Świat przed erą cyfrową

Transkrypt

1 Świat przed erą cyfrową Nowe życie dla starych kalkulatorów. Zapewnienie rozwoju w przyszłości przez zachowanie pamięci o przeszłości. Newton i von Braun posługiwali się takimi samymi mechanicznymi kalkulatorami niezmienionymi od narodzin mechaniki klasycznej aż do lądowania na Księżycu, lecz pamięć o tych kalkulatorach zaginęła wskutek cyfrowej rewolucji. Te stare urządzenia mogą jednak nas czegoś nauczyć, gdyż bez pamięci o nich nasza współczesna technologia wydaje się pochodzić znikąd. Tekst z języka angielskiego tłumaczył dr hab. Zbigniew Fojud, WF UAM

2 W roku 1953 nie było komputerów, ale istniejąca wówczas technologia była już bardzo zaawansowana. Jeszcze przez kilka następnych lat wszystko zostało zaprojektowane z użyciem 17-to wiecznych kalkulatorów, lecz nikt nie pamięta tych przyrządów, które poprzedziły współczesną technologię obliczeniową.

3 Ich historia dzieli się na dwie kategorie: mechanicznych kalkulatorów cyfrowych, które umożliwiały wykonywanie tylko czterech operacji oraz analogowych kalkulatorów, który pozwalały wykonywać wszystkie funkcje nowoczesnego kalkulatora naukowego z wyjątkiem operacji dodawania i odejmowania. Te stare nadal niezawodne i dokładne kalkulatory są ciągle przydatne w ekstremalnych sytuacjach. Analogowy kalkulator do nurkowania z akwalungiem Współczesna reklama zegarka, z funkcją suwaka logarytmicznego

4 1 - Cyfrowe kalkulatory sprzed ery cyfrowej Kalkulator Blaise Pascala (około 1900 roku)

5 Kalkulator na pokładzie pierwszego atomowego okrętu podwodnego był udoskonalonym modelem Leibniza z 1671 roku, lecz cyfrowy kalkulator został wymyślony przez Pascala już w Wszystkie mechaniczne kalkulatory, aż do roku 1970, zostały opracowane na bazie tychże modeli. Pascal j jego kalkulator Remington 99, 1958

6 W roku 1642 roku, zaledwie 19-letni Blaise Pascal opatentował model pierwszego cyfrowego kalkulatora, nazwany Pascalina, pozwalający wykonywać tylko operacje dodawania i odejmowania. Liczby były wprowadzane z użyciem rysika poprzez kółeczka podobne do tarczy wybierającej klasycznego aparatu telefonicznego. Wyniki obliczeń można było odczytać na mechanicznym wyświetlaczu. Wynalazek Pascala nie mógł zostać zrealizowany w tamtych czasach ze względu na ograniczenia technologiczne. Dopiero w 1901 roku pojawił się pierwszy użyteczny model, który był kopiowany przez wszystkich i pozostawał w produkcji aż do 1975 roku. Pascalina, 1642 Dial-A-Matic, 1975

7 W roku 1671 Leibniz korzystając z pomysłu Pascala wynalazł kalkulator, który mógł również mnożyć i dzielić. Wynalazek ten bazujący na skomplikowanym mechanizmie pamięci, napotkał te same problemy techniczne co Pascalina. W późnych latach 1800 Odhner uprościł układ wytwarzając szereg urządzeń cechujących się wpisywaniem liczb z użyciem tzw. układu kursorów. Ostatni z nich, bardzo mały, został wyprodukowany w 1971 roku, trzy wieki później. Kalkulator Curta używany przez lata wśród kierowców rajdowych, pozwalał na pracę z użyciem tylko jednej ręki. Kalkulator Curta, (1971) Układ kursorów; Kalkulator Leibniza, (1671)

8 Na podstawie tych wynalazków opracowano wszystkie modele kalkulatorów. Było wiele innowacji, takich jak klawiatury z wieloma przyciskami, lecz aż do 1940 roku nie mogły one wykonywać poprawnie wszystkich czterech operacji. W roku 1948 Olivetti Divisuma zaprojektował na bazie nowej teorii matematycznej kalkulator, który umożliwiał bardzo szybkie mnożenie, lecz kosztował tyle, co dobry samochód. Comptometer, Olivetti Divisumma,

