John Graham-Cumming: Největší stroj, který nikdy nebyl postaven

Počátky počítačové vědy se datují do 30-tých let ... 19. století. John Graham-Cumming vypráví příběh mechanického, parou poháněného "analytického stroje" od Charlese Babbage a o tom, jak Ada Lovelaceová, matematička a dcera lorda Byrona, viděla za jeho jednoduchými výpočetními schopnostmi představu budoucnosti počítačů. (Zaznamenáno na TEDxImperialCollege)

Stroj, o kterém vám budu povídat,

nazývám největším strojem, který nikdy nespatřil světlo světa.

Byl to stroj, který nebyl nikdy sestrojen

a přesto sestrojen bude.

Byl to stroj, který byl navržen

dlouho předtím, než kdokoliv přemýšlel o počítačích.

Pokud znáte něco o historii počítačů,

budete vědět, že ve třicátých a čtyřicátých letech

byly vytvořeny jednoduché počítače,

které odstartovaly dnešní počítačovou revoluci

a měli byste pravdu,

s výjimkou toho, že byste si spletli století.

První počítač byl navržen opravdu

v třicátých a čtyřicátých letech 19., ne 20. století.

Byl navržen a některé jeho části byly sestaveny,

a kousky, které byly vyrobeny, jsou tady

v jižním Kensingtonu.

Ten stroj byl sestrojen tímhle chlapíkem, Charlesem Babbagem.

S Charlesem Babbagem jsem teď velmi spřízněn,

protože jeho vlasy jsou vždy takhle naprosto neudržované,

na každém obrázku. (Smích)

Byl to velmi bohatý muž a

člen britské aristokracie, dalo by se říct,

a pokud byste bývali v sobotu v Marylebone

a byli součástí tehdejší inteligence,

byl by vás býval pozval k němu domů

na večírek -- a on zval každého:

krále, vévodu z Wellingtonu, mnoho, mnoho známých lidí --

a býval by vám ukázal jeden ze svých mechanických strojů.

Opravdu mně chybí ona doba, víte, kdy jste mohli

zaskočit na večírek a pozorovat mechanický počítač,

který vám předvedli. (Smích)

Ale sám Babbage se narodil

na konci 18. století

a byl poměrně známým matematikem.

V Cambridgi zastával stejný post jako kdysi Newton

a jakou donedávna zastával Stephen Hawking.

Je obecně méně známý než oni dva, protože

dostal nápad vyrábět mechanická výpočetní zařízení

a nikdy žádné z nich nevyrobil.

Žádné z nich nikdy nevyrobil, protože to byl klasický vědátor.

Pokaždé, když měl dobrý nápad, myslel si:

"To je nádherné, tohle začnu stavět.

Tohle bude stát celé jmění. Mám lepší nápad.

Budu pracovat na tomhle. (Smích) A udělám tohle."

Dělal to tak do doby, dokud ho Sir Robert Peel, tehdejší předseda vlády,

v podstatě nevyhodil z čísla 10 na Downing Street

a to tehdy znamenalo něco, jako říct:

"Přeji vám dobrý den, sire." (Smích)

Věc, kterou vyprojektoval, byla tahle obludnost,

analytický stroj. Jen pro vaši představu,

tohle je pohled shora.

Každý z těchto kruhů je ozubené kolo, kola navršená na sobě,

a tahle věc je velikosti parní lokomotivy.

Takže chci, abyste si v průběhu mé přednášky představovali

tenhle obří stroj. Slyšeli bychom ony krásné zvuky,

jaké by tahle věc bývala vydávala.

A já vás provedu architekturou stroje

-- proto je to architektura počítače --

a povím vám o tomhle stroji, což je počítač.

Takže pojďme si povídat o paměti. Paměť

je velmi podobná paměti dnešního počítače,

ale je celá vyrobená z kovu,

z ozubených kol posazených na sebe do mnoha sloupců vysokých 30 kol.

