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Fino al 1900 l'evoluzione degli strumenti di calcolo è stata legata soprattutto all'uso di ingranaggi meccanici. I primi meccanismi di calcolo erano realizzati con ruote dentate e leverismi. Indicando per esempio i termini da addizionare agendo sulle ruote dentate, un meccanismo spostava i suoi componenti meccanici in una nuova configurazione corrispondente al risultato dell'operazione. In questo caso all'utente era richiesta la sola capacità di indicare correttamente gli operandi e il dispositivo stesso eseguiva l'operazione. In presenza di operazioni più complessi dispositivi simili imponevano che fosse l'utente stesso a scomporre le operazioni: X+Y+Z =(X+Y)+Z. Successivamente, con la rivoluzione industriale che contrassegnò un enorme sviluppo tecnologico, venne posta maggiore attenzione nei riguardi dei meccanicismi automatici. Vengono infatti realizzati i primi automi meccanici (i più comuni di tipo musicale). Questa idea la ritroviamo espressa successivamente nel telaio di Jacquard: il telaio non solo è in grado di funzionare autonomamente grazie ad una propria forza interna (assicurata dal motore a vapore), ma può svolgere anche operazioni complesse grazie al controllo mediante schede perforate. L'idea innovativa che permise di cambiare i calcolatori in modo radicale è legata al concetto di programmazione, cioè alla possibilità di fornire in ingresso alla macchina non solo i dati da elaborare, ma anche la sequenza di operazioni da eseguire sui dati. Questa sequenza di operazioni viene detta programma e guida il funzionamento della macchina nello svolgimento di attività di calcolo complesse. Questo significa che il calcolatore agisce innanzi tutto come un interprete delle istruzioni. Ogni istruzione rappresenta un singolo passo necessario per la risoluzione dell'intero problema. Poiché le sequenze di operazioni elementari che possiamo specificare alla macchina sono infinite, uno strumento di calcolo di questo genere ha enormi potenzialità, di gran lunga superiori rispetto alle normali calcolatrici. L'idea del calcolatore programmabile si concretizzò nella progettazione della Macchina Analitica (Analytical Engine) che doveva essere, nei progetti di Babbage, uno strumento di calcolo "universale" le cui operazioni possono essere di volta in volta specificate insieme ai dati da elaborare. La Macchina Analitica rappresentava un progetto estremamente innovativo, ma la complessità e la precisione richiesta per i suoi meccanismi e la mancanza di fondi resero impossibile la realizzazione concreta di tale strumento. Nel 1880 in America iniziò il censimento della popolazione, ma dopo quasi un decennio non si era ancora concluso. Per quasta ragione il governo molto preoccupato indisse una gara per potere effettuare i calcoli in modo meccanico. Vincitrice della gara risultò la macchina tabulatrice di Herman Hollerith di Baltimora che si definì il primo ingegnere statistico della storia. La macchina di Hollerith fu la progenitrice dei moderni calcolatori elettronici. I risultati del censimento del 1890 si ottennero in un terzo el tempo di dieci anni prima, con una popolazione aumentata del 25%. E' iniziata l'era delle schede perforate e con la macchina di Hollerith si diffondono le prime meccanizzazioni su scala industriale in Austria, Norvegia, Russia e Germania.
Ecco di seguito un elenco dei principali dispositivi meccanicii che hanno aiutato l'uomo e velocizzato l'esecuzione di calcoli:
Macchina aritmetica di Giovanni Poleni
Macchina differenziale di Charles Babbage
Macchina tabulatrice di Herman Hollerith
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