9 W roku 1970 firma Busicom, która dotąd budowała kalkulatory wywodzące się z projektu Leibniza, przyjęła zlecenie od firmy Intel, w chwili, gdy uruchamiano produkcję układów scalonych (chipów) do elektronicznych kalkulatorów. Federico Faggini i jego zespół stworzył w ciągu zaledwie dziewięciu miesięcy, projektując ręcznie, pierwszy mikroprocesor (Intel 4004 zbudowany z 2300-tu tranzystorów), oznaczony jego inicjałami, jako dzieło sztuki. Po 328 latach, historia mechanicznych kalkulatorów dobiegła końca. Busicom HL-21, 1970 Busicom 141-PF, 1971

10 Mechaniczne kalkulatory umożliwiały powolne mnożenie i dzielenie i były używane jedynie w księgowości. Aż do roku 1972, rozwój technologiczny opierał się na analogowych urządzeniach obliczających: suwakach logarytmicznych. W rzeczywistości, chociaż system binarny został odkryty przez Leibniza w 1679 roku, niemożliwe było, aby go użyć w działającym kalkulatorze przez prawie 300 lat. W roku 1679 narodził się z systemu binarny Ludzkie komputery przy pracy, (1930)

11 2 - Naukowe kalkulatory w erze analogowej Suwak logarytmiczny z misji Apollo 11, (1969)

12 Żaglowiec Endeavour kapitana Cooka (1764) i samolot B-52 (1952) zostały zaprojektowane z użyciem tego samego rodzaju kalkulatora wymyślonego w 1622 roku. Żaden inny przyrząd nie pozostał tak niezmieniony przez wieki. Suwak logarytmiczny typu Coggeshall, (1730) Suwak logarytmiczny typu Pickett N4, (1949)

13 Początek używania naukowych suwaków logarytmicznych datuje się na rok 1614, kiedy to John Napier wynalazł logarytmy. Logarytmy umożliwiają wyrażenie każdej dodatniej liczby poprzez użycie podstawy i wykładnika. Ponieważ iloczyn dwóch liczb, które mają tę samą bazę, jest sumą ich wykładników, mnożenie i dzielenie z użyciem logarytmów jest tak proste jak dodawanie i odejmowanie ich wykładników: 102 (100) x 103 (1.000) = 105 ( ). Opublikowane w postaci tablic, z których można było korzystać, Kepler niezwłocznie skorzystał z nich, twierdząc, że pozwoliły zaoszczędzić mu 400 lat obliczeń. Użycie tablic logarytmicznych jest powolne i żmudne, ale ze względu na ich dokładność były jeszcze używane 40 lat temu w astronomii. Wkrótce miało się narodzić o wiele bardziej praktyczne narzędzie.

14 W roku 1622, William Oughtred zaprojektował skalę logarytmiczną, znacząc liczby od początku skali w odległościach proporcjonalnych do wartości ich logarytmu. Nakładając dwie skale zastępujemy dyskretne cyfrowe operacje ciągłymi (niedyskretnymi) liniowymi pomiarami wykonując je w sposób, który jest odpowiednikiem normalnej matematycznej operacji. Z użyciem skali metrycznej możemy tyko dodawać Z użyciem skali logarytmicznej dodawania stały się mnożeniami

15 Trudność w używaniu suwaka polega na odczycie wyniku: cyfrowy wyświetlacz mechanicznego kalkulatora jest dokładny, podczas gdy odczytanie wyniku ze skali suwaka logarytmicznego dokonuje się poprzez interpolowanie położenia nitki okienka suwaka. Poniżej widzimy liczbę na mechanicznym kalkulatorze. Ta sama liczba ukazana na suwaku: odczyt jest mniej dokładny, lecz wprawieni użytkownicy rzadko przekraczali błąd odczytu powyżej 2%.

