Preludio ai calcolatori elettronici

L’impiego di dispositivi elettrici nell’ambito del calcolo era cominciato già all’inizio del ‘900, ma solo negli anni ‘30 si compresero appieno le enormi potenzialità di questa nuova tecnologia per la costruzione dei calcolatori. Il passaggio cruciale tra la tecnologia meccanica e quella elettronica non è legato semplicemente all’impiego della corrente elettrica, o all’introduzione di un particolare dispositivo elettronico (come, ad esempio, i relè, le valvole termoioniche, o il transistor), quanto alla rappresentazione dell’informazione numerica con segnali elettrici: l'era del calcolatore elettronico si apre nel momento in cui l’informazione numerica comincia ad essere rappresentata ed elaborata mediante segnali elettrici.

Un settore importante che influenzò lo sviluppo di queste idee è quello della telefonia, in cui la gestione automatica delle linee di connessione (switching) aveva posto diverse problematiche inerenti al trattamento dell'informazione. Durante gli anni '30 e '40 alcuni inventori costruirono dei dispositivi di calcolo basati su relè o valvole termonioniche in grado di svolgere le operazioni matematiche più semplici. Sebbene nessuna di queste macchine si possa considerare un computer nel senso moderno, esse anticiparono diverse idee tecnologiche necessarie per il passo successivo: il calcolatore elettronico programmabile.

Fig. 63. Calcolatrice elettromeccanica Olivetti. All’inizio del ‘900 vengono prodotte le prime calcolatrici elettromeccaniche, che pur conservando i principi del funzionamento meccanico delle precedenti calcolatrici, sono azionate elettricamente. L'uso dell'elettricità rimane quindi limitato all'azionamento dei meccanismi e non interviene di fatto nel processo di calcolo.

Fig. 64. Tabulatrice di Hollerith. Tra i vari dispositivi che contribuirono a porre le basi tecnologiche del moderno calcolatore vanno ricordate anche le tabulatrici a schede perforate, in cui per la prima volta le informazioni da elaborare vengono rappresentate mediante segnali elettrici. Queste trovarono la loro prima applicazione pratica in occasione del censimento tenutosi negli Stati Uniti nell’anno 1890, quando Herman Hollerith (1860-1929) riuscì a mettere a punto un sistema per la rappresentazione dei dati su schede perforate, realizzando nel contempo un dispositivo elettromeccanico per il conteggio e la classificazione delle schede medesime. Nella figura, a sinistra si vedono i contatori elettromeccanici per determinare il numero di schede con determinate caratteristiche. Al centro il lettore delle schede e infine a destra la cassettiera di raccolta delle schede per la loro classificazione.

Fig. 65. Unità logica a relè (elettromeccanici) per il controllo di selettori telefonici. Un settore importante che influenzò lo sviluppo dei calcolatori elettronici fu quello della telefonia. I problemi della commutazione telefonica stimolarono diversi ricercatori a studiare gli aspetti relativi alla rappresentazione e gestione di informazioni in forma digitale. Tali idee furono successivamente utili allo sviluppo dei calcolatori elettronici. I relè, allora correntemente utilizzati in telefonia, furono tra i primi dispositivi binari impiegati nella realizzazione di calcolatori automatici.

Fig. 66. Unità aritmetica del Complex Number Calculator. Nel 1937, George Stibitz (1904-1995), ricercatore dei Bell Labs, riusci a costruire un circuito molto semplice in grado di sommare numeri binari utilizzando vecchi relé telefonici, lampadine elettriche e interruttori. Basandosi su queste esperienze, alla fine del 1939 Stibitz e Samuel Williams completarono nei laboratori della Bell un calcolatore in grado di operare con i numeri complessi, denominato Complex Number Calculator (Model 1), da utilizzare nella progettazione di reti telefoniche. Versioni perfezionate di queste macchina furono costruite fino agli anni '50. La teccnologia a relè fu inoltre utilizzata anche da Howard Aiken per i calcolatori costruiti presso l'Università di Harvard, anche in collaborazione con l'IBM.

Fig. 67. Una parte del calcolatore ABC. Il calcolatore ABC (Atanasoff Berry Computer) introdusse per la prima volta l'impiego delle valvole basato sull'uso di valvole termoiniche. Esso fu realizzato da V. Atanasoff (1903-1995) e dal suo allievo e collaboratore C. Berry. Per ottenere una buona velocità di calcolo, i due inventori scelsero la tecnologia elettronica al posto dei relè. Il cuore del loro computer era costituito da singoli moduli capaci di effettuare addizioni e sottrazioni su numeri binari. Questa macchina era dedicata alla risoluzione di sistemi lineari di equazioni e non era quindi ancora in grado di operare con una modalità general purpose.

Fig. 68. Il calcolatore Colossus. Durante la seconda guerra mondiale il governo inglese finanziò un grosso progetto per la realizzazione di elaboratori elettronici. In particolare, questo lavoro portò alla realizzazione nel 1943 di un calcolatore speciale, denominato Colossus, adibito alla decrittazione dei messaggi segreti tedeschi generati mediante la macchina Enigma. Sebbene, il Colossus non si potesse considerare un calcolatore programmabile di uso generale, dal punto di vista tecnologico inglobava numerose idee comuni agli elaboratori in costruzione nei medesimi anni.