ماشین‌حساب

اختراع ماشین‌حساب

-
بلیز پاسکال

یکی از علائق جدی بشر که جدای از نوع کسب‌وکار و مدل زندگی همیشه دنبال شده، ریاضیات و به‌طور خاص حساب و کتاب بوده است. مرور تاریخ رشد و تکامل انسان، نشان می‌دهد که این علاقه و البته نیازمندی جدی نسبت به انجام محاسبات مختلف، نوآوری‌های متعددی را از سوی مخترعین و نوآوران مختلف به دنبال داشته است؛ از جمع و تفریق توسط انگشتان دست و چرتکه‌های بسیار قدیمی‌گرفته تا پیشرفته‌ترین ابر کامپیوترها که قابلیت انجام محاسبات بسیار پیچیده در کوتاه‌ترین زمان ممکن را دارند.

ماشین‌حساب، تاریخچه‌ای طولانی و بسیار جذاب دارد. این وسیله را می‌توان یکی از اختراعات بزرگ بشر دانست که ابتدا به‌عنوان یک دستگاه مکانیکی و سپس با پیشرفت‌های صورت گرفته در حوزه فناوری، به صورت تمام الکترونیک در دسترس افراد مختلف قرار گرفت. اگر ماشین‌حساب را به‌عنوان یک محصول فیزیکی در نظر بگیریم، نهایت پیچیدگی این دستگاه محاسباتی، در دهه ۱۹۹۰ میلادی به اوج خود رسید؛ اما با ظهور اینترنت و فراگیر شدن کامپیوترهای خانگی و در نهایت تلفن‌های هوشمند، ماشین‌حساب‌های فیزیکی عملاً منسوخ شده و جای خود را به اپلیکیشن‌های مختلف محاسباتی دادند.

شاید شما هم به ماشین‌حساب تلفن همراهتان و یا اپلیکیشن ماشین‌حساب موجود در کامپیوتر خانگیتان سری زده‌اید و یا این‌که بر حسب نوع کارتان، به‌عنوان یک مهندس طراح، حسابدار یا کارمند بانک، هنوز هم از یک ماشین‌حساب تخصصی استفاده می‌کنید. اما آیا این سؤال را از خود پرسیده‌اید که ماشین‌حساب چگونه اختراع شد؟ ماشین‌حساب‌های اولیه به چه شکل بودند و سیر توسعه و تکامل آن‌‌ها، مدیون تلاش‌های کدام مخترعین است؟

ماشین‌حساب را می‌توان یکی از بهترین دوستان انسان دانست. اگرچه می‌توان این دستگاه قدرتمند و کارآمد را به‌عنوان یک نوآوری به نسبت مدرن در نظر گرفت، اما از نظر مفهومی و کارکردی، اجداد قدیمی انسان هم، به نوعی با آن آشنا بوده‌اند. تاریخچه ماشین‌حساب را می‌توان به ۲۰۰۰ تا ۲۵۰۰ سال پیش از میلاد مسیح و به چرتکه‌های مصر باستان نسبت داد. چرتکه شامل یک قاب مستطیل شکل همراه با تعدادی میله عمودی است که مهره‌ها بر روی آن جای گرفته و طی یک فرآیند خاص، نیازهای محاسباتی افراد را پاسخ می‌دهد. استفاده از چرتکه، کم‌کم در بین اقوام مختلف رایج شد و در حالی‌که اصول آن در همه جا یکسان بود، از طراحی‌های مختلفی برای آن‌ها استفاده می‌شد. برای مثال، چرتکه چینی که «Suanpan» نام دارد، در حدود سال ۱۹۰ پس از میلاد مسیح، از سوی بازرگانان رومی به این کشور آورده شد و از نظر شکل ظاهری و طراحی، کمی با نمونه‌های غربی متفاوت است.

