Calcolatore
Calcolatore è parola che viene utilizzata in maniera bivalente, come termine originario italiano per elaboratore o computer, o ad indicare una persona o una macchina specializzata impiegata in calcoli matematici.
Il calcolatore inteso come persona
Storia
La nascita della figura professionale del calcolatore
Il calcolatore, inteso come persona, si diffonde parimenti alla diffusione della matematica. Quindi già nella preistoria. Risalgono infatti a tale epoca i primi ritrovamenti archeologici che dimostrano come l'uomo svolgesse calcoli matematici. Fino alla diffusione massiva del computer, il calcolatore è stato anche una figura professionale di fondamentale importanza sia in ambito scientifico che in ambito tecnico.
L'avvento del computer elettronico
Per ragioni principalmente economiche, la diffusione massiva del computer è stata possibile solo con l'avvento del computer elettronico. Una significativa diffusione del computer elettronico è stata possibile solo con l'avvento del transistor che ha permesso di realizzare, negli anni '60 del secolo scorso, minicomputer sufficientemente potenti e relativamente economici. Questi minicomputer erano economicamente alla portata di una qualsiasi università e il loro avvento ha quindi segnato la fine, in ambito universitario, della figura professionale del calcolatore.
L'avvento della microelettronica
La diffusione massiva del computer elettronico è stata possibile solo con l'avvento della microelettronica che ha permesso di realizzare, negli anni '70 del secolo scorso, personal computer sufficientemente potenti e estremamente economici. Ad esempio questi personal computer erano economicamente alla portata di un qualsiasi studio tecnico e il loro avvento ha quindi segnato la fine della figura professionale del calcolatore in ambito tecnico.
Il MITS Altair 8800, prodotto dalla statunitense Micro Instrumentation & Telemetry Systems Inc. e presentato al pubblico nel 1975 con il numero di gennaio della rivista statunitense Popular Electronics,[1] è il computer con cui ha inizio la diffusione massiva del computer e quindi la fine della figura professionale del calcolatore. Il MITS Altair 8800 non è il primo personal computer microelettronico della storia. Lo precedono altri personal computer microelettronici come ad esempio il francese Micral N o lo statunitense SCELBI-8H. Il MITS Altair 8800 è però il primo personal computer microelettronico della storia a conseguire alti volumi di vendita.
Il successo commerciale del MITS Altair 8800 non passa inosservato. Molte persone intravedono, in questa tipologia di computer, la possibilità di lauti guadagni economici. E non sbagliano. Nella seconda metà degli anno '70 del XX secolo inizia l'espansione esponenziale del mercato dei personal computer. Sono gli anni in cui inizia anche l'alfabetizzazione informatica di massa. Gli anni in cui nascono odierni colossi dell'informatica come Apple Inc. e Microsoft Corporation. In particolare la nascita di Microsoft Corporation è strettamente legata al MITS Altair 8800. Microsoft Corporation nasce infatti per offrire, agli utenti del MITS Altair 8800, un interprete BASIC: l'Altair BASIC.
Il calcolatore inteso come macchina
Il calcolatore, inteso come macchina, è una macchina da calcolo in grado di eseguire calcoli matematici. Non necessariamente infatti una macchina da calcolo è in grado di eseguire calcoli matematici. Un esempio di macchina da calcolo non in grado di eseguire calcoli matematici è l'abaco. I calcolatori sono costruiti dall'uomo per semplificare (e quindi velocizzare) l'esecuzione di calcoli matematici. Le tipologie di calcolatori costruite nel corso della storia sono molto varie. Si va da calcolatori molto semplici e completamente privi di automatismi, a calcolatori estremamente complessi e completamente automatici. Quelli privi di automatismi sono calcolatori che rivestono un ruolo soltanto ausiliario nel calcolo matematico: chi le utilizza mantiene un ruolo prioritario. Quelli completamenti automatici sono invece calcolatori in grado di sostituire completamente l'uomo nell'esecuzione di calcoli matematici. Considerando la tecnologia su cui sono basati, si distinguono le seguenti due principali tipologie di calcolatori:
- calcolatore meccanico;
- calcolatore elettronico.
