Det er datamaskiner overalt: i bilen, i vaskemaskina, i mobilen og i TV-skjermen. Ei datamaskin gjer noko så enkelt som å flytte på data, samanlikne data og gjere enkle rekneoperasjonar. Men det er òg ei universell maskin som kan nyttast i uendeleg mange samanhengar.

Vi kan samanlikne datamaskina med ein såkalla sveitsisk kniv. Eit slikt verktøy har saks, linjal, skrujern, kniv, korkopnar, pinsett og meir til. Dette er fleirbruksteknologi, men det er ikkje ei universalmaskin. Heilt til datamaskina vart funnen opp, var alle teknologiar eigentleg spesialverktøy: dei var utforma for gjere nokre få ting veldig godt og ganske ubrukelege til andre formål.

Universalmaskina kan brukast til å drive eit utal prosessar som tidlegare kanskje måtte støttast av spesialløysingar. Vi kan i dag bruke datamaskina til å skrive manuskript, lukeparkere, få råd om gode bøker og kjøpe billettar. Utan henne ville vi trunge skrivemaskin, vi måtte sjølv ha manøvrert bilen inn på parkeringsplassen, spurt bibliotekaren til råds og gått på jernbanestasjonen for å kjøpe billettar. Datamaskina kan gjere alle desse jobbane og vere den same maskina heile tida.

Charles Babbage (1791–1871) var den første som utvikla ideen om ei universalmaskin. Han prøvde òg å byggje eit fungerande eksemplar. På 1800-talet måtte alle rekneoperasjonar gjerast av menneske, og dei gjorde ofte feil. Reknefeila kosta både liv og pengar. Dei kunne føre til at tog kolliderte på jernbanelinjene og maskiner braut saman fordi dei var for tungt belasta. Masseproduksjon kravde massiv informasjonsbehandling, og det hadde ikkje menneska kapasitet til.

Babbage ville lage ei maskin som kunne utføre utrekningar automatisk, slik at det einaste menneska måtte gjere, var å setje opp utrekninga og starte maskina. Han meinte at ei automatisk reknemaskin må ha tre sentrale delar. Ho må ha eit program som fortel kva ho skal gjere, ho må ha ein utførande del som følgjer instruksjonane frå programmet, og ho må ha ein lagringsdel der resultata blir tekne vare på. Babbage såg forresten for seg at denne maskina kunne drivast av ein dampmotor.

Alan Turing (1912–1954) sa at ei universalreknemaskin burde kunne utføre alle moglege utrekningar. Hans fremste bidrag til datamaskinutviklinga var å bevise matematisk at ei slik universalreknemaskin kunne lagast. Eit viktig element var at datamaskiner må vere diskrete system. Eit diskret system har ei mengd tilstandar som kan nummererast, og slike maskiner hoppar eller klikkar seg frå ein tilstand til ein annan. Turing ber oss sjå for oss eit hjul som kan klikke seg gjennom 120 posisjonar på eitt sekund, men som kan stoppast når som helst, og ei lampe lyser opp den posisjonen det stoppar i. Desse tilstandane er så tydeleg forskjellige frå kvarandre at faren for misforståing blir borte. Presis informasjon om tilstanden i ein gjeven augneblink gjev sikker kunnskap om neste steg i prosedyren. Slike system står i kontrast til kontinuerlege eller analoge system, der verdiar må målast og ikkje kan nummererast.

Turing var einig med Babbage i at denne maskina må ha tre funksjonar: instruksjonar i eit program, ei utføringseining og lagring. Ein instruksjon kan til dømes vere: «Legg talet som er lagra i posisjon 6809, til talet i posisjon 4302, og set inn resultatet i den siste posisjonen.» Turing legg til at dette ikkje ville bli formulert på engelsk, men som eit tal, til dømes «6809430217», der 17 indikerer kva operasjon som skal utførast – i dette tilfellet «legg til». Det kan òg lagast instruksjonar som blir gjorde om att og om att til eit visst vilkår er oppfylt.

For å finne ut alt dette skildra Turing ei tenkt datamaskin som hadde ei mengd brytarar (tilstandar) og ei papirremse som kunne lesast frå og skrivast til av eit flyttbart lese- og skrivehovud. Det var berre lov å skrive to eller nokre få ulike teikn på papirremsa. Han viste at ein kunne leggje instruksjonane for utrekninga på ein del av denne papirremsa og slik lage det vi i dag kallar eit program for utrekninga. Turing demonstrerte at alt som kan reknast ut, kan gjerast av denne enkle maskina, inkludert det å lese og gjennomføre programmet. Maskina ville rett nok vore uhorveleg treg og ikkje spesielt brukbar i praksis.

Det at datamaskiner kan imitere alle diskrete system, gjer at dei kan beskrivast som «universalmaskiner». Dette har den viktige konsekvensen at ein ikkje treng å utforme ei ny maskin for kvar rekneoperasjon ein vil gjennomføre, eller ei anna maskin for skriving enn for lukeparkering. Alle slags oppgåver kan gjerast med ei datamaskin som er korrekt programmert for oppgåva. Vi kan sjå at alle digitale datamaskiner slik sett er jamlike, seier Turing.

På 1940-talet byrja ingeniørar å lage datamaskiner basert på Turings oppskrift med den elektroniske teknologien dei hadde til rådvelde. Den mektige teknologen og vitskapsmannen John von Neumann (1903–1957) laga eit system som følgde akkurat dei prinsippa Babbage og Turing hadde formulert i sine forsøk og publikasjonar. Det som vart heitande «von Neumann-arkitekturen», har ein sentral prosessor der data blir flytta, sletta eller kopierte; maskina har eit minne der data blir lagra, og ho har eit program som behandlar data, og som også er lagra i minnet. I tillegg må det vere eit grensesnitt mot omverda, slik som skjerm, tastatur og mus.

Lars Nyre
og Bjørnar Tessem