Avtomatika: Avtomatsko računanje

Avtomatsko računanje je zaposlovalo znanstvenike in inženirje nove dobe že od konca sedemnajstega stoletja. Znanstveno raziskovanje, ki je v tem času doživelo nesluten razcvet, so želeli razbremeniti dolgočasnih in zamudnih, vendar potrebnih, ponavljajočih se opravil. Z razmeroma preprostimi mehanskimi rešitvami so izdelali različne domiselne, bolj in manj samodejne računske pripomočke in naprave, uporabne pri reševanju znanstvenih, inženirskih in poslovnih izračunov. V osemnajstem in devetnajstem stoletju so računanje obvladovala logaritemska računala, mehanska digitalna računala pa so množično uporabo dosegla šele z izjemnim razmahom pisarniškega dela na začetku dvajsetega stoletja. Vse do sedemdesetih let prejšnjega stoletja so izpopolnjene različice takšnih naprav in pripomočkov skoraj izključno uporabljali tudi slovenski uradniki in inženirji.

Računski pripomočki in naprave

Avtomatsko računanje predstavlja eno izmed prvih področij razvoja avtomatike in ostaja še danes temeljna značilnost sodobnih računalnikov. Čeprav mehanska računala niso pomembneje vplivala na zasnovo strojne opreme računalnikov, pa že sama zamisel, da je mogoče izračune izvajati samodejno s pomočjo umetnih mehanskih oziroma elektromehanskih in pozneje elektronskih pripomočkov, predstavlja odločilen prvi korak v tej smeri, ki ga je dobro poznati in upoštevati. Pomembno merilo za razločevanje računskih pripomočkov in naprav na računala, računske stroje in računalnike je stopnja oziroma obseg samodejnega delovanja. Glede na način delovanja poznamo stopnjevite ali digitalne in zvezne ali analogne pripomočke in naprave, ki so lahko mehanski, elektromehanski ali elektronski.

Za analogna mehanska računala je značilno, da z njimi izračune izvajamo povsem ročno. O avtomatskem računanju v tem primeru torej ne moremo govoriti, lahko pa na primeru zelo priljubljenega analognega računala ponazorimo pomen prvih digitalnih računal in prednosti avtomatskega računanja. Za digitalna mehanska računala sta že značilni določena, najmanjša stopnja in obseg samodejnega delovanja. Kljub enostavnosti mehanskih rešitev te naprave predstavljajo temelj skoraj vse digitalne računske tehnike pred pojavom sodobnih računalnikov in elektronike. Prva mehanska digitalna računala so poganjali na roke, načrti za bolj zahtevne mehanske računske naprave, kot je Analitični stroj Charlesa Babbagea, pa so pred izumom elektrike predvidevali parni pogon (več v članku Avtomatika: Avtomatsko izvajanje ukazov). Pri mehanskih računalih, blagajnah in nekaterih drugih podobnih napravah so tudi po pojavu električnega pogona v veliki meri ohranili ročni pogon. Domači uporabniki so jih zato včasih ljubkovalno imenovali kar »mlinčki«.

Logaritemska računala

Logaritemska ali drsna računala (angl. Slide rule) so ena izmed najbolj enostavnih analognih mehanskih računal. Zaradi večstoletne množične uporabe veljajo za enega najpomembnejših računskih pripomočkov. Prva logaritemska računala so izdelali že v sedemnajstem stoletju, zelo pogosto pa so jih uporabljali tudi po pojavu množičnih digitalnih računal, vse do sedemdesetih let prejšnjega stoletja. So cenena in lahko dostopna. Uporabna so za dovolj enostavno in natančno reševanje problemov z manjšim številom korakov. Najbolj enotavna logaritemska računala so omogočala množenje in deljenje, vendar niso bila posebej uporabna za preprosto seštevanje in odštevanje, kjer so blestela digitalna računala. Posebne različice logaritemskih računal so omogočale tudi računanje večkratnikov, korenov in kotnih funkcij, ki jih, razen z zelo redkimi in dragimi digitalnimi računali, ni bilo mogoče izvajati avtomatsko.

Logaritemska računala so podobna ravnilom, vendar sestavljena iz več vpetih in umerjenih letev, med katerimi je vsaj ena premična oziroma drsna. Števila so na letvah prikazana z razdaljami, ki so premosorazmerne njihovim logaritmom. S premikanjem letev lahko razdalje seštevamo ali odštevamo, rezultat pa nato odčitamo kot približno vrednost števila. Prednost logaritmov je ravno v tem, da množenje nadomestimo s seštevanjem, deljenje pa z odštevanjem. Območje računanja z logaritemskim računalom je odvisno predvsem od števila letev in vrste lestvic, po katerih so umerjene, medtem ko je njegova natančnost v veliki meri odvisna od same dolžine letev. Inženirji in znanstveniki so za terensko in manj zahtevno delo uporabljali manjša, približno 15-centimetrska računala, ki so jih lahko nosili kar za pasom ali v žepu. Za natančnejše izračune pa so doma ali v pisarnah običajno uporabljali večja 25- ali 50-centimetrska računala. V šolah in drugih izobraževalnih ustanovah so za prikaz njihove uporabe pogosto uporabljali tudi večja 2-metrska računala. Vsaj do konca sedemdesetih let je bilo poučevanje uporabe pomemben del študija tehničnih smeri tudi pri nas.

