Le macchine da calcolo
e l’informatica
Lezione del corso di
Storia della Tecnologia
12/05/2008
Filippo Nieddu
Le origini e gli approcci di base

Approcci fondamentali
per la replica mediante
automi delle funzioni
umane:
–
–

riproduzione meccanica
della forma (riduzionismo);
riproduzione della
funzione (olismo).
Il passaggio cardine è
dalla scultura semovente
alla macchina operante.
Orologio idraulico di Al-Jazari
Automi e orologi


La concezione
riduzionista porta alla
costruzione di automi
che ripetono e imitano
frammenti di attività
umane.
Quando la necessità fu
di misurare il tempo non
ci si poté ispirare alla
forma umana, e
nacquero le “macchine”.
Orologio meccanico di Al-Jazari
Utile e futile

La differenza tra il primo e il secondo approccio è
anche spesso visibile nella finalità degli oggetti:
–
–
–
–
spesso gli automi sono fonte di divertimento;
le macchine automatiche hanno finalità pratica (come nel
caso di quella descritta da Al-Jazari per la misurazione del
sangue prelevato);
le due tipologie però alle volte si fondono (sempre nella
macchina di Al-Jazari la ripetizione degli indicatori);
il problema fondamentale, però, è la mancanza del motore
primario, anche se i meccanici alessandrini e arabi
utilizzarono i movimenti dell’aria, dell’acqua e di pesi.
Le prime macchine da calcolo




Il tedesco Wilhelm Schickart (1592-1635) inventò la
prima macchina da calcolo con riporto nel 1623.
La costruzione della macchina non giunse però a
compimento per la morte in un incendio dell’artigiano
che la stava costruendo. Nell’incendio andò perduto
anche il prototipo della macchina.
Le tracce della macchina si trovano in una lettera di
Schickart a Keplero, nella quale il primo dice che la
macchina potrà divertire molto (rideres clare).
La distanza tra utilità e futilità è ancora minima.
Leonardo da Vinci


Alcuni disegni ritrovati nel 1967 indicano come
Leonardo avesse risolto meccanicamente il problema
dei riporti, ossia del passaggio alla potenza superiore.
Il meccanismo è stato realizzato in una versione reale.
Il meccanismo dei riporti di Leonardo
Nepero



John Napier (Nepero)
inventa i logaritmi, che
rimarranno fino al
Novecento lo strumento
per eccellenza per
eseguire e semplificare
calcoli complessi.
Nasce anche l'utilizzo
della virgola per
separare i decimali.
Napier utilizza asticelle
numerate per il calcolo.
Le asticelle di Nepero per il calcolo dei logaritmi
Blaise Pascal



Nel 1643 Blaise Pascal
realizza la macchina che
passerà alla storia con il
nome di pascalina.
Permetteva di effettuare
automaticamente
addizioni e sottrazioni
con il riporto.
La macchina ottenne
una privativa il 22
maggio 1649.
La machine arithmétique di Pascal
Il funzionamento


La macchina di Pascal è un’addizionatrice ad
azionamento diretto, in cui cioè i numeri sono
totalizzati ruotando una manopola o una leva.
In essa l’addizione è compiuta direttamente, la
sottrazione per mezzo dei complementi, la
moltiplicazione per mezzo delle addizioni ripetute e la
divisione per la moltiplicazione del numero inverso o
per sottrazioni ripetute.
Leibniz



Gottfried Wilhelm Leibniz (1646-1716) costruì in un
lungo periodo (1671-1694) una macchina da calcolo “a
passi”, usando un ingranaggio cilindrico.
Leibniz vuole alleggerire gli astronomi dai calcoli
Egli fonda anche il calcolo binario, ripreso nel XX sec.
La macchina di Leibniz
Il calcolo binario e combinatorio / 1