16 Model skali suwaka logarytmicznego Everarda, (XVIII wiek) Tavernier Gravet, pierwszy suwak z okienkiem i kreską, (około 1880) Nestler 23R, ulubiony suwak Einsteina i von Brauna, (około 1940) Pickett N-909, z funkcjami trygonometrycznym, (około 1970)

17 Aby zaprojektować wielkie konstrukcje inżynierowie pracowali kiedyś miesiącami. Wszystkie obliczenia wykonywano ręcznie i nie było czasu na sprawdzanie nowych pomysłów. Dzisiaj, możemy wprowadzić do komputera 1000 wstępnych założeń i w kilka minut zobaczyć optymalne rozwiązanie. W przeszłości do projektowania nowych konstrukcji trzeba było wielu doświadczonych inżynierów, lecz teraz wystarcza tylko jeden programista i wielu zwyczajnych użytkowników programu. Budowa mostu Golden Gate, (1934) Budowa sterowca Macon, (1931)

18 Analogowy kalkulator także towarzyszył pilotom, od zarania lotów aż do pierwszych pasażerskich odrzutowców. Precyzyjne i łatwe w obsłudze, nikt nie przypuszczał, aby mogły być zastąpione nawet w przyszłości. Były zawsze niezbędne w samolotach, jako urządzenia wspomagające. Suwak logarytmiczny na pokładzie Boeinga 707, (1972) Suwak logarytmiczny typu 2267 na pokładzie flagowca Enterprise

19 "Houston, Tutaj Baza Spokoju: Orzeł wylądował". Tymi słowami Neil Armstrong ogłosił w 1969 roku lądowanie na Księżycu. Jednym z komputerów na pokładzie był kieszonkowy suwak logarytmiczny, będący na wyposażeniu wszystkich misji Apollo. Zaledwie 40 lat temu, był on uważany za awangardową technologię zaś reklama wychwalała: Używany w 5-ciu lotach na Księżyc. Poniżej pokazano lewitujący wraz Buzzem Aldrinem na pokładzie Apollo 11 suwak logarytmiczny: rzeczywiście bardzo długa kariera suwaka lecz..

20 .. w 1972 roku firma Hewlett Packard wprowadza do sprzedaży pierwszy poręczny i ekonomiczny naukowy kalkulator. Reklamowany jako elektroniczny suwak logarytmiczny, jest on uznawany za jeden z 20-tu produktów, które zmieniły Świat. Krótko przed tym pewien dyrektor fabryki suwaków logarytmicznych oświadczył: Jakiekolwiek będą wyzwania przyszłości, zawsze dostarczymy kalkulatorów, które sobie z tym poradzą. Dwa lata później jego fabrykę Zamknięto, a suwaki logarytmiczne produkowane przez wieki w liczbie większej niż 60 milionów egzemplarzy zniknęły ze sceny, a kilka lat później zostały zapomniane.

21 Pomiędzy 1970 a 1972 rokiem elektroniczne kalkulatory stały się ogólnie dostępne. Każdemu pozwalały na wykonanie obliczeń bez specjalnego przygotowania, zaś klasyczne przyrządy mechaniczne zniknęły natychmiast. W roku 1980 zostały one zapomniane, a sen Leibniza stał się prawdą:..to niegodne wykształconego człowieka tracić godziny jak niewolnik na obliczeniach rachunkowych, które mogłyby być poświęcone czemuś innemu, jeśli można by użyć maszyn. Żaden inny wynalazek nie miał podobnego wpływu na rozwój technologii: pociągi i konie ciągnące powozy żyły razem ponad 100 lat, lecz elektronika pokonała w jednaj chwili swoich przeciwników. To prawdziwa rewolucja. Ponownie odkrywając te historyczne mechaniczne kalkulatory zapytaj siebie samego: Co z naszą obecną technologią będzie jutro, skoro to NASA w 1965 roku nie przewidziała śmierci suwaków logarytmicznych.

22 3 - Ostatnie przemyślenia Standardowy znak bezpieczeństwa

23 Obecnie wykonywanie obliczeń powierza się urządzeniom elektronicznym, a wyniki często bezkrytycznie odczytywane są na elektronicznym wyświetlaczu, bez żadnej koncepcji jak one powstają. Większość ludzi wprowadza liczby do kalkulatorów oczekując od nich prawidłowej odpowiedzi. Sztuka liczenia nie jest już praktykowana, zaś studenci uczą się matematyki będąc analfabetami jej historii, co jest złą praktyką. Pomocom elektronicznym nie powinno się ufać na ślepo: Myślenie, że: jeśli ekspert tak mówi, to musi to być prawda, jest podstawą Zasady Autorytetu, która prowadzi do zniewolenie procesu samodzielnego myślenia.

