Les calculatrices de poche et les ordinateurs sont aujourd'hui des outils des plus communs dont l'importance est indéniable. Bien évidemment, ces outils sont le résultat d'une longue évolution où se combine les progrès scientifiques et techniques. La recherche d'outils permettant la simplification des calculs est en effet une question qui préoccupe l'homme depuis qu'il sait dénombrer.

    Ce texte présente donc un rappel historique de l'évolution des machines à calculer qui permet vraiment d'apprécier le degré de raffinement des appareils actuels. Il ne se veut en rien une description exhaustive des différentes méthodes utilisées au fil des âges pour simplifier le calcul. Au contraire, nous chercherons plutôt à décrire seulement les étapes les plus importantes de leur évolution, par la description des innovations essentielles ayant grandement influencé les réalisations subséquentes.  Nous chercherons aussi à établir brièvement le contexte et les motivations reliés à ces divers progrès.

    Il est à noter que les catégorisations faites entraînent que l'ordre chronologique des événements n'est pas toujours respecté. Le texte est séparé en 6 parties distinctes, la première est consacrée aux premiers outils de calcul non mécanisés. En second lieu, nous traiterons des premières machines mécaniques utilisées comme aides au calcul. Les divers progrès réalisés sur les machines mécaniques seront ensuite décrits. La quatrième partie se veut une étude des procédés électromécaniques utilisés dans le domaine du calcul automatique et est suivie d'un segment sur les premières réalisation électroniques. En dernier lieu, nous traiterons brièvement des diverses générations d'ordinateurs.

1 : Aides au calcul non mécanisées

   Les premiers procédés d'aide au calcul n'utilisaient pas de matériel spécifiquement conçu à cet effet. Le premier procédé opératoire connu est le calcul sur les dix doigts de la main, qui est probablement à l'origine de l'utilisation du système décimal. C'est cependant l'utilisation du dénombrement à l'aide de bâtonnets ou de cailloux qui a permis le développement des premières constructions humaines servant à la simplification du calcul et du dénombrement.

1.1 Tables à calcul et bouliers

    Deux des premiers procédés opératoires sont en effet des dérivés directs de l'utilisation de petits objets pour le calcul et la mémorisation des nombres au cours des opérations. Les tables de calcul furent développées probablement en Mésopotamie et n'étaient à l'origine que des lignes tracées dans le sable. On pouvait utiliser les colonnes ainsi formées pour donner différentes valeurs aux cailloux selon leur position. Les supports physiques de ces tables se diversifièrent: de la pierre à la terre cuite au bois ou au marbre. La plus ancienne table à calculer connue (présentée sur la photo) a été découverte dans l'île grecque de Salamine et est faite de marbre. Elle date approximativement du quatrième siècle avant J.C..

    Ce type de système donna naissance au calcul avec jetons qui fut utilisé couramment au Moyen-Âge, en Europe occidentale. On utilisait les jetons sur une table semblable à celle de ce dessin. Les traits représentent dans l'ordre les deniers, les sols, les livres, les dizaines de livres, etc. On représente les nombres en positionnant sur chacune de ces lignes le nombre de jetons correspondant au chiffre associé à cet ordre de grandeur. Pour abréger la représentation, un jeton placé entre deux traits équivaut à 5 jetons placés sur le trait précédent. Les utilisateurs entraînés pouvaient réaliser de façon très rapide les opérations nécessaires pour la gestion et le commerce. L'enseignement de son utilisation était assez répandu, y compris dans tous les bons traités d'arithmétique de l'époque.

    Cependant, bien que fort utile pour les calculs commerciaux, le calcul avec jetons fut, pour les mathématiciens et astronomes, remplacé par l'utilisation du calcul écrit et des règles écrites d'arithmétique, notamment grâce à l'introduction du sytème de numération dit arabe, par Gerbert d'Aurillac et Fibonacci. Le calcul avec jetons et le calcul écrit coexistèrent donc fort longtemps, car ce n'est qu'à la toute fin du 18^ème siècle que l'on cessa d'utiliser les tables à calculer.

    C'est une amélioration du procédé de calcul sur table qui donna naissance aux bouliers. En effet, en fixant dans des rainures ou sur des tiges les menus objets utilisés avec les tables de calcul, on forme un outil de calcul autonome. De plus, cette disposition est aisément transportable. Le boulier est un instrument qui permet des manipulations beaucoup rapides et efficaces que les tables de calcul, en bonne partie car les pièces mobiles peuvent maintenant être déplacées par groupe. Les objets indépendants utilisés sur des tables doivent en effet être déplacés un à la fois, tandis qu'ici, on peut déplacer plusieurs billes d'un seul geste. 

    De plus, ces systèmes manuels permettent, pour un utilisateur expérimenté, l'entrée simultanée de plusieurs données et l'automatisme développé par son utilisation fréquente en fait, encore aujourd'hui, un outil rapide et couramment utilisé par bien des gens, principalement en Extrême-Orient.

1.2 Bâtonnets de Neper et  réglettes multiplicatrices

    La multiplication est une opération plus complexe à concrétiser que l'addition. C'est le noble écossais John Napier (1550-1617), l'inventeur des logarithmes, qui a conçu le premier dispositif construit dans le but de simplifier cette opération. Sa création, appelée bâtonnets ou osselets de Neper n'est en somme qu'un disposition physique sur des bâtons de la table de multiplication des chiffres de 1 à 9 (table de Pythagore). En effet, chaque bâton est associé à la table de multiplication d'un des chiffres par tous les autres. Chacune des sections carrées associées à un de ces produits est séparé en deux par une ligne diagonale. Dans la partie supérieure est inscrite le chiffre des dizaines et les unités sont inscrites dans la partie inférieure.

    Cette réalisation permettait à l'utilisateur de s'épargner l'apprentissage des tables de multiplications, car maintenant, le calcul de chacun des produits partiels par un chiffre était réduit à quelques additions. En effet, la multiplication de 739 par 326, par exemple, était réalisable de la façon suivante. On doit d'abord calculer le produit partiel de 739 par 6, par 2, puis par 3. En disposant côte à côte les bâtonnets associés aux chiffres 7, 3 et 9, on peut lire très facilement tous les produits partiels, car les diagonales semblent intuitivement associer les dizaines de la table d'un chiffre à une retenue sur l'ordre décimal suivant. On lit donc 739 * 6 = (4)(2+1)(8+5)(4) = (4)((2+1)+1)(3)(4)=4434. On lit aussi les autres produits partiels: 739 * 2 = (1)(4+0)(6+1)(8) = 1478, 739 * 3 = (2)(1+0)(9+2)(7) = 2217 et on peut obtenir le résultat par les additions décalées nécessaires 221700+14780+4434 = 240914 = 739*326. Bien qu'il s'agisse là d'un dispositif fort simple, des variantes cylindriques circulaires ou des modifications évitant la réalisation des quelques additions furent créées et utilisées jusqu'à la fin du 19^ème siècle.

    Parallèlement, l'invention des logarithmes par Napier a aussi permis la création d'un outil de calcul dont la longévité fut remarquable, la règle à calculer. Le premier progrès en ce sens a été réalisé en 1620, seulement 6 ans après l'invention des logarithmes, par Edmund Gunter. En fait, il eut l'idée de graduer avec une échelle logarithmique, un règle simple. Elle fut utilisée principalement par les marins, mais était difficile d'emploi. En effet, on devait utiliser un compas pour trouver les logarithmes des facteurs et réaliser les accumulations de ces logarithmes. Cependant, William Oughtred eut, peu de temps après, l'idée de juxtaposer deux règles de Gunter permettant ainsi de simplifier son utilisation. La réglette centrale coulissante qui fut utilisée sur la plupart des règles jusqu'à environ 1970, fut imaginée, en 1657, par Seth Patridge.
 

Encore une fois, ce dispositif prit des formes diverses, du cylindre, au cercle, à un enroulement en hélice comme dans ce modèle de 1878 fait par G. Fuller, ou sous forme de réglettes juxtaposées à échelles fractionnées. Toutes ces tentatives visaient à allonger la partie utile de l'appareil, permettant ainsi d'en augmenter la précision.

2 : Premières machines mécaniques

     Si l'on fait abstraction, du controversé prototype de Leonardo Da Vinci, c'est au 17^ème siècle que débuta la mécanisation du calcul numérique. Cette fusion du savoir technique et des arts de la pensée tels que l'arithmétique demandait de faire une abstraction importante de ces catégorisations sociales encore fermement établies. Cependant, le fait que les calculs devenaient de plus en plus nombreux et importants, particulièrement dans le domaine de l'administration, commençait à faire sentir que des aides au calcul plus sophistiquées pourraient avoir une grande utilité. C'est donc au cours de ce siècle que furent développées les trois premières véritables machines mécaniques automatisées de calcul numérique, soit celles de Wilhelm Schickard , de Blaise Pascal  et de Gottfried Wilhelm von Liebniz .

     La mécanique encore relativement simple de ces premiers modèles nous permet de décrire plus facilement les composantes essentielles à la mécanisation des opérations arithmétiques de base et ainsi d'apprécier les raffinements techniques principaux qui ont pu y être apportés par la suite. Pour cette raison, nous les décrirons dans plus de détails que les autres techniques discutées dans ce texte.

2.1 Prototype de Da Vinci

    C'est en 1967 que furent retrouvés à la bibliothèque nationale d'Espagne à Madrid deux dessins jusqu'à présent inconnus réalisés par Leonardo Da Vinci représentant ce que l'on croit être le premier prototype documenté d'un machine à additionner. En effet, la combinaison de ces treize roues dentées tournant avec une vitesse de rapport de 10 pour 1 avec la précédente permet l'addition. Lorsque l'utilisateur tourne la poignée d'un tour, la première roue (inscription) complète une révolution, la suivante (unités) a tourné d'un dixième de tour, affichant ainsi le chiffre un. Parallèlement, lorsque cette roue des unités aura complété une révolution, elle réaffichera le zéro, tandis que la roue suivante (dizaines) aura, quant elle, réalisée un dixième de tour affichant ainsi le chiffre un et la machine affichera 10.