L'idea di fondo dell'“arte combinatoria” è di trovare una logica
capace di dimostrare la verità di ogni proposizione, e anche di
costruire nuove proposizioni con la certezza dei procedimenti
matematici.
Il “genere”, a partire dalla logica aristotelica, è una classe di enti
con differenze specifiche fra loro ma con elementi comuni (che
appunto definiscono il “genere”): ad esempio, nell'espressione
“animale razionale”, il termine “animale” costituisce il “genere”
che accomuna la “specie” degli uomini (definiti dalla razionalità)
a tutte le altre e diverse “specie” di animali; “essere vivente” è
un genere più ampio di “animale” e quindi contiene in sé altri
generi. Il “genere sommo” è quello che non può essere
contenuto in nessun altro genere (ad esempio, le categorie di
Aristotele).
Il calcolo binario e combinatorio / 2

Leibniz propose di indicare i generi sommi con lettere, le quali,
combinate fra loro, possano poi formare le “nozioni inferiori”.
Come esempio prendiamo alcune delle categorie aristoteliche
(generi sommi) e indichiamole con una lettera: sostanza (a);
quantità (b); qualità (c); agire (d); luogo (e); tempo (f). Da un
genere, attraverso la combinazione con gli altri generi, si
trovano generi inferiori (o specie): la sostanza = uomo; la
quantità = alto 180 centimetri; la qualità = bianco; l'agire =
camminare; il luogo = in montagna; il tempo = ieri. Le
combinazioni possibili danno, ad esempio: ab = gli uomini alti
180 centimetri; ac = gli uomini bianchi; bd = gli enti alti 180
centimetri che camminano; cf = gli enti bianchi che esistevano
ieri; e cosí via. Ancora, combinando tre generi: abc = gli uomini
bianchi alti 180 centimetri; bdf = gli enti alti 180 centimetri che
ieri camminavano; e cosí via.
Il calcolo binario e combinatorio / 3


Si possono quindi, per semplificare le operazioni, unificare i
generi: ab = l, per cui l = uomo alto 180 centimetri; ad = n, per
cui n = uomo che cammina; e cosí via. Dunque, individuata una
specie definita da una serie di generi sommi, si può verificare la
corretta di tutte le proposizioni relative ad essa.
Questa ricerca di Leibniz è importante, da un punto di vista
filosofico generale, perché conferma l'esigenza di porre punti
fissi e certi a fondamento dell'attività del pensiero.
Il calcolo binario e combinatorio / 4
Tavoletta I-Ching
La macchina di Poleni



Nel 1709 vede la luce la
macchina calcolatrice di
Giovanni Poleni
E’ la prima macchina da
calcolo progettata in Italia (e
forse anche l'unica traccia di
invenzione italiana nel
settore).
Matematico ed ingegnere
veneziano, Poleni illustrò i
principi di costruzione di una
macchina calcolatrice basata
su pesi scorrevoli nel volume
Miscellanea.
La macchina di Poleni, da J.Leupold, Theatrum
arithmetico-geometricum, Leipzing, Zunkel, 1727
Il telaio automatico di Jacquard


Il telaio di Jacquard
(1800-1801) è passo
fondamentale, perché si
tratta della prima
macchina con schema di
input -> processazione
dati -> output.
Lo schema è simile a
quello di Von Neumann
(metà XX secolo)
Il telaio automatico di Jacquard
Le macchine di Charles Babbage


Charles Babbage (17911871) concepì due
macchine, dai nomi di
“difference engine” (1822,
mai realizzata sisicamente) e
“analytical engine” (1834,
mai completata).
Babbage introduce l’idea di
“programma”, fornito alla
macchina mediante schede
perforate.
La macchina alle differenze di Babbage
La macchina analitica

Babbage individua due operazioni fondamentali:
1.
2.

