همه چیز درباره بزرگترین و اسرارآمیزترین کامپیوترهای مکانیکی
اگر می خواهید درباره قدیمی‌ترین اختراعات بشر در زمینه تکنولوژی اطلاعاتی را بدست آورید، خواندن این گزارش را از دست ندهید.
به گزارش موبوایران، اگر می خواهید درباره قدیمی‌ترین اختراعات بشر در زمینه تکنولوژی اطلاعاتی را بدست آورید، خواندن این گزارش را از دست ندهید.
وقتی به رایانه‌ها فکر می‌کنیم، احتمالا نمایشگر‌های درخشان به ذهنمان می‌آیند که شبکه‌های به هم پیوسته اطلاعات دیجیتالی را به اشتراک می‌گذارند و برنامه‌های کاربردی نرم افزاری را به کاربران نشان می‌دهند، اما همه چیز فقط به این مدل خلاصه نمی شود. رایانه‌های آنالوگ و بعداً رایانه‌های مکانیکی، بخش جدایی ناپذیر از جستجوی بشریت برای کشف علم بودند که با تمایل انسان برای پیش بینی رویداد‌ها و نتایج آینده تقویت شد. جای تعجب نیست که ما از ابزار‌های مصنوعی برای تقویت هوش خود در طول تاریخ استفاده کرده ایم.
از موقعیت دقیق سنگ‌ها در انگلستان، تا ساعت‌های آبی سرسخت سلسله سونگ چین تا ترتیب دقیق چرخ دنده‌ها در اختراعات بصری بلز پاسکال و چارلز بابیج، رایانه‌های آنالوگ و مکانیکی به خوبی به پیشینیان ما خدمت کرده و نه تنها به زنده ماندن ما کمک کرده بلکه ما را فراتر از مرز‌های زیست شناسی خود رشد داده اند.
محاسبه انقلاب زمستانی و تابستانی توسط مقبره استون هنج
در دشت سالزبری در جنوب انگلستان، مجموعه‌ای از حدود ۱۰۰ سنگ عظیم و تقریباً یکنواخت، یک جفت حلقه ایستاده تشکیل می‌دهد که هدف آن‌ها در تاریخ از بین رفته است، اما ساخت آن‌ها قبل از اختراع چرخ آغاز شده و حداقل ۱۵۰۰ سال به طول انجامیده است. استون هنج که اثر چندین فرهنگ متمایز است و طی هزاران سال به صورت مرحله‌ای ساخته شده است، یکی از معمایی‌ترین بنا‌های بشر است. در قرون وسطی، برخی تصور می‌کردند که استون هنج دست جادوگری مرلین است، در حالی که باستان شناسان بعداً ساخت آن را به دروئید‌های عرفانی سلتی نسبت دادند، با این حال، حداقل ۱۰۰۰ سال قبل از ورود سلت‌ها به انگلستان ساخته شده است.
کسی که آن را ساخت یا بهتر است بگوییم در ساخت آن مشارکت کرد به وضوح اهمیت انقلاب زمستانی در نیمکره شمالی را درک کرد. انقلاب زمستانی کوتاه‌ترین روز سال و طولانی‌ترین شب را نشان می‌دهد. اما استون هنج چگونه کار می‌کند؟! به عنوان مثال اگر امروز طولانی‌ترین شب سال است، فردا زمانی است که تاریکی و سرمای زمستان شروع به عقب نشینی می‌کند و سرانجام جای خود را به بهار و تابستان می‌دهد. انقلاب زمستانی به طور معمول فرصتی برای امید و خوش بینی در نظر گرفته می‌شود و سنگ‌هایی که بلندترین تریلیتون در استون هنج در زمانی که هنوز ایستاده بودند، می‌توانستند غروب خورشید را در انقلاب زمستانی کاملاً نشان دهند و این چرخش مهم فصلی را مشخص می‌کند. در عین حال، در انقلاب تابستانی، خورشید مستقیماً پشت یک سنگ بزرگ قرار می‌گیرد که در خارج از استون هنج قرار دارد و به عنوان سنگ پاشنه شناخته می‌شود و اولین پرتو‌های نور خود را مستقیماً به قلب بنای تاریخی می‌تاباند.
در حالی که ممکن است ما چیزی شبیه به استون هنج را به عنوان یک رایانه، در سطح بسیار اولیه مشاهده نکنیم اما این همان چیزی است که حتی اگر هدف آن با استاندارد‌های مدرن بسیار محدود باشد اما برای بشریت یک نقطه عطف بوده است.
