आज जवळजवळ सर्वच क्षेत्रांत संगणकाचा वापर होतो आहे. त्यामुळे प्रत्येक जण प्रत्यक्ष वा अप्रत्यक्षपणे सतत संगणकाचा वापर करतो आहे. त्या निमित्ताने, संगणकाची सोप्या भाषेत ओळख करून देणारी ही लेखमाला ‘पत्रिके’त वर्षभर प्रकाशित केली जाणार आहे. या अंकापासून सुरू होणाऱ्या या मालिकेतील हा पहिला लेख अर्थातच संगणकाच्या ‘पूर्वजां’ बद्दलचा…
आजचं युग हे संगणकाचं युग म्हणून ओळखलं जातं. आधुनिक मानवी जीवनाशी संबंधित असलेल्या प्रत्येक क्षेत्राला या ना त्या रूपात संगणकाचा स्पर्श झाला आहे. किंबहुना, आजच्या या जगात संगणकापासून दूर असणारं क्षेत्र सापडणं अवघड आहे. मोटारगाडी चालवायची असो की मायक्रोवेव्ह, मोबाइल वापरायचा असो की धुलाईयंत्र, विमान उडवायचं असो की अंतराळयान, या आणि अशा अनंत कामात खात्रीलायकरीत्या मदत करायला वेगवेगळ्या रूपांत आजचा संगणक आपल्याला भेटतच असतो. आजचं संगणक विश्व ज्या मजबूत पायावर उभं आहे, त्यामागं अनेक शास्त्रज्ञांची कल्पनाशक्ती, बुद्धिमत्ता आणि मेहनत आहे. या सर्वांनी भविष्याचा वेध घेताना जी कल्पकता दाखवली, त्यातच आजच्या आणि कदाचित उद्याच्या संगणकाचीही मुळं दडलेली आहेत.
कोणत्याही नव्या शोधासाठी त्याच्या संशोधकाकडे तीन गोष्टी असायची आवश्यकता असते. नव्या यंत्राची कल्पना करण्यासाठी लागणारी कल्पनाशक्ती, ती कल्पना प्रत्यक्षात आणण्यासाठी लागणारी प्रखर बुद्धिमत्ता आणि या येऊ घातलेल्या यंत्रामुळे येणारी मानवाच्या जीवनातील सुलभता जाणण्याची समज.
आधुनिक संगणकाची सुरुवात दुसऱ्या महायुद्धाच्या अखेरीस झाली असं मानलं जातं. म्हणजे आधुनिक संगणकाचा इतिहास केवळ सत्तर वर्षं जुना आहे. केवळ सात दशकांत या संगणकरूपी वामनाचं पाऊल तिन्ही लोक व्यापून अजून वाढतंच आहे. या बहुगुणी आणि सर्वव्यापी यंत्रानं मानवी जीवन अधिकाधिक सोपं करण्यासाठी सिंहाचा वाटा उचलला आहे. मग अशा या संगणकाचा विचार वैज्ञानिकांना केवळ सत्तर वर्षांपूर्वी सुचला असेल असं असूच शकत नाही. खरं तर आजच्या संगणकाला अनेक शतकांची परंपरा आहे. आज आपण संगणकाकडे एक माणसासारखा विचार करू शकणारं यंत्र म्हणून पाहतो; पण संगणकाकडे सुरुवातीला केवळ एक ‘गणनयंत्र’ म्हणजे आकडेमोड करण्यासाठी मदत करणारं यंत्र म्हणून बघितलं जात होतं. गणनयंत्रापासून ते संगणकापर्यंत प्रवास केलेल्या याच परंपरेचा आढावा आपण आजच्या लेखात घेऊ या.