Le strutture che compiono queste operazioni sono:
1.
2.


il reperimento dei dati e la conservazione dei risultati parziali;
lo svolgimento del calcolo vero e proprio.
la memoria (store);
il meccanismo di calcolo (mill).
Le operazioni, non insite nella macchina ma fornite
per mezzo delle schede perforate, sono iterative.
Il ciclo può essere mutato cambiando le schede.
La macchina degli Scheutz




Georg Scheutz (1785-1873) e suo figlio Edvard (18211881), svedesi, portarono a compimento l’opera di
Babbage.
La loro macchina prese esplicitamente le mosse
dall’analytical engine, dotandola però di stampante
per il completamento dell’output.
La stampante funzionava secondo la tecnica della
stereotipia.
Essi ricevettero l’appoggio del governo svedese per lo
sviluppo della macchina, cosa che Babbage aveva
sempre avuto problemi a ottenere.
La logica formale



George Boole (1815-1864) ridusse la logica a sistemi
algebrici semplici nelle opere The Mathematical
Analisys of Logics (1848) e soprattutto Investigations
of the Laws of Thought (1854).
1 e 0 sono i simboli che rappresentano le parti
fondamentali del discorso, and e or sono gli operatori
fondamentali che le legano.
E’ assunto condiviso che Boole sia stato
indispensabile per lo sviluppo dell’informatica
moderna.
Le macchine
per il voto




1871: macchina
scrutinatrice di Charles
Seaton
1880: macchina di
Werner von Siemens
1878: “scrutatore elettromagnetico-stampante”
del deputato Antonio
Roncalli
1889: brevetto di Herman
Hollerith (1860-1929)
La scrutatrice di Hollerith
Il brevetto di Hollerith / 1



L’elaborazione dei dati del censimento statunitense
del 1880 durò 7 anni, con chiare ripercussioni sulla
sua validità.
Il Bureau of Census indisse così un concorso per
trovare una macchina che potesse elaborare i dati più
velocemente.
Il concorso fu vinto dalla macchina di Hollerith, basata
sullo stesso principio delle schede perforate adottato
dal telaio Jacquard.
Il brevetto di Hollerith / 2




La macchina prevedeva la “trascrizione” della scheda
censuaria per mezzo di una perforatrice a pantografo.
Le schede erano poi selezionate da una cernitrice
automatica che le indirizzava verso una delle 26
scatole presenti.
La “lettura” fu in un primo momento compiuta da
operatori umani, ma fu presto introdotta una macchina
tabulatrice, nella quale dei contatori elettromeccanici
erano sollecitati dalle perforazioni, e permettevano il
conteggio.
Inizia la storia della meccanografia elettromeccanica.
L’elettromeccanica e l’informatica



La meccanografia non poteva superare certe velocità
e certe precisioni, per cui questo sentiero tecnologico
iniziò a segnare il passo.
Dall’inizio del XX secolo diverse sperimentazioni
portavano sempre più all’uso delle valvole (inventate
all’inizio del Novecento).
Nel 1929 l’IBM costruì una macchina a relè con
registri per i dati, mentre alla fine degli anni Trenta si
iniziava a usare la numerazione binaria per la
rappresentazione nelle macchine da calcolo.
L’informatica



Il Mark I nato nel 1943 nei laboratori della Harvard
University consentì lo sviluppo della bomba atomica,
ma la numerazione decimale e l’uso dei relè
(dispositivo inventato nel 1831) lo rendevano
immenso e difficilmente manutenibile.
L’Eniac, nato nel 1946, è una macchina a valvole
(ossia diodi, inventati nel 1904, e triodi, che videro la
luce nel 1907), che utilizzava una codifica binaria. Si
tratta del primo vero calcolatore elettronico.
Nel frattempo, nel 1947 nasce il transistor.
Riferimenti bibliografici essenziali



Mario G. LOSANO, Storia delle macchine da calcolo e
storia sociale, in Vittorio MARCHIS (ed.), Storia delle
scienze, vol. V, Conoscenze scientifiche e
trasferimento tecnologico, Torino : Einaudi, 1995
Charles SINGER (ed.), Storia della tecnologia, Torino
: Bollati Boringhieri, 1995
Doron SWADE, The Difference Engine: Charles
Babbage and the Quest to Build the First Computer,
London : Penguin, 2002