Considerando la modalità di rappresentazione dei dati all'interno del calcolatore, si distinguono invece le seguenti due principali tipologie di calcolatori:
- calcolatore analogico;
- calcolatore digitale.
Altre tipologie di calcolatori sono la macchina integratrice, l'analizzatore differenziale e l'analizzatore armonico. Tutti e tre sono stati realizzati prima come calcolatori meccanici, poi come calcolatori elettronici.
Calcolatore meccanico
Un calcolatore meccanico è un calcolatore basato su dispositivi meccanici. In particolare, se nel calcolatore è presente almeno un dispositivo elettromeccanico, si parla più specificatamente di "calcolatore elettromeccanico". A differenza del calcolatore elettronico che è sempre automatizzato, il calcolatore meccanico può essere non automatizzato, solo in parte automatizzato, o completamente automatizzato. Le principali tipologie di calcolatori meccanici sono il compasso di proporzione, il regolo calcolatore, il planimetro meccanico, la calcolatrice meccanica e il computer meccanico. Le prime tre sono tipologie di calcolatori meccanici non automatizzati. Le ultime due sono tipologie di calcolatori meccanici almeno in parte automatizzati.
Calcolatore elettronico
Un calcolatore elettronico è un calcolatore basato su dispositivi elettronici. Le principali tipologie di calcolatori elettronici sono il planimetro elettronico, la calcolatrice elettronica e il computer elettronico. Il calcolatore elettronico è sempre un calcolatore automatizzato in quanto i dispositivi elettronici su cui è basato sono dispositivi automatizzati. Due sono le tipologie di dispositivi elettronici su cui è stato basato il calcolatore elettronico nel corso della storia: la valvola termoionica e il transistor. Inizialmente il calcolatore elettronico è stato basato sulla valvola termoionica. In seguito all'invenzione del transistor, ampiamente disponibile solo cinquant'anni dopo la valvola termoionica, il calcolatore elettronico è stato basato sul transistor. Questo perché il transistor svolgeva la medesima funzione della valvola termoionica ma aveva un ingombro notevolmente inferiore. Ciò ha rappresentato un enorme passo avanti per il calcolatore elettronico. A parità di ingombro infatti, è stato possibile realizzare calcolatori elettronici con capacità di calcolo estremamente più elevate. Mentre, a parità di capacità di calcolo, è stato possibile realizzare calcolatori elettronici aventi ingombri estremamente più contenuti. Un passo avanti altrettanto grande è stato possibille con l'avvento della microelettronica, quando si è iniziato ad inserire i transistor in circuiti integrati miniaturizzati. Grazie ai continui passi avanti della microelettronica, oggi vengono realizzati calcolatori elettronici dotati di milioni di transistor e caratterizzati da un ingombro talmente contenuto da poter stare interamente su una mano. Si pensi ad esempio che il calcolatore elettronico ENIAC, completato nell'autunno del 1945,[2] era dotato di un numero di valvole termoioniche estremamente inferiore (esattamente 17468 valvole termoioniche)[3] ma, a causa dell'ingombro della valvola termoionica, occupava un'intera stanza.
Calcolatore analogico
Un calcolatore analogico è un calcolatore nel quale la minima unità di informazione può assumere un numero infinito di valori. Il fatto che tale minima unità di informazione possa assumere un numero infinito di valori, purtroppo non comporta un calcolatore con precisione di calcolo infinita. Comporta invece l'esatto opposto: un calcolatore analogico fornisce sempre risultati con un margine di errore. Ciò dipende dal fatto che, allo stato attuale della tecnologia, non è possibile misurare con infinita precisione una grandezza fisica. Per rappresentare i dati all'interno del calcolatore viene infatti utilizzata una grandezza fisica (ad esempio, per rappresentare i dati nel calcolatore elettronico, viene utilizzata la tensione elettrica), e il processo di calcolo all'interno del calcolare viene realizzato misurando tale grandezza fisica. L'aggettivo "analogico", presente nell'espressione "calcolatore analogico", è un riferimento al fatto che la minima unità di informazione, rappresentabile all'interno del calcolatore, può assumere un numero infinito di valori in modo analogo a quanto può fare la grandezza fisica utilizzata per rappresentare tale minima unità di informazione. Sono tipologie di calcolatori analogici il compasso di proporzione, il regolo calcolatore e il computer analogico.
