Cap. VII

Il calcolo automatico

 

La storia del calcolo automatico può essere suddivisa in tre grandi fasi. La prima, la più lunga, comprende l'arco di tempo che va dalla preistoria fino al 1930. Durante questo periodo, furono inventati strumenti di calcolo quali il pallottoliere e l'abaco, poi le macchine calcolatrici, che automatizzeranno progressivamente le operazioni aritmetiche. La seconda fase è quella dei grandi calcolatori degli anni '40, epoca in cui si passa in poco tempo dalle macchine da ufficio, poste su di un tavolo e in grado di eseguire le quattro operazioni, a veri e propri "dinosauri del calcolo", apparecchi che occupavano ampie stanze. Infine, la terza fase è quella dei computer, quella che arriva fino ai giorni nostri.

E' ragionevole dire che le mani siano state, probabilmente, il primo strumento usato per contare. Questo metodo non si limitava semplicemente a contare sulle dita, ma spingeva, al contrario, a servirsi della mano tutta intera. Una tradizione orientale, antica ma ancora usata all'inizio di questo secolo, permetteva alle due parti di una transazione commerciale di negoziare un prezzo toccandosi semplicemente la mano. A volte, l'intero corpo è servito come strumento di calcolo. Successivamente, diventando i conti più complicati, si sono resi necessari altri strumenti: gli Incas, per fare degli inventari, utilizzavano i quipus, un procedimento che si basava su cordicelle annodate. Basato sullo stesso principio, il sistema della tacca su di un pezzo di legno o di osso permetteva di memorizzare delle cifre. Alcuni pensano che il primo vero dispositivo per il calcolo sia costituito da antiche tavolette dette abaci [82]. La parola abaco deriva dal greco "abax" che vuol dire tavola o asse ricoperta di polvere. Le testimonianze dell'esistenza di questo apparecchio risalgono a 5000 anni fa nella valle del Tigri e dell'Eufrate e più tardi nel V secolo a.C. in Egitto. In origine, l'abaco era costituito da solchi verticali e paralleli incisi nella pietra o in tavole di argilla, nei quali erano disposti dei sassi. La colonna di destra rappresentava le unità, quella più a sinistra le decine, e così via, fino al milione e più. Il pallottoliere, molto diffuso in Oriente e in Russia dove è utilizzato ancora oggi, funziona secondo lo stesso principio, con la piccola differenza che i sassi sono sostituiti da palline che scorrono lungo una bacchetta. Questo strumento, che comparve nel XIII secolo in Cina, permette di eseguire rapidamente addizioni, moltiplicazioni e divisioni, oltre che di estrarre radici quadrate.
La macchina moltiplicatrice dello scozzese John Napier, nota come le "bacchette di Napier", ha rappresentato una transizione tra il pallottoliere e le prime macchine calcolatrici meccaniche. La gloria, però, va al francese Blaise Pascal che, nel 1642, inventò la Pascaline, una macchina calcolatrice per aiutare suo padre, un esattore delle tasse, nei noiosi calcoli che la carica gli imponeva. Precedentemente a Pascal, però, ci furono due tentativi di creare tali macchine che sono stati scoperti solo "recentemente". Uno fu del tedesco Wilhelm Schickard che mise a punto, nel 1623, un calcolatore meccanico noto come "orologio calcolatore". Se ne ebbe notizia nel 1950, quando furono scoperte delle lettere di Schickard all'amico Keplero, nelle quali era descritto il progetto del meccanismo. Un tentativo ancora precedente fu fatto da Leonardo da Vinci: nel 1967 sono state trovate alcune sue note che includevano la descrizione di una macchina [83] somigliante a quella di Pascal.
Nel 1673, Gottfried Leibniz costruì una macchina calcolatrice che fu esposta alla Royal Society di Londra. E' interessante citare quanto Leibniz scrisse nel 1671: "non è conveniente che uomini eccellenti perdano, come schiavi, ore di lavoro per calcoli che potrebbero essere affidati a chiunque altro se si utilizzassero delle macchine". Ecco un passo tratto da un altro manoscritto del 1685 tradotto dal latino (si veda Leibniz sui computer [84]):

"Quando, diversi anni fa', vidi per la prima volta uno strumento che, quando trasportato, automaticamente registra il numero dei passi fatti da un pedone, mi venne subito in mente che l'aritmetica intera potrebbe essere soggetta a un tipo simile di macchina, così che non solo contare, ma anche sommare, sottrarre, moltiplicare e dividere potrebbe essere eseguito da una macchina opportunamente costruita in modo semplice, veloce e con risultati certi.
La scatola calcolatrice di Pascal non mi era nota a quel tempo ...
Quando io osservai, comunque il solo nome di macchina calcolatrice nella prefazione dei suoi "pensieri postumi" ... immediatamente chiesi notizie di ciò, in una lettera, al mio amico parigino. Quando appresi da lui che una tale macchina esisteva, chiesi al più illustre Carcavi, tramite lettera, di darmi una spiegazione del lavoro che era in grado di compiere."

