L’uomo nella sua storia, ha sempre cercato dei modi per effettuare calcoli in maniera più veloce e più efficiente. Per questo motivo ha progettato degli strumenti a tal scopo. I primi strumenti chiaramente erano meccanici ma l’enorme evoluzione tecnologica ha permesso di realizzare calcolatori sempre più potenti e veloci. Nei nostri tempi difficilmente associamo un calcolatore ad uno strumento per fare calcoli, perchè con l’aumento della potenza di calcolo e la digitalizzazione delle informazioni, ormai i dispositivi possono fornire agli utenti tantissime funzionalità (dall’archiviazione, al gioco, all’intelligenza artificiale per l’automatizzazione degli eventi). In questa sezione analizzeremo l’evoluzione della calcolatori, delineando le fasi fondamentali della loro storia.

Primi strumenti di calcolo

Prima dell’avvento dei calcolatori elettronici, l’umanità ha cercato incessantemente modi per automatizzare il processo di calcolo. In un mondo che stava scoprendo la potenza dei numeri, le prime forme di calcolo risalgono ai tempi antichi.

Le prime forme di calcolo risalgono all’uso di oggetti di tutti i giorni. Gli uomini preistorici ,circa 30.000 anni fa, utilizzavano aste di osso incise con segni numerici per tenere traccia di quantità. Questo primitivo sistema forniva un mezzo rudimentale di rappresentare quantità numeriche.

L’antica Grecia contribuì alla comprensione matematica attraverso strumenti astronomici come il quadrante astrolabico. In India, il matematico Brahmagupta sviluppò regole avanzate per il calcolo, mentre in Cina il bastone di calcolo divenne uno strumento diffuso per semplificare le operazioni aritmetiche.

Questi primi passi nell’elaborazione dati, sebbene rudimentali, rappresentarono un fondamento cruciale. L’umanità, incuriosita e sfidata dalla complessità dei numeri, coltivò un desiderio innato di sviluppare strumenti sempre più sofisticati per gestire il mondo dei calcoli. L’avvento di macchine più complesse e automatizzate avrebbe segnato una svolta epocale, aprendo la strada all’era dei calcolatori moderni.

Abaco

Possiamo affermare che il punto di partenza fondamentale nell’evoluzione della storia del calcolo è rappresentato dall’abaco, un antico strumento di calcolo che ha svolto un ruolo cruciale nella trasformazione delle attività di conteggio e risoluzione di problemi matematici. Sebbene possa sembrare distante dai moderni computer, l’abaco condivide il fondamentale principio di esecuzione di operazioni matematiche attraverso un sistema di rappresentazione numerica.

L’abaco ha origini antiche, risalendo a diverse culture, tra cui quella cinese, babilonese, romana e greca. Le prime versioni erano costituite da semplici pietre o oggetti su cui venivano effettuati segni o incisioni per rappresentare i numeri. Nel corso del tempo, l’abaco ha subito miglioramenti e adattamenti, evolvendosi in strumenti più complessi con perline o pioli posizionati su stecche.

Lo strumento veniva utilizzato per eseguire operazioni di calcolo, come l’addizione, la sottrazione, la moltiplicazione e la divisione. Esso opera su un sistema posizionale, il che significa che il valore di una cifra dipende dalla sua posizione. Ci sono diverse varianti di abaci, ma il concetto di base è simile.

L’abaco ha una serie di stecche orizzontali, ognuna delle quali rappresenta una posizione decimale. Queste stecche sono solitamente fatte di legno o metallo. Su ciascuna stecca ci sono perline (o pioli) che possono essere spostate avanti e indietro. Queste perline rappresentano le cifre dei numeri. Le perline sono disposte in gruppi, solitamente dieci perle in ogni gruppo. Questo rappresenta il sistema numerico decimale. Ogni posizione sull’abaco rappresenta una potenza di dieci, iniziando da destra (unità), andando verso sinistra (decine, centinaia, migliaia, ecc.).

Per eseguire un’addizione o una sottrazione, le perline vengono spostate in avanti o indietro sulla stecca corrispondente. L’abaco può anche essere utilizzato per eseguire moltiplicazioni e divisioni, muovendo le perline in modo appropriato attraverso le diverse stecche per eseguire i passaggi necessari.

Calcolatrici meccaniche

Il XVII secolo vide l’emergere di calcolatrici meccaniche, vere e proprie macchine progettate per eseguire operazioni aritmetiche più complesse rispetto all’abaco.