    Dr. Roberto Guatelli, un expert dans la construction de répliques fonctionnelles des travaux de Da Vinci, a d'ailleurs construit en 1968 une réplique de cette machine a calculer qui fut exposée par IBM dans sa collection Da Vinci. Cependant, cette réplique fut source d'une controverse, car plusieurs considéraient que compte tenu de la documentation très limitée, Guatelli allait, en utilisant son imagination et son intuition, bien au-delà du concept de Da Vinci avait développé. En effet, beaucoup croyaient que ce n'était probablement qu'une machine permettant d'obtenir de grandes vitesses de rotation. En appliquant une rotation à la première roue, la dernière en fait 10¹³. Bien que le vote tenu sur la validité de la réplique fut égal, IBM la retira de son exposition. Nous ne saurons donc probablement jamais si la création du concept de machine à calculer peut revenir de droit à Leonardo Da Vinci.

2.2 Machine de Schickard

    C'est en 1623, que fut construite la toute première machine à calculer mécanique. Cette réalisation est l'oeuvre de Wilhelm Schickard (1592-1635), un Allemand né d'une famille modeste. Au cours de sa vie, il fut d'une polyvalence remarquable, étant à ses heures, vicaire, enseignant de langues bibliques, cartographe, géomètre, astronome ou mathématicien. Son intérêt  pour l'astronomie et les mathématiques lui vient de sa rencontre en 1917 du célèbre astronome Johannes Kepler, avec lequel il a entretenu une longue correspondance. C'est d'ailleurs par l'intermédiaire de ces lettres, retrouvés par l'historien Franz Hammer que l'on connaît aujourd'hui l'existence de cette machine. En effet, le seul exemplaire presque complété, qu'il faisait construire par Johann Pfister et qui était destiné à Kepler, a été détruit dans un incendie nocturne, moins de six mois après sa construction. Ce croquis ainsi que plusieurs explications contenues dans les lettres et d'autres notes destinées à Pfister, ont permis la construction en 1961 de plusieurs répliques fonctionnelles de ce que Schickard appelait l'horloge à calculer.

    La partie supérieure permettait la multiplication en utilisant des cylindres dérivés des bâtonnets de Neper que l'on peut tourner à l'aide des boutons ((a) sur le croquis) et utilise des réglettes coulissantes (b) pour n'afficher que les produits partiels que l'on désire utiliser. Ce n'est cependant pas la partie réellement intéressante pour nous, car elle n'est qu'un dérivé des osselets de Neper dont nous avons déjà discuté.

    La partie inférieure possédant des boutons (e) et des fenêtres (f) servait d'inscripteur pour des résultats intermédiaires, une sorte de mémoire temporaire.

    C'est dans la partie centrale que se trouve le système mécanique d'addition et de soustraction qui fait toute l'originalité et le mérite de cette machine. Les fenêtres (c) permettent d'indiquer le résultat des opérations tandis que l'utilisateur peut réaliser les opérations par l'intermédiaire des six disques perforés (d) dans lesquels il peut insérer un style. Ces six disques représentent respectivement les unités, dizaines, centaines, etc.

    Les disques perforés (A1, A2, ...) servent à l'inscription et à l'utilisation de l'appareil. Ils portent à l'arrière une roue dentée possédant 10 dents. Les roues numérotées de 0 à 9 (B1, B2, ...) servent à afficher dans les fenêtres les valeurs des chiffres représentant le résultat et possèdent sur leur face intérieure une roue "mutilée", qui n'a qu'une dent et qui sert, par l'intermédiaire des roues de transmission (C1, C2, ...) à effectuer les retenues. En effet, la roue de transmission ne sera activée que lorsque la roue précédente passe de 9 à 0, grâce à la roue à dent unique. Alors, cette roue de transmission déplacera l'ensemble A2-B2 d'une position, réalisant ainsi la retenue. Il y a aussi de petites roulettes (R1, R2, ...) qui ne servent qu'à empêcher les mouvements indésirables des roues. Elles sont montées sur un ressort à lame et s'emboîtent entre les dents des roues A rendant impossible leur mouvement sauf si l'utilisateur les tourne avec le style.

    La réalisation d'une addition se fait en insérant le style dans les perforations associées au nombre à ajouter à celui déjà inscrit et en tournant dans le sens anti-horaire, jusqu'à la butée. Par exemple, l'addition de 153 et 1009 se fait en vérifiant d'abord que la machine est bien à 0. Ensuite l'utilisateur inscrit 153 en insérant le style dans le trou aligné avec le chiffre 3 sur l'inscripteur des unités, puis en tournant dans le sens anti-horaire jusqu'à la butée, puis en faisant les mêmes opérations pour 5 dans les dizaines et 1 dans les centaines. Il peut alors lire 000153 dans les fenêtres de lecture. Suite à quoi, il lui suffit de faire les mêmes opérations avec 1009 (les zéros n'ont pas a être inscrit), en inscrivant le 9 aux unités, la roue complète une rotation entière plus deux unités et l'indicateur montrera alors le chiffre 2. Dans cette inscription, la roue des unités en passant du 9 vers le zéro, fera tourner la roue C1 dans le sens horaire et ajoutera ainsi une unité à la roue des dizaines qui indiquera maintenant 6. Il inscrit aussi le 1 sur le disques des milles et on verra le résultat de l'addition 1162. Il est à noter que l'ordre d'inscription des chiffres n'a pas d'importance.

    La soustraction se fait de façon analogue à la différence proche que l'inscription d'un nombre à soustraire se fait en insérant le style dans le trou aligné avec la butée et en tournant dans le sens horaire jusqu'à l'alignement avec chiffre que l'on désire inscrire. Le mécanisme de retenue à dent unique réalisera les emprunts nécessaires sur les roues précédentes.

    Cette technique de report en parallèle demande un ajustement très fin, d'abord parce qu'il faut éviter que, par exemple, la rotation de C1 créée par une inscription sur A2, n'accroche la dent unique de B1. Cependant la plus grande difficulté technique vient des longues retenues, telles que le passage de 499 999 à 500 000, qui exigent un fonctionnement simultané de toutes les roues de retenues. Malgré tout, les reconstructions récentes de cette machine réussissent à faire correctement des reports de 5 à 8 chiffres. Il est bon de savoir que cette toute première méthode de retenue est encore utilisée de nos jours dans plusieurs compteurs électriques, kilométriques ou à gaz.

    Malheureusement, ni Kepler ni Schickard lui-même ne semblaient avoir réalisé l'intérêt immense de cette machine, qui leur apparaissait probablement comme une amusante réalisation. De plus, le seul prototype ayant été détruit, cette invention demeura tout à fait inconnue jusqu'à la découverte des documents susmentionnés, en 1957.

2.3 Machine de Pascal

    La machine suivante fut construite par Blaise Pascal (1623-1652), un autre grand cerveau polyvalent. Le fait qu'il fut précédé par Schickard n'enlève rien au mérite de Pascal puisqu'il n'avait jamais eu connaissance des travaux de Schickard. De plus, il a su voir le grand intérêt des machines à calculer. En effet, Pascal construisit sa machine pour répondre à un besoin. Son père, Étienne Pascal, avait été envoyé à Rouen pour réorganiser les finances et la distribution des impôts en Basse-Normandie. Bien entendu, ce travail demandait de longs et nombreux calculs et c'est pour alléger la tâche de son père que Pascal, alors âgé de 18 ans, se mit à concevoir une machine mécanique permettant d'accélérer les processus de calcul. Une des difficultés de la construction d'une machine utilisable pour des calculs financiers vient du système d'unités monétaire en usage à l'époque.  Il fallait donc un système mécanique permettant la retenue au douzième denier, au vingtième sol, à la dixième livre. Il conçut de nombreux mécanismes et en 1641, confia à un horloger de Rouen la réalisation d'un premier prototype, qui bien qu'élégant ne fonctionnait absolument pas. C'est donc en 1645 que sa première machine fonctionnelle fut présentée.

Le système d'inscription des diverses machines conçues par Pascal est similaire à celui utilisé par Schickard et nécessite l'utilisation d'un style. On l'insère entre deux rayons successifs du disque d'inscription, vis-à-vis le chiffre à inscrire et on tourne dans le sens horaire jusqu'à un butoir. Chacun des ces disques est relié à une roue numérotée dont on peut voir le chiffre présentement inscrit au travers d'une lucarne.

    Il existe cependant deux différences majeures entre le mécanisme de la machine de Pascal et celui de l'horloge de Schickard.

    La première, et la plus importante, est au niveau du système de report lors de retenues. En effet, le système utilisé par Pascal est radicalement différent du système à roue mutilée. Il utilise plutôt un méthode de report à sautoir. Le sautoir (pièce centrale sur la figure) est soulevé au cours de la rotation de la roue B et lors du retour à 0 est relâché et retombe par gravité créant, par l'intermédiaire de la fourche du sautoir, une rotation d'une unité de la roue suivante A. Ce système est facilement adaptable aux roues des sols et des deniers bien qu'ils ne soient pas en base 10. Les cliquets supérieurs ne servent qu'a éviter le retour en arrière des roues. Bien qu'il permette facilement la transmission des grandes retenues par sauts successifs, ce système demeure très sensible aux conditions d'utilisation. En effet, puisqu'il utilise son propre poids plutôt qu'un ressort, le sautoir est sujet à des rebondissements lors d'une utilisation rapide de la machine et le fait de ne pas être parfaitement à l'horizontale lors de l'utilisation peut perturber le fonctionnement la machine.

    Cependant, ce système n'étant pas réversible, contrairement à celui, plus simple, de Schickard, la soustraction ne peut pas se faire par une utilisation en sens inverse de la machine. De là origine la deuxième différence entre ces machines. La solution à ce problème qu'a imaginé Pascal utilise simplement une numérotation complémentaire sur les roues numérotées (chiffres en sens inverse) et un volet coulissant permettant d'afficher soit la série des nombres à l'avant (mode soustraction) ou celle à l'arrière (mode addition). Une addition se fait de la même façon que sur la machine de Schickard et le résultat se lit sur la chiffraison arrière. Pour réaliser une soustraction on place le volet en mode soustractif et on fait apparaître dans les lucarnes le premier nombre. On doit donc piquer comme si l'on voulait entrer (en mode addition) le complémentaire pascalien de ce nombre. Par exemple pour faire apparaître 003425 dans les lucarnes en mode soustraction on doit piquer comme pour entrer 996574. Ensuite, pour soustraire, disons 2436, on entre ce chiffre de la façon normale et dans les lucarnes on verra la différence 003425-002436 = 000989.

