Počítačový vizionář Charles Babbage

Historie IT mohla být o 150 let delší Britský matematik a vynálezce Charles Babbage se již ve 20. letech 19. století p...


Historie IT mohla být o 150 let delší
Britský matematik a vynálezce Charles Babbage se již ve 20. letech 19. století
pokusil zkonstruovat mechanický výpočetní stroj, jehož činnost byla založena na
programovatelných instrukcích. S velkým předstihem se tak objevila myšlenka,
jež 150 let později začala od základů měnit svět. Babbage si tuto proměnu
uvědomoval a jeho snaha sestrojit výpočetní zařízení předznamenala jeden z
nejdůležitějších vynálezů 20. století.
Když Charles Babbage (1791-1871), absolvent Cambridgeské univerzity, prováděl v
roce 1815 jakési únavné výpočty pomocí logaritmických tabulek, pronesl větu:
"Kdyby tak Bůh dal a tyto výpočty bylo možné realizovat pomocí páry!" Tak
začala jeho obsedantní posedlost, jež ho neopustila po celý život. Jádrem téhle
posedlosti byla myšlenka, že při stále náročnějších výpočtech, jež si žádalo
zrození moderního světa, by mohl omylný lidský mozek nahradit počítací stroj.

Diferenční stroj
Babbageova úvaha byla správná. Množství početních chyb, způsobených lidským
faktorem, znesnadňovalo ve viktoriánské době život zaměstnancům v řadě oborů. V
té době se už naplno začalo rozvíjet přesné měření, zdokonalovala se věda a
ruku v ruce s ní i technické výpočty. Nadto vznikala nová odvětví (např.
statistika), takže bylo evidentní, že logaritmické a navigační tabulky budou
pro účel složitějších a složitějších výpočtů stále méně vyhovující. Babbage,
jenž si tyto skutečnosti uvědomoval, snil o tom, co dnes nazýváme tabulkovým
procesorem.
Geniální výstředník Charles Babbage se rozhodl, že svou myšlenku uskuteční. V
roce 1820 se pouští do nákresů a poté do konstrukce tzv. diferenčního stroje
(Difference Engine), který měl v tabulkách zavést pořádek. Jeho model
slavnostně předvedl o dva roky později členům Královské společnosti v Londýně.
Stroj obsahoval 96 koleček na 24 osách a byl vybaven hodinovým mechanismem,
jenž zprostředkovával nejen vlastní výpočty, ale přes mosaznou destičku s
číslicemi umožňoval dokonce i tisknout tabulky s výslednými ciframi. Vynález
učenou porotu zaujal. Babbage po jednání s ministerstvem financí obdržel grant
ve výši 7 500 liber, což byla v tehdejší době obrovská suma, největší, jakou
vláda na realizaci nějakého vynálezu do té doby uvolnila. Předsedou Královské
společnosti, jehož si matematik získal, byl tehdy chemik Humphry Davy,
zakladatel elektrochemie. Za vynálezce se na vyšších místech přimlouval zejména
vévoda Wellington. Ten si totiž dokázal prozíravě představit vojenské využití
počítacích strojů, zejména pro pozemní a námořní dělostřelectvo a navigaci. Byl
to nepochybně on, kdo s prohlášením, že počítací stroj je součástí národní
obrany, prosadil na vládní úrovni matematikovu myšlenku.