مکانیسم آنتیکیترا آسمان‌ها را ترسیم می‌کند
قدیمی‌ها واقعاً به طالع بینی علاقه داشتند. حرکت ماه، سیارات و ستارگان در آسمان شب و زودیاک‌های پیچیده‌ای که تمدن‌های مختلف برای درک الگو‌های متعددی که آن‌ها مشاهده کرده اند، بر همه چیز از مدیریت دولتی گرفته تا اعمال و مراسم مذهبی تأثیر داشتند. پایه‌های نجوم مدرن توسط برخی از قدیمی‌ترین ساختار‌های انسانی که تاکنون یافت شده است، مانند Göbekli Tepe در ترکیه، که ممکن است یکی از اولین رصدخانه‌هایی باشد که در زمان ساخت ۱۲۰۰۰ سال پیش ساخته شده است، پایه گذاری شده است.
ما فقط رصدخانه نمی‌سازیم، ما رایانه‌هایی ساخته ایم که به ما کمک می‌کند تا کیهان را درک کنیم. این حداقل چیزی است که محققان می‌گویند مکانیزم باور نکردنی Antikythera، که اکثر آن‌ها قدیمی‌ترین رایانه مکانیکی شناخته شده هستند، برای انجام این کار طراحی شده است. مکانیسم Antikythera که در سال ۱۹۰۱ در کشتی غرق شده در سواحل جزیره یونانی Antikythera کشف شد، بیش از ۲۰۰۰ سال قدمت دارد.
در اصل در یک جعبه چوبی حاوی یک مجموعه پیچیده از حداقل ۳۷ چرخ دنده برنزی ساخته شده بود، مکانیسم Antikythera نشان دهنده یک مدل مکانیکی از جهان شناخته شده آن زمان (اساساً منظومه شمسی داخلی به همراه مشتری و زحل) است. با قرار دادن چند صفحه در جلو و چرخاندن یک لنگ در کنار جعبه (که مدتهاست خراب شده است)، می‌توانید تقویم مصری و ۱۲ نشانه زودیاک تا آنچه را در شب خواهید دید، پیش بینی کنید.
دانشمندان معتقد نیستند که این دستگاه در آن زمان منحصر به فرد بود. پیچیدگی تنظیم چرخ دنده و مدل جهان پیش بینی شده احتمالاً از رایانه‌های مکانیکی ساده‌تر با پیش بینی‌های دقیق‌تر شکل گرفته است، به این معنی که چنین دستگاه‌هایی ممکن است حتی زودتر از قرن دوم قبل از میلاد مورد استفاده قرار گرفته باشند.
ساعت قلعه: اسماعیل جزری "دستگاه مکانیکی هوشمند"
اسماعیل جزری مخترع، دانشمند، مهندس مکانیک و ریاضیدان قرن ۱۲ بود. او به دلیل کار خارق العاده خود در زمینه توسعه دستگاه‌های مکانیکی در اواخر عصر طلایی اسلامی، که از قرن هشتم تا ۱۲۵۸ یعنی زمانی که غنیگس خان در بغداد پایتخت خلافت عباسی را در عراق امروزی غارت کرد، مشهور بود. او مهندس دربار سلسله‌ای از خلافت بوده است و در شرق آناتولی، جایگاهش را از پدر به ارث برده است.
اسماعیل جزری، به دلیل طراحی اتوماتیک مکانیکی درخشان و دستگاه‌های پیچیده ساعت گردی به عنوان پدر رباتیک شناخته می‌شود. احتمالاً بزرگترین اختراع او ساعت آب قلعه بود. در حالی که ساعت‌های آب از یونان باستان مورد استفاده قرار می‌گرفته است و به قرن سوم قبل از میلاد باز می‌گردد، و برخی از پیشرفته‌ترین ساعت‌های آبی قرون وسطایی چین و جهان اسلام آثار مهندسی باشکوهی بوده اند.
ساعت آب قلعه الجزری نه تنها شاهکار مهندسی مکانیک بود، بلکه عملکرد پیچیده و هماهنگ آن و قابلیت برنامه ریزی مجدد آن با تنظیم سطح آب مکانیسم محرک در فواصل اندازه گیری شده برای تنظیم طول روز در طول سال به عنوان اولین رایانه آنالوگ قابل برنامه ریزی در جهان متمایز می‌شود.
پاسکالین بلز پاسکال ریاضی را برای توده‌ها انجام می‌دهد
بلز پاسکال به طور گسترده‌ای به عنوان یکی از رکن‌های بزرگ انقلاب علمی در نظر گرفته می‌شود و نظریه‌هایی در مورد همه چیز از احتمال ریاضی گرفته تا علوم جوی تدوین می‌کند. او همچنین سهم عمده‌ای در زمینه محاسبات با پاسکالین خود داشت که به طور گسترده‌ای اولین ماشین حساب محاسباتی مکانیکی در جهان محسوب می‌شد.
