Önemli İcatlar - Hesap Makinesi

Hesap Makinesi

Basit aritmetik işlemler yapan araç.

Yalnızca toplama ve çıkarma, bunun yanı sıra çarpma ve bölme de yapabilen türleri vardır. Hesap makineleri mekanik, elektromekanik ve elektronik olabilirler. Abaküs bunların en ilkelidir. Gerçek anlamda ilk hesap makinesi Pascal tarafından yapıldı (1642). Bu makine, çevresi numaralanmış disklerden oluşuyor ve disklerden biri, bir tam devir döndüğünde ötekini 1/10 oranında döndürüyordu. Art arda toplama yoluyla çarpma da yapabilen ilk hesap makinesini Leibniz tasarladı (1671). Küçük dişlilerin dönüşüyle çalışan bu makinenin yapımı 1694'te gerçekleştirilebildi.

Charles Babbage, 1833'te, karmaşık bir hesap makinesi yapımına girişti. "Fark makinesi" adlı bu makineye, veriler delikli kartlarla yüklenecekti. Digital bilgisayarın babası olan bu makine, çağının tekniğinden ileride bir denemeydi ve başarısız kaldı. Esası Pascal'ın makinesine dayanan mekanik makineler elektrikli, kâğıt şeritlerle de yazar makineler hâline getirildi ve yaygınlaştı. 20. yüzyılın ikinci yarısından itibaren bunlar da yerlerini elektronik makinelere bırakmaya başladılar.

Cepte taşınabilen bu tür hesap makineleriyle yalnızca basit aritmetik işlemler bir yana, son derece karmaşık mühendislik hesapları da süratle yapılabilmektedir. Programlanabilen ve geniş hafızalı çeşitleri küçük bir bilgisayara benzer. Elektronik hesap makinelerinin en gelişkini olan bilgisayarlar ise boyutlarının küçültülmesi, daha ucuza mal edilmeleri ve tartışılmaz üstünlükleriyle yaşamın vazgeçilmez parçaları hâline gelmektedir.

HESAP MAKİNESİ

Hesap makineleri basit aritmetik işlemlerinden karmaşık trigonomet­rik fonksiyonlara kadar çeşitli hesapları hızlı ve doğru olarak yapabilen aygıtlardır. 1970'lerden başlayarak hesap makinelerinde çok büyük gelişmeler olmuş, yalnızca büro ve mağazalarda kullanılabilen kocaman makine­lerin yerini cepte taşınabilen küçük elektronik hesap makineleri almıştır.
İlk hesap makineleri dişli çarklarla meka­nik olarak çalışıyordu. Bugünün elektronik hesap makineleri ise belleği ve veri işlem birimi olan minyatür, ama gerçek birer bilgi­sayardır ve çalışmaları bilgisayarlarla aynı te­mel ilkelere dayanır .

Elektronik hesap makinelerinin çok küçük boyutlarda olması kuşkusuz eski mekanik hesap makineleri karşısında büyük bir üstün­lüktür. Ama bunun dışında, aksayabilecek pek az hareketli parça içeren ya da hiç içermeyen elektronik hesap makineleri daha güvenilir aygıtlardır. Üstelik yapım ve kulla­nım giderleri çok daha azdır; çünkü bu makineler küçük bir pille bir yıl ya da daha uzun süre çalışabilir. Hatta bazıları güneş pilleriyle çalıştığından hiçbir harcama gerek­tirmez.

Elektronik hesap makinelerinin bu kadar küçük boyutlara indirgenmesini sağlayan en büyük gelişme, mikroçip denen minyatür elektronik devrelerin yapılmasıdır. Bir mikro-çipte binlerce elektronik devre elemanı bir­kaç milimetre kare büyüklüğündeki incecik bir silisyum katmanı üzerine yerleştirilebilir.
Elektronik hesap makinelerinin çalışması bir iç zamanlama düzenine dayanır. Bunu sağlayan da içinden elektrik akımı geçtiğinde düzenli titreşimler üreten kuvars kristalleridirBu kuvars kristalleri de mikroçipteki silisyum kristalleri gibi incecik bir katman halinde bulunur ve ürettiği titreşimler hesap makinesinin devrelerinde işlemleri adım adım gerçekleştiren vuruları oluşturur.

