Appunti di Calcolo Numerico - Esercizi e Dispense - Università degli ...

1.3. Gli albori
Il suo desiderio di creare una macchina per eseguire calcoli si concretizzò in due progetti, quello della
Macchina alle Differenze e quello della Macchina Analitica 2 . La Macchina alle Differenze doveva calcolare
in modo automatico funzioni polinomiali ma non venne mai completata per il suo costo eccessivamente
elevato. La Macchina Analitica, invece, doveva essere una macchina di calcolo programmabile, e si può considerare
come la prima idea del moderno computer. Anche questo progetto, tuttavia, rimase incompiuto.
Solo nel 2002 è stato possibile costruire una macchina che rispondesse al progetto di Babbage.
Nel 1833, Babbage incontrò Ada Lovelace 3 , figlia del famoso poeta Lord Byron. Lovelace, appena diciassettenne,
aveva parecchie conoscenze matematiche, inusuali per l’epoca, e si entusiasmò talmente tanto per
il progetto di Babbage, da intuire altre potenzialità della macchina stessa, come la capacità dei numeri di
poter rappresentare altre entità quali le lettere dell’alfabeto o le note musicali, e che dalla manipolazione dei
numeri la macchina avrebbe esteso la propria potenza oltre il mondo della matematica. Sempre la Lovelace
intuì che la soluzione dei problemi matematici si sarebbe effettuata attraverso delle procedure di calcolo
(quelli che noi chiamiamo programmi).
Alla luce degli sviluppi che si sono avuti nel ventesimo secolo, la visione di Babbage e della Lovelace
appare profetica.
Ada Lovelace
1.3 Gli albori
Il 1800 si chiude con una grande invenzione: nel 1896, Guglielmo Marconi inventa la radio. Il 1900 si apre
con altre importanti invenzioni: il triodo, il registratore magnetico, la televisione, fino ad arrivare intorno alla
metà del 1900 con il transistor (nel 1947) e il circuito integrato (nel 1958). La nuova tecnologia elettromeccanica
ed elettronica si rivelò decisiva per lo sviluppo dei computer, grazie allo studio sistematico della teoria dei
circuiti elettrici. Il più noto tra gli studiosi di questa teoria fu l’americano Claude Shannon 4 . Il suo contributo
fondamentale fu quello di elaborare un metodo sistematico per progettare reti logiche capaci di eseguire le
operazioni logico-aritmetiche desiderate: detto più semplicemente, egli mostrò come trasformare una assegnata
operazione matematica in un circuito elettrico costruito con interruttori e relè di commutazione (quelli
usati nelle telecomunicazioni). Nel 1948, il suo articolo A Mathematical Theory of Communication pubblicato
sulla rivista The Bell System Technical Journal getta le basi teoriche dell’informatica. Per prima volta
viene usato il termine bit come abbreviazione di binary digit, termine suggeritogli dal chimico e statistico J.
W. Tukey.
Il lavoro di Shannon diede l’avvio allo studio delle tecniche indispensabili per progettare in modo
sistematico tutti i circuiti logici di base necessari per realizzare i circuiti di calcolo dei futuri computer.
Da un punto di vista propriamente ”pratico“ invece, la nascita e lo sviluppo dei calcolatori elettronici
inizia nel 1938: il tedesco Konrad Zuse 5 costruisce Z1, una macchina costruita e pensata in maniera completamente
meccanica, tutta da migliorare, ma che può essere considerata come il primo calcolatore. Zuse
passa subito al progetto Z2, dove l’aritmetica meccanica è sostituita da relè elettromeccanici. L’inizio della
seconda guerra mondiale interrompe bruscamente il lavoro di Zuse, che viene chiamato alle armi, ma riesce
a persuadere l’Istituto di Ricerca Aerodinamica del Terzo Reich a continuare i suoi studi. Completa quindi la
costruzione dello Z2 e inizia a lavorare sullo Z3, che è il primo computer che Zuse costruisce per essere usato
e non per verificare le proprie idee. Lo Z3 ha non solo l’unità aritmetica ma anche la memoria realizzata con
relè elettromeccanici, ben 2600. Z3 fu la prima macchina di calcolo programmabile e venne usata dall’industria
aerea per risolvere sistemi di equazioni e altri sistemi matematici ricavati da problemi di vibrazione
degli apparecchi aerei messi sotto stress.
2 Osserviamo che l’invenzione del telaio meccanico a schede, in cui il tipo di tessuto veniva scelto (o programmato) in base a delle
schede inserite nella macchina, è un precursore del progetto di Babbage.
3 Augusta Ada Lovelace (1815-1852) fu la figlia del famoso poeta Lord Byron. I genitori si separono subito dopo la sua nascita e
la bambina crebbe insieme alla madre (Lord Byron partì dall’Inghilterra senza farvi più ritorno e morì in Grecia quando Ada aveva otto
anni). Poichè la madre era appassionata di matematica e non voleva che la figlia seguisse la strada del padre, incoraggiò la figlia in questa
direzione, impartendole un’istruzione legata alla matematica e alla musica. Nel 1835 sposò William King, di dieci anni più anziano. Nel
1838 il marito ricevette il titolo nobiliare di Conte di Lovelace. Ebbero tre figli. La Lovelace morì di cancro a soli 37 anni.
4 Claude Shannon (1916-2002) fu fisico e matematico del MIT.
5 Konrad Zuse, ingegnere civile (1910-1995).
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