Představte si věc z ozubených kol téhle výšky,

tisíce a tisíce kol

a mají na sobě čísla.

Je to desítkový stroj. Všechno se vykonává v desítkách.

A on přemýšlel o využití dvojkového. Potíž

s použitím dvojkového je v tom, že by byl býval neuvěřitelně vysoký.

Už tak je dost obrovský.

Takže má paměť.

Paměť je tento kousek tady.

Vidíte to všechno takhle.

Tahle příšernost tuhle je CPU, čip, chcete-li.

Ano, je to takhle velké.

Dokonale mechanické. Celý tento stroj je mechanický.

Toto je obrázek prototypu části CPU,

který je v Muzeu vědy.

CPU mohlo provádět čtyři základní aritmetické funkce --

tedy sčítání, násobení, odečítání, dělení --

což je pořádný výkon na hromadu kovu,

ale mohl také dělat něco, co dělá počítač

a kalkulátor ne:

tento stroj mohl nahlížet do své vlastní vnitřní paměti a rozhodovat se.

Začínající programátoři na něm mohli vykonávat podmínku "jestliže pak"

a to z něho v zásadě dělalo počítač.

Kromě operací byl také schopen výpočtu. Uměl víc.

Jestliže se teď na to podíváme a na chvilku se zastavíme

a popřemýšlíme o dnešních čipech, nejsme se schopni

dovnitř křemíkového čipu podívat. Je tak malinký.

Nicméně kdybyste to udělali, uviděli byste něco

velmi, velmi podobného.

CPU je neuvěřitelně složité

s neuvěřitelně pravidelnou strukturou pamětí.

Jestliže jste někdy viděli obrázek z elektronového mikroskopu,

uvidíte toto. Všechno to vypadá stejně,

pak tady máme tuto neuvěřitelně spletitou část.

Celý ten mechanizmus ozubených kol vykonává to samé jako počítač,

ale tento stroj je samozřejmě třeba naprogramovat

a Babbage použil tehdejší technologii

a technologii, která se objevila znovu v padesátých, šedesátých a sedmdesátých letech,

což jsou děrné štítky. Tahle věc

je jedna ze tří čteček štítků

a toto je program v Muzeu vědy, jen nedaleko

odsud, vytvořený Charlesem Babbagem,

který tam sedí -- můžete se tam zajít podívat --

a čeká, až bude stroj postaven.

A tento program není jediný, je jich mnoho.

Připravoval programy a předvídal, že by k tomu mohlo dojít.

Tedy, důvod, proč použili děrné štítky byl ten, že Jacquard

ve Francii stvořil žakárský tkalcovský stav,

který tkal tyhle neuvěřitelné vzory prostřednictvím děrovaných předloh,

takže jen změnil účel současné technologie

stejně jako u všeho ostatního, co dělal, používal technologii

své doby, takže 30-tých, 40-tých, 50-tých let 19. století, ozubená kola, páru,

mechanická zařízení. Je ironií, že ten samý rok, co se narodil Charles Babbage,

se narodil i Michael Faraday,

který způsobil revoluci ve všem

od dynama, přes transformátor a mnohém dalším.

Babbage chtěl samozřejmě použít ověřenou technologii,

páru a podobně .

Tedy, potřeboval příslušenství.

Samozřejmě, teď máte počítač.

Máte děrné štítky, CPU a paměť.

Potřebujete být vybaveni doplňky.

K těm nepřijdete jen tak.

Proto, první ze všeho jste měli zvuk. Měli jste zvonek,

takže pokud se něco pokazilo -- (Smích) --

nebo pokud stroj potřeboval příchod obsluhy,

byl tam nějaký zvonek, který mohl zazvonit. (Smích)

A na děrném štítku je vlastně instrukce,

která říká: "Zazvoňte na zvonek". Takže si můžete představit to "Cink!".