Calcolatore digitale
Un calcolatore digitale è un calcolatore nel quale la minima unità di informazione può assumere solo un numero finito di valori. Nel calcolatore digitale la precisione di calcolo dipende da quanto è grande l'insieme dei numeri da esso rappresentabili. Se sia gli operandi che il risultante dell'operazione matematica appartengono a tale insieme, il calcolatore digitale è in grado di fornire risultati esatti (cioè senza margine di errore). Negli altri casi, il calcolatore digitale può non essere in grado di eseguire il calcolo matematico oppure fornire un risultato con un margine di errore. Sebbene esistano alternative, nel calcolatore digitale normalmente i numeri vengono rappresentati come sequenze di cifre utilizzando un sistema di numerazione posizionale.
Storia
Il calcolatore nasce come calcolatore meccanico. Solo molti secoli dopo, nel XX secolo, viene realizzato il primo calcolatore elettronico. Il più antico calcolatore meccanico conosciuto è un calcolatore astronomico: la Macchina di Anticitera. La Macchina di Anticitera è un calcolatore in parte automatizzato che si ritiene essere stato costruito nel II secolo a.C.. In ordine cronologico, il secondo calcolatore meccanico e automatizzato della storia, di cui si ha notizia, è il calcolatore astronomico integrato nell'orologio astronomico di Su Song[4] (astronomo e statista cinese della dinastia Song). L'orologio, completato nel 1094 dopo dieci anni di lavoro, occupava gran parte di una torre alta dodici metri situata nella città di Kaifeng[5] (all'epoca la capitale della Cina) ed era visibile dai passanti come molti orologi delle odierne città. A partire dal XII secolo d.C. vengono costruiti altri calcolatori a distanza di tempo ravvicinata. Mentre tra la Macchina di Anticitera e l'orologio astronomico di Su Song passano dodici secoli. Per tale motivo la Macchina di Anticitera è considerata da alcuni un OOPArt. Il più antico calcolatore meccanico, automatizzato e dedicato al calcolo numerico, di cui si ha notizia, è l'Orologio Calcolatore, un'addizionatrice meccanica costruita nel XVII secolo d.C. da Wilhelm Schickard. A distanza di venti anni viene costruita il secondo più antico calcolatore meccanico, automatizzato e dedicato al calcolo numerico, di cui si ha notizia: la Pascalina, un'altra addizionatrice meccanica costruita però da Blaise Pascal. Nel 1817 l'ingegnere bavarese Johann Martin Hermann costruiesce un planimetro meccanico. È il primo planimetro della storia di cui si ha notizia, ma è anche la prima macchina integratrice della storia di cui si ha notizia. Il matematico inglese Charles Babbage nel 1823 progetta e costruisca la prima difference engine in grado di calcolare somme e differenze mediante l'utilizzo del metodo matematico scoperto da Newton delle differenze successive. Presentata presso la Royal society of London. Lo stesso metodo fu utilizzato anni prima da Johann Helfrich von Müller il quale presentò al sua macchina calcolatrice alla Royal society di Gottinga. Lo stesso Babbage nel 1833 progettò e mai realizzò il primo calcolatore meccanico programmabile il quale presentava la stessa architettura utilizzata nei moderni calcolatori (architettura von Neumann John von Neumann) l'analytical Engine. Nel 1836 Gaspard Gustave de Coriolis costruisce il primo analizzatore differenziale della storia di cui si ha notizia. L'analizzatore differenziale di Gaspard Gustave de Coriolis è basato su dispositivi meccanici ed è estremamente semplice. È infatti in grado di risolvere solo equazioni differenziali del primo ordine. Inoltre fornisce la soluzione dell'equazione differenziale visivamente ma non graficamente. È quindi un analizzatore differenziale principalmente dimostrativo (di scarsa utilità pratica). Nel 1876 William Thomson costruisce l'Harmonic Synthetizer, il primo analizzatore armonico della storia di cui si ha notizia. L'Harmonic Synthetizer è un analizzatore armonico basato su dispositivi meccanici e dedicato alla previsione delle maree.[6] In ordine cronologico, i primi calcolatori meccanici caratterizzati da notevole complessità sono l'analizzatore differenziale di Vannevar Bush, completato nel 1931,[7] e lo Z1 di Konrad Zuse, completato nel 1938.