Mehanski računalnik

Iz MaFiRaWiki

(Preusmerjeno iz Mehanski računalniki)

Mehanski računalnik je računski stroj, ki deluje kot mehanizem po principih mehanike. Po odkritju elektrike so mehanske računalnike začeli spodrivati elektronski računalniki. Mehanski računalniki se dandanes uporabljajo le poredko.

Vsebina

Abakus


Je najstarejša digitalna računska naprava, ki se je ohranila. Je preprost računski pripomoček, računalo s kroglicami, nanizanimi v več vrsticah.

Ime izhaja iz perzijske besede za gladko peščeno površino. Iznašli so jo verjetno Babilonci 2000 p. n. št.. V osnovi je naprava za zapis števil (omogoča zapis enega števila). Ima podobnosti z registrom v računalniku.

Zaradi preprostega in hitrega računanja ga posredniki na tokijski borzi še vedno uporabljajo.

Slika:Abakus.jpg

Logaritemsko računalo


Izhaja iz 2. polovice 17. stoletja in je preprosto analogno računalo podobno ravnilu, ki je po navadi sestavljeno iz treh vpetih umerjenih tračnih letev in drsečega okvirja. Deluje na osnovi logaritmov, ki jih je izumil Škot John Napier (1550-1617). Za razliko od drugih mehanskih računal, ki so digitalni, je logaritemsko računalo analogni računalnik.


Če želimo dve števili zmnožiti ali deliti, ju najprej spremenimo v logaritma.

log ab = log a + log b

log a/b = log a - log b

Te poiščemo v tabelah. Tudi antilogaritmiramo s pomočjo tabel. Ta postopek je enostavnejši od množenja in deljenja. Nekdo si je zamislil, da bi se dalo deliti in množiti tako, da bi logaritme prenesli na ravnila. Nato bi daljice, ki predstavljajo logaritme, enostavno dodajali ali pa odvzemali. Iz te zamisli je bila kratka pot do logaritemskega računala. Zanimivo je, da se Napier tega ni domislil.


Slika:logaritemsko računalo.jpg

Pascalov seštevalni stroj


Prvi stroj, ki ga je leta 1642 naredil veliki francoski filozof, matematik in fizik Blaise Pascal (1623-1662). Stroj je uporabljal osnovne aritmetične operacije. Za predstavitev desetiških števil je uporabljal zobata kolesa z desetimi zobmi in mehanizem za prenos enote na naslednje kolo po vsakem polnem obratu. Imel je dve skupini s šestimi zobatimi kolesi. Ena je služila kot akomulator (rezultati operacij se "akomulirajo" v njem), druga pa za vnašanje šestmestnega števila, ki ga je uporabnik želel prišteti ali odšteti od tistega v akomulatorju. Pogon stroja je bil seveda ročen s pomočjo posebne ročice.

Lahko sešteva 5-mestna števila, kasneje tudi 8-mestna, vendar ne preveč zanesljivo. Izum je ekonomsko propadel, ker je bil drag in namenjen predvsem računovodstvu.


Slika:Pascalov_seštevalni_stroj.jpg

Leibnitzov stroj


Zasnoval ga je nemški filozof in matematik Gottfried Wilheim Leibnitz (1646-1716) leta 1674 in je prvi stroj, ki uporablja vse štiri osnovne računske operacije. Izdelan je bil šele leta 1694 in je podoben Pascalovemu. Imel je še dve dodatni skupini koles za predstavitev faktorjev oz. deljenca in delitelja. Za množenje in deljenje je izumil element, ki je danes znan kot Leibnizovo kolo. Stroj lahko sešteva in množi 5 do 12-mestna števila, produkt mora biti do 16 mest, potrebno pa ga je poganjati z ročico. Pri tem uporablja mehanizem za prenos pri seštevanju. V praksi je bilo delovanje Leibnitzovega stroja nezanesljivo. Resnično uporabni stroji so se pojavili šele v drugi polovici osemnajstega stoletja.

Slika:Leibnitzov_stroj.jpg

Charles Babbage


Anglež Charles Babbage (1792-1871) je v logaritemskih tabelah kar naprej odkrival drobne napake. Sam je kasneje pravil, da ga je prav premišljevanje o zamudnem in skrajno dolgočasnem računanju logaritmov privedlo do izuma stroja, ki naj bi delo opravil z lahkoto in točno.