24 Stare kalkulatory mechaniczne nie zapewniały szybkich wyników obliczeń, lecz wspomagały użytkownika wykonującego żmudne obliczenia, pomagając mu rozwinąć osobiste uzdolnienia, co miało wpływ na wszystkie aspekty jego życia. Ten kalkulator działa nieprawidłowo: każdy inżynier w przeszłości zauważyłby, że 6x2 nie daje 6. Każdy był nauczony sprawdzać wyniki, lecz dzisiaj, to smutne, wielu wierzy w wynik bez potwierdzenia. Prawidłowy wynik wynosi: Nie każdy przywykł do sprawdzenia

25 Pamiętajmy: myślenie, że: jeśli ekspert tak mówi, to musi to być prawda, jest główną tezą Zasady Autorytetu, która prowadzi do zniewolenie psychicznego i czyni nas bezbronnymi. Szeroko rozpowszechniona akceptacja manipulowania nami jest tego wyraźną oznaką. Nie przez przypadek demokracja zrodziła się w Grecji: naukowe myślenie i otwarty umysł nie są naturalnym dziełem ewolucji, lecz muszą być doskonalone systematycznie. Prosta lekcja tradycyjnego liczenia może w tym przypadku pomóc: racjonalny umysł tworzy lepsze decyzje, lepszych obywateli i lepszy Świat.

26 Pamiętajmy o przyrządach i ich wynalazcach, którzy stworzyli współczesny świat z użyciem wymienionych tu mechanicznych technik obliczeniowych. Dzisiaj natomiast często korzystamy z pomocy elektronicznych, tak jak pijany facet uzależniony jest od lampy ulicznej raczej w celu utrzymania równowagi niż oświecenia. Fermi i von Braun wykorzystywali kalkulatory o mniejszej mocy obliczeniowej niż każdy współczesny telefon komórkowy, lecz obecnie nawet skomplikowane obliczenia może wykonać każdy z nas używając kalkulatora elektronicznego. Postępu nie można zatrzymać, ale ciągle jeszcze stare przyrządy mogą być użyteczne, aby podtrzymać nasze rozwinięte umiejętności zważywszy, że..

27 .. nauczyć się je stosować nie jest trudne, a były kiedyś powszechnie używane. Jeśli kot Tom to potrafi, to Ty też możesz! Musimy zachować pamięć o przeszłości: muzeum nie będzie kompletne bez ekspozycji kości dinozaura. Będzie także niekompletne bez ekspozycji starych urządzeń obliczających, które są dzisiejszymi technologicznymi skamielinami.

28 Cała historia kalkulatorów wraz z pomocami dydaktycznymi i oprogramowaniem niezbędnym do zrozumienia, w jaki sposób one działają, można za darmo pobrać z mojej strony internetowej Nowoczesna technologia ma starożytne korzenie, ignorowanie wiedzy o tym jak obliczenia były wykonywane przed erą cyfrową jest porównywalne do znajomości historii tylko po pierwszej wizycie człowieka na Księżycu. Niezbyt to mądre!! Moc obliczeniowa pierwszych komputerów była porównywalna do tej, którą miały suwaki logarytmiczne.

29 Nicola Marras Włochy Kolekcjonuję suwaki logarytmiczne, jestem członkiem Towarzystw ARC (Amigos de las Reglas de Calculo) i Oughtred Society. Poprzez wystawy i kursy edukacyjne promuję pamięć o starych urządzeniach obliczeniowych i starożytnych systemach nawigacji. Korzystając z mojej e-książki p.t. Czy istniało życie przed komputerem? i innych moich materiałów edukacyjnych nauczyciele mogą zapoznawać uczniów z dawnymi urządzeniami obliczeniowymi. Główną imprezą, w której co roku biorę udział, jest moja wystawa na festiwalu Italian Science Fair Cagliari Festival Scienza. W latach 2013 and 2015 moje projekty przedstawiałem na europejskich festiwalach Science on Stage w Słubicach i Londynie.