    Pascal en fit construire plusieurs exemplaires (environ une vingtaine), dont 9 ont été retrouvés aujourd'hui, et tenta de les vendre. Cependant, leur fort prix et la faible demande ne lui ont pas permis le succès commercial qu'il aurait pu escompter. En effet, le calcul à jetons suffisait aux besoins de comptabilité du temps. De plus, les calculs de nature scientifique impliquant des multiplications et des divisions, pour lesquelles la machine de Pascal n'était pas adaptée. Ces facteurs expliquent que peu de gens furent intéressés à acheter une de ces machines. Les plusieurs exemplaires différaient selon leur utilisation. En effet, certains ne comptent que des entiers, d'autres possèdent les roues des sols et des deniers et enfin un autre modèle de géomètre comptait cinq roues pour les entiers ainsi qu'une roue pour les pieds, une pour les pouces et une pour les lignes.

2.4 Machine de Liebniz

La prochaine étape qu'il y avait à franchir pour une mécanisation complète des calculs arithmétiques était de créer une machine capable de réaliser de façon automatique les multiplications et les divisions. C'est environ 30 ans après Pascal, en 1673 que le célèbre mathématicien Gottfried Wilhelm von Liebniz (1646-1716) commença à réfléchir au problème. Cependant, ce n'est que 21 ans plus tard que le premier exemplaire fut construit, en raison de la grande difficulté de fabrication des pièces nécessaires à son fonctionnement. Il semble d'ailleurs qu'un artisan avec lequel il avait conclut un marché, le rompit en réalisant l'ampleur et la complexité de la tâche. Des deux ou trois exemplaires qu'il fit construire, seul le premier datant de 1694 nous est parvenu.

Tout le principe  de fonctionnement de sa multiplicatrice repose sur le tambour à dents inégales combiné à l'utilisation d'un chariot mobile. Tel que l'on peut le voir sur le dessin du mécanisme de la multiplicatrice, l'utilisation de l'inscripteur E permet de déplacer la position du tambour S par rapport à l'engrenage B. Or, puisque les 9 dents du tambour sont de plus en plus courtes, la position de ce tambour déterminée par l'inscripteur, permet de varier selon le chiffre choisi, le nombre de dents du tambour qui s'emboîtent avec la roue B et font, par conséquent tourner le totaliseur R. La machine contient 8 de ces tambours à dents inégales chacun étant relié à un cadran d'inscription qui lui est propre. De plus, cette partie de la machine est déplacable, pour que la série des 8 tambours puissent agir sur des séries différentes de  totaliseurs, dont le résultat apparaît par des lucarnes.

    Pour réaliser une multiplication, on procède de la façon suivante. Par exemple, pour multiplier 4326 par 365 on débute par placer la partie mobile à l'extrême droite et l'on pose manuellement sur les 8 cadrans de l'inscripteur (A) le multiplicande 00004326, les lucarnes indiqueront encore 000000000000. Ensuite, un pique un style dans le moniteur de rotation pour lui faire indiquer 5 (le chiffre des unités de 365). Le moniteur permettra de bloquer, après 5 rotations, la manivelle principale C. La position des tambours étant fixée par l'inscripteur, une rotation de la manivelle (et donc des tambours) ajoutera 6 dans la lucarne la plus à droite, 3 dans la suivante, puis 2 dans la troisième, 4 dans la quatrième et 0 dans toutes les autres. On tourne donc la manivelle jusqu'à son blocage (5 tours ici) ce qui affichera donc comme résultat intermédiaire: 4326+4326+4326+4326+4326 = 0000000021630. Ensuite, on déplace le chariot mobile d'un cran vers la gauche, de façon telle que le tambour qui était aligné avec les unités, le soit maintenant avec le totaliseur des dizaines. On pique maintenant la valeur 6 dans le moniteur de rotation et on tourne la manivelle jusqu'au blocage (6 tours cette fois). Ce faisant, on ajoute 6*4326=25956 au résultat, mais en position des dizaines. On ajoute donc 259560. Ensuite, on déplace encore une fois d'un cran vers la gauche, on pique le 3 et on tourne, ajoutant ainsi 3*4326*100=1297800 au résultat. On voit donc le résultat final :0000000021630 + 000000259560 + 000001297800 = 000001578990 = 365*4326. Cette mécanisation par additions successives utilise le chariot mobile de façon très proche, conceptuellement parlant, de la réalisation sur papier des multiplications en colonnes. Il est aussi possible de réaliser des divisions par des soustractions successives mais nous ne nous y attarderons pas.

    Cependant, Liebniz n'avait pas réussi à mettre au point une système de report efficace et a donc dû introduire une série de disques pentagonaux permettant à l'utilisateur de corriger les erreurs de report. Il n'en demeure pas moins que les principes de base du fonctionnement de sa multiplicatrice demeureront presque inchangés sur de nombreux modèles de machine à calculer, même jusqu'au petites calculatrices manuelles de marque Curta, produites, à la fin des années 1930.

3 : Évolution des machines mécaniques

    Les machines de Pascal et de Liebniz (celle de Schickard étant déjà oubliée) avaient clairement montré la possibilité de mécanisation du calcul numérique. Par contre, la mécanique de précision n'étant encore suffisamment développée à cette époque, elles n'étaient pas entièrement fiables et qui plus est, elles étaient fort dispendieuses à produire. Parallèlement, bien que les calculs (principalement commerciaux) commençaient à prendre de l'importance, motivant ainsi la mécanisation  du calcul, il fallait attendre encore le développement de grosses entreprises commerciales et bancaires pour que le besoin de machines à calculer fiables et pratiques se fasse réellement sentir.

3.1 Arithmomètre de Thomas

    C'est donc en pleine révolution industrielle, aidé par les progrès techniques, que le français Charles-Xavier Thomas de Colmar réussit à fabriquer la première machine que l'on peut qualifier de véritablement pratique: l'Arithmomètre. Bien que quelques progrès mineurs aient eu lieu au cours du 18^ème siècle, les machines de Thomas, produites de 1821 à 1878, ont réellement marqué l'histoire du calcul mécanique en devenant les premières machines commercialisées de façon importante et ce, avec succès.

    Bien qu'ils soient grandement inspirés de la machine de Liebniz, les Arithmomètres de Thomas intégraient de nouveaux mécanismes, le tout dans une machine pratique et d'une fiabilité inégalée auparavant.

    Le principe de base des calculs repose encore sur l'utilisation d'un chariot mobile et d'un tambour à dents inégales similaires à celui de Liebniz,  à la différence proche que l'inscripteur, maintenant composé de curseurs déplacables dans des rainures graduées, ne déplace plus le tambour en entier, mais plutôt un pignon relié au totaliseur. Il n'en demeure pas moins que c'est encore en variant le nombre de dents agissant lors d'un tour de manivelle que l'on réalise les opérations. Autre différence avec le modèle de Liebniz, c'est maintenant la partie contenant les lucarnes de lecture et les totaliseurs qui est mobile horizontalement, ce qui ne change rien au principe de fonctionnement.

    Les ajouts faits par Thomas, sont tout de même importants. D'abord, l'ajout d'un mécanisme à crémaillère rendant simple l'effaçage des données (remise à zéro des indicateurs) était un ajout des plus pratiques pour les utilisateurs. Qui plus est, la création d'un système permettant l'inversion du mécanisme, facilite les opérations de soustraction et de division. Une autre amélioration intéressante est l'ajout d'une deuxième série de lucarnes qui, directement reliées à la manivelle, permet de compter les tours réalisés par cette dernière et donc d'afficher le multiplicateur. Lorsque la machine est utilisée pour une division, ces lucarnes affichent le quotient  car, dans ce cas, c'est le diviseur qui est inscrit aux curseurs et le nombre de tours nécessaires (à chaque ordre décimal) à l'utilisateur pour obtenir un nombre plus petit que le reste détermine les différents chiffres du quotient. De plus, le système de blocage des roues que Thomas a mis au point était fort efficace, tout comme son système de report de la retenue, qui se faisait en cascade de façon irréprochable.

    Il réussit à vendre près de 1500 exemplaires divers d'Arithmomètres dont 1000 entre 1865 et 1878. Ces machines, bien que dispendieuses pour l'époque, permettaient d'accélérer considérablement la réalisation des calculs et trouvaient preneur majoritairement dans des grandes entreprises, des banques, des compagnies d'assurance, mais encore relativement peu dans le domaine scientifique. Il est à noter que, bien que l'Arithmomètre soit hautement plus rapide qu'un homme entraîné pour réaliser les multiplications et divisions, au niveau de l'addition et de la soustraction, elle ne l'est guère. En effet, la nécessité de manipuler les curseurs pour l'inscription de chaque chiffre ralentissait considérablement l'opération.

3.2 Le clavier

    Bien que l'utilisation des curseurs ou des manettes pour inscrire les nombres permettait un rendement supérieur à l'utilisation de disques rotatifs à l'aide d'un style, il n'en demeure pas moins que l'invention de l'inscripteur à touches (clavier) permit d'accroître encore la rapidité d'exécution des calculs.

    Le premier calculateur à touches connu, datant de 1850, est l'oeuvre de D.D. Parmelee est n'était définitivement pas de taille à compétitionner avec les machines du temps. En effet, il n'était composé que d'une seule série de 9 touches (à l'avant plan) numérotées de 1 à 9, de hauteurs proportionnelles au chiffre qu'elles représentent. En enfoncant ces touches, on provoque une élévation, proportionnelle au chiffre entré, d'une tige graduée visible à l'arrière plan. Bien que d'une utilité fort limitée il n'en demeure pas moins que cette première utilisation des touches a inspiré Thomas Hill pour la construction, en 1857, de l'Arithmomètre de Hill.

    Cependant la réalisation de Hill était loin d'être parfaite. En effet, sa machine ne pouvait traiter que deux ordres décimaux et ne possédait que des touches allant de 1 à 6 pour chacun de ces ordres. De plus, le système de report était fort peu efficace. Malgré tous ces défauts, le processus d'inscription développé par Hill était fort ingénieux et fut par la suite réutilisé dans des machines beaucoup plus fiables et efficaces. C'est en effet dans cette machine que le principe du levier à déplacement proportionnel est apparu pour la première fois. L'inscription d'un nombre se fait simplement en appuyant sur une des 9 touches numérotées (6 dans le cas de la machine de Hill) et chacune de ces touches, de par leur positionnement déplace d'une distance différente un levier qui tourne autour d'un axe fixe. À l'extrémité de ce levier on trouve une série de 9 dents qui s'emboîtent dans une roue dentée reliée au totaliseur. Il suffit de bien régler le mécanisme lors de la construction pour que chaque touche déplace le levier de telle façon qu'il fasse tourner la roue du nombre de dents correspondant à la valeur de cette touche.