Tra il 1623 e il 1820 ci furono circa 25 fabbricanti di macchine calcolatrici. La maggior parte di queste furono il lavoro di un solo uomo, alcune funzionavano correttamente, ancor meno raggiunsero la linea di produzione.
Sul modello della macchina di Leibniz, il francese Thomas de Colmar costruì nel 1820 l'aritmometro, un apparecchio finalmente pratico, portatile, di facile uso e, soprattutto, correttamente funzionante. Essa fu la prima calcolatrice commercializzata con vero successo: ne furono venduti più di 1500 esemplari in trent'anni. La macchina ottenne una medaglia d'oro all'esposizione di Parigi del 1855. (Le informazioni sono state prese dal sito Macchine calcolatrici [85] e Storia del computer [86].)

Nessuno dei calcolatori finora descritti erano automatici: il loro funzionamento richiedeva il continuo, attento intervento dell'operatore. Il progetto del primo calcolatore automatico fu concepito nel 1821 da Charles Babbage, spesso chiamato "il padre del computer".
La macchina inventata da de Colmar aveva conosciuto un successo ininterrotto per parecchie decine di anni, finché il progresso nelle tecniche di fabbricazione dei pezzi meccanici permise di ottenere un rendimento migliore. Allora, alla fine del XIX secolo, vi fu una vera esplosione di innovazioni in materia di macchine da ufficio. Tutti si orienteranno verso una maggiore facilità d'uso, grazie all'impulso dato all'automatizzazione: si trattava di ridurre tutte le operazioni intermedie, che potevano ancora sussistere tra l'azione di introdurre le cifre e il conseguimento del risultato dell'operazione.
Nel 1872, Frank Stephen Baldwin elaborò, negli Stati Uniti, una specie di meccanismo interno; nel 1889, il francese Léon Bollée elaborò una macchina che disponeva di una tabella di moltiplicazione interna. Altri nomi di inventori sono ugualmente celebri: gli americani Door E. Felt e Williams S. Burroughs contribuirono a costruire un vasto mercato per le calcolatrici. Felt adattò alle calcolatrici il principio della tastiera, che cominciava a essere utilizzato nelle macchine per scrivere. La sua, chiamata il "contometro", presentava infatti dei tasti che corrispondevano a cifre, là dove, tradizionalmente, c'erano sempre state delle ruote da far girare o dei cursori da far scivolare in scanalature.
Nel 1890 fu usata la prima scheda perforata per leggere le informazioni.

Tre grandi tipi di calcolatori sono stati costruiti negli anni '40, essenzialmente in università o in centri di ricerca: quelli numerici elettromeccanici (il Model 1 di George Stibitz, l'Harvard Mark 1 di Howard H. Aiken e la serie dei primi Z di Konrad Zuse); quelli numerici elettronici (l'ABC di John V. Atanasoff e l'ENIAC di Eckert e Mauchly); quelli analogici (come l'analizzatore differenziale di Vannevar Bush). Di fatto, tutte queste macchine numeriche erano assolutamente simili, nei loro princìpi di funzionamento, alle calcolatrici meccaniche tradizionali. Solo la tecnologia di cui si servivano, unitamente alla loro resa nel calcolo, le distingueva veramente l'una dall'altra. Si era, infatti, passati dalla tecnologia meccanica all'uso dell'elettricità e dei relè telefonici. L'ultima grande trasformazione che interesserà la costruzione di queste macchine sarà l'uso dell'elettronica, con l'impiego di tubi a vuoto. Questi tre tipi di calcolatori furono costruiti non uno dopo l'altro, come per effetto di un progresso costante, ma simultaneamente. Bisognerà aspettare fino ai primi anni del decennio seguente perché i calcolatori elettronici, dopo aver subito la mutazione che li trasformerà in computer, possano affermare la loro superiorità. Di regola, queste macchine sono state costruite negli Stati Uniti, ad eccezione della serie di calcolatori prodotti dal tedesco Zuse in piena guerra.
Benché siano stati rapidamente superati in seguito, i grandi calcolatori elettromeccanici hanno comunque rappresentato un notevole progresso. Le loro prestazioni nel calcolo e, in particolare, la velocità nell'esecuzione delle operazioni ne fecero delle macchine moderne per la loro epoca, che superavano ampiamente i calcolatori da ufficio.