स्वतःच्या हाताची आणि पायाची बोटं वापरून पुरातन काळातला माणूस त्याच्या आजूबाजूच्या गोष्टी मोजायला शिकला. बोटांवर न मावणाऱ्या संख्या मोजायला आधी प्राण्यांची हाडं आणि नंतर दगड, गोटे तो वापरायला लागला ते अगदी पुरातन काळात. अंक मोजण्याच्या पुढची पायरी होती ती अंकगणिताची आणि त्यासाठी जन्म झाला आजच्या संगणकाच्या आद्यपुरुषाचा ‘अॅबेकस’चा. आकडेमोड करण्यासाठी माणसानं वापरलेलं म्हणून मानवी इतिहासात नोंद झालेलं पहिलं गणनयंत्र म्हणजे अॅबेकस.
अॅबेकसचा पहिला उल्लेख ‘सुमेरियन अॅबेकस’ या रूपात मेसोपोटेमियात (आजचा इराक) ख्रिस्तपूर्व २७०० ते ३००० या दरम्यानच्या काळात आढळतो. त्यानंतर जगातल्या अनेक भागांत वेगवेगळ्या रूपात तो वापरला गेल्याचे दाखले मिळतात. इतकंच नव्हे, तर हा अॅबेकस अगदी आजही वापरला जातो. आजच्या काळातही अनेक ठिकाणी अॅबेकस वापरून जलद आकडेमोड करायची कला शालेय विद्यार्थ्यांना शिकवली जाते आणि ही कला अवगत केलेले विद्यार्थी आधुनिक कॅल्क्युलेटरपेक्षाही जलद आकडेमोड करू शकतात असा अनुभव आहे. आधुनिक अॅबेकसमध्येलाकडी चौकटीत तारा बसवलेल्या असतात आणि त्या तारांमध्ये ओवलेले मणी सरकवून आकडेमोड केली जाते. पुरातन अॅबेकसमध्ये दगडगोटे लाकडात, दगडात किंवा चक्क वाळूत बनवलेल्या खाचांमध्ये सरकवून तशीच आकडेमोड केली जायची. अॅबेकस वापरून बेरीज, वजाबाकी, गुणाकार, भागाकार तर करता येतोच; पण इतकंच नव्हे, तर संख्येचं वर्गमूळ आणि घनमूळही काढता येतं.
अगदी अॅबेकसच्या काळापासून, म्हणजे ख्रिस्तपूर्व काळापासून अनेक शतकं जगातल्या वेगवेगळ्या प्रांतांत वेगवेगळ्या विषयांतली तज्ज्ञ मंडळी आपापल्या क्षेत्रात काम करत होती. खगोलशास्त्र, कालगणना, तत्त्वज्ञान आणि धर्मशास्त्राबरोबर गणित आणि विज्ञानाचाही विकास होत होता. पण यात बऱ्याचदा त्यांची गाडी अडत होती ती आकडेमोडीपर्यंत येऊन. अनेक प्रक्रिया अशा असायचा ज्यात मोठ्या प्रमाणात आकडेमोड असायची आणि त्यामुळं त्या प्रक्रियेची गती मंदावायची. अनेक ख्यातनाम वैज्ञानिकांनी यावर आपापल्या पद्धतीने तोडगा काढायचा प्रयत्न केला.
स्कॉटिश गणितज्ञ जॉन नेपियरनं १६१७मध्ये आकडेमोडीसाठी एक असं साधन बनवलं, ज्यात केवळ बेरजेच्या साहाय्यानं गुणाकार, आणि वजाबाकीच्या साहाय्यानं भागाकार करता येईल. याला त्यातील साधनांच्या आकारामुळं ‘नेपियर्स बोन्स’ असं संबोधण्यात येतं. ख्यातनाम फ्रेंच तत्त्वज्ञ ब्लेस पास्कलनं १६४५ साली ‘पास्क्लीन’ नावाचा एक यांत्रिक गणक बनवला, ज्यात बेरीज वजाबाक्या थेट होत, तर गुणाकार आणि भागाकार हे पुनःपुनः केलेल्या बेरीज व वजाबाकीच्या साहाय्यानं होत. जर्मनीच्या गॉटफ्रिड लाइबनित्झनं १६७१ मध्ये ‘पास्क्लीन’मध्ये थोडाफार बदल करून ‘लाइबनित्झ चक्र’ बनवलं. या साधनात हाच गुणाकार आपोआप होण्याची सोय होती. १८२० सालामध्ये फ्रान्सच्या थोमास दे कोल्मारनं ‘ॲरिथ्मोमीटर’ नावाचं ‘यांत्रिकी गणनयंत्र’ बनवलं. या ॲरिथ्मोमीटरमध्ये आणि लायबनित्झ चक्रात खूप साम्य होतं आणि त्या काळातल्या कार्यालयीन कामात आकडेमोडीसाठी या ॲरिथ्मोमीटरचा सर्रास वापर होत होता.