De nombreuses tentatives peu fructueuses d'amélioration du clavier furent tentées dans les trentes années suivantes, mais ce n'est qu'en 1885, que Door E. Felt construisit le premier prototype expérimental de ce qui deviendra le Comptomètre. Ce prototype surnomé Macaroni Box, était construit de matériaux hétéroclites tels que du bois, des élastiques, des cure-dents, des épingles à cheveux ... Il en construisuit plusieurs qui étaient tous fonctionnels.

    C'est deux ans après, en 1887, qu'il fit breveter et qu'il débuta la commercialisation de son additionneuse à clavier: le Comptomètre. À chaque ordre décimal est associé une série complète de 9 touches numérotées de 1 à 9, et pourvues d'une notation complémentaire pour la soustraction, qui se fait en utilisant la complémentation comme sur la machine de Pascal. Chacune de ces séries de touches est associée à un totalisaeur de la façon conçue par Hill. Le levier visible sur la droite ne sert qu'à la remise à zéro du totaliseur.

    L'utilisation des touches était définitivement un progrès par rapport aux curseurs, d'autant plus qu'en utilisant le clavier complet (une série de touche par ordre décimal) on pouvait entrer des chiffres simultanément. Par conséquent, un utilisateur bien entraîné pouvait réaliser des additions avec une rapidité inégalée. De plus, la multiplication pouvait être réalisée très rapidement aussi, en utilisant manuellement le principe d'additions successives utilisé dans les autres machines. Dans ce cas, le mouvement du chariot mobile est remplacé par un déplacement des doigts . Or, si le multiplicande a moins de cinq chiffres, l'utilisateur n'a qu'à déplacer ses doigts d'un ordre décimal sans même avoir a en changer la configuration. Il était donc possible de réaliser des multiplications au moins aussi rapidement que sur des machines conçues pour mécaniser cette opération.

    Le Comptomètre était aussi muni d'un système de report hors de pair, potentiellement le plus achevé et efficace qui fut créé. Sa grande fiabilité combinée à sa rapidité, en ont fait un grand succès commercial. Il furent fabriqués et vendus jusqu'à la fin des années 1920.

3.3 L'imprimante

    Un autre progrès important dans l'histoire de la calculatrice fut définitivement l'ajout d'une fonction d'impression. En effet, il permettait, chose fort utile dans les domaines commerciaux et administratifs, de garder la trace des calculs réalisés sans nécessairement avoir à passer du temps à recopier les divers résultats obtenus.

    Le premier prototype connu de machine à calculer permettant l'impression date de 1870. Crée par Barbour, ce prototype n'était pas d'une grande utilité. En effet, il était basé sur le principe des bâtonnets de Neper et nécessitait d'être encré à la main.

    La première machine commercialisée utilisant un principe d'impression pratique était la réalisation de William Seward Burroughs (1857-1898). Sur les premiers modèles qu'il a réalisés, à partir de 1888, l'utilisateur ne pouvait voir les données imprimées car elles étaient à l'arrière de la machine. Malheureusement, les mécanismes des premières machines de Burroughs était très peu précis rendant la machine presque impossible à opérer efficacement. Il dut doncemprunter de nombreuses fonctions du Comptomètre de Felt pour réussir à créer une machine simple d'utilisation.

    Cependant, ce même Felt créa aussi, en 1889, une calculatrice avec imprimante: le  Comptographe, une modèle avec imprimante de son Comptomètre. Il souhaitait ainsi faire compétion à la compagnie de Burroughs.

    En 1902, James Dalton combina la fonction d'impression avec un clavier réduit (10 touches en tout incluant un zéro, plutôt que 9 par ordre décimal). Ce type de clavier s'était développé avec Mayer en 1884, Runge en 1896 et la Standard d'Hopkins en 1901.  L'allure des calculatrices de bureau utilisées durant le reste du 20^ème siècle commençait à se dessiner.

    Cependant, comme on peut le voir sur la photographie, les machines de Dalton avait une disposition des 10 touches différentes de celle actuellement utilisée. En effet, ce n'est qu'en 1914 qu'Oscar J. Sundstrand disposa pour la première fois les touches du clavier en 3 rangées de trois nombres ([789][456][123]) avec le zéro en bas.

3.4 La multiplication directe

    Malgré toutes ces améliorations rendant les machines plus pratiques et plus rapide, le principe de base de la multiplication mécanique n'avait pas évolué depuis la première multiplicatrice de Liebniz. On cherchait activement à accélérer la multiplication en trouvant une façon de réaliser la multiplication directe, c'est-à-dire pouvoir réaliser les produits partiels par un chiffre en un seul tour du mécanisme, plutôt que de procéder par additions succesives.  En effet, si l'on crée une machine à multiplication directe la multiplication par, disons 4578, ne requière que 4 tours (un par ordre décimal) plutôt que les 24 (8+7+5+4) préalablement requis.

Bien qu'elle fut précédée par quelques autres machines qui eurent peu de rayonnement, c'est la machine construite par le français Léon Bollée, en 1888, qui fut vraiment la première réalisation pratique d'une machine à multiplication directe. Comme Pascal, Bollée construisit sa machine dans le but d'aider son père à réaliser les calculs qu'il devait faire pour son industrie.

    Son principe de fonctionnement était radicalement différent de celui utilisé dans les autres machines de l'époque et vaut donc la peine d'être décrit brièvement. La machine de Bollée repose sur l'utilisation de plaques qui représentent de façon matérielle (par des tiges de longueur proportionnelle aux chiffres qu'elles représentent) la table de Pythagore. Chacune de ces plaques comprend donc une série de tige pour les unités et une pour les dizaines. L'organe multiplicateur comprend 10 de ces plaques qui peuvent être déplacées d'avant en arrière à l'aide des curseurs d'inscription du multiplicande. De plus, elles peuvent aussi être déplacés latéralement grâce à un cadran qui permet d'inscrire les chiffres du multiplicateur. Lorsque l'on tourne la manivelle pour réaliser le produit partiel du multiplicande par le chiffre inscrit au cadran, l'ensemble des plaques est soulevé. De cette façon, les tiges situées à l'intersection des différents chiffres du multiplicande et de celui du multiplicateur inscrit au cadran, viennent déplacer des couples de crémaillières reliées au totaliseur. La longueur variable des tiges permet donc d'ajouter directement au totaliseur le produit partiel, en un seul tour de manivelle. Par la suite, on déplace le charriot mobile d'un ordre décimal, on inscrit au cadran le chiffre suivant du multiplicateur et en un tour de manivelle, on réalise le deuxième produit. Tel que décrit plus haut, cette façon de procéder réduit considérablement le temps nécessaire à la réalisation de la multiplication.

    D'autres constructeurs, dont Otto Steiger et sa Millionaire, adopteront, à quelques modifications près, le principe développé par Bollée.

    Nous laisserons maintenant de côté les machines à calculer purement arithmétiques, car au début du vingtième siècle, la multiplication des compagnies et le foissonement de petits progrès rendent l'analyse de la période fort complexe.

3.5 Les machines différentielles et analytiques

    Bien qu'elles étaient utilisées par les scientifiques, les machines arithmétiques étaient d'un usage assez limité pour eux, vu la complexité des calculs de nature scientifique par rapport aux calculs comptables. C'est de ce besoin de la communauté scientifique que commence, au 19^ème siècle à naître des idées nouvelles et ambitieuses de calculateurs mécaniques.

    La première idée d'une machine dite à différence semble être dûe à J.H. Müller, un constructeur de calculatrices arithmétiques. En effet, en 1786, dans un document décrivant sa machine arithmétique, il mentionne être en mesure de réaliser une machine mécanique permettant d'appliquer la méthode des différences finies et ainsi de réaliser mécaniquement des tables arithmétiques. Son fonctionnement utilisait le fait que la plupart des progressions arithmétiques peuvent être ramenées à des opérations simples en travaillant sur différents ordres différentiels. Par exemple, le calcul de la fonction x⁴ pour les valeurs entières de x peut se réduire facilement à des séries d'additions de la façon suivante. Une fois que l'on a calculé manuellement la valeur de la quatrième différence (24) une première fois, on peut compléter en sens inverse par des additions, la table presentée dans la figure.  Par conséquent, la détermination des valeurs suivantes de la fonction se réduit à une série de simples additions . Malheureusement, un inexplicable manque d'intérêt entraîna que, par faute d'aide financière, son projet ne fut jamais réalisé.

    C'est Charles Babbage (1791-1871), un anglais, qui, bien qu'il n'ait probablement jamais entendu parler de l'idée formulée par Müller, fut le premier à s'attaquer à la réalisation pratique d'une machine à différences pour le calcul automatisé des tables numériques.

    Le fait que les tables astronomiques qu'il consultait occasionnelement étaient truffées d'erreurs de calcul exaspérait au plus haut point Babbage. C'est d'ailleurs de la présence de ces anomalies que lui vint, en 1812 ou 1813, l'idée de construire sa machine à différence. Il construisit lui-même un premier petit prototype qui travaillait sur deux ordres différentiels avec une capacité de seulement 6 chiffres.

    À la suite de nombreux efforts et sous les recomandations de la Royal Society, il réussit, chose excessivement rare, à obtenir du financement de la part du gouvernement pour la réalisation de sa machine. Cependant, le fait qu'il n'y ait pas eu d'entente claire de signée lui causa, tout au long du projet, de nombreuses difficultés à obtenir le financement nécessaire.

Présentons donc le projet en utilisant un plan datant de 1830. La machine est composée de sept axes verticaux contenant 20 rouages d'addition (bien que le plan n'en présente que 16). Le premier de ces axes (B) est destiné au comptage des résultats, tandis que les six autres (C) représentent les divers ordres différentiels. Un tour de la manivelle pricipale (E) agit en quatre temps distincts d'un quart de tour chacun. Les deux premiers servent au transfert d'axe en axe qui se fait trois par trois, nécessitant donc un demi-tour pour réaliser tous les transferts. Les deux autres temps servent, quant à eux, au transfert des retenues qui se fait dans une étape différente. Il est à noter que, pour augmenter la précision des résultats, Babbage avait prévu un mécanisme permettant d'associer ensemble deux axes pour chaque ordre de différence. Bien que l'on réduisait alors la machine à trois ordres différentiels, on doublait la précision des résultats. L'axe des résultats est relié à un système d'impression (D) dont on peut choisir la précision si les vingt chiffres ne sont pas nécessaires. Ce système permet, à l'aide de poincons d'acier, d'écrire en creux sur une plaque de cuivre ou de plomb, créant ainsi un moule pour la plaque qui permettra l'impression sur papier des tables ainsi calculées.