Víte, jen se na chvilku zastavte, představte si všechny ty zvuky

tuhle věc, "Klik, klak klik klik klik",

parní stroj, "Ding", správně? (Smích)

Také potřebujete nějakou tiskárnu, jasně a každý potřebuje tiskárnu.

Toto je vlastně obrázek tiskového mechanizmu

pro další jeho stroj, nazývaný Difference Engine No. 2,

který nikdy nepostavil, ale který Muzeum vědy

přece jen postavilo v 80-tých a 90-tých letech.

Tiskárna je opět zcela mechanická.

Tiskne pouze číslice, protože byl posedlý číslicemi,

ale tiskne na papír a dokonce zalamuje konce slov,

takže když se dostanete na konec řádku, jde to asi takhle.

Potřebujete také grafiku, že?

Chci říct, když se chystáte něco dělat s grafikou,

tak řekl: "No, potřebuji souřadnicový zapisovač. Mám velký kus papíru

a inkoustové pero a přinutím to kreslit."

Takže navrhnul rovněž souřadnicový zapisovač

a domnívám se, že v té době vynalezl poměrně

dost dobrý stroj.

Zároveň se objeví tato žena, Ada Lovelanceová.

Tedy, představte si tyhle večírky, všechno dobré a skvělé splyne v jedno.

Tahle slečna je dcerou šíleného, zlého

muže, kterého je nebezpečné znát, lorda Byrona

a její matka, která se trochu obávala, že možná zdědila

něco ze šílenosti a zkaženosti lorda Byrona,

si pomyslela: "Znám řešení: matematika je řešení.

Naučíme ji matematiku. To ji zklidní."

(Smích) Protože samozřejmě

žádný matematik se nikdy nezbláznil,

takže to bude v pořádku. (Smích)

Všechno bude v pořádku. Prochází tedy onou matematickou průpravou

a jednoho dne jde se svou matkou na jeden z těch večírků

a Charles Babbage zrovna ohlašuje svůj stroj.

Je tam vévoda z Wellingtonu,

ohlašuje stroj a samozřejmě ho předvádí

a jí to najednou dojde. Byla jedinou osobou za celý jeho život, opravdu,

která řekla: "Chápu, co ten přístroj dělá

a věřím v jeho budoucnost."

A my jsme jí obrovsky vděčni,

protože díky ní víme hodně o tomto stroji,

který hodlal Babbage postavit.

Někteří lidé ji nazývají prvním programátorem.

Tohle je vlastně z jednoho dokumentu, který přeložila.

Je to program napsaný mimořádným stylem.

Není historicky úplně přesné, že byla prvním programátorem

a vlastně udělala něco úžasnějšího.

Spíše než že byla jen programátorkou,

viděla něco, co Babbage neviděl.

Babbage byl úplně posedlý matematikou.

Stavěl stroj na matematické výpočty

a Lovelaceová říkala: "Na tomhle stroji bys mohl dělat

i něco víc než matematiku." A stejně jako vy,

každý v této místnosti, kdo s sebou má telefon,

má zároveň i počítač.

Když rozeberete telefon, všechno v něm

nebo počítači nebo v jakémkoliv jiném výpočetním zařízení

je matematika. Na pozadí jsou samé číslice.

Ať je to video nebo text nebo hudba nebo hlas, všechno jsou to číslice,

za vším stojí matematické funkce obsažené vevnitř

a Lovelaceová řekla: "To, že se zabýváš

matematickými funkcemi a symboly,

neznamená, že tyto věci nemohou představovat

věci z reálného světa, takové jako hudba."

To byl obrovský skok a Babbage na to reaguje:

"Mohli bychom spočítat tyhle úžasné funkce a vytisknout

tabulky s čísly a nakreslit grafy." -- (Smích) --

a Lovelaceová na to: "Podívej,

tahle věc by mohla dokonce skládat hudbu,

kdybys jí řekl, jak má vyjádřit hudbu čísly."

