गणक-यंत्र

संगणकाच्या इतिहासाचा विचार करताना बहुतेक वेळा अबॅकस या प्राचीन उपकरणाला संगणकाच्या पिढीचा मूळपुरुष मानले जाते. पण ते सयुक्तिक नाही. कदाचित सर्व अर्वाचीन शोधांचा उगम प्राचीन इतिहासामध्ये शोधण्याचा अट्टाहास या मागे असावा. हे उपकरण स्वतंत्रपणॆ असे कोणतेही कार्य करत नाही. माणसाने केलेल्या आकडेमोडीच्या अधल्या मधल्या टप्प्यावर तयार झालेले आकडे विविध मण्यांच्या स्थिती-स्वरूपात साठवून ठेवणे इतकेच त्याचे काम आहे. त्या मण्यांच्या अंतिम स्थितीचा अर्थ लावून केल्या आकडेमोडीचे उत्तर मानवी मेंदूनेच तयार करावे लागते. संगणकाचा मुख्य हेतू माणसाच्या मेंदूने करण्याचे काम त्या उपकरणाने यंत्राने अथवा साधनाने करणे हा आहे. अबॅकस तो साध्य करत नाही. आजच्या संगणकाच्या भाषेत सांगायचे तर त्यामध्ये माणसाच्या ‘मेमरी’चे (memory) किंवा स्मरणशक्तीचे काम केले जाते आहे. अर्वाचीन संगणकामधला अविभाज्य भाग असणारा मेंदू, म्हणजे ’प्रोसेसर’ (Processor) त्यात आदिम रूपातही अस्तित्वात नाही. फार फार तर आजच्या कॅल्क्युलेटरचा पूर्वज म्हणून याला मान्यता देता येईल. अबॅकसमध्ये वापरल्या जाणार्‍या मण्यांना लॅटिन भाषेमध्ये कॅल्क्युलस म्हटले जाई. त्यावरून कॅल्क्युलेशन ही प्रक्रिया आणि ती करणारा तो कॅल्क्युलेटर अशा संज्ञा रुढ झाल्या.

पण सतराव्या शतकामध्ये स्कॉटिश गणिती जॉन नेपियर (लॉगॅरिदम या गणिती संकल्पनेचा जनक) याने बेरीज, गुणाकार, वर्गमूळ आदि मूलभूत गणिती प्रक्रियांसाठी एक उपकरण तयार केले ज्याला पुढे ‘नेपियर्स बोन्स’ म्हटले गेले. विल्हेम सिखार्ड या जर्मन प्राध्यापकाने यांना घड्याळातील चक्रे अथवा गिअर्सची जोड देऊन ’कॅल्क्युलेटिंग क्लॉक’ तयार केले. पुढे प्रसिद्ध फ्रेंच गणिती ब्लेझ पास्कल* याने ’पास्कलाईन’ या नावाने उपकरण बनवले. जर्मन गणिती गॉटफ्रिड लायबनिट्झ याने ‘स्टेप्ड रेकनर’ नावाचे यंत्र बनवले, जे बेरीज आणि गुणाकार करण्यास साहाय्यक होते. या सतराव्या शतकाला गणकयंत्रांचे शतक म्हटले पाहिजे. कारण वर उल्लेखलेल्या गणिती वा अभियंत्यांशिवाय सर सॅम्युअल मोरलॅंड (इंग्लंड), क्लॉड पेरॉ (फ्रान्स), टिटो लिविओ बुरातिनी (इटली), रेने ग्रिले (फ्रेंच) यांनीही याच शतकात आपापली गणकयंत्रे तयार केली.