اولین تلاش برای توسعه و بهبود چرتکه، در سال ۱۶۱۷ میلادی و توسط یک ریاضیدان اسکاتلندی به نام جان ناپیر (John Napier) صورت گرفت. وی کتابی با عنوان «Rabdology» (محاسبه با میله‌ها) منتشر نمود که در آن، عملکرد دستگاهی را برای ضرب اعداد و محاسبه سریع آن‌ها توصیف می‌کرد. محاسبات نسبتاً پیچیده، شامل ضرب و تقسیم اعداد و حتی گرفتن جذر یک عدد برای دفعات متوالی، برای کسی که تنها چند ساعت کار با این دستگاه را تمرین کرده بود، کاری آسان به نظر می‌رسید و این امر، برای قرن هفدهم میلادی قابل‌توجه بود!

اختراع ساده ناپیر، بسیار تأثیرگذار بود. با این حال، از نظر فنی آن را نمی‌توان به‌عنوان یک ماشین‌حساب اولیه به حساب آید، چرا که کاربر هنوز هم برای استفاده از آن، نیاز به محاسبات ذهنی داشت. از این منظر، این دستگاه را می‌توان یک روش میانبر برای کمک به تسریع محاسبات ضرب و تقسیم دانست.

پیشرفت بزرگ بعدی، «Slide Rule» بود که توسط ادموند گونتر (Edmund Gunter) و ویلیام اوگترد (William Oughtred) و با کمک الگوریتم‌های ناپیر توسعه یافت. این نوآوری، امکان محاسبات ضربی بسیار سریع را فراهم می‌کرد. جالب اینجا است که تا اواخر دهه ۱۹۸۰ میلادی، استفاده از این دستگاه در بسیاری از کشورها به‌عنوان بخشی از برنامه درسی مدارس بود، آن هم در حالی که نمونه‌های جدیدتری از ماشین‌حساب‌های مکانیکی و حتی الکترونیکی در آن زمان وجود داشتند. شاید دلیل این امر، قابل‌حمل نبودن اغلب نمونه‌های عرضه شده به بازار بود که باعث می‌شد «Slide Rule» به عنوان ابزاری که به راحتی در جیب پیراهن جای می‌گرفت، باز هم محبوبیت خود را حفظ نماید. گفتنی است که نحوه محاسبات توسط این دستگاه، حتی از سوی ناسا هم مورد استفاده قرار می‌گرفت و در دهه ۱۹۷۰ میلادی، پروژه «Apollo» این سازمان به شدت به این محاسبات وابسته بود.

ظهور نخستین ماشین‌حساب مکانیکی واقعی را می‌توان به سال ۱۶۴۲ میلادی و نوآوری بلیز پاسکال (Blaise Pascal) نسبت داد. دستگاه طراحی شده از سوی وی که تنها قابلیت محاسبات ریاضی با دو عدد را داشت، شامل چرخ‌دنده‌های خاصی بود که امکان چهار عملیات اصلی جمع، تفریق، ضرب و تقسیم دو عدد را فراهم می‌کرد. الهام‌بخش این مخترع مشهور در ساخت این دستگاه، زحمات فراوان پدرش به‌عنوان سرپرست مالیاتی بود. نوآوری کلیدی ماشین‌حساب پاسکال، مکانیسم شماره‌گذاری ۱ تا ۹ بود؛ به‌طوری که با رسیدن به عدد صفر، شماره‌گیر بعدی به ۱ تبدیل می‌شد. این نوآوری، باعث مستقل شدن جایگاه ارقام از یکدیگر و انجام محاسبات مختلف بدون در نظر گرفتن ظرفیت دستگاه می‌شد.