    Pour réaliser le projet dans toute son ampleur, il fallait construire des pièces mécaniques nouvelles et extrêmement précises. Babbage fit donc appel à Joseph Clement, un jeune mécanien dont la réputation commencait à se faire. C'était une tâche excessivement complexe et délicate que de réaliser ces pièces. En effet, en plus de suivre la conception très précise de chaque pièce faite par Babbage, il fallait aussi produire tous les outils de fabrication nécessaires. De plus, au cours de ce processus, Babbage concevait souvent des améliorations et des simplifications à apporter aux pièces ou aux outils. Pour ces raisons, le travail n'avanca pas aussi rapidement que Babbage l'avait souhaité. Clement n'était pas particulièrement attaché à la réalisation du projet et s'en retira parce que le gouvernement lui refusa, en 1833, le paiment de dédommagements annuels. Or, la loi de l'époque stipulait que les outils spécialement concus pour le projet appartenaient au mécanicien et il partit donc emportant les outils et conservant les plan de la machine comme gages des sommes que Babbage ne lui avait pas encore payées en raison de la lenteur du gouvernement dans le paiement du financement du projet. C'est donc dans un état peu avancé qu'en 1833 le projet prit fin, bien que Babbage continua, jusqu'en 1841, à réclamer aux ministres le financement pour terminer cette machine. La partie complétée de la machine est présentée sur cette photographie.

    Cependant, entre 1833 et 1834, alors qu'il était privé des plans que Clement avait en sa possesion , Babbage, continuant à réfléchir sur sa machine à calculer, imagina de nouveaux concepts qui lui permirent de développer un projet encore plus ambitieux que le précédent: la machine analytique. Ce calculateur universel pourrait réaliser n'importe quel calcul ou séquence de calculs et ne serait donc plus limité à la production de tables arithmétiques. Le passage de l'architecture de la machine à différence vers celle de la machine analytique peut être résumé comme suit. D'abord, il imagina qu'il pourrait être utile, pour simplifier et automatiser certaines procédures, d'utiliser les nombres de la colonne des résultats pour les transmettre vers l'axe de la dernière différence, permettant ainsi de créer une boucle de calcul. Cette modification pouvait être facilement réalisée en modifiant la disposition spatiale des divers axes. Alors qu'ils étaient situés l'un à côté de l'autre dans la machine à différence, l'opération de boucle demandait simplement de les positionner de façon circulaire, permettant ainsi de relier l'axe des résultats au dernier axe des différences. L'étude de cette disposition montre clairement que la distinction faite entre le registre de résultats et les registres de différence n'a aucune raison d'être et qu'en somme, ce ne sont tous que des accumulateurs de nombres. Cette constation étant faite, on imagine bien que ces registres identiques et indépendants peuvent être combinés avec n'importe quel autre, permettant ainsi de former une architecture beaucoup complexe et qui peut même être adaptée en variant les associations entre les registres. Par la suite, il eut l'idée de les spécialiser, les scindant en deux catégories distinctes: les registres de mémoire et ceux de calcul. Ainsi, dans la mesure où il existe un moyen de dicter la séquence d'instructions et des unités de contrôle permettant de réaliser ces instructions en dirigeant les opérations des divers registres, les possibilités de calcul de la machine deviennent illimitées.

    Par cette série de réflexion, il arrive à 1837 à conceptualiser la première version de la machine analytique, qu'il raffina jusqu'en 1849, bien qu'à partir 1840 l'architecture générale de la machine n'évolua pas significativement.

    Bien qu'il nous soit impossible ici de décrire entièrment la machine analytique de Babbage, nous pouvons tout de même nous intéresser au diverses parties de son mécanisme.

    La machine comprend deux grandes parties. La première, de forme circulaire (à gauche sur l'image) est l'unité de calcul ou, comme Babbage l'appelait, le moulin. Le moulin était composé d'une impressionnante quantité de liens mécaniques, d'engrenages divers et de disques décimaux, qui composaient des tables de multiplications, des registres intermédiaires pour le calcul et des dispositifs permettant le transfert des retenues. En somme, cet amalgame complexe permettait la réalisation mécanique des quatre opérations arithmétiques. Bien qu'il ait songé à utiliser d'autres bases que la base 10 pour la réalisation des calcul, Babbage choisit cette dernière, car elle évitait d'avoir à réaliser des conversions pour rendre les nombres intelligibles pour l'utilisateur.

    La seconde partie, disposée linéairement (à droite) était la mémoire ou le magasin. Il était composé d'une série de registres décimaux similaires à ceux de la machine à différence. Ces registres permettaient d'accumuler des nombres en mémoire pour une utilisation future. Les nombres stockés pouvaient être récupérés en les transférant vers un axe de mémoire secondaire, d'où un jeu de crémaillères permettait de les transférer vers le moulin.

   Le contrôle des opérations de la machine était réalisé par l'association des cylindres de contrôle et d'un programme externe. Les cylindres de contrôle était inspirés de ceux utilisés dans les automates qui étaient en vogue au 18^ème siècle. Les opérations définies sur les cylindres étaient codées au moyen de picots, qui permettaient de réaliser les opérations arithmétiques ou les transferts de données. Toutes les opérations internes de base réalisables par la machine étaient donc codées sur ces cylindres. Lorsqu'il recevait une instruction du programme externe, le cylindre effectuait une rotation pour se positionner sur la région ou était codée l'instruction demandée. Puis, il déplaçait son axe, de façon à ce que le contact puisse être établi entre les picots décrivant la commande et les groupes de leviers nécessaires à la réalisation de l'instruction.

    Le choix de la série d'opérations à faire était, quant à lui, réalisé par l'intermédiaire d'un programme externe, codé sur des cartes perforées. Babbage emprunta cette idée d'utiliser des cartes perforées aux métiers à tisser de Joseph-Marie Jacquard. Ce dernier utilisait en effet, dès 1804, des cartes perforées pour contrôler ses métiers à tisser. En fait, cette idée fut originalement développée par Basile Bouchon en 1725, puis perfectionnée en 1728 par Falcon. Jacquard améliora le principe des métiers de Falcon en ajoutant un système permettant l'avance automatique du carton perforé. Babbage reprit cette idée et spécialisa ses cartes en trois types distincts. Les cartes d'opérations contenaient toutes les instructions, que ce soit les instructions arithmétiques, de transfert vers la mémoire ou de prélèvement d'information stockée dans la mémoire. Ces cartes agissaient sur les cylindres de contrôle qui eux réalisaient réellement les instructions. Par ailleurs, les cartes variables et les cartes nombres contenaient respectivement l'information mathématique (valeur numérique d'une variable, certaines constantes) et les informations numériques simples (nombre à traiter, valeur de fonctions logarithmiques ou trigonométriques).

    Bien que ce projet ne soit resté qu'une conception purement théorique pour Charles Babbage, il n'en demeure pas moins que la conception de cette machine permettait d'envisager des possibilités remarquables de calcul. Babbage définnisait dans ce projet l'ensemble des composantes nécessaires à la création d'un calculateur universel et devenait résolument le "grand-père de l'informatique".

    Revenons brièvement sur les machines à différence pour mentionner que la première machine complète fut achevée en 1853 (du vivant de Babbage) par les suédois George Scheutz (1785-1873) et son fils Edward Scheutz (1821-1880). Elle travaillait sur 15 chiffres et sur 4 ordres différentiels. Les deux modèles qui furent vendus ont été utilisés respectivement par l'observatoire Dudley à Albany aux États-Unis et par le service de l'état civil anglais.

    D'autres machines à différence ont été aussi construites par Martin Wiberg en 1859 et par G.B. Grant en 1876.

    Dans le but de prouver la validité des concepts développés par son père, Henry Babbage, fils de Charles, entreprit en 1880 la construction d'une partie de l'unité de calcul de la machine analytique. Il y parvint et imprima en 1888 une table des 44 premiers multiples de Pi, mais une erreur survint au 32^ème multiple. Il abandonna le projet temporairement mais, en 1906, comprit le défaut et corrigea la situation. Ainsi, il put faire une démonstration devant l'Académie d'astronomie.
 

4 : Les machines électromécaniques

    Une des étapes importantes dans l'évolution des machines de calcul est sans contredit le passage des machines purement mécaniques à des machines qui intégrent des circuits électriques pour la réalisation de leurs opérations. Bien évidemment, cette intégration se fit de façon progressive. Les premières machines l'utilisant, combinaient l'électricité à des mouvements mécaniques.

4.1 La mécanographie

    Si elle avait été réellement construite, la machine analytique de Babbage aurait permis de réaliser à peu près toutes les opérations mathématiques imaginables. Cependant, elle demeurait limitée aux traitements mathématiques. Or, le système à carte perforée permet de coder et d'utiliser de l'information autre que des données mathématiques ou des instructions d'opération de la machine.

    C'est à Herman Hollerith (1860-1929) que l'on doit les premiers progrès en ce sens. Il créa son matériel dans le but d'aider au traitement des données du recensement américain de 1890. En effet, il y avait un besoin pressant d'équipement sophistiqué pour aider au dépouillement, car la population croissait très rapidement et de plus en plus de questions leur étaient posées.

     C'est d'abord dans l'utilisation de cartes perforées comme support d'information que ses machines se démarquent de tout ce qui a été fait auparavant. On peut voir ici un exemple des cartes perforées utilisées par Hollerith pour le recensement de 1890. Elles était constituées d'un type de bristol brun et mesuraient environ 13,7 par 7,5 centimètres. L'information y était codée en perforant les cases associées aux réponses fournies par l'usager. À une question à laquelle on ne répond que par OUI ou NON, une seule case était associée; un OUI étant représenté par une perforation alors que l'absence de perforation signifiait NON. Les questions possédant un ensemble de réponses différentes avaient une case associée à chacune des réponses possibles et potentiellement une case AUTRE. Dans ce cas, la perforation indiquait laquelle des réponses avait été donnée. Des traits groupent l'ensemble des réponses reliées à une même question.

