکانیکی بهحساب آوریم که آنقدر کوچک بود که میتوانستیم آن را تا حدی در یک جیب جا دهیم و این قابلیت را داشت که ضرب، تقسیم، جمع و تفریق را انجام دهد.
ماشینهایی مانند Curta تضمین کردند که ماشین حسابهای مکانیکی بر زندگی اداری در قرن بیستم تا اواخر دهه 1960 میلادی تسلط خواهد داشت. همانطور که در قسمت بعدی این مقاله خواهیم دید، تقریبا زمان آن رسیده بود که فناوریهای الکترونیکی شروع به چیره شدن بر این فناوری را آغاز کنند.
داستان ماشین حساب الکترونیکی واقعی از اواخر دهه 1930 پا به دنیای انسانها گذاشتند. یکی از دلایل اختراع این دست از دستگاهها را میتوانیم این بدانیم که جهان در حال درگیر شدن در یک جنگ بزرگ شده بود. در آن زمان نیاز بود که دستگاههایی وجود داشته باشند که معادلات مثلثاتی مورد نیاز برای انداختن بمبها از ارتفاع 30 هزار پایی به داخل بشکههای نفت، از بین بردن کشتیهای جنگی ژاپنی 30 گرهای با استفاده از اژدرهای دریایی یا سرنگون کردن یک استوکای غواصی با یک تفنگ ضد هواپیما را حل کنند. تمام این مواردی که گفته شد بهترتیب توسط بمبنمای Sperry-Norden، رایانه مربوط به دادههای اژدر نیروی دریایی آمریکا و سیستم کنترل آتش Kerrison Predictor AA ارائه شده بودند.
همه آنها اساسا دستگاههای مکانیکی بودند که از چرخهای چرخدندهای و سینلدرهای چرخان استفاده میکردند، اما خروجیهای الکتریکی را در اختیار کاربران خود قرار میدادند که همه آنها در نهای میتوانست به سیستمهای تسلیحاتی متصل شوند.
در طول جنگ جهانی دوم، چالشهای مربوط به شکستن رمز باعث شد که اولین کامپیوتر تمام الکترونیکی به نام Colossus تولید شود. اما این یک ماشین تخصصی بود کحه اساسا الگوریتمهای بولی انحصاری یا همان XOR را انجام میداد. البته چیزی که در مورد این ماشین وجود دارد، این است که تمام کار گفته شده با استفاده از صدها شیر ترمیونیک بهعنوان کلیدهای خاموش و روشن کردن الکترونیکی و همچنین نمایشگر الکترونیکی آن انجام میشد.
استفاده از این فناوری در اولین کامپیوتر محاسباتی عمومی جهان در سال 1946 و در ماشین ENIAC به عنوان یک ماشین حساب کاملا دیجیتالی میز تیراندازی توپخانهای که قادر به حل کلاس بزرگی از مسائل عددی از جملع چهار تابع حسابی اساسی، بازمیگردد.
ماشین حساب ENIAC تقریبا 1000 برابر سریعتر از تمام کامپیوترهای الکترومکانیکی بود و میتوانست که یک عدد اعشاری ده رقمی را در حافظه خود نگه دارد. این ماشین برای انجام کار گفته شده، به 17468 لوله خلا، 7200 دیود کریستالی، 1500 رله، 70 هزار مقاومت و حدود 5 میلیون اتصال دستی نیاز داشت. ENIAC حدود 28 تن وزن و 1800 فوت مربع مساحت داشت که به اندازه یک شهر کوچک انرژی مصرف میکرد. با توجه به تمام موارد گفته شده، این دستگاه را نمیتوانیم یک دستگاه دسکتاپ واقعی بهحساب آوریم.
دفاتر و شرکتها برای آن که بتوانند از دستگاههای محاسباتی الکترونیکی کوچک استفاده کنند، باید منتظر میبودند تا دریچهها کوچکتر شوند و ترانزیستورهای حالت جامد توسعه بیشتری یابند. اولین فدم در این مسیر دستگاه ANITA بود که در سال 1961 وارد بازار شد. این دستگاه اولین ماشین حساب رومیزی تمام الکترونیکی در جهان بود و در بریتانیا توسط شرکت Control Systems Ltd و تحت برند Bell Punch و Sumlock وارد بازار شد.
دستگاه ANITA از همان چیدمان کلیدهای فشاری مانند کامپتومترهای مکانیکی شرکتها استفاده میکرد، با این تفاوت که تنها قطعات متحرک استفاده شده در این دستگاه بودند. بقیه کارها بهصورت الکترونیکی و با استفاده از ترکیبی از لولههای شمارشی خلا و کاتد سرد یا همان دکاترون انجام میشدند.
