Differensialanalysatoren slik den sto på Institutt for teoretisk astrofysikk på slutten av 1930-tallet. (Foto: Teknisk museum)
Differensialanalysatoren slik den sto på Institutt for teoretisk astrofysikk på slutten av 1930-tallet. (Foto: Teknisk museum)

Norges mekaniske super-datamaskin

Før Alan Turings banebrytende ideer om en universell datamaskin, fantes de analoge, mekaniske regnemaskinene. En av verdens største mekaniske regnemaskiner ble bygget i Oslo på 1930-tallet. Nå skal den kanskje bygges opp på nytt.

Publisert

Siden midten av 1950-tallet har den vært pakket ned og stuet vekk. Maskinen kalles en differensialanalysator, og var en av verdens største og mest avanserte mekaniske regnemaskiner da den sto ferdig i 1938.

Akslinger og hjul

I mellomkrigstiden og gjennom andre verdenskrig skjedde det store vitenskapelige framskritt, blant annet på grunn av nye, avanserte og kompliserte verktøy som forskere hadde tilgang til. Blant dem: differensialanalysatorene og andre proto-datamaskiner.

Viktig teori og forskning rundt atomets potensial ble utført i denne perioden. Dessuten ble det gjort store nyvinninger i aerodynamikk og mange andre felt.

Selve maskinen besto av et innfløkt system med akslinger, skiver og tannhjul. Den dekket over 20 kvadratmeter i et rom på Institutt for teoretisk astrofysikk ved Universitetet i Oslo. Teoretisk astrofysikk dreier seg nesten bare om avansert matematikk, og kunne derfor ha stor nytte av regnehjelp.

Maskinen ble for eksempel brukt til å utforske planetenes baner i solsystemet, eller formulere matematikk som kunne brukes i jakten på universets opprinnelse.

Maskinen er fundamentalt forskjellig fra datamaskinene slik vi kjenner dem i dag, men den kan sees på som en forløper.

Se utregningen i aksjon

I motsetning til våre datamaskiner, som er svært fleksible og fyller enormt mange roller og funksjoner, var dette en svært spesialisert regnemaskin.  Og mens utregninger foregår dypt inne i hjertet på en digital maskin med usynlige strømmer av nuller og enere, kunne du faktisk se utregningene skje mens den mekaniske differensialanalysatoren gikk.

Resultatene av utregningene ble gjerne representert som forskjellige kurver og grafer, og kunne bli tegnet ut av blyanter, holdt av mekaniske armer som var koblet til resten av maskineriet.

Dette var enormt innfløkte og kompliserte maskiner. I videoen under kan du se en mer avansert differensialanalysator som sto ferdig i 1947 ved University of California, Los Angeles (UCLA).

Mekaniske vidundere

Men hvordan fungerte denne tallknusende regnemaskinen?

Se for deg en god, gammeldags klokke. Inne i en mekanisk klokke er det et presisjonsurverk med tannhjul i forskjellig størrelse. Størrelsen og farten på tannhjulene er det som sørger for at viserne beveger seg akkurat passe fort. Så lenge klokken tikker, vil de mekaniske delene sørge for at viserne viser nøyaktige sekunder, minutter og timer.

– Hvis du vil gjøre klokken mer avansert, for eksempel å legge til en skive som viser månefaser eller år, må du koble inn nye sett med tannhjul som representerer denne variabelen, forteller historiker Ola Nordal ved NTNU, som også har skrevet bok om norsk datahistorie.

Differensialanalysatoren fungerer prinsipielt på samme måte. Forskjellige fysiske deler, som roterende skiver, kuler og akslinger, representerer deler av en matematisk ligning. Når forskerne skulle bruke maskinen til å løse regnestykket, måtte de riktige delene settes opp, og maskinen klargjøres for en spesiell ligning.

Dette var en omfattende og nitid prosess, og klargjøring for en komplisert ligning kunne ta opptil en hel uke.

Dermed blir dette en form for programmering av differensialanalysatoren, selv om det kanskje er riktigere å si at maskinen kunne konfigureres for å løse forskjellige ligninger.

Tidevann og prosjektilbaner

Differensialanalysatoren, eller Oslo-analysatoren, som den også ble kalt, ble brukt til å simulere forskjellige sammenhenger ute i den virkelige verden.

– Et eksempel på et slikt system er flukten til granat som skytes ut av en kanon, forteller historiker Ola Nordal.