Bir hesap makinesinin nasıl çalıştığını gör­mek için 3 ve 4 sayılarını toplamayı deneyelim. Açma tuşuna basarak makineyi çalışır duruma getirdikten sonra sırasıyla 3, + ve 4 tuşlarına basarız. Her tuşa basıldığında, bu sayıları ve toplama ( + ) işlemini belirten elektronik sinyaller mikroçip üzerindeki bel­leğin ayrı ayrı bölümlerine kaydedilir. Daha sonra işlemin sonucunu almak için = tuşuna bastığımızda bu sinyaller makinenin aritmetik birimine aktarılır. Burada iki sayı toplanır ve işlemin sonucunu belirten sinyallerin gönde­rilmesiyle makinenin ekranında 7 rakamı belirir. Bazı hesap makinelerinin ekranı, için­den elektrik akımı geçtiğinde ışık yayan kü­çük yarıiletken kristallerinden yapılmıştır. Ama günümüzde daha çok sıvı kristalli ekranlar kullanılır. Bunlarda, içinden elektrik akımı geçtiğinde ışığı değişik yönlere saptıran özel bir sıvı vardır

Tuşlara basıldığında belleğe gönderilen sin­yaller sayıları onlu sayma sistemiyle, yani O'dan 9'a kadar olan rakamlarla göstermez. Çünkü sayıları bu sisteme göre işleyebilecek elektronik devrelerin yapımı çok zordur. Bu­nun yerine, tuşlara basıldığı anda onlu sayı sistemi otomatik olarak ikili sayı sistemine dönüştürülür . Bu sistemde yalnızca 1 ve 0 gibi iki sayısal simge vardır. Böylece bir elektrik devresinde, örne­ğin akımın geçmesi l'i, akımın kesilmesi O'ı belirtmek üzere bu iki simge kolayca gösteri­lebilir.

Bir elektrik devresinden akımın geçmesi ya da kesilmesi bir devre anahtarıyla kolayca denetlenebilir. Oysa bir hesap makinesinin aritmetik biriminde ı on binlerce, hatta yüz binlerce devre anahtarı bulunur. Kuşkusuz bunlar evlerimizde lambaları yakıp söndür­mek için kullandığımız elektrik düğmeleri gibi mekanik birer devre anahtarı değil, mantık devresi ya da geçit denen elektronik anahtar­lardır. Bu aygıtların bu adla anılmasının nedeni, önceden saptanmış belirli kurallara uygun bir mantığa göre çalışarak bazı sinyal­lerin geçmesine izin vermeleri ya da sinyal geçişini engellemeleridir. Bu kuralları İngiliz matematikçi George Boole, kendi adıyla anı­lan Boole cebrinin bir parçası olarak 19. yüzyılın ortalarında saptamıştır. Elektronik devrelerde genellikle VE, YA DA ve VE DEĞİLSE mantığına göre işleyen üç tip geçit kullanılır .

Birbiriyle bağlantılı olan bu mantık devre­leri, ikili sayıların basit toplama işlemini adım adım yerine getirir. Çıkarma işlemini yapmak için de sayılardan birini eksi olarak alıp sonra iki sayıyı toplar. Bir çarpma işlemini sonuç­landırmak için basit toplama işlemlerini art arda yinelemesi gerekir. Bölme işlemi de basit çıkarma işlemlerinin gene art arda yine­lenmesine dayanır. Elektronik işlemler şim­şek hızıyla gerçekleştiği için, aritmetik birimi­nin bir çarpma ya da bölme işlemi için yüzlerce sayıyı toplayıp çıkarması hiç zaman almaz.

Bugünkü gelişmiş hesap makinelerinin öncü­leri, 17. yüzyılda Blaise Pascal ile Gottfried von Leibnitz'in yaptıkları mekanik hesap makineleridir. Bunlar, birbirini döndüren diş­li çarklar gibi mekanik düzeneklerle işleyen çok basit ve hantal makinelerdi. Sonradan Fransa'nın en ünlü düşünür ve matematikçile­rinden biri olan Pascal 1642'de ilk hesap makinesini yaptığında henüz 19 yaşındaydı. Yalnızca toplama ve çıkarma yapabilen bu makineden 31 yıl sonra, ünlü Alman matema­tikçi Leibnitz dört temel işlemi yapabilen ve karekök alabilen, daha iyi tasarlanmış bir hesap makinesi yaptı. Ama büyük olasılıkla o dönemin teknolojisi makine parçalarının tasa­rıma uygun biçimde yapımına elvermediğin­den bu makineyle de pek güvenilir sonuçlar alınamadı.
Yaklaşık iki yüzyıl sonra W. T. Odhner, dişli çarkların pimli bir tekerle döndürüldüğü bir hesap makinesi geliştirdi. Günümüzde mağaza ve dükkânlarda kullanılan yazar kasa­lar ile bürolarda kullanılan masa tipi mekanik hesap makinelerinde de bu sistem uygulanır, ama artık bunların hepsi elektriklidir.