या सर्व उपकरणांमधे जास्तीत-जास्त सहा ते आठ आकडी संख्यांपर्यंतची आकडेमोड शक्य होती. पुढे कागदाचा पुरवठा नि वापर वाढला तसे या उपकरणांनी केली जाणारी आकडेमोड कागदावर करणे शक्य झाले. अरेबिक, भारतीय, ग्रीक ग्रंथांतून नोंदवून ठेवलेल्या गुणाकाराच्या, बेरीज, गुणाकारांच्या विविध पद्धती सहजपणे वापरता येऊ लागल्या. नेपियरच्या संकल्पनेवर आधारित काही पानांचे ‘लॉगॅरिदम टेबल’ तयार स्वरूपात मिळू लागले. त्याचवेळी माणसाच्या भौतिक समस्यांची, त्याच्या आव्हानांची, त्याला आवश्यक असणार्‍या गणिताची व्याप्ती वाढली. आणि सहाऐवजी आठ अथवा दहा आकडी आकडे हाताळू शकतील अशी यंत्रे बनवणॆ म्हणजे त्यांचा आकार हाताळण्यास अवघड होण्याइतपत वाढवणे तर होतेच, पण त्याचबरोबर तसा बदल हा मूलभूत पातळीवरचा नसून केवळ प्रासंगिक उपयुक्ततेचा ठरला असता. म्हणजे दहाऐवजी बारा आकडी संख्या वापरायच्या झाल्या तर यंत्रात पुन्हा बदल करणे आवश्यक ठरले असते.

त्याच वेळी दुसर्‍या बाजूने इंजिनियरिंगसारख्या क्षेत्रात उत्पादनात अधिकाधिक नेमकेपणा येण्याच्या दृष्टीने अपूर्णांकांच्या गणितांच्या उत्तरांतही आणखी अचूकता आणणे आवश्यक होऊ लागले. त्यामुळे दशांश चिन्हापलीकडच्या आकड्यांची संख्या वाढवणॆ गरजेचे होऊ लागले. त्यामुळॆ या उपकरणांची उपयुक्तता मर्यादित होऊन बसली.

असे असले तरी या यंत्रांनी एक अत्यंत महत्वाचे काम सिद्धीस नेले. त्यांनी प्रथमच गणनाच्या पद्धतींना ‘यांत्रिक आज्ञावली’ (Mechanical Algorithm) च्या रूपात यंत्रावर बसवण्यात यश मिळवले. ज्याप्रमाणे माणसाच्या वस्तू-उत्पादनाची पद्धत यंत्राच्या आधारे राबवून माणसाचे वस्तू-उत्पादनाचे काम यंत्रावर सोपवणे शक्य झाले, त्याचप्रमाणे माणसाच्या मेंदूतील कामेही यंत्रांच्या साहाय्याने करणे शक्य आहे हे या उपकरणांनी सिद्ध केले.  थोडक्यात ही उपकरणॆ म्हणजे संगणकाची किंवा एकूणच बौद्धिक कामे करणार्‍या उपकरणांची ‘प्रूफ ऑफ कन्सेप्ट’ (Proof of concept) ठरली. बौद्धिक काम करू शकणार्‍या यंत्राच्या संकल्पनेला अथवा शक्यतेला त्यांनी संभाव्यतेच्या परिघात आणून ठेवले.

या यांत्रिक उपकरणांची एक पिढी पुढे स्लाईड-रूल, वर्निअर कॅलिपर, स्क्रू-गेज या मार्गाने उत्क्रांत होत इंजिनियरिंग क्षेत्रात शिरली.