در سال ۱۶۳۹، پدر پاسکال به مقام اداره مالیات منطقه‌ای در شهر روئن فرانسه منصوب شد. او نیازی به انجام ریاضیات بسیار سنگین مانند محاسبه مدار دنباله دار یا اجسام سیاره‌ای نداشت، فقط باید حساب‌های معمولی، موجودی و ارقام پرداختی را که هر حسابداری باید با آن‌ها سر و کار داشته باشد، پیگیری می‌کرد. در آن زمان، هیچ راهی آسان برای کاهش یکنواختی حساب‌های ساده تکراری مانند جمع، تفریق، ضرب و تقسیم بدون توسل به ردیف‌های طاقت فرسای جداول ریاضی با ارقام از پیش محاسبه شده برای عملیات مختلف وجود نداشت.
این امر باعث ایجاد پاسکال در توسعه ماشینی شد که می‌توانست با استفاده از چرخ‌ها و سوئیچ‌ها به صورت مکانیکی جمع و تفریق کند (ضرب و تقسیم را نیز می‌توان با استفاده از یک سری جمع و تفریق انجام داد). با این حال، بر خلاف تلاش‌های قبلی در ماشین حساب‌های مکانیکی، عملکرد بین ۹ تا ۰ از یک چرخ به چرخ بعدی کاملاً خودکار بود.
این دستگاه به کاربر اجازه می‌دهد تا به سادگی اعداد و عملیاتی را که می‌خواهد انجام دهد را وارد کند و محاسبه به طور خودکار مقادیر را از یک چرخ به چرخ دیگر نشان دهد. این امر، همراه با پیشرفت‌های مکانیکی دیگر، به پاسکال اجازه داد تا پاسکالین خود را به اندازه کاربردی کوچک کند تا بتواند در محیط اداری مورد استفاده قرار گیرد.
در حالی که این یک پیشرفت مهم در تاریخ ماشین‌های تجاری است، اما در زمینه محاسبات؛ مهمتر این است که پاسکال یک راه حل مکانیکی برای خودکار کردن عملکرد حمل در دستگاهی که حساب را انجام می‌دهد، توسعه داده است. بله، این قطعاً به عنوان یک معامله بزرگ به نظر نمی‌رسد، اما این نوآوری برای عملکرد CPU یک کامپیوتر مدرن بسیار مهم است. فرآیند معادل دیجیتال با عملکرد‌های مکانیکی حمل پاسکالین همان چیزی است که به CPU اجازه می‌دهد با چنین سرعتی باورنکردنی کار کند؛ بنابراین پاسکالین معادل آنالوگ با واحد پردازش حسابی است، یکی از اساسی‌ترین اجزای پردازنده رایانه مدرن.
موتور تحلیلی Babbage از قدرت بخار برای عبور از ماشین حساب استفاده می‌کند
در سال ۱۸۲۲، چارلز بابیج، ریاضیدان انگلیسی، اولین و معروف‌ترین اختراعش را معرفی کرد. این اختراع یک ماشین مکانیکی بود که برای محاسبه جداول بزرگ اعداد از طریق یک روش ریاضی فقط از محاسبات برای محاسبه اعداد استفاده می‌کند. چارلز پس از معرفی اختراع خود در مقاله‌ای در آن سال در انجمن سلطنتی نجوم منتشر شد، توانست توجه دولت انگلیس را جلب کند، آن‌ها علاقه زیادی به روشی برای تولید سریع و ارزان جداول ریاضی داشتند که برای مدیریت دولتی استفاده می‌شد.
دولت به بابیج تقریباً ۱۸ هزار پوند یا حدود دو میلیون دلار آمریکا در طول یک دوره ۲۰ ساله داد تا ماشین را توسعه دهد تا سرانجام در سال ۱۸۴۲ دست از تلاش بردارد، عمدتا به این دلیل که هرچه بیشتر بابیج روی موتور تفاوت کار می‌کرد به پروژه بزرگتری تبدیل می‌شد. تا سال ۱۸۳۴، بابیج پس از تصور ماشینی که بسیار پیشرفته‌تر از محاسبه و جدول بندی نتایج معادلات چند جمله‌ای بود، از ساخت یک موتور تفاوت قابل اجرا دست کشید. همانند موتور تفاوت قبلی، موتور تحلیلی دارای صد‌ها ستون از چرخ‌ها و چرخ دنده‌های شماره دار بود که دارای عدد اعشاری تا ۴۰ رقم بودند.