L'evoluzione dei computer, dai progetti dell'EDVAC nel 1945 agli importanti cambiamenti dei primi anni '60, con la comparsa della serie 360 dell'IBM, si realizzerà in tre grandi periodi. Dal 1945 al 1951, nelle varie università inglesi e americane, i primi computer vedranno la luce contemporaneamente alla costruzione degli ultimi grandi calcolatori. Nel 1951, inizia la fase della commercializzazione su vasta scala dei computer, che smetteranno progressivamente di essere delle macchine a uso universitario per diventare prodotti commerciali di nuovo genere.Nel 1959, l'uso del transistor segnerà l'inizio del terzo periodo.
La seconda guerra mondiale e la conseguente guerra fredda hanno indubbiamente rappresentato il fattore decisivo che ha reso possibile l'invenzione del computer moderno e l'inizio dell'era dell'informatica. Come era avvenuto in campo nucleare, la guerra e le necessità impellenti della difesa nazionale permisero la fusione tra i sogni più arditi dei migliori scienziati e le ampie possibilità di finanziamento e di sperimentazione offerte dall'esercito di un paese altamente industrializzato: gli Stati Uniti. Da questa confluenza è nato il computer.
Nel campo degli impieghi civili, le capacità delle macchine, all'inizio degli anni '50, superavano di gran lunga le necessità commerciali dell'epoca.
Negli ambienti militari e scientifici, si cominciava a capire che il computer era qualcosa di più di un calcolatore ultra rapido e che era possibile invece elaborare l'informazione in un ciclo completo di percezione-decisione-azione già descritto dalla cibernetica. In campo militare saranno utilizzati in modo completamente nuovo, in campo civile, al contrario, l'informatica si diffonderà grazie al fatto che i computer svolgeranno gli stessi compiti eseguiti dalle macchine meccanografiche tradizionali.

A partire dal momento della sua invenzione, il computer ha conosciuto incessanti perfezionamenti, almeno per ciò che riguarda i suoi componenti elettronici, ma, per la verità, i progressi in materia di informatica non si verificheranno con lo stesso ritmo nel campo dei princìpi di base e in quello dei linguaggi. I princìpi di base, che determinano l'architettura di un computer, saranno messi a punto nel 1945, ma non avranno, in pratica, alcuna evoluzione.
Per "architettura" si intende il modo in cui i diversi elementi di un computer sono organizzati tra di loro. I costruttori cercarono di migliorarli e di proporre degli schemi organizzativi interni più razionali, ma l'impronta lasciata da von Neumann rimarrà determinante. Fin dalle origini, i quattro elementi fondamentali di un computer sono stati la memoria, che contiene le informazioni e i programmi, l'unità logica, che elabora l'informazione, l'unità di controllo, che organizza il funzionamento interno della macchina e i dispositivi di input e output come la tastiera, il monitor e la stampante.
Come questi elementi siano disposti all'interno di un apparecchio non importa, il risultato non cambia: l'architettura di base, detta "architettura del tipo von Neumann", è sempre la stessa.
I linguaggi di programmazione conosceranno invece una certa trasformazione, il cui ritmo rimarrà, tuttavia, piuttosto lento. Di fatto, solo l'hardware vero e proprio si perfezionerà incessantemente e costituirà la maggior forma di espressione delle innovazioni di tutta l'informatica.
La morte di Turing, poi quella di von Neumann segneranno la fine del periodo dei fondatori, dei grandi "architetti". Dopo di loro si avrà, da un lato, l'epoca degli ingegneri elettronici e, dall'altro, quella degli ingegneri di programmazione e analisi. I perfezionamenti verranno realizzati in ogni settore, ma non ci saranno più cambiamenti radicali a livello degli orientamenti tecnici.
Oltre all'eccezionale attività svolta da von Neumann, vi furono altri due motivi che spinsero l'informatica ad andare oltre: da una parte, il desiderio di elaborare sempre più dati in sempre minor tempo; dall'altra, il progetto di ridurre la distanza tra computer e utente, di rendere l'uso della macchina più semplice per i non specialisti. La prima ragione sarà alla base dei perfezionamenti dell'hardware, in particolare per quanto riguarda la miniaturizzazione dell'apparecchio e l'ampliamento della memoria; la seconda porterà all'elaborazione di linguaggi di programmazione più simili a quello naturale.
La "seconda informatica" nascerà dalla convergenza di questi due aspetti: il suo simbolo sarà la serie dei modelli 360 dell'IBM.

E' possibile accedere ad una interessante e dettagliata cronologia [87] della storia del computer che va dal 500 a.C. al 1996.