    Cependant, ce support nécessite la création de l'outil permettant de faire les perforations pour ainsi transcrire l'information sur la carte. Il créa donc une poinçonneuse à pantographe, qui, bien qu'elle ne permette que de faire un seul trou à la fois, était facile d'utilisation grâce au tracé type, situé à l'avant de l'appareil, qui guidait l'utilisateur. On peut d'ailleurs voir cette perforatrice à l'avant des cadrans sur la gauche de cette photo du matériel mécanographique développé par Hollerith.

    La lecture de ces cartes perforées était réalisée par la presse de lecture située à la droite de la partie centrale de l'équipement. Elle utilisait l'électricité pour réaliser la cueillette de l'information. Le dessous de la presse, qui est fixe, était composé d'autant de cavités qu'il y a de cases perforables sur la carte. Au fond de ces cavités étaient déposées quelques gouttes de mercure et ces cavités étaient reliées par des fils électriques aux cadrans (compteurs d'impulsions) que l'on voit à la gauche de l'image.  Le haut de la presse, que l'on abbaissait pour la lecture était, quant à lui, composé d'aiguilles montées sur des ressorts qui étaient toutes reliées à la pile. Si il y avait une perforation dans la carte, l'aiguille pouvait donc entrer en contact avec le bain de mercure fermant ainsi le circuit électrique relié à un des cadrans. On lui envoyait ainsi une impulsion qui faisait avancer son aiguille d'une unité. La machine ne comportait que 40 cadrans et il fallait donc établir les connexions à seulement 40 cases. On ne pouvait donc, en une seule lecture, que dépouiller partiellement l'information contenue sur les cartes.

    On apperçoit aussi, à la droite de l'image, les casiers de tri. Ces casiers utilisaient un système d'électro-aimants permettant de contrôler, à l'aide des impulsions électriques générées par la lecture, l'ouverture d'un casier particulier. Ainsi, le classement des cartes devient très aisé, car l'utilisateur n'a qu'à la déposer dans le casier ouvert. On obtient facilement un classement des cartes selon des critères définis.

    La première version fut construite en 1884, et les premiers utilisateurs furent les villes de Baltimore, de New York et l'état du New Jersey, qui s'en servirent tous pour comptabiliser des statistiques de mortalité. De plus, en 1887, son matériel a été utilisé pour tenir les statistiques sur l'état de santé du personnel de l'armée américaine. Le bureau du recensement américain organisa un concours pour les inventeurs, dans le but de trouver le meilleur équipement pour le resencement de 1890. Les trois candidats restants devaient réaliser le dépouillement  de 10491 bulletins du resencement précédent de 1880. Ils devaient y faire la transcription des informations et le traitement de ces dernières. Les deux adversaires de Hollerith travaillaient tous deux manuellement, l'un avec des jetons de couleur, l'autre à l'aide de cartes de couleur. La transcription des données fut environ  2 fois plus rapide avec le matériel d'Hollerith, mais c'est le dépouillement qui fut réalisé avec une rapidité remarquable. Alors que les deux autres concurrents prirent respectivement 44 heures  41 minutes et 55 heures 22 minutes à compléter le dépouillement, Hollerith ne prit que 5 heures 28 minutes, soit près de 8 fois moins de temps que son plus proche rival. Bien entendu, Hollerith eut le contrat pour le recensement de 1890. On utilisa aussi son matériel  pour plusieurs autres recensements au Canada, en Norvège, en Italie et en Russie. Ces machines mécanographiques donnèrent naissance à une grande industrie, où Hollerith dut compétitionner avec de nombreuses autres compagnies.

    En tant que pionnier du traitement de l'information et de l'utilisation de l'électricité pour faire ce traitement, Hollerith a su poser l'une des dernières briques qui manquaient pour permettre le développement des ordinateurs. D'ailleurs, la compagnie qu'il a fondé en 1896, la Tabulating Machine Company, est devenue, en 1924, la maintenant célèbre entreprise International Businnes Machines, IBM.

4.2 Leonardo Torrès y Quevedo

    Né en 1852, Leonardo Torrès y Quevedo (1852-1936), fut un inventeur espagnol de grand talent. Il créa entre autres, un dirigeable (1909) qui fut utilisé à des fins militaires au cours de la première guerre mondiale, des joueurs d'échecs éléctromécaniques (1911-1912) qui utilisaient même des palpeurs pour connaître la position des pièces et de nombreuses machines analogiques (dès 1895) qui permettaient de résoudre mécaniquement des équations algébriques. Bien que leur étude est fort intéressante, elles demeuraient des machines spécialisées (au même titre que l'analyseur différentiel construit en 1927 par Vannevar Bush) qui, bien qu'elles aient une importance certaine sur le développement futur des ordinateurs, n'en sont pas des ancêtres directs en raison de leur côté non-universel.

    C'est plutôt par son traité sur l'automatisme (la façon d'automatiser les mouvements) et l'application électromécanique qu'il en a fait, que Torrès a été important pour le développement des ordinateurs. En effet, il construisit vers 1920 un arithmomètre éléctromécanique composé d'une machine à écrire reliée à une unité de calcul à base de mécanismes et de circuits électriques. On ne pouvait cependant réaliser sur cette machine que les quatres opérations arithmétiques de base, mais avec une simplicité remarquable. En effet, pour réaliser les calculs, l'utilisateur n'avait qu'à entrer les chiffres et le symbole de l'opération sur le clavier de l'imprimante, de la même façon qu'on le fait sur les calculatrices actuelles. Le principe de l'unité de calcul était dérivé de l'Arithmomètre de Thomas, mais reposait sur l'utilisation révolutionnaire de circuits électriques. Dans la réalisation de la division par soustraction succesives, la machine effectuait elle-même la comparaison entre le diviseur et le reste pour déterminer si une soustraction supplémentaire était requise. Il s'agit là du premier test de comparaison électrique des nombres, une réalisation d'une importance capitale pour le développement des ordinateurs.

   Bien qu'elle était limité aux mêmes opérations que les calculateurs arithmétiques ordinaires, Torrès avait quand même conçu théoriquement les ajouts nécessaires à cette machine pour la réalisation d'une machine analytique telle que Babbage l'avait décrite. D'abord, elle nécessitait l'ajout d'un tambour à picots mobiles pour utiliser les règles de programmation. De plus elle se devait de posséder une mémoire pour laquelle il comptait utiliser des réglettes coulissantes et un organe de lecture pour les données en mémoire, utilisant un ensemble de positions magnétiques. Il concut aussi un système de représentation des nombres à virgule flottante pour les calculateurs, en utilisant deux positions par nombre associées à un exposant.

4.3 Bell Labs Relays Computer

    C'est pendant qu'il travaillait pour les Bell Labs cherchant à améliorer les dispositifs magnétiques inclus dans les relais téléphoniques que George Robert Stibitz conçut le tout premier additionneur binaire. Les relais sont un type de commutateur mécanique permettant, par une action éléctromagnétique, d'ouvrir ou de fermer un circuit. Il fit le parallèle entre les états (ouvert ou fermé) des relais téléphoniques et l'algèbre binaire développée par Boole (1815-1864). Il construisuit donc dans sa cuisine, en 1937, le modèle K (K pour Kitchen) pouvant réaliser l'addition de deux bits. Il était composé de quelques relais téléphoniques, de deux ampoules, de piles, d'un peu de fil électrique et de contacts métalliques faits de plaques découpées dans une boîte de tabac, qui servaient d'interrupteurs. Les deux lampes représentaient 1 lorsqu'elles étaient allumées et 0 lorsqu'elles étaient éteintes. Il apporta ce prototype aux laboratoires Bell, mais il ne suscita, sur le coup, aucun intérêt, bien que Stibitz ait aussi montré comment on pourrait construire un calculateur plus complexe permettant de réaliser le quatres opérations sur sur des nombres binaires à plusieurs chiffres. Un des principaux obstacles à ce type de machine était définitivement le fait qu'elle travaillait en binaire, un système peu connu par la majorité des utilisateurs potentiels.

    C'est donc au printemps 1938 que Stibitz eut l'idée d'employer le système décimal-codé-binaire utilisé par les ingénieurs en téléphone depuis environ 1930.

    Or, au sein même des Bell Labs, on commencait à sentir une urgent besoin d'avoir accès à de nouvelles techniques de calcul automatisé. En effet, les recherches théoriques présentement en cours sur la transmission téléphonique nécessitaient l'utilisation des nombres complexes. Or, leur multiplication et division, demande de nombreuses opérations arithmétiques lorsque réalisées à l'aide d'une simple machine à calculer de bureau qui ne traite que les nombres réels. C'est donc au cours de l'été de 1938 que le chef du service d'ingénierie mathématique de Bell approcha Stibitz pour savoir s'il était possible de développer un calculateur à relais permettant des opérations sur les nombres complexes.  Après seulement quelques semaines de travail, il présenta le plan d'un calculateur à relais pouvant travailler sur des nombres complexes de huit chiffres. L'ensemble des opérations d'entrée et de sortie seraient réalisées à partir d'un téléimprimeur, un appareil à clavier alphanumérique munit d'une imprimante utilisé pour envoyer ou recevoir des communications télégraphiques.

    Il eut le feu vert pour débuter la construction du Complex Number Calculator (aussi connu sous le nom de Bell Labs Relays Computer Model 1) et la débuta donc avec la collaboration de l'ingénieur Sam Williams. Cependant, avant que ne débute réellement le projet, en 1939, Stibitz conçut une fort intéressante modification au système décimal-codé-binaire qu'il avait envisagé d'utiliser. En effet, il décala le sytème de trois positions associant ainsi le 0 décimal avec la représentation binaire habituelle de 3.

    La construction débuta donc en avril 1939 et se termina en octobre de la même année. Elle fut utilisé par le laboratoire à partir de janvier 1940 et demeura utilisée jusqu'en 1949. C'est avec cette machine que fut réalisé pour la première fois un traitement à distance de données. En effet, une démonstration du Complex Number Calculator, a été réalisée en 1940 devant les membres de la Société américaine de mathématiques. Or, cette démonstation eut lieu à Hanovre au New Hampsire alors que le calculateur était toujours à New York (330 Km de Hanovre). Ils utilisaient, comme à l'habitude, un téléimprimeur en tant que terminal, mais cette fois les données était acheminées par une ligne téléphonique jusqu'au calculateur. La machine s'avéra sans faille, même lorsque Norbert Wiener lui demanda une division par zéro au cours de la période d'utilisation libre de la machine par les congressistes.

    D'autres calculateurs à relais de plus en plus puissants furent par la suite construits aux laboratoires de Bell pour le ministère de la Défense et furent en bonne partie utilisés pour des calculs ballistiques.