Uporabniki logaritemskih računal so morali sami poznati vse postopke računanja in so morali vnaprej predvideti in ročno izvesti vsak korak računanja. Računanje so pogosto dopolnjevali z miselnimi postopki in zaokroževanjem, kar je lahko povzročilo večje napake. Poleg računala so uporabljali tudi logaritemske tablice, med katerimi je bila pri nas dobro znana različica slovenskega matematika Jurija Vege. Napake so lahko nastale tudi pri odčitavanju vrednosti, zlasti pri manjših računalih s težje razločljivimi lestvicami. Mehanska digitalna računala so lahko nekatere od teh postopkov precej poenostavila, vendar so bila do konca devetnajstega stoletja še razmeroma redka.

Mehanska digitalna računala

Glede na namen in način uporabe poznamo več vrst mehanskih digitalnih računal. Najznačilnejša med njimi so namizna mehanska računala oziroma kalkulatorji in trgovske blagajne. Mednje lahko pogojno uvrstimo tudi nekatere zgodnje, preproste računovodske stroje (angl. Accounting machine), ki združujejo zmogljivosti digitalnega računala in pisalnega stroja.

Mehanska digitalna računala so običajno manjši, namizni ali pa celo žepni, prenosljivi pripomočki. Njihova uporaba je razmeroma enostavna. Uporabniki tovrsnih naprav so lahko avtomatsko izvajali in večkrat ponavljali posamezne osnovne matematične postopke. Ni jim bilo potrebno razumeti kako ti postopki potekajo v napravi, vendar so morali upoštevati osnovne značilnosti in omejitve naprave, saj so bili vsi računski postopki v celoti in strogo določeni s strojno opremo oziroma izvedeni v strojni opremi računal in jih ni bilo mogoče spreminjati. Uporabniki so preprosto vnesli števila, zahtevali računski postopek in zavrteli pogonski mehanizem, naprava pa je preostanek izvedla avtomatsko in zelo natančno.

Uporabniki so lahko z mehanskimi kalkulatorji avtomatsko seštevali, odštevali, množili in delili. Z njimi so si najprej pomagali poklicni matematiki, inženirji in znanstveniki. S trgovskimi blagajnami in računovodskimi stroji so po drugi strani običajno lahko samo avtomatsko seštevali in odštevali, zato jih včasih imenujemo tudi seštevalniki (angl. Adder). Poleg računskih pa sta imeli ti dve vrsti naprav običajno tudi nekatere druge zmogljivosti. Blagajne so imele pogosto zmogljivosti za beleženje vseh transakcij na luknjane trakove in tiskanje posameznih računov na papir. Računovodski stroji pa so imeli še druge posebne zmogljivosti za vodenje in urejanje poslovnih obračunov, kot so računanje tekočih vsot, primerjanje vrednosti in zapisovanje besedila po vnaprej določenih, enotnih pravilih za oblikovanje dokumentov. Z blagajnami so si pomagali predvsem trgovci in obrtniki, z računovodskimi stroji pa računovodje, ekonomisti in bančniki.

Računski mehanizmi

Vsa mehanska digitalna računala številke shranjujejo, predstavljajo in obenem pretvarjajo na viden način z enim in istim mehanizmom. Lahko rečemo, da so torej mehanski pomnilniki, prikazovalniki in preproste procesne enote v enem. Zasnova skoraj vseh zgodnjih računal izhaja iz naprave, ki jo je v sedemnajstem stoletju izumil Blaise Pascal in za njim izpopolnil Gottfried Leibniz. Po njunih načrtih je prvo tržno uspešno različico (angl. Arithmometer) šele sredi devetnajstega stoletja izdelal Thomas de Colmar. Njegove naprave so prevladovale do začetka dvajsetega stoletja. Osnovni sestavni deli teh zgodnjih mehanskih računal so bili zelo enostavni mehanski števci v obliki stopenjskih valjev in zobatih številčnih kolesc. Stopenjski valji (angl. Stepped reckoner ali Leibniz wheel) so vrtljivi valji s stopničasto urejenimi prečkami devetih različnih dolžin. Nasproti valjev postavljena zobata številčna kolesca se v desetih korakih lahko premikajo vzdolž valja in glede na odmik od začetne točke, ob vrtenju valja zadanejo ob ustrezno število stopenj. Na začetni točki se kolesce zavrti devetkrat, vsak dodaten korak od začetne točke pa povzroči, da se kolesce zavrti za en zob manj.