– For å treffe riktig, også kalt den optimale prosjektilbanen, må du ta hensyn til blant annet vindforhold, vekten på prosjektilet og lengden på løpet. Du må regne ut hvor mye krutt du skal bruke og hvor mange grader kanonen skal tippes.

Under andre verdenskrig ble en differensialanalysator for eksempel brukt til å lage kanontabeller, som viste nettopp hvordan kanonen skulle stilles for å oppnå ønsket rekkevidde.

Et annet eksempel er tidevannsbevegelser, hvor man tar hensyn til alle faktorene som påvirker tidevannet, og dermed kan lage et pålitelig varsel om når det blir flo eller fjære.

Da Oslo-analysatoren var ferdig i 1938, kunne man plotte inn opptil 12 forskjellige variabler eller ledd i ligningen. Maskinen fungerte ved at den løste en ligning, som så ble integrert inn i neste ligning, som så ble integrert inn i neste ligning, og så videre.

Dette var mer enn noen annen differensialanalysator i verden på denne tiden, og Oslo-analysatoren var dermed svært avansert da den sto ferdig.

– Det fantastiske med Oslo-analysatoren var at den var så presis.  Den kunne holde på nøyaktigheten over veldig mange ledd, sier Nordal.

Nytt liv på Teknisk museum?

Maskinen ble pakket ned for mange tiår siden, og nå står maskinen på verkstedet på Teknisk museum i Oslo, etter lenge å ha ligget i kjelleren på Institutt for teoretisk astrofysikk.

– Først må vi finne ut av hvilke deler vi faktisk har, og om vi eventuelt mangler noe, sier Joel Boaz, avdelingsleder ved Teknisk Museum.

I løpet av 2015 skal det undersøkes om det faktisk kan være mulig å få maskinen til å fungere igjen, i sammenheng med en planlagt, ny datautstilling på museet.

Noen deler av differensialanalysatoren har stått til utstilling på museet siden 1950-tallet.

– Vi skal også gå gjennom gamle arkiver, for å se om det finnes noen gode tekniske tegninger av maskinen. Vi håper at vi finner nok til at vi kan sette den opp, og kanskje ta den i bruk.

Se video av hvordan maskinen ser ut i dag, på verkstedet ved Teknisk Museum:

Svein Rosseland

Svein Rosseland i 1935, da differensialanalysatoren var under planlegging. (Foto: Oslo Museum/ <a href="http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/deed.en">Creative Commons 3.0</a>
Svein Rosseland i 1935, da differensialanalysatoren var under planlegging. (Foto: Oslo Museum/ Creative Commons 3.0

Det var ikke gitt at lille Norge skulle huse en av verdens mest avanserte regnemaskiner på 1930-tallet, og det virker som om maskinen først og fremst var Svein Rosselands fortjeneste.

Han var professor i astronomi ved Institutt for teoretisk astrofysikk (ITA), og var svært opptatt av at ITA skulle være en moderne og viktig forskningsinstitusjon. Ved hjelp av store pengesummer fra den filantropiske Rockefeller-stiftelsen i USA, fikk Rosseland bygget et nytt instituttbygg som sto ferdig i 1934. Bygget heter fortsatt Svein Rosselands hus.

I likhet med mange andre matematikere på denne tiden, var også Rosseland interessert i de store mulighetene som lå i mekaniske regnemaskiner, som gjorde det mulig å løse svært kompliserte og uhåndterlige ligninger på mye kortere tid.

Rosseland forsket mye på partikkelfysikk og verdensrommets fysikk, ifølge Per A. Holsts artikkel «Svein Rosseland and the Oslo Analyzer». Den sto i Annals of the History of Computing, IEEE, i 1996, og beskriver hvordan differensialanalysatoren havnet i Oslo.

Massachusetts Institute of Technology

Den første moderne differensialanalysatoren ble satt opp, og delvis oppfunnet, av Vannevar Bush, forsker og ingeniør ved prestisjeuniversitetet Massachusetts Institute of Technology (MIT) i USA. Bush bygde sin maskin mellom 1927 og 1931.

Maskinen fikk fort mange bruksområder, og ble blant annet brukt til å undersøke hvordan man leverte strøm gjennom lange kraftledninger.