4.4 Machines de Zuse

    Konrad Zuse est né en Allemagne en 1910. Diplômé en 1935 en ingénierie civile, il se devait de réaliser constamment des calculs de résistance des matériaux; travail fastidieux lorsque l'on ne dispose que d'une règle à calculer. Il se créa donc des tableaux où il décomposa en étapes les calculs les plus fréquents et utilisait de flèches pour se guider à travers ces étapes. C'est donc de par cette décomposition en étapes simples de longs processus de calcul qu'il en vint à concevoir la possibilité de mécaniser simplement ces tâches. Il finit donc par concevoir une machine divisible en parties tout à fait équivalentes aux divers organes que Babbage avait conçus pour sa machine analytique, sans avoir eu connaissance des travaux de ce dernier.

    En 1936, il débuta le projet, installé dans le salon de ses parents. Il choisit, voyant toute la complexité de la mécanisation en base 10 d'utiliser le calcul binaire. Il compléta donc en 1938 sa première machine: le Z1. Elle était entièrement mécanique. La mémoire binaire était constituée d'un millier de plateaux comportant des rainures, où la position d'une tige indiquait 0 à gauche et 1 à droite. Malheureusement, seule la mémoire était réellement fonctionnelle. En effet, l'unité de calcul mécanique du Z1 n'était absolument pas fiable.

    C'est donc sur les conseils et avec l'aide de Helmut Scheyer, ingénieur électrique et ami de Zuse, qu'il construisit une deuxième unité arithmétique à l'aide, cette fois, de relais téléphoniques. En réutilisant l'unité de mémoire mécanique du Z1 associée à cette nouvelle unité de calcul électromécanique qu'il réussit à construire, en 1939, une machine parfaitement fonctionnelle et relativement rapide pour les standards du temps, le Z2. Il est à noter que Scheyer avait aussi envisagé la possibilité d'utiliser des tubes à vide plutôt que des relais, leur vitesse de commutation étant beaucoup grande, mais l'approvisionnement en tubes était difficile et Zuse se sentait beaucoup plus à l'aise avec l'utilisation de dispositifs électromécaniques.

    Avant même d'avoir pu réaliser une démonstration du Z2 pour les autorités de l'aéronautique allemande, Zuse fut conscrit, l'Allemagne étant en guerre. Il réussit tout de même, vers la fin de 1939 à être affecté, en sa qualité d'ingénieur à l'usine d'aviation Henschel. Il put donc convaincre Alfred Teichmann, un des directeurs de l'institut, en lui montrant le Z2, de lui permettre de construire un modèle définitif. Teichmann lui consentit donc une bien modeste aide financière, pour la réalisation d'un calculateur permettant des études de vibrations pour les ailes d'avions.

    Cependant, Zuse réalisa un projet de bien plus grande envergure. Le Z3, dont la construction fut complétée à la fin de 1941 fut, en effet, le premier calculateur universel programmable. Le programme d'entrée était inscrit sur un film photographique 35mm perforé. Cette idée lui avait été proposé par Scheyer. Le programme encodait toutes les opérations arithmétiques et les opérations d'entrée et de sortie de l'unité de mémoire et contenait une commande FIN pour arrêter la machine. L'utilisateur pressait alors une touche de conversion pour transformer le résultat binaire en décimal. Bien que Zuse souhaitait avoir une mémoire de 1024 nombres, les nécessités budgétaires et de rapidité de construction l'obligèrent à se limiter à 64 nombres. Le Z3 était aussi la première machine à utiliser le concept d'arithmétique flottante où l'on utilise une notation avec un exposant pour déterminer la position de la virgule.

    Il construisit aussi deux machines spécialisées non programmables pour l'Institut d'aéronautique et débuta en 1942, la constuction d'une machine semblable au Z3 mais possédant la mémoire à 1024 nombres qu'il souhaitait réaliser. C'est d'ailleurs la seule de ses 6 machines à avoir été épargnée par les nombreux bombardements. Elle fut louée pour 5 ans, en 1950, par l'école polytechnique de Zurich.

4.5 Machine Harvard-IBM (Harvard Mark 1)

    Howard Aiken (1900-1973), lors de son retour aux études, en 1935, après douze ans de travail comme ingénieur à la Madison Gas Company eut à travailler sur des équations différentielles non linéaires. Il commmenca donc à concevoir la possibilité de construire une machine à calculer permettant de réaliser ce type de calculs complexes. Contrairement à Zuse et Stibitz, Aiken était familier avec les travaux de Babbage et les nombreuses autres innovations dans le domaine des machines à calculer. Déjà, en 1937, il avait rédigé un mémoire sur le projet d'une machine analytique électromécanique inspirée des idées de Babbage. Cependant, Harvard n'était pas un lieu propice aux innovations technologiques et il dut donc aller chercher un appui de la part d'une entreprise. C'est finalement Thomas Watson alors patron d'IBM qui se montra intéressé par le projet d'Aiken et lui consentit une aide financière et technique.

    Aiken s'associa donc avec une équipe d'ingénieurs d'IBM composée de James Bryce, Clair Lake, Frank Hamilton et Benjamin Durfee et cette équipe débuta en  1939 la réalisation de l'Automatic Sequence-Controlled Calculator, plus tard connu sous l'appelation de Harvard Mark 1. La construction de cette machine fut terminée en janvier 1943. La disposition allongée de la machine est due au fait qu'un axe rotatif primaire mû par un moteur était utilisé pour actionner chacune des parties de la machine en agissant sur des axes secondaires qui lui étaient reliés par des engrenages. Ces axes secondaires, quant à eux, étaient reliés à d'autres séries d'axes tertiaires où des roues à engrenages contrôlaient les traitements électriques à effectuer sur chacun des 2200 registres numériques que comprenait la machine. Cette disposition à axe principal permettait de faciliter la synchronisation des diverses opérations. En effet, la machine disposait ainsi d'une horloge interne utilisant une unité de temps équivalente à 1/20 de tour de cet axe, soit 3/200 de seconde. Les entrées étaient réalisées en utilisant des rubans de papier perforés, mais on disposait aussi de 60 registres de 24 commutateurs à positionner manuellement. Les sorties intermédiaires étaient inscrites sur bandes perforées lorsqu'elles avaient à être réutilisées plus tard, tandis que les résultats finaux était imprimés par des machines à écrire.

    Bien qu'il était rapide et d'une fiabilité hors de pair, l'ASCC ne pouvait utiliser de branchements conditionnels, et était donc réduit à suivre une seule séquence d'opérations fixes et indépendante des résultats intermédiaire. Ce n'est qu'en 1947 que l'ajout de trois panneaux pouvant gérer 10 sous-routines différentes, permit de corriger cette lacune en rendant posible des variations conditionnelles dans l'exécution d'un programme. La machine fut utilisée de façon courante jusqu'en 1959.

5 : Les machines électroniques

    Les tubes à vides ont été crées par Heinrich Geissler vers 1860 et en 1904 John Ambrose Fleming créa la diode. L'ajout d'une troisième électrode de contrôle par Lee de Forest en 1906, permit d'obtenir la triode, qui, vers 1918 donna naissance, grâce au génie de Eccles et Jordan au premier dispositif bistable purement électronique. La bascule d'Eccles-Jordan permettait une représentation électronique du système binaire et possédait une vitesse de commutation beaucoup plus grande que tous ls systèmes à relais. Bien évidemment, tel que l'avait envisagé Scheyer lorsqu'il travaillait avec Zuse, l'électronique était la voie la plus prometteuse pour les développements des machines à calculer.

5.1 L'ABC (Atanasoff Berry Computer)

    Alors que s'écrivaient de nombreux papiers théoriques sur l'utilisation possible de l'électronique pour le calcul, la première tentative de construction d'un calculateur au fonctionnement électronique est due à un professeur de physique et de mathématiques de l'Ioha State College: John Vincent Atanasoff et à un de ses étudiants: Clifford Berry. Le projet a été conçu par Atanasoff entre  1937 et 1939. Le manque d'intérêt et de financement de la part de l'université ont forcé les deux hommes à construire une machine limitée en puissance. Le projet prit fin au printemps de 1942. Le calculateur travaillait en binaire, un système simple et fiable, utilisait la rapidité des lampes pour effectuer les opérations arithmétiques et logiques et disposait d'une mémoire à condensateurs qui présentait l'avantage d'être peu dispendieuse.

    Les deux panneaux situés à l'avant de la machine comprenaient en tout 210 lampes et 1350 résistances constituant les circuits permettant les opérations arithmétiques et logiques. Sur le dessus de la machine étaient placés deux cylindres mis en rotation par un moteur électrique. Sur la surface interne de chacun de ces cylindres étaient placés 1600 condensateurs, qui permettaient de mémoriser les nombres en représentation binaire, selon la polarité des condensateurs. En effet, les condensateurs chargés positivement représentaient un 0, alors que ceux chargés négativement signifiaient 1. Cependant les condensateurs se déchargeant assez rapidement, il dut concevoir un système de regénération qui permettait de lire les données constamment et de les réecrire dans les condensateurs à chaque seconde (chaque tour des cylindres). Un de ces deux cylindres servait à mémoriser les données et le second était utilisé pour les résultats des calculs. En plus de cet ingénieux système de mémoire à condensateurs, le système comprenait un lecteur de cartes associé à un convertisseur permettant d'utiliser des cartes avec des représentations décimales. Le cylindre des résultats était situé sous le tableau de contrôle sur lequel on trouvait des témoins lumineux et des commutateurs de manoeuvre. La nécessité d'inscrire sur cartes des résultats intermédiaires nécessaires plus tard dans l'exécution du programme obligea Atanasoff à concevoir une perforatrice à arc électrique pouvant fonctionner à un rythme suffisament rapide pour ne pas ralentir le rythme d'éxecution de la machine qu'il avait fixé à soixante pulsations par seconde. Bien entendu ce rythme de travail ne permettait pas d'utiliser toutes les capacités de l'électronique.