Pascalina

Il matematico e filosofo francese Blaise Pascal fu tra i precursori delle calcolatrici meccaniche. Nel 1642, a soli 19 anni, Pascal costruì la “Pascalina“, una macchina a ingranaggi che poteva eseguire automaticamente l’addizione e la sottrazione. Questo dispositivo meccanico fornì un’alternativa più rapida e accurata rispetto ai metodi manuali.

La Pascalina utilizzava una serie di ingranaggi e ruote dentate per eseguire automaticamente l’addizione e la sottrazione. La sua struttura ingegnosa consentiva di manipolare i numeri inseriti attraverso le rotazioni delle ruote. In un’epoca in cui il calcolo manuale era la norma, la Pascalina offriva una soluzione rivoluzionaria, risparmiando tempo e riducendo gli errori umani.

La calcolatrice di Pascal trovò applicazioni in diversi campi, dalla contabilità alla navigazione. Le sue capacità di eseguire rapidamente operazioni matematiche la resero uno strumento prezioso per i commercianti, gli scienziati e gli studiosi dell’epoca. L’efficienza della Pascalina la pose all’avanguardia nella rivoluzione dell’automazione dei calcoli.

Regolo calcolatore

Il regolo calcolatore, un’innovativa invenzione che ha spazzato via le sfide del calcolo complesso nel passato, merita una riflessione approfondita. Questo dispositivo, noto per la sua ingegnosa semplicità, ha giocato un ruolo cruciale nell’evoluzione della tecnologia di calcolo.

Il regolo calcolatore, inventato dal matematico inglese William Oughtred nel 1622, è un dispositivo meccanico utilizzato per eseguire operazioni di moltiplicazione, divisione, quadrati e radici quadrate. La sua struttura elegante si basa su un principio fondamentale: l’uso di scale scorrevoli contrassegnate con numeri. Queste scale, posizionate parallele tra loro, consentono di eseguire calcoli complessi in modo efficiente.

Il regolo calcolatore sfrutta la logica delle scale logaritmiche. Immaginate due scale lunghe e strette, una scorrevole sopra l’altra. Ogni scala è contrassegnata con numeri graduati. Per eseguire una moltiplicazione, si allineano i due fattori sui due cursori e si legge il prodotto direttamente sulla scala. La divisione, al contrario, si esegue scorrendo le scale in modo che il dividendo e il divisore siano allineati, e il risultato si trova sulla scala mobile.

Macchina di Babbage (1833)

Charles Babbage, un matematico e ingegnere britannico, concepì l’idea della macchina analitica tra il 1833 e il 1837. Il suo obiettivo era creare una macchina che potesse eseguire calcoli matematici complessi, utilizzando schede perforate per inserire istruzioni e dati. Babbage ottenne il sostegno finanziario del governo britannico per il progetto, ma a causa di vari problemi, tra cui difficoltà tecniche e finanziarie, la macchina non fu mai costruita completamente durante la sua vita.

Nato nel 1791, Charles Babbage visse in un’epoca di fervente innovazione industriale e avanzamenti scientifici. La necessità di calcoli complessi per scopi scientifici e commerciali lo portò a riflettere su come migliorare e automatizzare il processo di calcolo.

La Macchina Analitica di Babbage fu progettata per essere una macchina universale di calcolo. Contrariamente alle macchine specializzate del suo tempo, la sua invenzione avrebbe potuto eseguire una vasta gamma di operazioni matematiche, rendendola estremamente flessibile.

Questa macchina costituisce il primo tentativo per l’uomo di costruzione una macchina automatica per il calcolo con ingranaggi e componenti fisici. Essa è stata progettata con i componenti che sono concettualmente presenti anche nei calcolatori moderni:

• Unità di Controllo: Una componente centrale che coordinava tutte le operazioni della macchina.
• Memoria: Una memoria interna, suddivisa in “schede perforate” che rappresentavano le istruzioni e i dati.
• Unità di Calcolo: Una sezione responsabile dell’esecuzione effettiva delle operazioni matematiche.
• Uscita: La capacità di produrre risultati stampati su carta o altro supporto.

Un elemento innovativo della Macchina Analitica era l’uso di schede perforate per inserire istruzioni e dati. Queste schede, un antenato dei moderni programmi informatici, permettevano di programmare la macchina per svolgere operazioni specifiche.