सन १६१४मध्ये जॉन नेपियरनं लॉगरिथमच्या साहाय्यानं किचकट आकडेमोड सोपी बनवली. पण ही आकडेमोड सहज आणि त्वरित करता यावी म्हणून लॉगरिथमच्या सारण्या लागायच्या. प्रत्यक्ष आकडेमोडीच्या प्रक्रियेत या सारण्यांचा आधार घेतला जायचा. ते दिवसच सारण्यांच्या साहाय्यानं आकडेमोड करण्याचे होते. केपलरनंही ग्रहांच्या कक्षेसंबंधीच्या किचकट आकडेमोडीसाठी लॉगरिथम सारण्याच वापरल्या होत्या. केवळ खगोलशास्त्रच नव्हे, तर अभियांत्रिकी, विमा, बँकिंग, नौकानयन अशा कोणत्याही क्षेत्रात, जिथं आकडेमोड करायला लागते, तिथं ती करण्यासाठी त्या-त्या कामासाठी बनवलेल्या सारण्या वापरल्या जायच्या. मात्र, एक तर, हातानं बनवलेल्या या सारण्या तितक्याशा विश्वसनीय नसायच्या आणि दुसरं म्हणजे, त्यांच्या साहाय्यानं आकडेमोड करणं हीसुद्धा एक किचकट आणि अवघड प्रक्रिया होती. गंमत म्हणजे, सारण्या वापरून आकडेमोड करण्याचं काम करणाऱ्या माणसांना चक्क ‘कॉम्प्यूटर’ म्हणजे ‘संगणक’ या पदनामानं संबोधलं जायचं.
ही आकडेमोडीची प्रक्रिया अजून सुलभ व्हावी म्हणून नेपियरच्या लॉगरिथमचाच आधार घेऊन १६२२मध्ये इंग्लंडच्या रेव्हरंड विल्यम आऊट्रेड यांनी ‘स्लाइडरूल’ हे यांत्रिकी गणनयंत्र बनवलं, अमेरिकेत त्याला ‘स्लीपस्टीक’ असं म्हटलं जायचं. स्लाइडरुलची वेगवेगळी रूपं पाहण्यात येतात. पण या सर्व रूपांत वापरलेलं तत्त्व समान आहे. यात १ ते १० आकडे असलेल्या दोन पट्ट्या असतात, ज्या एकमेकांच्या सापेक्ष सरकतात. या पट्ट्यांवरचे १ ते १० आकडे हे एकमेकांपासून समान अंतरावर नव्हे तर लॉगरिथमिक स्केलमध्ये दिलेले असतात. जर दोन संख्यांचा गुणाकार करायचा असेल, तर यांतील प्रत्येक पट्टी एका संख्येचं प्रतिनिधित्व करते. दोन्ही पट्ट्या सरकवून दोन्ही संख्या एका रेषेत आणल्या की त्यांच्या लॉगरिथमची बेरीज आणि पर्यायानं संख्यांचा गुणाकार करणं सहज शक्य होतं. अभियंत्यांच्या अनेक पिढ्या या स्लाइडरूलवर आकडेमोड करूनच शिकल्या आणि जगातल्या कित्येक मोठमोठ्या प्रकल्पांची आकडेमोडही या स्लाइडरूलवरच झाली. अल्बर्ट आइन्स्टाइन यांनादेखील स्लाइडरूल अतिशय प्रिय होता व त्यांच्या कोटाच्या खिशात ते तो नेहमी बाळगत.
