L’evoluzione dei sistemi di calcolo

Forse il simbolo che più rappresenta l’era digitale è lo Smartphone: ormai è lui il protagonista assoluto del nostro modo di comunicare, di intrattenerci, di ascoltare musica, di connetterci alla rete, di scambiare messaggi, cercare informazioni, di guidarci per strada … e molto, molto altro ancora.

Ma lo sviluppo dello Smartphone è dovuto certamente alla mente di qualche visionario, ma è soprattutto legato agli sviluppi dell’informatica e delle altre scienze, come la matematica, la fisica e le telecomunicazioni. C’è quindi una connessione stretta fra il rapido sviluppo dei sistemi di calcolo e la nascita di dispositivi legati alla comunicazione.

Cominciamo qui a vedere quando sono nati e come si sono evoluti nel tempo i sistemi di calcolo.

Introduzione

I primi ritrovamenti archeologici che dimostrano come l’uomo utilizzasse strumenti per facilitare i calcoli legati alla propria attività risalgono alla preistoria. Il più antico oggetto di cui si ha notizia è l’Osso di Lebombo, un osso di babbuino con incise 29 tacche, datato intorno al 35.000 a.C.

01 - Lebombo
L’osso fu rinvenuto nel 1970 in Sudafrica. La presenza di 29 incisioni ne indica un possibile uso come contatore di fasi lunari.

Ma l’esigenza di effettuare calcoli divenne più stringente quando l’uomo nomade divenne stanziale, si formarono i primi villaggi e l’attività di raccoglitore e cacciatore si mutò in quella di agricoltore e allevatore. Lo sviluppo successivo delle città (come Uruk in Mesopotamia, la città-stato del III millennio a.C.) favorì la nascita degli scambi commerciali e rese necessarie altre attività, come la misurazione e il conteggio della merce e degli appezzamenti di terreno, l’irrigazione e la misurazione del tempo.

In Mesopotamia (per restare nell’area mediterranea) per controllare e regolare queste attività vennero introdotti segni grafici, pesi di misura e recipienti standardcon i quali si potevano compilare elenchi contabili, contratti, resoconti, … utilizzando le tavolette di argilla sulle quali veniva impresso il testo per mezzo di uno stilo. Era nata così la prima forma di scrittura, ma allo stesso tempo si era sviluppato un sistema contabile che, attraverso i Sumeri ed i Babilonesi, ha dato origine e impulso alla matematica.

Nello stesso periodo, soprattutto in Mesopotamia, una casta di sacerdoti-astronomi aveva il compito di raccogliere osservazioni sistematiche di fenomeni celesti per formulare presagi. Questa attività richiedeva l’impiego di metodi di calcolo raffinati, che posero le basi per lo sviluppo successivo della matematica.

Gli strumenti di calcolo meccanici

L’uomo hacreatoda sempre strumenti per facilitare l’esecuzione dei calcoli necessari al commercio, alla vita sociale, allo studio dei fenomeni naturali e celesti. Una macchina calcolatrice ha il compito di eseguire calcoli matematici senza errori e di velocizzarne l’esecuzione. Ripercorriamo qui i passi più significativi.

L’abaco02 - Abaco

L’abaco è un antico strumento impiegato come ausilio per effettuare operazioni matematiche. Fu utilizzato sin dal XXI secoloa.C. in Cina e nella Mezzaluna Fertile e in seguito anche dai Greci e dai Romani. L’abaco è formato da una tavoletta sulla quale vengono disposti dei cursori entro scanalature o degli anelli che scorrono su delle aste.

La Macchina di Anticitera03 - Macchina di Anticitera

Questa antica macchina rappresenta una sorpresa straordinaria. Si tratta infatti del più antico calcolatore meccanico conosciuto, datato intorno al II secolo a.C. e ritrovato nel 1900 da un gruppo di pescatori al largo dell’isola di Anticitera.

Il sofisticato meccanismo è formato da un complesso sistema di 30 ruote dentate, che serviva per calcolare il sorgere del sole, le fasi lunari, i movimenti dei cinque pianeti allora conosciuti, gli equinozi e i giochi panellenici. Le ruote dentate servivano per riprodurre il rapporto tra il moto della Luna e quello del Sole (254 rivoluzioni della Luna corrispondono a 19 anni solari, secondo il ciclo detto di ” Metone”).

La Pascalina

Facciamo ora un salto di quasi 2 millenni. Nel 1642 il grande matematico e filosofo francese Blaise Pascal su un progetto del matematico greco Erone di Alessandria costruì la “pascalina”, il precursore della moderna calcolatrice. Lo strumento consente di addizionare e sottrarre numeri composti da un massimo di dodici cifre, ma l’aspetto più innovativo della pascalina, rispetto agli abachi, fu l’introduzione del meccanismo di riporto.

La sua notorietà fu notevolmente amplificata dall’accurata descrizione che di essa diedero Diderot e d’Alembert nella Encyclopédie e che la rese punto di riferimento per la realizzazione di molte calcolatrici successive, tra le quali La calcolatrice di Leibniz (Stepped Reckoner) del 1694.

04 - Macchina di BabbageLe macchine di Babbage

Nel 1812, quasi due secoli dopo Pascal, il matematico e filosofo britannico Charles Babbage (1791 – 1871) notando l’alto numero di errori di calcolo delle tavole dei polinomi, concepì la macchina differenziale, per creare tabelle di polinomi corrette utilizzando il metodo numerico detto “delle differenze finite”.

La Royal Astronomical Societyapprovò il progetto e così nel 1824 iniziò la costruzione del meccanismo, che non fu mai portata a termine a causa della complessità che superava le capacità tecnologiche disponibili a quel tempo. La macchina infatti richiedeva l’assemblaggio di ben 25.000 parti ed inoltre non poteva ben funzionare a causa dell’attrito interno degli ingranaggi disponibili a quel tempo. Tuttavia la macchina era ben concepita: nel 1991 infatti ne fu completata una perfettamente funzionante seguendo i progetti originali di Babbage.

Ma Babbage non si fermò qui. Tra il 1833 e il 1842 egli cercò di costruire una macchina che fosse anche programmabile per eseguire ogni genere di calcolo. Il progetto era ispirato all’idea di Joseph Marie Jacquard, che usava schede perforate per azionare il telaio. La macchina analitica, così si chiamava, aveva infatti dispositivi di ingresso basati su schede perforate, un processore aritmetico, una unità di controllo del processo, un meccanismo di uscita e una memoria: elementi presenti anche nei moderni computer.

Questa macchina di fatto sarebbe stato il primo e unico computer al mondo totalmente meccanico. Ma non fu mai realizzata. Va tuttavia riconosciuto a Babbage il merito di aver capito con almeno un secolo di anticipo quale sarebbe stata l’architettura di un moderno computer.