Začínají problémy
Zkonstruovat diferenční stroj ale nebylo jednoduché. Základní model obsahoval
aritmetickou jednotku s jedním tisícem ozubených koleček a paměť dat pro tisíc
padesátimístných čísel. Navýsost důležitou součástí výpočetního zařízení, které
měl pohánět parní stroj, byla řídící sekce s programem činnosti zapsaným na
řetězci papírových děrných karet.
Děrné karty byly nápadem, k němuž Babbage inspiroval vynález francouzského
obchodníka Josepha Jacquarda. Ten totiž děrovaného papíru začal používat jako
vzoru pro tkaní ve svých textilkách. "Žakárový stroj" byl stav využívajícího
řídícího mechanismu, skládajícího se z listu papíru, do něhož byl vytlačen
děrový vzor. (Není bez zajímavosti, že právě "žakárový stroj" inspiroval
později, v roce 1890, inženýra Hermana Holleritha k vynálezu děrných štítků
přenášejících data. Hollerith těchto štítků využil ke konstrukci třídicího
systému, využívaného při sčítání lidu. Jeho projekt sčítání, porovnávání a
analýzy čísel na základě děrných štítků byl tak úspěšný, že Hollerith se svými
společníky založil společnost, jež byla později přejmenována na International
Business Machines IBM.)
Konstrukce diferenčního stroje si vyžadovala jak přesné opracování materiálu,
tak i řešení řady problémů, které souvisely s jeho výpočetní funkčností.
Babbageovi především došlo, že stroj nemůže naprogramovat běžným jazykem, jehož
podoba je pro výpočty příliš rozvláčná a komplikovaná. Z tohoto důvodu vyvinul
zvláštní jazykovou řeč, jakousi kombinaci čísel a typografických znaků, s jejíž
pomocí hodlal stroj programovat.
Druhou obtíží byl materiál. Zkonstruovat v době litiny a mosazi přístroj, jehož
funkčnost závisela na neobyčejné přesnosti opracování součástek, se ukázalo
takřka nemožným. Ať dělali co dělali, nebyli technici s to sestrojit jednotlivá
ozubená kolečka s takovou přesností, aby do sebe zapadala, jak si vynálezce
usmyslel. Babbage se spojil s vynikajícím řemeslníkem Josephem Clementem, který
musel pro výrobu stroje vyvinout celou řadu speciálních nástrojů, avšak ani za
jeho přispění se nepodařilo stroj uvést do chodu. Díky vylepšené technologii
přesného opracování, vyvinuté kvůli diferenčnímu stroji, se ovšem Clement
později stal předním evropským výrobcem obráběcích strojů.
Celý projekt počítacího zařízení vázl a polykal další a další finance. Utopila
se v něm jak vládní podpora, tak i skoro celé vynálezcovo jmění. Náhle měl
Babbage prázdné ruce a diferenční stroj, který vyrostl do podoby obrovského
železného mechanismu, stále nesplňoval jeho představy. (Dnes tento podivný
objekt trůní na podstavci v londýnském Science Museu, kde si ho mohou
návštěvníci prohlédnout).

Analytický stroj
Babbageovi mezitím došlo, že musí svůj stroj zdokonalit. Začal pracoval na
návrzích jeho vylepšené varianty, která dostala pracovní název "analytický
stroj" (Analytical Engine). Toto zařízení mělo kromě základních početních
operací umět nejen řešit algebraické a numerické rovnice, ale současně i
vystihnout výsledky a podle nich, což je nejpozoruhodnější, samostatně měnit
průběh dalšího výpočtu.
K tomuto účelu navrhl Babbage systém tří programovacích karet, opatřených
děrováním (tyto předchůdkyně děrných karet byly paradoxně ještě dokonalejší než
výše zmíněné Hollerithovy karty užívané při sčítání lidu ve Spojených státech).
Jednalo se o operační, číslicové a variační karty, přičemž operační karty
dodávaly instrukce stroji (zastupovaly jakýsi operační kód), číslicové karty
obstarávaly informace o hodnotě čísel a variační zprostředkovávaly druh
výpočtu. Každý druh karet, rozlišený i odlišnými velikostmi, měl tedy svou
specifickou funkci pro chod a funkce analytického stroje.
Právě schopnost postupovat a rozhodovat se podle stanoveného programu udělala z
Babbageova návrhu předchůdce pozdějších typů počítačů. Babageův stroj pracoval
s větvením i cykly, výpočetní jednotka byla oddělená od paměti. I když měl
vynálezce ambiciózní projekt mechanického analytického stroje promyšlený do
nejmenšího detailu, prototyp nebyl za jeho života bohužel nikdy zkonstruován.
Vynálezci se nedostávaly finance. Vláda navzdory přímluvám ze strany několika
věhlasných vědců totiž k "parnímu počítači" ztratila důvěru. Babbage se tedy
obrátil na soukromé sponzory, kde mu zpočátku svitla naděje. Mezi ně totiž
patřila i lady Augusta Ada, hraběnka Lovelaceová (1815 -1852), dcera slavného
romantického básníka lorda G. G. Byrona, která se posléze stala jakousi
Babbageovou asistentkou.
Podařilo se jí nejen přimět svého manžela, lorda Lovelacea, aby projekt
konstrukce analytického stroje finančně podpořil, ale navíc pro zařízení
sestavila kompletní program, určený k výpočtu tzv. Bernoulliho čísel. Z tohoto
důvodu je Byronova dcera označována jako první programátorka na světě a na její
počest je dodnes pojmenován programovací jazyk ADA. "Analytický stroj je jako
tkalcovský stav, tká však nikoliv hmotu, ale algebraické vzorce," prohlásila a
její slova jsou dodnes citována příznivci čisté matematiky. Když o několik let
nato Ada Lovelaceová zemřela, byla to velká rána nejen pro Charlese Babbage,
ale především pro realizaci analytického stroje. Projekt se nikdy nepodařilo
uskutečnit v praxi. Ve snaze najít nového mecenáše Babbage se svým synem a
několika spolupracovníky sice navštěvoval průmyslové výstavy a podniky celé
Evropy, ale nikdo z oslovených finančníků a podnikatelů už o jeho báječný
výpočetní stroj neprojevil zájem.