[8] Stabilire un primato tra questi due calcolatori non è semplice in quanto sono macchine molto diverse fra loro. L'analizzatore differenziale è un calcolatore analogico dedicato al calcolo differenziale. Lo Z1 è un calcolatore digitale dedicato al calcolo numerico. A distanza di molti decenni dalla loro realizzazione, ancora oggi suscitano ammirazione per le soluzioni tecniche adottate e la complessità dei calcoli matematici che sono in grado di eseguire. Per la loro opera, Vannevar Bush e Konrad Zuse sono considerati padri dell'informatica. Negli stessi anni George Robert Stibitz, matematico e ricercatore ai Bell Laboratories, si chiede se il relè, utilizzato ai Bell Laboratories per realizzare apparati telefonici, possa essere utilizzato per realizzare anche circuiti elettrici logico-digitali basati sulla logica booleana. Il suo fine ultimo è di realizzare, con tali circuiti elettrici, un calcolatore digitale binario che eviti ai ricercatori dei Bell Laboratories la pesante incombenza rappresentata dai complicati calcoli matematici, con numeri complessi, a cui si devono dedicare durante la progettazione delle reti telefoniche.[9] La domanda trova risposta nel novembre del 1937 quando Stibitz, nella cucina della propria abitazione, completa il Model K, un'addizionatrice elettromeccanica digitale binaria a un solo bit.[10] Il Model K detiene vari primati: è il primo calcolatore elettromeccanico della storia basato sul relè ed è il primo calcolatore digitale binario della storia. Il secondo primato è di notevole importanza in quando i calcolatori comunemente utilizzati oggi sono calcolatori digitali binari. Per quanto riguarda le capacità di calcolo, tra tutte le addizionatrici che si possono realizzare, Stibitz realizza la più semplice: un'addizionatrice in grado di sommare solo due numeri binari a una cifra. Ma è sufficiente a far comprendere a Stibitz che il suo progetto è realizzabile. Nel dicembre del 1939 infatti, ai Bell Laboratories, Stibitz e Samuel B. Williams completano il Complex Number Calculator[11] (in seguito rinominato "Bell Labs Relay Calculator Model I"): il primo computer elettromeccanico della storia basato sul relè. Dopo il Model K non vengono prodotte, con il fine di commercializzarle, calcolatrici da tavolo basate sul relè. Il relè è troppo ingombrante, una calcolatrice da tavolo ne può contenere un numero molto limitato: quindi una calcolatrice da tavolo basata sul relè ha capacità di calcolo inferiori rispetto alle altre calcolatrici meccaniche da tavolo. Nei seguenti due decenni vengono invece costruiti molti altri computer elettromeccanici basati sul relè, nonostante che, negli stessi anni, inizino ad essere realizzati computer estremamente più veloci: i computer elettronici basati sulla valvola termoionica. Per quanto riguarda i computer elettromeccanici basati sul relè, i Bell Laboratories costruiscono il Bell Labs Relay Calculator Model II, il Bell Labs Relay Calculator Model III, il Bell Labs Relay Calculator Model IV, il Bell Labs Relay Calculator Model V e il Bell Labs Relay Calculator Model VI. Dopo lo Z1, nel quale non sono presenti relè, anche Konrad Zuse utilizza il relè per costruire lo Z2, lo Z3, lo Z4, lo Z5 e lo Z11. Il motivo per cui si continua a costruire computer elettromeccanici basati sul relè risiede nel fatto che la valvola termoionica, rispetto al relè, è molto più costosa e soggetta a rotture. Nel 1938 il ventiseienne tedesco Helmut Schreyer, amico di Konrad Zuse, nella sua tesi di laurea teorizza l'utilizzo della valvola termoionica per realizzare calcolatori elettronici digitali.[12] Il primo calcolatore elettronico digitale, di cui si ha notizia, è stato però progettato e costruito allo Iowa State College (Ames, Iowa) dagli statunitensi John Vincent Atanasoff e Clifford Edward Berry. Il calcolatore, completato nel novembre del 1939, era un'addizionatrice elettronica digitale binaria a 16 bit. Atanasoff e Berry detengono anche un altro primato. Hanno infatti progettato e costruito un altro calcolatore elettronico digitale a cui, in seguito, è stato dato il loro nome: l'Atanasoff-Berry Computer. Tale calcolatore, completato nel 1942, è il più antico computer elettronico digitale di cui si ha notizia.