सन १८२१च्या उन्हाळ्यात चार्ल्स बॅबेज हा ब्रिटिश वैज्ञानिक, खगोलशास्त्रातला एक कूटप्रश्न सोडवण्यास लागणाऱ्या आकडेमोडीसाठी, हातानं लिहिलेल्या अनेक सारण्या घेऊन बसला होता. त्यातल्या अनेक चुकांनी वैतागून तो म्हणाला, “हे आकडेमोडीचं काम वाफेनं नाही का करता येणार?”. ते औद्योगिक क्रांतीचे दिवस होते. रेल्वेसकट अनेक यंत्र वाफेवर चालत होती. आकडेमोड करणाऱ्या स्वयंचलित यंत्राची कल्पना त्या क्षणी बॅबेजच्या मनात रुजली. या अमूर्त कल्पनेला मूर्त स्वरूप मिळालं ते ‘डिफरन्स इंजिन’च्या संकल्पनेच्या रूपानं. डिफरन्स म्हणजे ‘फरक’. दोन संख्यांमधल्या फरकावर हे यंत्र आधारलेलं होतं. सतत बेरीज करून गुणाकार आणि सतत फरक काढून भागाकार करण्याची पद्धत यात वापरली होती. दशमान पद्धतीवर आधारित या यंत्रात ० ते ९ या प्रत्येक आकड्यासाठी एक चक्र होतं आणि गियरच्या मदतीनं यात संख्यांची आकडेमोड व्हायची.
एडा लवलेस ही, प्रसिद्ध इंग्लिश कवी लॉर्ड बायरनची एकुलती एक औरस मुलगी. ती वडिलांसारखी कवी होऊ नये म्हणून तिच्या आईनं तिला वडिलांपासून दूर आणि अत्यंत शिस्तीत वाढवलं. मुलींना फारसं न शिकवण्याच्या त्या काळातही ती पुढे खूप शिकली आणि गणितज्ञ झाली. सन १८३३मध्ये लंडनला एका भोजन समारंभात सतरा वर्षांची एडा चाळिशीतल्या चार्ल्स बॅबेजला भेटली आणि पुढं त्याच्या डिफरन्स इंजिनच्या संकल्पनेच्या प्रेमातच पडली. १९३४मध्ये बॅबेजनंच त्याच्या डिफरन्स इंजिनच्या संकल्पनेला बाजूला ठेवलं आणि तो त्याहीपेक्षा प्रगत अशा ‘अॅनालिटिकल इंजीना’च्या संकल्पनेवर काम करू लागला. हे अॅनालिटिकल इंजीन म्हणजे खऱ्या अर्थानं कोणत्याही कामासाठी वापरला जाऊ शकणारा संगणकच होता. आजचा संगणक हा इलेक्ट्रॉनिक असतो, तर या यंत्राचा आराखडा हा यांत्रिकी- अभियांत्रिकीच्या संकल्पनेतून साकार झाला होता. आजचा संगणक बायनरी, म्हणजे द्विमान पद्धत वापरतो, तर हे यंत्र डेसिमल, म्हणजे दशमान पद्धत वापरत होतं. दोघांमधले हे दोन महत्त्वाचे फरक होते. यात आधुनिक संगणकाप्रमाणे मेमरी (ज्याला बॅबेज ‘स्टोअर’ म्हणायचा) आणि वेगळं ॲरिथमॅटिक अँड लॉजिकल युनिट (ज्याला बॅबेज ‘मिल’ म्हणायचा) होतं. या यंत्राला प्रोग्रॅमिंग करायची सोयही होती. या यंत्राला माहिती पुरवण्यासाठी इनपुट साधन म्हणून त्या काळी यंत्रमागासाठी वापरण्यात येणाऱ्या पंच्ड कार्ड्सचा वापर केला होता आणि यंत्राकडून माहिती मिळवणारं आउटपुट साधन म्हणून प्रिंटर जोडला होता.