Kryptografický talent
Nemalý význam má Babbage také pro jiný obor, spjatý dnes s informačními
technologiemi, pro kryptografii, přesněji řečeno pro kryptoanalýzu, v níž
dosáhl pozoruhodných výsledků. Podařilo se mu rozluštit tzv. Vigenerovu šifru,
což je považováno za největší pokrok v kryptoanalýze od 9. století. Babbageův
úspěch podrobně popisuje také v češtině vydaná publikace Simona Singha Kniha
kódů a šifer. Dlužno dodat, že i zde byl však Babbageův úspěch vyvážen smůlou
vzhledem k tomu, že rozlomení kódu bylo chápáno jako informace strategického
významu, za Babbageova života nesmělo být o celé záležitosti nic zveřejněno.
Není se co divit, že vynálezce nakonec zahořkl. Anglický historik Paul Johnson
jej charakterizoval těmito slovy: "Byl ponurý. Vypadal ponuře, mluvil ponuře a
jeho myšlení bylo postupem věku stále chmurnější. Měl k tomu důvod viděl, jak
by se k všeobecnému prospěchu budoucnost dala přenést do současnosti, ale
lidská i hmotná selhání ho frustrovala na každém kroku."

Inspirace pro budoucnost
Základní idea Babbageova života zůstala nenaplněna. O svém zápase s větrnými
mlýny napsal autobiografickou knihu Výňatky ze života filozofa (Passages from
the Life of a Philosopher, 1864). Docenění své myšlenky se sice nedočkal, ale
to neznamená, že zapadla.
Jeden z prvních elektromechanických počítačů, nazvaný Z-1, sestrojil bezmála
sedmdesát let po Babbageově smrti německý profesor Konrád Zuse (1910-1995),
který se doznal, že při vývoji Z-1 využil snad všechny principy, jež před ním
použil britský matematik a vynálezce. To byla ovšem již zcela jiná doba. Svět
páry se stal minulostí a do technologií se začala prosazovat elektronika.
Vylepšený elektronický počítač MARK-1 spatřil světlo světa o něco později ve
vývojových laboratořích společnosti IBM. Jeho konstrukci řídil podle koncepce
Johna von Neumanna harvardský profesor Howard Aiken (1900-1971). Zajímavé je,
že chod MARKu-1 sice obstarávala děrná páska, ale výpočetní zařízení zdaleka
nedosahovalo kvalit, kterými se měl pyšnit Babbageův analytický stoj.
Třebaže byl Charles Babbage ve své době nepochopen, dějiny na něj nezapomněly.
V roce 1960, tedy takřka sto let po vynálezcově smrti, sestavila skupina
britských mechaniků podle dochovaných nákresů jeho analytický stroj. Řetězec
karet pro tkalcovské stavy byl nahrazen děrnými štítky, používanými v té době
při zpracování dat. Stroj k překvapení všech účastníků experimentu bezvadně
fungoval. Součet dvou čísel trval přesně podle Babbageových výpočtů jednu
vteřinu, násobení a dělení necelou minutu. Zbývá dodat, že podobný princip,
tedy počítání na základě miniaturních ozubených koleček, se využívá v
nanotechnologiích a konec konců i v DNA počítačích (zde jde přímo o
geometrickou a chemickou afinitu jednotek nesoucích informaci).

Mašina zázraků
Jak by se vyvíjel svět, pokud by se Babbageovi podařilo jeho vize uskutečnit?
Známí kyberpunkoví autoři William Gibson a Bruce Sterling napsali na téma
příslušné alternativní historie román The Difference Engine, který v češtině
vyšel pod názvem "Mašina zázraků". Informatická revoluce se v Anglii podaří
uskutečnit o více než 100 let dříve, v polovině 19. století se zde budují
informační systémy, které napadají hackeři. Vše je řízeno prostřednictvím
děrných štítků (na jejichž bázi existují i osobní identifikační doklady),
systémy pohání pára a gigantické výpočetní stroje fungují na mechanických
principech převodových kol.

text ON-LINE
Kompletní podobu tohoto článku najdete na portálu Science World
(www.scienceworld.cz) s datem 14. 12. 2003.









Komentáře
K tomuto článku není připojena žádná diskuze, nebo byla zakázána.