Note
- ^ Paul Allen, Idea man. Io, Bill Gates e altre storie. Autobiografia del cofondatore di Microsoft, Rizzoli Etas, 2011.
- ^ Marcello Morelli, Dalle calcolatrici ai computer degli anni Cinquanta, FrancoAngeli, 2001. Pagina 204.
- ^ Massimo Bozzo, La grande storia del computer. Dall'abaco all'intelligenza artificiale, Edizioni Dedalo, 1996. Pagina 75.
- ^ Marcello Morelli, Dalle calcolatrici ai computer degli anni Cinquanta, FrancoAngeli, 2001. Pagina 18.
- ^ Christopher Walker, L'astronomia prima del telescopio, Edizioni Dedalo, 1997. Pagine 371 e 372.
- ^ Marcello Morelli, Dalle calcolatrici ai computer degli anni Cinquanta, FrancoAngeli, 2001. Pagina 145.
- ^ Marcello Morelli, Dalle calcolatrici ai computer degli anni Cinquanta, FrancoAngeli, 2001. Pagina 147.
- ^ Marcello Morelli, Dalle calcolatrici ai computer degli anni Cinquanta, FrancoAngeli, 2001. Pagina 173.
- ^ George Robert Stibitz, The relay computers at Bell Labs, in Datamation dell'aprile 1967, Thompson Publications. Pagina 35.
- ^ Marcello Morelli, Dalle calcolatrici ai computer degli anni Cinquanta, FrancoAngeli, 2001. Pagina 164.
- ^ Massimo Bozzo, La grande storia del computer. Dall'abaco all'intelligenza artificiale, Edizioni Dedalo, 1996. Pagina 64.
- ^ Massimo Bozzo, La grande storia del computer. Dall'abaco all'intelligenza artificiale, Edizioni Dedalo, 1996. Pagina 66.
Bibliografia
- Massimo Bozzo, La grande storia del computer. Dall'abaco all'intelligenza artificiale, Edizioni Dedalo, 1996.
- Marcello Morelli, Dalle calcolatrici ai computer degli anni Cinquanta, FrancoAngeli, 2001.
- David A. Mindell, Between human and machine. Feedback, control, and computing before cybernetics, Johns Hopkins University Press, 2002.
- David A. Grier, When computers were human, Princeton University Press, 2005.
- Paul E. Ceruzzi, Storia dell'informatica. Dai primi computer digitali all'era di Internet, Apogeo, 2006.
- Daniele Casalegno, Uomini e computer. Storia delle macchine che hanno cambiato il mondo, Hoepli, 2010.
- Dott. Stefano Zottino, ANALYTICAL ENGINE L'IDEA INNOVATIVA DI CHARLES BABBAGE Tesi di Laurea, Rilegatoria Pittacco Venezia, Università Ca' Foscari di Venezia
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