एडा त्यानंतर बॅबेजच्या ‘अॅनालिटिकल इंजिन’च्या संकल्पनेवर काम करू लागली. १८४३मध्ये अॅनालिटिकल इंजिनवर लिहिलेल्या एका फ्रेंच शोधनिबंधाचं तिनं केवळ इंग्रजीत भाषांतरच केलं नाही, तर त्यावर मूळ निबंधापेक्षा अधिक लांबीचं स्वत:चं भाष्यही लिहिलं. अॅनालिटिकल इंजिन हे बॅबेजच्या मते केवळ आकडेमोडीसाठी वापरता येणारं एक अप्रतिम यंत्र होतं, पण एडाला त्यात त्याहून अधिक शक्यता दिसत होत्या. योग्य पद्धतीनं आज्ञावली लिहिल्यास हे यंत्र केवळ आकडेमोड नव्हे, तर कोणतंही काम करू शकेल; अगदी संगीतही निर्माण करू शकेल असं तिनं तिच्या त्या भाष्यात लिहून ठेवलं होतं. याच भाष्यात काही गणिती प्रश्न या यंत्राच्या साहाय्यानं कसे सोडवता येतील हे दाखवण्यासाठी तिनं नमुन्यादाखल काही आज्ञावल्याही लिहिल्या होत्या. म्हणून एडाला काही तंत्रज्ञान इतिहासकार पहिली आज्ञावली लिहिणारी व्यक्ती म्हणून ‘आद्य प्रोग्रॅमर’ म्हणजे ‘आद्य आज्ञाकार’ म्हणून ओळखतात.
बॅबेजनं जरी डिफरन्स इंजिनाचा आणि अॅनालिटिकल इंजिनाचा आराखडा बनवला असला, तरी खूप प्रयत्न करूनही त्याच्या जीवनकाळात त्यांना तो प्रत्यक्षात उतरवू शकला नाही. अगदी अलीकडे, म्हणजे २००२मध्ये बॅबेजच्या आराखड्यातल्या डिफरन्स इंजिनाला मूर्त स्वरूप देण्यास वैज्ञानिकांचा एक चमू सतरा वर्षांच्या मेहनतीनंतर यशस्वी झाला. त्यांच्या अथक मेहनतीनं लंडन सायन्स म्यूझियममध्ये आज उभ्या असलेल्या डिफरन्स इंजिनामध्ये आठ हजार भाग आहेत आणि या साधनाची लांबी सुमारे सव्वातीन मीटर, उंची दोन मीटर आणि वजन पाच टन आहे. ते हुबेहूब बॅबेजच्या आराखड्याबरहुकूम बनवण्यात आलंय आणि ते बॅबेजनं कल्पलेल्या डिफरन्स इंजिनासारखंच चालतं. दुर्दैवानं वैज्ञानिकांना बॅबेजच्या आराखड्यातलं अॅनालिटिकल इंजीन मात्र आजही प्रत्यक्षात उतरवता आलेलं नाही. पण ते तयार करण्याचा त्यांचा प्रयत्न मात्र चालू आहे.