می‌توان گفت، تمامی ماشین‌حساب‌های مکانیکی که پس از دستگاه ابداعی پاسکال عرضه شدند، یا مستقیماً از آن الهام گرفته و یا این‌که تأثیرات جانبی مشابهی را بر روی دستگاه خود اعمال نموده بودند. یکی از مهم‌ترین این ماشین‌حساب‌ها، در سال ۱۶۷۳ و توسط گوتفرید لیبنیز (Gottfried Leibniz) ارائه شد. وی با افزودن ویژگی ضرب خودکار به طرح پاسکال، ماشین‌حساب‌های موجود را به شدت بهبود داد و پس از چند دهه تلاش، سعی در تولید انبوه دستگاه محاسبه‌گر کامل خود به نام «Stepped Reckoner» نمود که البته موفقیتی کسب نکرد.

تلاش‌های لیبنیز بی‌حاصل نبود و در سال ۱۸۲۰ میلادی، توماس دی کولمار (Thomas de Colmar) با الهام از تلاش‌های وی، موفق به ساخت «Arithmometer» مشهور خود گردید. این دستگاه را می‌توان اولین ماشین‌حساب مکانیکی دانست که به دلیل قدرت و قابلیت اعتماد کافی، به یکی از اجزای ثابت دفاتر کار صنعتی و خدماتی بدل شد.

دستگاه ابداعی وی، به یک موفقیت تجاری عجیب و غریب رسید و تولید و عرضه آن، بین سال‌های ۱۸۵۱ تا ۱۹۱۵ میلادی ادامه داشت. بسیاری از شرکت‌ها در سرتاسر اروپا، از این دستگاه کپی نموده و محصولات خود را به بازار عرضه کردند. تأثیر شگرف این ماشین‌حساب به قدری است که می‌توان آغاز راه‌اندازی صنعت ماشین‌حساب‌های مکانیکی را به اختراع آن نسبت داد. این ماشین‌حساب، تا اواخر دهه ۱۹۷۰ میلادی تولید شده و مورد استفاده کاربران قرار می‌گرفت.

نوآوری ماشین‌حساب‌های مکانیکی که پس از موفقیت‌های «Arithmometer» و توسعه‌های متعدد آن ادامه یافته بود، از اروپا به آمریکا منتقل شد و نتیجه این کار، عرضه دو نسخه «Grant Mechanical Calculating Machine» در سال ۱۸۷۷ و «P100 Burroughs Adding Machine» در سال ۱۸۸۶ بود. «P100» که توسط ویلیام سوارد بوروز (William Seward Burroughs) ساخته شده بود، موفقیتی قابل‌توجه در بازار آمریکا یافت و شرکت این مخترع را، با سودآوری فراوانی مواجه نمود. این ماشین‌حساب به قدری مشهور شد که عنوان اولین ماشین‌حساب اداری را به آن نسبت می‌دهند. وی با هدف محافظت از اختراع ارزشمندش، اقدام به ثبت آن در سیستم پتنت آمریکا نمود و در تاریخ ۲۱ آگوست سال ۱۸۸۸ میلادی، توانست گواهی ثبت اختراعی با شماره «US388116» اخذ نماید.

در سال ۱۸۸۷ میلادی، دور فلت (Dorr. E. Felt) برای دستگاه «Comptometer» خود، موفق به دریافت گواهی ثبت اختراعی با شماره «US366945» شد. نوآوری کلیدی وی، افزودن دکمه به ماشین‌حساب بود که کارایی ماشین‌حساب‌ها و سادگی کار کردن با آن‌ها را به شدت افزایش می‌داد. دستگاه وی، با مزایایی نسبت به ماشین‌حساب‌های الکترونیکی بعدی نیز همراه بود، چرا که برخلاف ماشین‌حساب‌های الکترونیکی، امکان فشردن هم‌زمان چند دکمه را نیز داشت.