Bütün mekanik hesap makinelerinin çalış­ma hızı, kullanan kişinin sayıları makineye yükleme hızıyla sınırlıdır. 1883'te İngiliz mü­hendis Charles Babbage yalnızca temel arit­metik işlemleri yapmakla kalmayan, ayrıca sayıları ve verilen komutları saklayabileceği bir belleği olan "çözümleyici" ya da "analitik" bir hesap makinesi tasarlamıştı. Ne yazık ki bu makine de çağının teknoloji düzeyinin çok üstünde olduğu için hiçbir zaman gerçekleşti­rilemedi. Gene de bilgisayarların ve bilgisayar teknolojisine dayanan elektronik hesap maki­nelerinin öncüsü olarak kabul edilir.

Hesap makinesinin tarihi

Bugün, bilgisayarlarımızın içinde ufak bir ayrıntı olarak kalan, kol saatlerimizin hatta cep telefonlarımızın olmazsa olmaz özelliklerinden biri haline gelen hesap makineleri, bundan birkaç yüzyıl önce icat olunduğunda büyük ses getiren bir buluş olarak karşılanmıştı. Zira insanlar en basit toplama ve çıkarma işlemleri için bile dakikalarca uğraşmak durumunda kalıyor, hele işleri gereği sürekli hesap yapmak zorunda olan ticaret erbapları kafalarını kâğıt kalemden kaldıramıyordu. Onlarca rakamdan oluşan sayıları bile birkaç saniyede çarpan, bölen, toplayan ve çıkaran çeşitli makinelere sahip olan modern insan için sıradan bir alet olan hesap makineleri, o yıllarda neredeyse bir nimetti.

İlk hesap makineleri

Dört işlemden birinin ilk olarak ne zaman ve nerede yapıldığı bilgisine ulaşmak bugün elbette imkânsız. Ama bu işlemleri yapmak için kullanılan ilk aygıtın aşağı yukarı hangi tarihlerde icat edildiği o kadar da ulaşılmaz bir bilgi değil. Sayıları işleyen ilk aygıt olarak kabul edilen ‘Abaküs’, MÖ 1000’li yıllarda Doğu uygarlıklarında kullanılmış. Aritmetik işlemler yapmak için kullanılan bu aygıt, üzerinde boncukların dizili olduğu teller bulunan tahta bir çerçeveden ibaret. İnsanlık tarihinde hesaplama yapmak için en uzun süre kullanılan aletlerden biri olan Abaküs’ün, MS 1500’lü yıllara kadar kullanıldığı biliniyor. Hatta bu ilkel hesap makinesi, bugün bile bazı kültürler için vazgeçilmez öneme sahip.

Abaküs’ün yaklaşık 2500 yıl boyunca kullanılmasının ardından, 1600’lü yıllara gelindiğinde, John Napier adlı İskoç matematikçi, üzerinde sayıların yazılı olduğu zarları icat etmiş. ‘Napier Kemikleri’ adı verilen bu zarlar belli bir sırada dizildiğinde yan sütundaki sayılar bir çarpma işleminin sonucunu vermekteydi. Ancak Napier Kemikleri de Abaküs gibi birçok insanın ihtiyacını karşılamak konusunda yeterli olmuyordu. Bu insanlardan birisi de Blaise Pascal’dı.

Mekanik hesap makineleri

Matemetikçi, bilim adamı ve ilahiyatçı olarak bilinen Blaise Pascal 1623 yılında Fransa'nın Calaremont şehrinde doğmuştu. Genç Blaise’in babası vergi dairesinde çalışmakta ve hesaplar arasında boğulmaktaydı. Blaise 16 yaşına geldiğinde ise, babası bu sıkıcı görevi oğluna devretmişti. Blaise, rakamlarla cebelleşmekten arta kalan vaktini bu zevksiz işi ortadan kaldıracak bir hesap makinesini tasarlamakla geçiriyordu. Bu uğraş yaklaşık 10 yılını aldıktan sonra, ortaya ‘Pascaline’ ismiyle bilinen, dişlilerden yapılmış, hesaplama mekanizmasına sahip cilalı pirinçten bir kutu çıktı. Barometre ve hidrolik presin de kaşifi olarak bilinen Blaise Pascal’ın icat ettiği bu mekanik aygıt, kadranlarla girilen, en fazla sekiz basamaklı sayıları toplayıp çıkarabiliyordu. Aradan birkaç yıl geçtikten sonra, Wilhelm von Leibniz, Pascal’ın toplama ve çıkarma yapabilen makinesini geliştirerek bölme ve çarpma işlemlerini yapabilen ve karekök alabilen bir makine yaptı. Böylece ticarî bir başarıya sahip olan ilk hesap makinesi kullanılmaya başlandı. Bu makinenin daha gelişmiş bir tipi olan ve ‘Aritmometre’ adı verilen hesap makinesi ise 1862'den 1930'lara kadar üretildi.

