1.4.1 Računalniški »stari vek« (mehanska računala)

    Kje so korenine računalništva, točno težko rečemo, zagotovo pa jih lahko odkrivamo že v davni preteklosti. Med začetke najbrž sodi obdobje, ko je človek začel šteti, ko si je skušal predstavljati število s predmeti, s prsti na rokah, s školjkami, kamenčki ali morda narisanimi znaki, ki so mu pomenili določene številke. Prav sposobnost predstavljanja števil (oz. podatkov) pomeni začetek, osnovo sodobnih računalnikov. Vzporedno z uporabo števil je rasla tudi želja najti napravo, ki bi omogočila hitrejše in lažje računanje. Eden prvih digitalnih mehanizmov za računanje je kitajsko računalo na kroglice, imenovano abakus (slika  18), ki je nastalo več kot 3000 let pred našim štetjem in ga še vedno lahko najdemo v nekaterih deželah sveta (Rusija, Kitajska...).

Pomembnejša letnica v razvoju »računalništva« je leto 1614, ko je Škot John Napier iznašel logaritme (slika 18), to je matematične postopke, s katerimi je mogoče zahtevnejše aritmetične operacije (npr. množenje in deljenje) prevesti v enostavnejše (npr. seštevanje in odštevanje). Na tej osnovi so nastala različna računala (npr. logaritemsko računalo) in računarski stroji. Tako je bil izum mehanskega računskega stroja, ki ga pripisujemo Wilheimu Shichardu, leta 1623, pomemben mejnik. Preprost mehanizem za seštevanje in odštevanje temelji na principu prenosa prek zobatih kolesc. S tem se je začelo obdobje računskih strojev, ki so uporabljali tehnologijo zobniškega prenosa. Na tej osnovi je bil izdelan računski stroj, delo uglednega matematika in fizika 17. stoletja, Blaisa Pascala (slika 18). Princip delovanja je bil zelo preprost, podoben načinu delovanja števca kilometrov v avtomobilu. Namenjen je bil predvsem seštevanju in odštevanju, pa tudi množenju in deljenju, čeprav sta ti dve operaciji zahtevali nekoliko več truda. Ne glede na to pa je bil zelo cenjen zaradi enostavnega delovanja in uporabe ter zlasti natančnosti.

Pomembnejši napredek pomeni leto 1672, ko je v Nemčiji Wilhelm Gottfried Leibnitz uporabil zobata kolesca v stroju, ki ni znal samo seštevati in odštevati, ampak tudi množiti, deliti in celo izračunati kvadratni koren (slika 18).

   Več kot 150 let pozneje je angleški matematik Charles Babbage (slika 19) zasnoval stroj, ki mu je, čeprav ga ni nikoli dokončal, prinesel splošno priznanje, da je oče modernega računalništva. Poimenoval ga je analitski stroj. Čeprav so njegove zamisli daleč prehitele razvoj tehnologije, mu je s tem strojem uspelo postaviti osnovne principe delovanja poznejšega sodobnega računalnika, principe, ki so v pravem pomenu zaživeli šele dobrih sedemdeset let po njegovi smrti. Imel je vhodno-izhodne naprave, ki so uporabljale luknjane kartice, podobne tistim, ki so tkalskemu stroju Josepha Jacquarda (slika 20) rabile za izdelavo vnaprej določenega vzorca. Poleg tega je bil ta stroj sestavljen iz dveh poglavitnih delov: iz »shrambe« (pomnilnika), v kateri je bilo prostora za 1000 števil s po več deset ciframi, in iz »mlinčka« (procesna enota), ki je izvajal računske operacije s števili. Obe enoti naj bi prav tako nadzoroval s karticami, na katerih so bili ukazi s številkami shranjeni, dokler niso bili potrebni za upravljanje stroja. Ta Babbageeva idejna rešitev pomeni že pravi delujoči računalnik, ki prvič ni bil namenjen le slepemu računanju. V stroj je bila vgrajena sposobnost odločanja, ki naj bi bila odvisna od vmesnih izračunov; tako izračunani rezultati naj bi bili podatki za seštevanje nadaljnjih zapletenih nalog. Kako revolucionarna zamisel za takratni čas in kako pomembna ideja za poznejši razvoj računalnikov. 

Avtor ideje praktično ni uresničil, saj takrat tehnologija (prenos z zobatimi kolesi) ni bila zmožna izdelati tako zapletenega stroja (trenje, prenos napake vrtenja..). Babbage in njegove »računalniške« ideje so utonile v pozabo. Šele po 2. svetovni vojni so odkrili, da je zasnova njegovega analitskega stroja v bistvo predhodnik današnjih računalnikov. Tako lahko potegnemo črto razvoja, ki vodi od stroja s štirimi računskimi operacijami prek analitskega stroja do centralne enote današnjega računalnika.

    Druga razvojna črta vodi prek perifernih enot: iznajdba pisalnega stroja in njegove kombinacije s papirnatim trakom, kar je dal razvoj telegrafije, dalje uvajanje luknjanih kartic na področjih, kjer se pojavljajo velike množine podatkov, in ob tem specialne enote za luknjane kartice. Pri Jacquardu je bila luknjana kartica namenjena upravljanju procesa (tkanje, vzorčenje, ...), Hermanu Hollerithu (slika 21) pa je uspelo, da je postala nosilka podatkov, in to predvsem številskih. Uporabil je kovinske konice za »tipanje« luknjane kartice; ko kovinske konice zadenejo v luknjo, se skoznje dotaknejo prevodne snovi (npr. živega srebra) in se s tem vzpostavi električni stik. Ta Hollerithov stroj se je pokazal tako učinkovit, da ga je statistični urad v Ameriki 1890 uporabil za popis prebivalcev. Rezultat je bil izreden, saj so popis izvedli desetkrat hitreje kot prej. Hollerith je kasneje ustanovil podjetje, ki je sčasoma preraslo v IBM (International Business Machines), danes eno največjih podjetij na področju proizvodnje računalnikov in računalniške opreme.
    

    Med izumitelji je treba omeniti tudi Jamesa Powersa, ki je med popisom prebivalstva v Ameriki 1910 izvedel pomembno izboljšavo naprav z luknjanimi karticami, in Frederika Bulla, ki si je od leta 1915 prizadeval izpopolniti elektromehanske stroje z luknjanimi karticami. Na koncu starejše generacije je pomemben še nemški konstruktor Konrad Zuse (slika 29), ki je svoje življenje posvetil konstruiranju računskih strojev. Njegova dva osnovna principa sta ostala vezana na tehniko modernih računalnikov: upravljanje programa in dvojiški sistem. Tako kot Babbageov analitski stroj je tudi njegov računski stroj z imenovan Z1 deloval predvsem mehanično, a že s programiranim upravljanjem. Ker je Z1 zaradi mehaničnega prenosa signala deloval zelo počasi in s težavo, je Zuse za naslednika, z imenom Z2, uporabil releje kot prekinjevalne elemente in s tem že začel drugo pomembno obdobje v razvoju računalnikov - elektro mehansko obdobje. Leta 1941 mu je sledil Z3 s približno 3600 releji in z razvitim algoritmičnim jezikom. Čeprav je Zuse zaprosil nacistično vlado za finančno pomoč, je na srečo ni dobil, in računalniki tako niso postali del nemškega vojaškega stroja.