बॅबेजचे अ‍ॅनलिटिकल एंजिन

एकोणीसाव्या शतकाच्या सुरुवातीला इंग्लिश गणिती चार्ल्स बॅबेज याने ’अ‍ॅनलिटिकल इंजिन’ (Analytical Engine) अथवा ’डिफरन्स इंजिन’ नावाच्या यंत्राची संकल्पना प्रथम मांडली. ज्यात त्याने मुख्य काम करण्यासाठी मध्यवर्ती Arithmetic Logic Unit (ALU), इनपुट देण्यासाठी आणि उत्तर मांडण्यासाठी पंच-कार्डस आणि या कामादरम्यान निर्माण होणारी माहिती वा आकडे/संख्या साठवून ठेवण्यासाठी ‘मेमरी’  अशी योजना केली होती. आज त्याला जवळजवळ दोनशे वर्षे होत असताना आणि संगणकाने कार्यक्षमता, वेग, आकार या तीनही परिमाणांमध्ये प्रचंड प्रगती केलेली असतानादेखील ही मूलभूत रचना बव्हंशी कायम राहिली आहे. बॅबेजच्या ALU ची जागा डेस्कटॉप कम्प्युटरमध्ये C.P.U. किंवा मध्यवर्ती कार्यकारी यंत्रणेने घेतली. तर पुढे अखेर पी.सी.बी. क्रांतीनंतर बोटाच्या टोकावर बसेल इतक्या छोट्या मायक्रो-प्रोसेसर’ने (micro-processor) हे सारे काम आपल्या शिरावर घेतले.

बॅबेज जरी स्वत: या उपकरणाची अथवा यंत्राची निर्मिती करू शकला नाही तरी बॅबेजच्या जन्मशताब्दी वर्षात – १९९१ मध्ये – ‘लंडन सायन्स म्युजियम’ने बॅबेजच्या कल्पनेतले हे डिफरन्स इंजिन तयार केले. ज्याच्या आकाराची नि आवाक्याची कल्पना यू-ट्यूब वर उपलब्ध असलेल्या या (https://www.youtube.com/watch?v=0anIyVGeWOI) व्हिडिओमध्ये पाहता येईल. आजच्या अद्ययावत धातू तंत्रज्ञानाचा वापर करूनही याचे वजन सुमारे पाच टन आहे, यात सुमारे आठ हजार सुटे भाग वापरले गेले आहेत आणि हे ११ फूट लांब आणि आठ फूट उंच आहे. भारतात आणि जगात आजही असंख्य कुटुंबे याहून कमी आकाराच्या खोलीत आपले आयुष्य कंठत असतात हे लक्षात घेतले तर, याने पास्कल वगैरेंच्या यंत्रापेक्षा आपली गणिती कुवत वाढवली असली तरी, त्यासाठी हा उंट माणसाच्या तंबूत शिरून बसणार होता असे म्हणावे लागते.

इतक्या प्रचंड आकाराच्या या यंत्राचे काम केवळ गणिती आकडेमोड – केवळ अंकगणिती नसले तरी – करण्याइतपतच मर्यादित होते. त्यामुळॆ याचा वापर हा केवळ गणिती आकडेमोड आवश्यक असलेल्या सैद्धांतिक अथवा प्रयोगशील शास्त्रीय अभ्यासकांपुरताच मर्यादित होता हे ओघाने आलेच. इथे आणखी एक गोष्ट नोंदवून ठेवली पाहिजे, ती म्हणजे हे यंत्र माणसाच्या बुद्धीच्या आधारे सोडवली जाणारी गणिते सोडवण्याचे काम करत असले, तरी माणसाच्या बौद्धिक कुवतीमध्ये करता न येणारे असे कोणतेही काम त्याला अद्याप करता येत नव्हते. (ती कुवत पुढे डिजिटल संगणकातच निर्माण झाली.) बॅबेजचे हे यंत्र हे मानवी मेंदूचे काम फक्त आपल्या शिरावर घेत होते इतकेच.