Vannevar Bush med sin «Network analyzer», som var en forløper til differentialanalysatoren. (Foto: The Granger Collection)
Vannevar Bush med sin «Network analyzer», som var en forløper til differentialanalysatoren. (Foto: The Granger Collection)

Svein Rosseland besøkte Bush-analysatoren for første gang i 1933, med tanke på å skaffe en egen til ITA. Det fantes ingen nøyaktige og komplette tegninger av maskinen, så den norske delegasjonen brukte tre måneder på å studere maskinen i detalj.

Rosseland fikk flere ideer til forbedringer, og reiste tilbake til Norge og satte i gang prosjektet, også ved hjelp av penger fra Rockefeller-stiftelsen.

Etter mange forsinkelser og problemer endte et norsk selskap opp med å lage de fleste av delene til maskinen, og begynte å konstruere differensialanalysatoren i 1937.

Gjemte deler fra tyskerne

Maskinen kom fort i bruk. Forskere fra mange forskjellige land kom for å bruke Oslo-analysatoren, blant annet belgiske og amerikanske astrofysikere.

Rosseland så på analysatoren som en internasjonal ressurs, og noe som kunne komme hele Vitenskaps-Europa til gode, ifølge artikkelen av Per A. Holst.

Men det var trøbbel i gjære i Europa.

Da tyskerne invaderte Norge i 1940, var Rosseland bekymret for at maskinen skulle bli brukt til krigerske formål. Som det allerede er nevnt, kunne maskinen også være nyttig i bruk og utviklingen av våpen.

Rosseland fjernet noen av maskinens viktigste deler og la dem i forseglede pakker. Delene ble begravd i hagen bak instituttet.

Maskinen ble satt sammen igjen i 1946, og var i bruk fram til 1954.

Meccano

Inspirert av analysatoren til Vannevar Bush og instruksjonene til Rosseland, var det flere universiteter som fikk oppført sine egne differensialanalysatorer gjennom 1930- og 1940-tallet.

Noen universiteter bygde også differensialanalysatorer av leketøy: Metall-byggesettet Meccano. Disse maskinene var mye billigere å sette opp enn større varianter, som i den Oslo, og entusiaster fortsetter å bygge Meccano-analysatorer den dag i dag.

Meccano-analysatoren ved Cambridge i 1937. (Foto: Offentlig eiendom)
Meccano-analysatoren ved Cambridge i 1937. (Foto: Offentlig eiendom)

Slutten på differensialanalysatorene

Selv om disse maskinene var verdens kraftigste regnemaskiner i en periode, hadde de noen åpenbare svakheter. De var kompliserte og tungvinne når de skulle klargjøres for eksperimenter.

Siden maskinene også hadde massevis av bevegelige deler, var de utsatt for slitasje og mekaniske feil, noe som igjen kunne gjøre resultatene unøyaktige.

Forskjellige teknologier eksisterte også parallelt med hverandre. Den amerikanske datamaskinen Eniac (Electronic Numerical Intergrator And Computer) sto ferdig i 1946, og regnes som den første, elektroniske, digitale og programmerbare datamaskinen.

Mange regner ENIAC som den første, ordentlige moderne datamaskinen. Bildet er tatt på slutten av 1940-tallet. (Foto: Den amerikanske hæren)
Mange regner ENIAC som den første, ordentlige moderne datamaskinen. Bildet er tatt på slutten av 1940-tallet. (Foto: Den amerikanske hæren)

Denne maskinen er en mye nærmere slektning av dagens PCer enn differensialanalysatorene, selv om utseendet og teknologien er dramatisk forskjellig.

Disse datamaskinene kunne etter hvert gjøre de samme oppgavene som differensialanalysatorene, både raskere og mer nøyaktig. De hadde også mange, mange flere bruksområder.

– Elektroniske analogdatamaskiner fortsatte å konkurrere med digitalmaskinene helt ut på 1970-tallet. Disse maskinene tok lang tid å sette opp, men de løste store problemer veldig fort når de først var i gang, sier Nordal.

Elektroniske og digitale datamaskiner tok snart førersetet i datamaskinutviklingen, og de mekaniske regnemaskinene ble foreldet.

Referanser: 

Per Holst: Svein Rosseland and the Oslo Analyzer, IEEE Annals of the History of Computing, Vol. 18, No. 4, 1996, s.16-26. Sammendrag.

Vannevar Bush - Wikipedia

Macnee: An Electronic Differential Analyzer, Research Laboratory of Electronics Massachusetts Institute of Technology, 1948