5.2 L'ENIAC

    En 1935, l'armée américaine avait crée son laboratoire de recherche ballistique. Le lieutenant Hermann Heine Goldstine, en raison de sa formation mathématique, était chargé de trouver des moyens pour accélérer le calcul des tables de tir, pour lesquelles il était nécessaire de calculer au bas mot de 2000 à 4000 trajectoires. Chacune de ces trajectoires nécéssitait près de 700 multiplications. Le laboratoire travaillait depuis1930 avec la Moore School de l'Université de Pensylvannie et c'est lors d'une visite, en 1943, dans les locaux de la Moore School qu'on lui indiqua que John Mauchly, professeur de physique au Ursinus College, avait déjà rédigé un mémoire sur un calculateur électronique qui promettait des performances remarquables. Suite à cette rencontre, une entente fut signée entre la Moore School et le laboratoire de recherche ballistique pour la construction d'une machine à calculer électronique. Mauchly fut nommé conseiller principal du projet et Presper Eckert, un étudiant de la Moore School passionné d'électronique, en fut l'ingénieur en chef. Le projet secret de l'ENIAC (Electronic Numerator, Integrator, Analyser and Computer) débutait. La machine fut terminée vers la fin de 1945, après la guerre qui avait justifiée sa création.

    En décembre 1943, on expérimenta le premier compteur électronique fabriqué par Eckert et il s'avéra pafaitement fonctionnel. On débuta donc la construction des accumulateurs. Ces accumulateurs étaient en un sens le coeur du travail de la machine. Ces cellules permettaient la mémorisation d'un nombre décimal, son effacement, sa transmission vers d'autres accumulateurs ainsi que l'ajout d'un nouveau nombre à celui en mémoire. Les deux premiers qui furent construits fonctionnaient parfaitement bien, travaillaient à 200 kHz et permettaient ainsi de réaliser, en une seconde, près de 5000 additions de nombres de dix chiffres. On décida d'en utiliser 20, plutôt que les 4 originalement prévus, pour créer une machine plus puissante.

    L'utilisation de l'ENIAC était une tâche complexe et fastidieuse. En effet, l'entrée de nombres ou d'instuctions était réalisée à l'aide des trois tables de fonctions à utiliser manuellement. Il y avait donc, en tout, 4386 commutateurs manuels à positionner. Cependant, une fois que ces opérations préalables étaient terminées, les données ne prenaient qu'un millième de seconde à être transférées vers l'unité de calcul. En plus des commutateurs manuels, les entrées pouvaient être réalisées à l'aide d'un lecteur de cartes mécanographiqueses IBM. Les sorties étaient faites, quant à elles, soit par la lecture des nombres affichés par des lampes témoins à l'avant des accumulateurs, ou encore sur des cartes perforées à l'aide d'une perforatrice IBM.

    La machine fut utilisée jusqu'en octobre 1955, mais dès ses premières démonstrations publique elle avait su frapper l'imaginaire des gens, tant par sa taille, que par son impressionnante vitesse de calcul qui annoncait définitivement une révolution dans le domaine des calculateurs. Malgré sa grande réussite, le terme ordinateur ne peut s'appliquer à l'ENIAC, car il n'était en somme qu'une réalisation électronique d'une machine à calculer mécanique universelle. L'ENIAC travaillait même en base 10 plutôt qu'en binaire, grâce à des assemblages électroniques appelés décades. Ces dernières pouvaient exprimer électroniquement tous les chiffres de 0 et 9 et généraient une impulsion pour la retenue, lors de leur passage de 9 à 0. Cependant, la plus grande faiblesse de l'ENIAC était le fait qu'il n'utilisait pas d'enregistrement interne des programmes. Par conséquent, la réexécution d'un programme ou d'une de ses parties nécessitait la réintroduction manuelle des cartes correspondantes.

5.3 Manchester Mark 1

    La première machine fonctionnelle à avoir intégré l'enregisterement interne des programmes a été construite en Angleterre à l'Université de Manchester. Le projet démarré en en 1946 permit de créer, en 1948, le premier ordinateur à avoir fonctionné dans le monde: le Manchester Mark 1. Ce projet fut réalisé sous la direction de Max Newmann, professeur de mathématiques à l'université de Manchester. Parmi ses collaborateurs il y avait Alan Turing, concepteur d'une machine automatique théorique ayant permit une meilleure compréhension de l'application de la logique à des machines.

La mémoire interne, l'élément permettant d'appeler cette machine: ordinateur, a été conçue par F.C. Williams. Elle était en fait composée de tubes cathodiqes, déjà utilisés à l'époque pour la génération des images télévisées. Dans cette mémoire, les bits étaient mémorisés simplement par des points lumineux apparaissant sur un écran. Bien qu'elle soit peu dispendieuse, cette mémoire n'était pas entièrement fiable, car à l'ocassion un point pouvait disparaître.

    De plus, la programmation pour cette machine avait été facilitée par une invention de Turing. En effet, en utilisant un téléimprimeur et un système de codes, on pouvait maintenant taper des codes abrégés pour les opérations courantes. Par exemple, en appuyant sur TC, on programmait directement l'ensemble des bits représentant l'instruction d'addition. C'est le 28 juin 1948, que fut exécuté, avec succès, le premier programme enregistré à l'interne: un programme de recherche de facteurs premiers.

6 : Les générations d'ordinateurs

    Avec le Manchester Mark 1, l'architecture actuelle des ordinateurs était complète. En effet, les ordinateurs qui suivirent ne s'en démarquèrent que par des raffinements de la technologie utilisée, et non pardes conceptions différentes de la machine. On divise les ordinateurs en 4 générations distinctes, marquées chacune par des progrès technologiques important et des améliorations apportées pour faciliter leur utilisation.

6.1 Première génération (1948-1956)

    Caractérisée par l'utilisation des tubes à vide, cette première génération débuta en 1948 avec la finalisation du Manchester Mark 1. Jusqu'en 1951, les ordinateurs furent utilisés exclusivement par des militaires. En effet, c'est en 1951 que fut construit le premier ordinateur commercial destiné à une utilisation civile: l'UNIVAC 1.

    Les UNIVACs furent crées par Mauchly et Eckert, les deux principaux artisans du projet ENIAC. Le bureau du resencement américain ainsi que General Electric furent deux des premiers acquéreurs d'UNIVACs. C'est aussi un UNIVAC qui, en 1952, a permis de prévoir l'élection de Dwight Eisenhower à la présidence américaine. Un des modèles d'UNIVAC est présenté sur cette photographie.

    D'autres compagnies enmboîtèrent le pas et débutèrent la commercialisation d'ordinateurs, dont IBM, en 1953, avec son IBM 650.

    Un des principaux défauts de cette première génération d'ordinateurs était le fait qu'il n'existait pas encore de langage de programmation. En effet, on se devait de programmer en utilisant un langage machine propre à chaque ordinateur et ne comprenant pas les raffinements nécessaires à une programmation aisée.

6.2 Deuxième génération (1956-1963)

    C'est en 1947 que les physiciens Bardeen, Brattain et Shockley, inventèrent, aux laboratoires Bell, le premier transistor à contact ponctuel. Bien entendu, cette invention dut évoluer considérablement avant qu'elle puisse commencer à remplacer efficacement les lampes. C'est cette modification qui marque le début de la deuxième génération d'ordinateurs, en 1956, avec le premier ordinateur à transistors: le TRADIC de Bell. Les transitors possédaient de nombreux avantages: ils sont plus petits, plus rapides, plus fiables et consomment beaucoup moins d'énergie que les tubes à vide. Deux autres des premiers ordinateurs à utiliser les transitors furent le Strecth d'IBM et le LARC de Sperry-Rand, conçus principalement pour les laboratoires de physique atomique. C'est aussi avec ces ordinateurs de deuxième génération que l'on débuta à s'affranchir de la programmation en langage machine grâce au développement du langage assembleur. De plus, en 1957, John Backus créa le FORTRAN, le premier langage de programmation supérieur, d'une facilité d'emploi remarquable par rapport à l'assembleur.

    Le début des années 60 fut aussi marqué par la multiplication des compagnies fabriquant des ordinateurs: Sperry-Rand, Honeywell, Control Data, Burroughs. On assista au raffinement des imprimantes, des mémoires sur bandes magnétiques, des mémoires sur disques, etc.

6.3 Troisième génération (1964-1971)

    C'est ensuite par la miniaturisation de l'électronique que se firent les progrès dans le monde de l'informatique. En effet, en diminuant le taille des composants électroniques, on pouvait enfin construire des machines puissantes, sans qu'elles n'occupent un espace énorme. La troisième génération est donc réliée à l'utilisation des circuits intégrés, développés, en 1958 par Jack Kilby qui travaillait chez Texas Instruments. Ce premier prototype n'intégrait que trois composants électroniques, mais ouvrait la voie à la miniaturisation

    De plus, les ordinateurs de cette génération furent les premiers munis d'un système d'exploitation, un programme fonctionnant en permanence et gérant l'exécution des autres programmes. C'était là un progrès remarquable pour le développement d'ordinateurs simples d'utilisation.

Il est à noter que le développement des circuits intégrés à aussi mené à la création, en 1967, (par le même Jack Kilby en collaboration avec Jerry Merryman et James Van Tassel) de la première calculatrice de poche. Cette machine de Texas Instruments montre clairement les possibilités de miniaturisation offertes par l'intégration des composants électroniques. Elle mesurait  4 pouces et 1/4 par 6 pouces et 1/8 par 1 pouce et 3/4.

6.4 Quatrième génération (1971-Aujourd'hui)

    C'est ensuite par le développement de nouvelles techniques d'intégration que l'on put augmenter encore le nombre de composants contenus sur une même puce. C'est la compagnie Intel qui créa le premier microprocesseur, en utilisant la technologie de LSI (large scale integration) qui permet de condenser des centaines de composants électroniques sur une puce, . Développé, en 1971, le microprocesseur Intel 4004 contenait l'ensemble de composantes de l'ordinateur. Par la suite, on raffina encore les techniques d'intégration et dans les années '80, le VLSI (very large scale integration) permettait de réaliser des puces contenant des centaines de milliers de composants électroniques. Plus tard on réussit à excéder le millions de composants avec la technique d'ultra large scale integration.

    En permettant de fabriquer, à faible coût, des machines puissantes et petites, les progrès réalisés dans l'intégration ont permis le développement d'un nouveau marché pour les ordinateurs. Les pionniers dans le domaine étaient Commodore, Radio Shack et Apple qui commencèrent la commercialisation d'ordinateurs personnels à la fin des années '70. IBM, quant à lui, s'attaqua à ce nouveau marché en 1981.

    Toujours aujourd'hui, les progrès dans les ordinateurs se font en miniaturisant de plus en plus. Cependant, un jour viendra où cette technique aura atteint ses limites. Peut-être, alors, de nouvelles méthodes de calcul se développeront tournant ainsi la page de l'ère de l'électronique.