बॅबेज जरी त्याचे हे यंत्र स्वत: पुरे तयार करू शकला नसला, तरी त्यावर जितके काम तो करू शकला त्यात अ‍ॅडा लवलेस नावाची काउंटेस त्याची मदतनीस होती. (ही अ‍ॅडा म्हणजे प्रसिद्ध इंग्लिश कवी लॉर्ड बायरन याची एकुलती एक मुलगी!) अशा गणकयंत्राचा वापर केवळ आकडेमोडीपेक्षा अधिक व्यापक स्वरुपाची कामे करण्यास करता येऊ शकेल अशी शक्यता तिनेच प्रथम व्यक्त केली. तिनेच अशा गणकयंत्रावर एखादे गणित  सोडवण्यासाठी वा एखादे कार्य करण्यासाठी आवश्यक असणारी पहिली आज्ञावली अथवा Algorithm तयार केला. (संगणकीय आज्ञावली म्हणजे एखादे कार्य करण्यासाठी आवश्यक पूर्व-माहिती, आवश्यक असणारे टप्पे अथवा उप-कार्ये, त्यांचा क्रम, पुनरावृत्तीची शक्यता यांची मांडणी) आज आपल्या संगणकावर अथवा स्मार्ट-फोनवर जे प्रोग्राम अथवा अ‍ॅप्स आपण वापरतो ते तयार करणार्‍या ‘(कम्प्युटर) प्रोग्रामर’ या जमातीची ही आदिमाता म्हणता येईल.

बॅबेज याने बेरीज (अथवा वजाबाकी) या गणिती प्रक्रियेचा आधार घेऊन आपल्या गणकयंत्राची संकल्पना मांडली होती. काही दशकांनंतर पर्सी लुजेट याने गुणाकार ही मूळ प्रक्रिया आधार घेऊन आपल्या गणकयंत्राचा आराखडा सादर केला. पुढे एक-दोन दशकांतच आजच्या संगणकाचा मूळ पुरुष मानले गेलेले Z1 नावाचे यंत्र कॉनरॅड झ्यूस या जर्मन इंजिनियरने तयार केले.

बॅबेज आणि लुजेट यांच्या यंत्रांपेक्षा हे यंत्र दोन पावले पुढे होते. पहिले म्हणजे यात प्रथमच बायनरी (binary, 0/1) संकल्पनेचा वापर केला गेला, जो आजही सर्व अत्याधुनिक संगणकांचा मूलाधार आहे. दुसरे म्हणजे हे चालवण्यासाठी विद्युत-शक्तीचा वापर केला गेला. त्यामुळे मनुष्याच्या बुद्धीचे काम करू लागलेल्या या यंत्राने आता त्याच्याकडून मिळणार्‍या शारीर ऊर्जेची अथवा वापर-कौशल्याची गरजही नाहीशी केली. याचा एक महत्त्वाचा फायदा म्हणजे  हे यंत्र काम करीत असताना माणसाने तिथे उपस्थित असण्याची गरज संपली.  या यंत्रावर काम सोपवून माणूस दुसरे काम करण्यास अथवा कॅफेमध्ये जाण्यास मोकळा होऊ लागला.

आज मागे वळून या दोनही यंत्राकडे पाहिले तर असे वाटते की ज्या पातळीवरची कामे हे करू शकत होते, त्या तुलनेत त्यांनी व्यापलेली जागा आणि ऊर्जा यांचे प्रमाण प्रचंड होते. परंतु माणसाचे बुद्धीचे काम एक यंत्र करू शकते ही शक्यता वास्तवात आणणे हे त्यांचे मोठे श्रेय होते. तोवर माणसाची वस्तू-उत्पादनासारखी शारीरिक श्रमाची किंवा कौशल्याची कामे यंत्रांनी आपल्या शिरावर घेतली होती. आता बुद्धीचे कामही यंत्रांवर सोपवता येणे शक्य आहे, हे बॅबेज आणि झ्यूस यांनी निर्णायकरित्या सिद्ध केले आणि माणसाला सामान्य कामे यंत्रांवर सोपवून कल्पनेच्या क्षेत्रात झेप घेण्यास वाव निर्माण करून दिला. केवळ गणितच नव्हे तर इतर क्षेत्रातील बौद्धिक कामांसाठी अशी यंत्रे बनवता येऊ शकतात का यावर माणूस विचार करू लागला.

डॉ. मंदार काळे, संख्याशास्त्रज्ञ व संगणक तज्ज्ञ आहेत.