چرخاندن بسیاری از چرخ دنده‌ها و چرخ‌های جداگانه با یک میل لنگ دستی مانند ماشین حساب‌های مکانیکی قبلی که انجام داده بود، غیرممکن بود، بنابراین موتور تفاوت Babbage و موتور تحلیلی هر دو از موتور‌های بخار استفاده می‌کنند تا محاسبات ریاضی ظریف را از طریق سری چرخ دنده‌ها به هم متصل کنند و این در حالی است که Difference Engine توابع دیفرانسیل را محاسبه می‌کرد، موتور تحلیلی می‌توانست هر چیزی را که قابل محاسبه بود محاسبه کند. استفاده از کارت‌های پانچ شده به عنوان ورودی با الهام از الگو‌هایی که برای تزئین الگو‌های طراحی در ژاکارد استفاده می‌شود و می‌تواند نتایج را در چاپگر مکانیکی بخواند.
همچنین ذخیره‌ای از حافظه داخلی وجود داشت که می‌توانست ۱۰۰۰ رقم اعشاری ۴۰ رقمی جداگانه را در خود جای دهد. در یک رایانه مدرن، یک رقم اعشاری را می‌توان با اعداد باینری با ln (۱۰) /ln (۲) یا تقریباً ۳.۳۲۱۹ بیت نشان داد که در مجموع در ۴۰ هزار رقم اعشاری ضرب می‌شود، در حدود ۱۳۲، ۸۷۸ بیت یا ۱۶.۶ کیلوبایت حافظه داخلی به ما می‌دهد.
از همه مهمتر، موتور تجزیه و تحلیل قادر بود از طریق پانچ کارت برنامه ریزی کند تا عملیات انشعاب مشروط و حلقه‌ای روی داده‌های موجود در حافظه خود انجام دهد تا ارقام جدیدی تولید شود، که می‌تواند دوباره در حافظه ذخیره شود و برای تصمیم گیری در مورد قوانین دستکاری داده و استفاده شود.
به این ترتیب، عملیات ریاضی واقعی که دستگاه می‌تواند انجام دهد، توسط هیچ یک از چرخ دنده‌ها یا چرخ‌های آن، بلکه توسط خود ورودی مشخص نشده است. این همان چیزی است که دانشمندان آن را با زبان تورینگ کامل مانند زبان اسمبلی که پردازنده‌های مدرن از آن برای اجرای همه چیز از گوشی‌های هوشمند شما گرفته تا سریع‌ترین ابررایانه‌های جهان و یا زبان اولیه BASIC که باعث ایجاد نسلی از برنامه نویسان کامپیوتر در دهه ۱۹۶۰ شد، می‌نامند.
در سطح مفهومی، موتور تحلیلی هیچ تفاوتی با کامپیوتر یا لپ تاپ شما ندارد، مگر این واقعیت که هنگام ساخت کامل چندین متر طول و سه متر ارتفاع داشت.
دختر شاعر مشهور لرد بایرون، ریاضیدان و دوست بابیج بود، که پتانسیل موتور تحلیلی خود را می‌دید و یادداشت‌های فراوانی درباره عملکرد آن در حاشیه مقاله‌های مجله توصیف می‌کرد که طراحی آن را توصیف می‌کرد. او توضیح داد که چگونه می‌توان دستگاهی را که هنوز ساخته نشده و هرگز ساخته نمی‌شود، برنامه ریزی کرد تا دنباله‌ای از اعداد برنولی را محاسبه کند، که جایگاه او را در تاریخ به عنوان اولین برنامه نویس رایانه در جهان تثبیت کرد و همچنین اولین مدرک را ارائه کرد که مفهومی برای موتور تحلیلی بابیج بود.
بابیج در سال ۱۸۷۱ قبل از اینکه بتواند کار خود را به پایان برساند، درگذشت، و دانشمندان و ریاضیدانان برجسته آن دوران شاهد درخشش انقلابی موتور تحلیلی او بودند. ۶۵ سال پس از مرگ بابیج، آلن تورینگ، یکی از پیشگامان علوم کامپیوتر، براساس موتور تحلیلی بابیج کار کرد و از عصر رایانه مدرن خبر داد. اما با وجود تمام توان الکتریکی ما، میلیارد‌ها ترانزیستور روی یک تراشه سیلیکونی و شبکه‌های متصل به هم که اینترنت را تشکیل می‌دهند، هنوز جذابیت این بزرگترین رایانه مکانیکی از بین نرفته است.