Této změně v myšlení říkám Lovelaceové skok.

Když říkáte, že byla programátorkou, tak jí do jisté míry byla,

ale zejména je nutné zmínit to, že budoucnost bude

mnohem, mnohem více přelomová.

Tedy o sto let později, dorazil tenhle chlapík,

Alan Turing a v roce 1936 vynalézá počítač zcela od píky.

Tedy samozřejmě Babbageův stroj byl celý mechanický.

Turingův stroj byl zcela teoretický.

Oba tihle chlapíci pocházeli z matematického prostředí,

ale Turing nám řekl něco velmi důležitého.

Stanovil matematické základy

počítačové vědy a prohlásil:

"Nezáleží na tom, jak počítač vyrobíte."

Jakmile jednou nastoupí nanotechnologie, nebude už záležet na tom,

jestli je váš počítač mechanický, jako byl Babbageův, nebo elektronický,

jako jsou dnešní počítače

nebo snad v budoucnu buněčné nebo opět mechanické.

Mohli bychom se vrátit k Babbageovu stroji

a prostě ho vyrobit malinký. Všechno jsou to počítače.

Existuje ve smyslu výpočetní podstaty.

Říkáme tomu Church-Turingova teze.

A tak náhle vzniká spojení mezi strojem,

který Babbage postavil a dnešním počítačem.

Byl vlastně schopen dělat všechno, co dnes děláme

s počítači, pouze opravdu pomalu. (Smích)

Pro vaši představu jak pomalu,

měl asi 1k paměti.

Používal děrné štítky, kterými ho nakrmili

a běžel asi 10 000 krát pomaleji než první ZX81.

Měl balík RAM.

Mohli jste přidat mnoho přídavné paměti, pokud jste chtěli.

(Smích) Tedy kam nás to dnes přivádí?

Takže máme plány.

Mimo to ve Swindonu, v archívech Muzea vědy jsou

stovky plánů a tisíce stránek poznámek

napsaných Charlesem Babbagem o tomto analytickém stroji.

Jeden z nich je sada plánů, kterou nazýváme Plán 28,

což je také název charity, kterou jsem rozjel

s Doronem Swadem, jenž byl správcem výpočetní sekce

v Muzeu vědy a také osobou, která vedla projekt

na sestavení rozdílového stroje

a naším plánem je postavit ho.

Zde v jižním Kensingtonu budeme stavět analytický stroj.

Projekt je rozdělen na několik částí.

Jedna se týkala prozkoumání Babbageova archívu.

To už je hotovo. Druhou je teď studie

všech těch plánů, abychom určili, co se má stavět.

Třetí část je počítačová simulace stroje

a poslední část je ho fyzicky postavit v Muzeu vědy.

Až bude postaven, budete konečně schopni pochopit, jak pracuje počítač,

protože spíš než mít před sebou malinký čip,

se budete moci podívat na tu obrovskou věc a říct: "Ach,

vidím pracovat paměť, vidím pracovat CPU,

slyším to pracovat. Já snad cítím, jak to pracuje." (Smích)

Ale mezitím uděláme simulaci.

Babbage sám napsal,

že jakmile bude analytický stroj existovat,

ovlivní zajisté budoucí směřování vědy.

Samozřejmě, že ho nikdy nepostavil, protože si vždycky pohrával

s novými plány, ale když se nakonec v roce 1940 postavil,

samozřejmě se všechno změnilo.

Teď vám předvedu malou ochutnávku, jak to vypadá

v pohybu na videu, na kterém je vidět

jen jedna část pracujícího mechanizmu CPU.

Takže toto jsou jen tři sady ozubených kol

a budou sečítat. Tohle je sečítací mechanizmus

v akci, abyste si představili tento obří stroj.

Dejte mi pět let.

Než nastanou 30-tá léta 21. století, stroj bude postaven.

Děkuji vám velmi pěkně. (Potlesk)