अॅलन टुरिंग या महान इंग्लिश गणितज्ञानं १९३६ मध्ये पहिल्यांदा ‘टुरिंग मशीन’ची संकल्पना मांडली. जसं एखाद्या समीकरणानं एकाच पद्धतीचा प्रश्न सोडवता येतो, तसं एक टुरिंग मशीन हे एका ठरावीक गोष्टीसाठीच वापरता येईल, पण त्यासाठी त्याला द्यायच्या आज्ञा आधी ठरवायला लागतील, अशी संकल्पना टुरिंगनं मांडली. अशी अनेक टुरिंग मशीन वेगवेगळ्या आज्ञावल्या वापरून वेगवेगळे प्रश्न सोडवू शकतील. कोणताही प्रश्न सोडवण्यासाठी एकदा आज्ञावली लिहिली, की मग कोणताही मानवी हस्तक्षेप न होता हे टुरिंग मशीन तो प्रश्न सोडवेल अशी ती संकल्पना होती. त्यानंतर अॅलन टुरिंगनं ‘युनिव्हर्सल टुरिंग मशीन’ ची संकल्पना मांडली. यात वेगवेगळ्या टुरिंग मशीनऐवजी एकच टुरिंग मशीन वेगवेगळ्या आज्ञावल्या वापरून, ज्यासाठी त्या आज्ञावल्या लिहिल्या गेल्या आहेत, ते-ते प्रश्न सोडवू शकेल असा विचार मांडला होता. एकच यंत्र त्याला दिलेल्या आज्ञावलीनुसार वागून कोणताही प्रश्न सोडवू शकेल ही टुरिंगची कल्पना आधुनिक संगणकाच्या संकल्पनेची सुरुवात मानली जाते. टुरिंगच्या याच संकल्पनेत पहिल्यांदा ‘स्टोअर्ड प्रोग्रॅम’ म्हणजे ‘आधी लिहिलेली आणि संगणकात साठवलेली आज्ञावली’ ही संकल्पना वापरली गेली. आजच्या आधुनिक संगणकात या दोन्ही संकल्पना सर्वमान्य झाल्या असल्या, तरी त्या पहिल्यांदा अॅलन टुरिंगनं मांडल्या आणि म्हणूनच त्याला ‘आधुनिक संगणकाचा जनक’ असंही संबोधण्यात येतं.
‘संगणक माणसासारखा विचार करू शकेल का?’ या स्वत:लाच पडलेल्या प्रश्नाचं उत्तर देताना दुरिंगनं ‘संगणकाला हुशार तेव्हाच म्हणता येईल, जेव्हा संगणक माणसाला फसवून त्याला असं पटवू शकेल, की तो संगणक नसून माणूसच आहे!’, असं म्हणून त्या काळातच ‘कृत्रिम बुद्धिमत्ते’चा त्यानं पाया घातला. इतकंच नाही तर, १९५० मध्ये त्यानं संगणकासाठी एक ‘टुरिंग टेस्ट’ बनवली, जी उत्तीर्ण झालेला संगणक माणसासारखा विचार करू शकतो असं म्हणता येईल.
पास्कल, नेपियर, लायबनित्झ, आऊट्रेड यांसारख्या दिग्गज वैज्ञानिकांनी यांत्रिकी-अभियांत्रिकीचा आधार घेत अनेक गणनयंत्रं बनवली, ज्याअन्वये आकडेमोड सोपी झाली. चार्ल्स बॅबेज, एडा लवलेस आणि अॅलन टुरिंगसारख्या गणितज्ञांनी अशा यंत्रांची संकल्पना मांडली, ज्यांत या गणनयंत्रांच्या पुढच्या पिढीच्या विकासाची बीजं होती. ब्लेस पास्कल आणि एडा लवलेस यांच्या संगणकातील या मूलभूत कार्याबद्दल आदर व्यक्त करण्यासाठी, पास्कल आणि एडा यांची नावं संगणकाच्या दोन भाषांना दिली गेली आहेत. जॉर्ज बुल या महान गणितज्ञानं १८५४ सालीच बुलियन बीजगणिताच्या माध्यमातून द्विमान पद्धतीवर आधारित डिजिटल संगणकाचा पायाही घालून ठेवला होता. पण ज्या गणनयंत्राला पहिला आधुनिक संगणक म्हणता येईल अशा ‘एनिएक’ संगणकाचा जन्म व्हायला दुसऱ्या महायुद्धाची घाई कामाला आली आणि संगणक युगाचा आरंभ झाला. या संगणक युगाच्या सुरुवातीपासून त्याच्या विविध पैलूंचा परामर्श आपण या लेखमालिकेत यापुढे घेणार आहोत.
— मकरंद भोंसले
Leave a Reply