Tidlige datamaskiner


Babbages differanse- og analysemaskiner

For å kunne beskrive naturvitenskaplige fenomener, for eksempel forutsi når tidevannet var på sitt høyeste og laveste, var vitenskapsmenn avhengige av store tabellverk over vanlige matematiske funksjoner, som logaritmer, potenser, kvadratrøtter, etc. Slike tabeller ble beregnet for hånd av mennesker, kalt 'computers'. Til tross for at disse var utvalgt på grunn av sin store flid, nøyaktighet og regneevne, inneholdt tabellene deres mengder av feil. Derfor begynte Charles Babbage (1791-1871) å leke med tanken på at slike tabeller burde kunne beregnes mer nøyaktig av en maskin.

I 1822 startet han arbeidet med differansemaskinen, et mekanisk monstrum bestående av tannhjul, tapper og sveiver. Teknologien for å produsere tannhjulene var imidlertid ikke presis nok, og maskinen ble aldri ferdig. Han designet senere en ny utgave, men den ble heller ikke ferdig. I 1991 bygde imidlertid Science Museum i London denne maskinen, basert på Babbages originale tegninger. Maskinen virket perfekt, og produserte resultater med 31 siffer, langt mer enn dagens lommekalkulatorer gjør.

Basert på erfaringene med differansemaskinen ga Babbage seg i kast med en ny, mer generell maskin, analysemaskinen. Han hadde da klare ideer om maskinens generelle virkemåte. Maskinen skulle ha:

  • Egne formålstjenlige inngangsenheter.
  • Spesialisert aritmetisk enhet.
  • Sentral kontroll- og styreenhet.
  • Separate datalagere.
  • Egne utskriftsenheter.

En annen revolusjonerende idé var at Babbage så for seg at analysemaskinen skulle kunne programmeres. Dette mente han kunne gjøres ved hjelp av hullkort, etter modell av Jaquards vevstol.

Ada Lovelace (1815-1852) utviklet programmer til analysemaskinen, og sies derfor å være verdens første programmerer. I 1979 fikk hun programmeringsspråket Ada oppkalt etter seg.

På grunn av tekniske vanskeligheter og finansieringsproblemer, ble analysemaskinen heller aldri ferdig.

Charles Babbage
Charles Babbage
Differansemaskinen
Differansemaskinen i Science Museum, London

Holleriths hullkortmaskiner

Databehandlingen etter 1880-folketellingen i USA tok 7½ år, og kongressen utlyste derfor en konkurranse hvor de etterlyste bedre måter å tabulere resultatene på. Herman Hollerith (1860-1929) vant konkurransen overlegent med sin hullkortmaskin, basert på ideene fra Babbage og Jacquard. Maskinen talte opp data ved å føle etter hull i gitte posisjoner i pappbiter. Hollerith startet et firma for produksjon og salg av hullkortmaskiner. Dette firmaet ble senere til 'International Business Machines', IBM. Hullkortmaskiner fikk stor praktisk anvendelse, og var enerådende fram til slutten av femtitallet.

Nordmannen Fredrik Rosing Bull (1882-1925) utviklet forbedrede utgave av hullkortmaskinene. Bulls oppfinnelser dannet grunnlaget for firmaet Bull.

Konrad Zuse og relé-maskinene

Tyskeren Konrad Zuse (1910-1995) var en sivilingeniør i konstruksjonsteknikk som på fritiden bygde datamaskiner hjemme i stua, sammen med sin gode venn Helmut Schreyer. Zuse introduserte det revolusjonerende konseptet å basere maskinen på det binære tallsystemet i stedet for det desimale. Den første maskinen, Z1, sto ferdig i 1937. Maskinen var rent mekanisk, men etterfølgeren, Z2, var delvis elektrisk, basert på telefonreleer.

Z3 som ble demonstrert i 1941, regnes som verdens første, fullt operative og programstyrte datamaskin. Z3 ble ødelagt under krigen, men en kopi er bygd, og befinner seg i Deutches Museum i München.

På grunn av det politiske klimaet var Zuses arbeid lite kjent blant samtidige forskere i England og USA.

Reproduksjon av Z3
Reproduksjon av Z3 i Deutches Museum, München

COLOSSUS

COLOSSUS var en hel-elektronisk digital maskin basert på radiorør, bygget under andre verdenskrig med det formål å knekke krypteringskodene i tyske meldinger som ble snappet opp. COLOSSUS ble kjørt første gang i desember 1944, og brøt krypteringskoden den var matet med i løpet av 10 minutter.

Colossus
Engelske kvinnelige militære kjører COLOSSUS

Atanasoff-Berry maskinen

Med det formål å løse ligninger, utviklet John Vincent Atanasoff (1903-1995) og hans hovedfagsstudent Clifford E. Berry (1918-1963) en maskin de kalte ABC, Atanasoff-Berry Computer. Maskinen som sto ferdig i 1942 var digital, og introduserte en ny form for datalagring ved hjelp av kondensatorer.

Mange av Atanasoffs konsepter ble videreført i ENIAC. Men Atanasoff fikk i 1971 etter mange rettssaker slått fast at han bygde den første elektroniske, digitale datamaskin.

Atanasoff-Berry maskinen
Skisse av Atanasoff-Berry maskinen

ENIAC

Basert på ideene til Atanasoff ble ENIAC, 'Electronic Numerical Integrator And Computer', bygget. Maskinen sto ferdig i 1946, og var den første fullskala, generelle elektroniske digitale datamaskin. I motsetning var Atanasoff-Berry maskinen og COLOSSUS ikke generelle, og Z3 var ikke elektronisk men elektro-mekanisk, fordi den inneholdt releer.

ENIAC besto av 17.468 radiorør, 1500 releer og 87.200 andre elektroniske komponenter. Den inneholdt 5 millioner håndloddede koplingspunkter, veide 27 tonn, okkuperte 167 m2 gulvplass, og hadde et effektforbruk på 150 kW. Med 2004-teknologi ville en tilsvarende maskin fått plass på en 0,5 mm2 stor brikke.

Data ble lest inn ved hjelp av en IBM-hullkortleser, og skrevet ut ved hjelp av en IBM hullkort-puncher.

Målet med ENIAC var å raskt kunne beregne baner for ballistiske prosjektiler, men maskinen sto ikke ferdig før i 1946 da krigen var over.

ENIAC var ikke binær, men arbeidet i desimalsystemet.

ENIAC ble etterfulgt av maskinene EDVAC og UNIVAC, den første kommersielle datamaskin.

Eniac
ENIAC

Analoge datamaskiner

Det er verd å merke seg at digitale maskiner ikke alltid har vært enerådende. I naturvitenskap og teknikk finnes en lang rekke problemer som best løses ved hjelp av partielle differensialligninger, det vil si en kombinasjon av integraler. Slike problemer kan simuleres ved hjelp av analoge datamaskiner, der et problem løses ved hjelp av egenskapene til mekaniske eller elektroniske komponenter. De første analoge maskinene var rent mekaniske, bestående av skiver, kuler og hjul, men mekanikken ble etter hvert erstattet av elektronikk basert på såkalte operasjonsforsterkere.

Analoge datamaskiner ble blant annet benyttet til å beregne tidevannsbølger og prosjektilbaner.

Analoge datamaskiner er ikke lenger i særlig bruk.

Gonnellas integrator
Gonnellas hjul-på-skive integrator.

Kilder

  • Per A. Holst: Datateknologiens utvikling. Tapir Akademisk forlag, Trondheim 2001
  • Wikipedia