نمایشگر این دستگاه 12 مکان روشن داشت که توسط لولههای تخلیه درخشان Nixie کار خود را انجام میدادند. از سال 1962، دو مدل کلی از این دستگاه به بازار عرضه شدند؛ دستگاه ANITA Mk.7 برای قاره اروپا و Mk.8 برای بازار بریتانیا و سایر نقاط جهان که مدل دوم در مدت زمان کوتاهی تبدیل به تنها نمونه موجود در دنیا شد. دستگاههای ANITA اولین با قیمتی در حدود 355 پوند یا تقریبا 100 دلار و 4800 پوند یا تقریبا 8 هزار دلار به پول امروزی به فروش میرسیدند. با این وجود، بهعنوان تنها ماشین حساب الکترونیکی رومیزی موجود، دهها هزار نسخه از ANITA در سراسر جهان تا سال 1964 فروخته شد. البته باید به این نکته هم توجه کنیم که در آن زمان سه رقیب ترانزیستوری هم در بازار موجود بودند و ANITA با وجود آنها به این موفقیت دست یافت. این دستگاهها عبارتاند از:
هیچ کدام از این دستگاههای گفته شده از نظر عملکردی برتر از ANITA نبودند و حتی از آن قیمت گرانتری داشتند (برای مثال دستگاه Sharp Compet CS10A در سال 1964 قیمتی تقریبا معادل با 2500 دلار داشت) اما طراحیهای تمام ترانزیستوری آنها دروازههای جدیدی از ماشینهای الکترونیکی را به روی این صنعت باز کرد.
این دستگاهها اغلب توسط شرکتهایی مانند کانن، Mathatronics، Olivetti، SCM (Smith-Corona-Marchant)، سونی، توشیبا و وانگ به بازار عرضه میشدند. چهار عدد از این ماشین حسابهای ترانزیستوری قدیمی، از جمله ماشین حساب توشیبا Toscal BC-1411 که در استفاده از فرم اولیه حافظه دسترسی تصادفی یا همان RAM ساخته شده بودند، اهمیت بسیار بالایی داشتند.
ماشین حساب Olivetti Programma 101 که در اواخر سال 1965 معرفی شد، دستگاه بسیار زیبایی بود که جوایز طراحی صنعتی بسیاری را از آن خود کرد. این دستگاه میتوانست که از روی کارتهای مغناطیسی بخواند و روی آنها بنویسد و در نهایت نتایج را روی چاپگر داخلی تعبیه شده روی آن نمایش دهد. بهعنوان یک ماشین ماشین محاسبه الکترونیکی رومیزی که توسط افراد غیر متخصص برای استفاده فردی قابل برنامهریزی بود، Programma 101 این قابلیت را داشت که حتی بتوانیم ادعا کنیم که اولین کامپیوتر شخصی دنیا بود.
در پس پردهها در همان سال دستگاه ELKA 22 که توسط موسسه مرکزی فناوریهای محاسباتی بلغارستان طراحی و در کارخانه Elektronika صوفیه، ساخته و روانه بازار شد. این ماشین حساب که مانند یک تانک T-64 ساخته شده بود و تقریبا 8 کیلوگرم وزن داشت، اولین ماشین حساب در جهان است که تابع ریشه دوم را در دل خود داشت.
تمام ماشین حسابهای الکترونیکی تا این مرحله، بسیار حجیم و سنگین بودند و قیمتی بیش از بسیاری از خودروهای خانوادگی آن زمان داشتند. با توجه به این مورد، در سال 1967 شرکت Texas Instruments نمونه اولیه از دستگاه Cal Tech را به بازار عرضه کرد. این دستگاه ماشین حسابی بود که میتوانست ضرب، تقسیم، جمع و تقریق را انجام دهد و در نهایت نتایج را روی کاغذ چاپ کند. این دستگاه در حدی کوچک بود که کاربران بهراحتی میتوانستند آن را در دست بگیرند و با خود حمل کنند.
با به دنیا آمدن این نسل جدید از ماشین حسابها، فصل جدیدی در کتاب داستان این دستگاههای دوست داشتنی باز شد.
در حال حاضر قسمت اول از داستان بهوجود آمدن ماشین حسابها رسیدیم و در قسمت دوم از این داستان قصد داریم که به عصر ریزتراشه و مجازیسازی آنها نگاهی بیندازیم.