نقطه عطف بعدی در توسعه و پیشرفت ماشین‌حساب‌های مکانیکی، قابل‌حمل شدن آن‌ها در سال‌های پایانی دهه ۱۹۴۰ میلادی بود. ماشین‌حساب «Curta Calculator»، آن‌قدر جمع‌وجور و کوچک بود که در کف دست جا گرفته و می‌توانست به راحتی در جیب فرد قرار گیرد. ایده اصلی برای ساخت این ماشین‌حساب، متعلق به مخترعی اتریشی به نام کورت هرزتارک (Curt Herzstark) بود. وی با ترکیب نوآوری‌های گوتفرید لیبنیز و توماس دی کولمار، موفق به ساخت این دستگاه گردید. وی در خلال جنگ جهانی دوم، موفق به تکمیل نقشه‌های فنی مرتبط با اختراعش شد، اما به دلیل یهودی بودن پدرش، توسط نازی‌ها به اردوگاه کار اجباری انتقال یافت. جالب است که همین اختراع، جانش را از مرگ حتمی نجات داد؛ چرا که نازی‌ها به دانش فنی وی پی برده و همین عامل، نجات جانش را تضمین نمود. «Curta»، برای چندین دهه به‌عنوان یک ماشین‌حساب قابل‌حمل، در دسترس علاقه‌مندان قرار داشت و در زمان خودش، به عنوان یک موفقیت تجاری بزرگ محسوب می‌شد.

یکی از بزرگ‌ترین پیشرفت‌ها در ارتباط با توسعه ماشین‌حساب، ظهور ماشین‌حساب‌های الکترونیکی است. داستان ماشین‌حساب‌های الکترونیکی، ریشه در سال‌های پایانی دهه ۱۹۳۰ میلادی دارد؛ زمانی که کشفیات علمی جدید و ظهور نوآوری‌های نظامی مانند بمب اتمی و توپخانه‌های جنگی مقیاس بزرگ، ابزاری برای محاسبات سریع و قابل‌اعتماد را ضروری ساخته بود. ظهور کامپیوتر مشهور «Colossus» که از الگوریتم‌های بولی (عملگرهای محاسباتی صفر و یک) استفاده می‌کرد، نخستین قدم در توسعه ماشین‌حساب‌های الکترونیک محسوب می‌شود که با پایان جنگ و ساخت کامپیوتر محاسباتی «ENIAC» در سال 1946، تکمیل گردید. این ماشین‌حساب کاملاً دیجیتال، شامل چهار عملکرد اصلی حسابی بوده و محاسبات را ۱۰۰۰ بار سریع‌تر از نمونه‌های موجود در آن زمان انجام می‌داد (اعم از ماشین‌حساب‌های الکترونیکی و مکانیکی). البته وزن باورنکردنی این کامپیوتر محاسباتی (۲۷ تن) و فضای زیادی که اشغال می‌کرد، استفاده وسیع و گسترده از آن را محدود می‌ساخت.

این روند ادامه داشت تا این‌که با مینیاتوری شدن لوله‌های خلأ (به‌عنوان محدودیت ساخت و توسعه ماشین‌حساب‌ها در آن زمان)، درب‌ها برای ساخت انواع ماشین‌حساب‌های الکترونیکی کوچک‌تر باز شد و اولین ماشین‌حساب تمام الکترونیک جهان، در سال ۱۹۶۱ میلادی به بازار عرضه شد. این ماشین‌حساب، «ANITA» نام داشت و توسط یک شرکت انگلیسی به نام «Control Systems» طراحی و تولید شده بود. در ادامه نیز، توسعه صنعت ترانزیستورها، به رونق هر چه بیشتر ماشین‌حساب‌ها انجامید و تسلط «ANITA» بر بازار ماشین‌حساب، با عرضه سه مدل آمریکایی «Friden 130»، ایتالیایی «IME 84» و ژاپنی «Sharp Compet CS10A»، به چالش کشیده شد. ورود بسیاری از غول‌های فناوری مانند «سونی»، «کنون» و «توشیبا»، موجب شد تا رقابت در این صنعت به شدت افزایش یافته و هر روز مدل‌های جدیدی با قابلیت‌ها و امکانات بیشتر و قیمت ارزان‌تر، به بازار عرضه شوند.