Hesap makinesinden bilgisayara

İngilizcede bilgisayar anlamına gelen ‘computer’ kelimesi, hesaplamak anlamına gelen compute kelimesinden türetilmiştir. Zira hesap makineleri üzerinde yapılan çalışmalar, bilgisayarın keşfinde de önemli bir rol üstlenmiştir. Bu yüzden bazı kaynaklar, bilgisayar tarihini insanların sayı sayma ve sayılarla işlem yapma ihtiyacına kadar dayandırmaktadır.
1800’lü yıllarda, Ingiliz matematikçi ve makine mühendisi Charles Babbage de, Pascal'ın iki işlem yapabilen hesap makinesini geliştirmeye çalışmaktaydı. Babbage'e göre Pascal'ın makinesinin eksik yanı, her işlemin insan tarafından yapılmasını gerektirmesi idi. “Aynı makine, ardarda yapılacak işlemleri kendisine verilecek bir işlemler zinciri ile nasıl yapabilir?” sorusu Babbage'in aklını kurcalamaktaydı. Babbage bu düşünceden hareketle, matematiksel işlemleri peş peşe gerçekleştirebilecek bir mekanizmanın tasarımına girişti ve düşüncesini 1822 yılında küçük bir model üzerinde denedi. Farklara dayanarak çalışan bu makineye Difference Engine (Fark Makinesi) adını verdi. Bu model makinenin amaçlanan biçimi, günün tekniği yetersiz kaldığı için uygulanamadı.

Babbage, bu başarısızlığına rağmen, 1835 yılında ‘Analitik Motor’ adını verdiği ikinci bir makine tasarladı. Analitik Motor, temelde bir hesap makinesinden ziyade, aritmetik işlemleri peş peşe yapabilme ve karar verebilme yeteneıine sahip bir makine olarak tasarlanmıştı. Aynı yıllarda, J.M. Jacquard tarafından dokuma tezgahlarının birbirine zincir düzeninde bağlanmış delikli kartlarla programlanması tekniği bulunmuştu. Bu buluş Babbage'i etkiledi ve aynı tekniği analitik motora uygulamaya başladı. İki takım kart zinciri kullandı. Birinci kart zincirine, üzerinde işlem yapılacak verileri, ikinci kart zincirine de, veriler üzerinde yapılacak işlemleri sırasıyla delerek işledi. Analitik motorun kendisi ise iki parçadan oluşmaktaydı. Birinci parça bellek elemanı olarak çalışmakta ve 50 tane sayıcı tekerlekten oluşmakta idi. Bellek 50 sayıyı saklayabilmekte ve bu sayılar l000'e kadar değer alabilmekteydiler. Diğer birim ise hesaplama birimi idi.

Babbage'ın analitik motorunun çalışması şöyle anlatılabilir. Bir işlem adımında, kart zincirleri birer adım ilerler, delikli kartların karşılarında bulunan kollar kartlardaki deliklere göre konumlanırlar. Bu konumlamaya göre hesap birimi yapacağı işlemi ve üzerinde işlem yapacağı veriyi ögrenir. Analitik motor, işlemlerin ardışık yapılması, bir çevrim içinde çalışma gibi günümüz yazılımının temel kavramlarını ortaya çıkarması açısından da önem taşımatkadır.

Ayrıca Babbage'ın önerdiği bu makine, değişmez bir donanımın bir bellekte saklanacak bilgilerle yönlendirilebileceği kavramını getirmesi açısından günümüz bilgisayarlarının temelini oluşturmaktadır. Babbage'ın önerip gerçekleştiremediği bu makineler, yaklaşık bir yüzyıl sonra (1937) IBM'in desteği ile Harward Üniversitesinde, Howard Aiken tarafından gerçekleştirilmiştir.