Ada Lovelace

Nel contesto della storia della Macchina Analitica di Charles Babbage, una figura brillante emerge: Ada Lovelace. Ada, contessa di Lovelace e figlia del poeta Lord Byron, svolse un ruolo cruciale nel progetto di Babbage, contribuendo in modo unico e visionario alla comprensione e all’applicazione delle potenzialità della macchina.

La connessione tra Ada Lovelace e Charles Babbage si rivelò fondamentale per lo sviluppo della Macchina Analitica. I due si incontrarono nel 1833, e questa collaborazione segnò l’inizio di un rapporto che avrebbe portato a risultati straordinari. Mentre Babbage lavorava al progetto della Macchina Analitica, Ada iniziò a tradurre un articolo scritto da un matematico italiano su questa macchina. Tuttavia, il suo contributo andò ben oltre la traduzione; Ada aggiunse annotazioni estese e dettagliate che ampliarono notevolmente la comprensione della Macchina Analitica.

Il contributo più significativo di Ada Lovelace fu la sua intuizione sul concetto di “programmazione.” Ada comprese che la Macchina Analitica di Babbage poteva essere programmata per eseguire non solo calcoli numerici, ma anche manipolazioni simboliche e creare sequenze di operazioni complesse.

Nelle sue annotazioni, Lovelace descrisse un metodo per calcolare una sequenza di numeri di Bernoulli utilizzando la Macchina Analitica. Questa procedura può essere considerata come il primo “algoritmo” progettato per essere eseguito su una macchina, rendendo Ada Lovelace la prima programmatrice al mondo.

Nonostante il progetto ambizioso, la Macchina Analitica non fu mai completamente costruita durante la vita di Babbage. Le limitazioni tecniche e finanziarie dell’epoca ostacolarono il suo sogno di realizzare questa visionaria invenzione.

ENIAC

ENIAC fu costruito presso l’Università della Pennsylvania durante la Seconda Guerra Mondiale per scopi bellici. Il progetto iniziò nel 1943 sotto la supervisione dei fisici John W. Mauchly e J. Presper Eckert, con l’obiettivo di creare una macchina in grado di calcolare tabelle di traiettorie balistiche utili per l’artiglieria.

ENIAC rappresenta una pietra miliare in quanto fu il primo computer a utilizzare componenti elettronici per l’elaborazione delle informazioni. I suoi circuiti elettronici sostituirono i precedenti metodi meccanici o elettromeccanici. Per l’epoca nella quale fu concepito, ENIAC era un mostro in termini di dimensioni e complessità. Occupava un’intera stanza e consisteva in oltre 17.000 tubi a vuoto e 7.200 diodi a cristallo di germanio. Sebbene ENIAC fosse originariamente progettato per scopi specifici legati alla balistica, la sua architettura permetteva la riconfigurazione per eseguire diversi tipi di calcoli. Era programmabile, ma cambiare il suo scopo richiedeva un’ardua e laboriosa riconfigurazione manuale.

ENIAC fu significativamente più veloce dei metodi di calcolo precedenti. Poteva eseguire circa 5.000

operazioni al secondo, un’enorme accelerazione rispetto ai calcolatori meccanici dell’epoca. Veniva programmato mediante collegamenti fisici e interruttori, e i risultati venivano visualizzati su pannelli luminosi o inviati a stampanti.

L’eredità di ENIAC è stata fondamentale per lo sviluppo successivo dei computer elettronici. La sua architettura elettronica, sebbene diversa dai moderni processori, ha gettato le basi per l’evoluzione dei calcolatori verso dispositivi più potenti, compatti e versatili. ENIAC è un monumento nella storia della tecnologia dell’informazione, simboleggiando l’inizio di un’era in cui i computer elettronici hanno iniziato a definire il futuro della computazione.