Od 1822. do 1833. leta se je ukvarjal z diferenčnim strojem. Napovedal je, da bo stroj deloval na načelu diferenc. Stroj je reševal polinomske enačbe tako, da je izračunal zaporedne razlike med dvema vrstama števil. To je stroj za aproksimiranje funkcij s polinomi na primernih intervalih. Temeljil je na zobatih kolesih, tako kot vsi poprej. Leta 1833 je bil projekt zaradi pomanjkanja denarja in sporov opuščen. Babbage ni nikoli dokončal tega stroja. Kasneje je naredil načrte še za diferenčni stroj št. 2, ki je bil še zmogljivejši. Ta stroj je zanimiv zato, ker so ga leta 1991 po originalnih Babbagevih načrtih zgradili v londonskem Science Museum. Težak je več kot tri tone in deluje brezhibno.

Ko je Babbage razmišljal o svojem stroju, je ugotovil, da je pravzaprav preveč enostaven. Stroj, ki je lahko izvajal nekatere matematične operacije, bi moral po vsej verjetnosti znati rešiti tudi druge naloge; to slutnjo je skoraj stoletje kasneje matematično dokazal drug velik britanski matematik, Alan Turing. Leta 1836 je zasnoval analitični stroj, ki bi lahko izvajal poljubno zaporedje aritmetičnih operacij. Na prvi pogled se zdi, da bi bilo treba takšen stroj sestaviti iz več strojev. Del a bi reševal naloge a, del b bi reševal naloge b, vsi posamezni stroji pa bi imeli enoten mehanizem, v katerega bi vstavljali podatke in skupni izhod, ki bi rezultate natisnil ali kako drugače pokazal.

Stroj je imel:

  • vrsto vhodnih enot, t.j. naprav, ki so v notranjost stroja prenašale številke in navodila
  • računsko enoto ali procesor, to je tisti del stroja, ki je dejansko računal s številkami. Babbage ga je imenoval mlin
  • krmilno enoto, ki je skrbela, da je stroj v vsakem trenutku opravljal točno določeno nalogo in ne kakšno drugo in da je računal v pravilnem vrstnem redu
  • hranilnik podatkov ali pomnilnik, ki je hranil številke, dokler ni prišla vrsta nanje
  • izhodno enoto

Slika:zgradbaBabbage.jpg

Za določanje zaporedja izvajanja operacij je Babbage predlagal uporabo luknjanih kartic enake vrste, kot jih je leta 1801 uporabil J. M. Jacquard (1752-1834) v svojem stroju za tkanje. Kartice so bile dveh vrst, ukazne in operandne kartice.

  • Ukazne kartice so se delile na operacijske kartice, ki določajo, katera od operacij naj se izvede v danem koraku in kombinatorične kartice, ki so, kadar je bil izpolnjen določen pogoj, aktivirale ponavljalni mehanizem. Sposobnost kombinatoričnih kartic, ki so omogočale pogojne skoke, imajo danes za enega od pomembnejših dosežkov Charlesa Babbage.
  • Operandne kartice so se delile na kartice spremenljivk, ki določajo, kje so operandi in kam naj gre rezultat in kartice števil. Vsaka kartice števil vsebuje predznačeno število, ki se prenese v določeno pomnilniško lokacijo.

Vse to zveni zelo moderno in analitični stroj je v resnici imel vse lastnosti, ki so potrebne za reševanje problemov na način, ki je zelo podoben tistemu pri današnjih računalnikih. Če zanemarimo majhnost pomnilnika in počasnost delovanja, je razlika pravzaprav samo v tem, da je program shranjen na ločenem zunanjem pomnilniku (karticah) .

Babbage ni analitičnega stroja nikoli dokončal, saj bi bila gradnja zelo draga in zaradi majhnih potreb po strojnem računanju v tistem času povsem neverjetna. Lahko pa rečemo, da je bil analitični stroj prvi pravi predhodnik današnjih računalnikov in da se dosežki razvoja računalnikov vse do l. 1940 ne morejo primerjati z njim.

Slika:Babbage.jpg

Glej tudi

VIR


http://sers.s-sers.mb.edus.si/gradiva/w3/sistemi/zgodovina.html

KODEK, D. 2008. Arhitektura in organizacija računalniških sistemov. Šenčur, Bi-Tim.

Osebna orodja