Prvo zares vplivno posodobitev takšnih računskih mehanizmov je konec devetnajstega stoletja prispeval Theophil Odhner. Namesto stopenjskih valjev je uporabil tako imenovana zatična kolesca. Zatično kolo (angl. Pinwheel counter) je sestavljeno iz izvlečnih zatičev oziroma čepkov. Vsak čepek predstavlja eno stopnjo. Ko uporabnik na računalu izbere številko, mehanizem naprave izvleče izbrano število čepkov iz kolesca. Rešitev je torej zelo podobna prvi, vendar precej bolj praktična. Zatična kolesca so manjša in lažja od stopenjskih valjev, vzdolžno premikanje številčnih kolesc pa ni več potrebno. Proizvodnja je hitrejša in lažja. Naprave z zatičnimi kolecsi so močno prevladovale v prvi polovici dvajsetega stoletja.

V Evropi so bili pomembni proizvajalci tovrstnih naprav nemški Brunsviga, italijanski Olivetti in skandinavski Facit. Zaradi nenadnega, velikega povpraševanja pa je bilo dovolj prostora še za več drugih srednje velikih in manjših podjetij ter številčno licenčno proizvodnjo. Jugoslovansko različico Odhnerjevega računala so po vojni proizvajali tudi v Tvornici računskih strojeva (TRS) Zagreb. Med uvoženimi napravami sta imela večji tržni delež v Evropi predvsem ameriški Burroughs in National Cash Register (NCR) s svojimi trgovskimi blagajnami.

Splošna uporaba naprav

Mehanska digitalna računala so bila v osemnajstem stoletju zelo redka. To so bile drage, težko dostopne naprave izdelane izključno po meri. Posamezne primerke so uporabljali na sodiščih, v elitnih znanstvenih krogih oziroma klubih in podobno. Šele v drugi polovici devetnajstega stoletja so začeli izdelovati prve komercialno dostopne različice Colmarjevih računal, vendar je bila uporaba še vedno omejena na strokovnjake posameznih področij in uradnike. Ob prehodu v dvajseto stoletje so digitalna računala, trgovske blagajne, pisalne in knjigovodske stroje začeli množično uporabljati po vsej Evropi. Samo proizvodnja mehanskih kalkulatorjev je razmeroma hitro narastla iz nekaj sto naprav na okrog sto tisoč naprav letno. Uveljavitev je odražala širšo preobrazbo, ki se je na več področjih postopno pripravljala že nekaj desetletji prej. Izreden razmah pisarniškega dela je spodbudil mehanizacijo najrazličnejših pisarniških opravil, še posebej na področju množičnega ravnanja s podatki.

Z digitalnimi računali so mehanizirali in avtomatizirali računanje, s pisalnimi stroji zapisovanje, z blagajnami in knjigovodskimi stroji pa izdajanje računov in urejeno vodenje poslovnih evidenc. Dejavnosti tovrstnih naprav so v tem času dopolnili še z velikimi računskimi stroji za avtomatsko obdelavo podatkov, ki so mehanizirali in avtomatizirali množično razvrščanje in statistično obdelavo podatkov s pomočjo luknjanih kartic. Vse te naprave so skupno pripomogle k vzpostavitvi temeljev sodobnega pisarniškega dela in ravnanja s podatki, njihov vpliv pa je bil zelo prisoten tudi pri načinu in poteku dela z elektronskimi računalniki od njihovega pojava pa vsaj do sedemdesetih let prejšnjega stoletja (več o tem v članku Avtomatika: Avtomatska obdelava podatkov).

Pri nas so digitalna računala, blagajne in pisalne stroje začeli bolj množično uvažati in popravljati z manjšim zaostankom, nekje med vojnama, sredi dvajsetih let prejšnjega stoletja. Knjigovodske stroje pa so začeli v gospodarstvu in bančništvu uporabljati šele po drugi svetovni vojni. Okvirno lahko rečemo, da so z uvedbo skoraj vseh pomembnih novosti prejšnjega stoletja v naših krajih zamujali z deset do petnajst letno zamudo. Področja in dejansko množičnost uporabe namiznih računal in blagajn pri nas težko natančno opredelimo in ocenimo. Del zgodbe se jasno odraža v primerkih, ki jih hranimo v Računalniškem muzeju. Poleg jugoslovanske različice v Evropi precej razširjenega Odhnerjevega računala, hranimo nekaj zelo značilnih namiznih primerkov iz petdesetih let prejšnjega stoletja, kot sta Olivetti Divisumma 24 in Facit CA1, ter zanimiv žepni primerek mehanskega seštevalnika za sedem mestna števila Produx iz tridesetih let. Računovodskih strojev pa v zbirki Računalniškega muzeja nimamo.