Le “donne di ENIAC” erano un gruppo di sei donne che svolsero un ruolo fondamentale nella programmazione e nell’operazione del ENIAC, il primo computer elettronico a grande scala, costruito presso l’Università della Pennsylvania durante la Seconda Guerra Mondiale. Queste donne erano:

1. Kathleen McNulty Mauchly Antonelli: È stata una delle principali programmatrici di ENIAC. Successivamente, sposò il costruttore di ENIAC, John W. Mauchly.
2. Jean Jennings Bartik: Ha lavorato come programmatrice su ENIAC, contribuendo in modo significativo al software e alla sua operatività.
3. Betty Snyder Holberton: Fu coinvolta nella programmazione di ENIAC e successivamente giocò un ruolo chiave nello sviluppo del primo compilatore, un software che traduceva le istruzioni in linguaggio macchina.
4. Marlyn Wescoff Meltzer: Ha lavorato come programmatrice, occupandosi di vari aspetti dell’operazione di ENIAC.
5. Ruth Lichterman Teitelbaum: Ha lavorato come programmatrice e si è occupata di problemi tecnici e operativi relativi a ENIAC.
6. Frances “Fran” Bilas Spence: Ha lavorato su ENIAC ed è stata coinvolta in diverse attività legate alla programmazione e all’operazione del computer.

Transistor

L’introduzione e l’adozione dei transistor ha rappresentato una delle evoluzioni più significative nella storia dei calcolatori, contribuendo a trasformare radicalmente il panorama della tecnologia dell’informazione.

I primi calcolatori, come l’ENIAC, utilizzavano tubi a vuoto per eseguire operazioni di commutazione e amplificazione dei segnali. Tuttavia, i tubi a vuoto erano ingombranti, soggetti a guasti e richiedevano molta energia. L’avvento dei transistor, negli anni ’50, ha permesso una significativa riduzione delle dimensioni e del consumo energetico.

I transistor sono dispositivi più piccoli, più leggeri e più efficienti rispetto ai tubi a vuoto. Questa miniaturizzazione ha aperto la strada alla creazione di calcolatori più compatti e potenti, consentendo il passaggio dalla macroelettronica alla microelettronica.

La vera svolta è arrivata con lo sviluppo dei circuiti integrati negli anni ’60. Grazie ai transistor, è stato possibile integrare più componenti elettronici su un singolo chip di silicio. Ciò ha permesso la creazione di calcolatori più potenti, riducendo ulteriormente le dimensioni e aumentando la velocità di elaborazione.

Olivetti Programma 101

Nel 1965 in Italia fu lanciata la calcolatrice Olivetti Programma 101, lanciata nel 1965; essa rappresenta un punto di svolta nella storia delle calcolatrici elettroniche. Progettata da Pier Giorgio Perotto, questa macchina innovativa è stata la prima calcolatrice commercialmente disponibile ad essere completamente programmabile dall’utente. La Programma 101 utilizzava schede magnetiche per immagazzinare programmi e dati, consentendo agli utenti di personalizzare le operazioni di calcolo in base alle proprie esigenze. Era dotata di una tastiera alfanumerica e poteva eseguire una varietà di funzioni matematiche complesse. La sua interfaccia utente intuitiva e la versatilità nella programmazione la resero popolare in ambito scientifico e aziendale.

La Programma 101 segnò un passo importante nella democratizzazione dell’accesso alle capacità di calcolo e rappresentò un modello per le future generazioni di calcolatrici programmabili e computer personali. La sua eredità continua a vivere come pietra angolare nella storia dell’informatica personale.

Microprocessore

I primi microprocessori, fondamentali per l’evoluzione dei computer personali, fecero la loro comparsa alla fine degli anni ’60 e all’inizio degli anni ’70. L’Intel 4004, lanciato nel 1971, fu uno dei precursori di questa rivoluzione. Progettato da Federico Faggin e Marcian Hoff presso Intel, il 4004 integrava centralmente su un unico chip funzioni di processore, memoria e input/output. Con soli 2.300 transistor, l’Intel 4004 rappresentava una straordinaria riduzione delle dimensioni rispetto ai precedenti computer basati su transistor discreti.

L’avanzamento successivo fu l’Intel 8008 nel 1972, e poi l’Intel 8080 nel 1974, che divenne uno standard industriale e portò alla creazione di una vasta gamma di computer elettronici. Tuttavia, fu l’Intel 8088, introdotto nel 1979, a diventare fondamentale per l’IBM PC, contribuendo a stabilire gli standard dell’architettura x86, che ancora oggi è alla base di molte architetture di computer.

Parallelamente, la Zilog Z80 e la Motorola 6800 furono altri microprocessori significativi. Questi dispositivi portarono alla creazione di computer più accessibili e contribuirono a definire l’era dei computer personali. Il successo di microprocessori come l’Intel 8088 aprì la strada a un’espansione senza precedenti della computazione personale negli anni ’80, rendendo i computer più accessibili e contribuendo all’esplosione dell’informatica domestica.

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