Τζον Γκράχαμ-Κάμινγκ: Η σπουδαιότερη μηχανή που δεν υπήρξε ποτέ

Η επιστήμη των υπολογιστών ξεκίνησε το '30 ... το 1830. Ο Τζον Γκράχαμ-Κάμινγκ εξιστορεί την ιστορία της μηχανικής, ατμοκίνητης «αναλυτικής μηχανής» του Τσαρλς Μπάμπατζ και πώς η Άντα Λάβλεϊς, μαθηματικός και κόρη του Λόρδου Βύρωνα, είδε πέρα από τις απλές υπολογιστικές δυνατότητες της και φαντάστηκε το μέλλον των υπολογιστών. (Βιντεοσκοπήθηκε στο TEDxImperialCollege)

Η μηχανή για την οποία θα σας μιλήσω

είναι αυτή που αποκαλώ η σπουδαιότερη μηχανή που δεν υπήρξε ποτέ.

Ήταν μια μηχανή που δεν φτιάχθηκε ποτέ,

και παρόλα αυτά, θα φτιαχτεί.

Ήταν μια μηχανή που σχεδιάστηκε

πολύ πριν σκεφτεί κανείς τους υπολογιστές.

Εάν γνωρίζετε κάτι για την ιστορία των υπολογιστών,

θα ξέρετε ότι το '30 και το '40,

δημιουργήθηκαν απλοί υπολογιστές

που ξεκίνησαν την υπολογιστική επανάσταση που έχουμε σήμερα,

και θα είσαστε σωστοί,

με εξαίρεση ότι είστε σε λάθος αιώνα.

Ο πρώτος υπολογιστής σχεδιάστηκε στην πραγματικότητα

το 1830 και το 1840, όχι το 1930 και το 1940.

Σχεδιάσθηκε, και τμήματά του ήταν πρωτότυπα,

και τα κομμάτια του που κατασκευάστηκαν είναι εδώ

στο Νότιο Κένσινγκτον.

Η μηχανή αυτή δημιουργήθηκε από αυτόν τον τύπο, τον Τσαρλς Μπάμπατζ.

Έχω μεγάλη ομοιότητα με τον Τσαρλς Μπάμπατζ,

επειδή τα μαλλιά του είναι πάντα τελείως ακτένιστα, όπως εδώ,

σε κάθε φωτογραφία.
(Γέλια)

Ήταν ένας πολύ πλούσιος άνθρωπος και, κατά κάποιο τρόπο,

μέρος της αριστοκρατίας της Βρετανίας,

και μια Κυριακάτικη νύχτα στο Μέριλμπον,

εάν ανήκατε στη διανόηση εκείνης της περιόδου,

θα είχατε προσκληθεί στην οικία του

για μία εσπερίδα -- καλούσε τους πάντες:

Βασιλείς, τον Δούκα του Ουέλινγκτον, πολλούς, πολλούς διάσημους ανθρώπους --

και θα σας παρουσίαζε μία από τις μηχανικές μηχανές του.

Πραγματικά μου λείπει αυτή η εποχή, ξέρετε, όπου μπορούσατε

να πάτε σε μία εσπερίδα και να σας γίνει παρουσίαση

ενός μηχανικού υπολογιστή. (Γέλια)
(Γέλια)

Αλλά ο ίδιος ο Μπάμπατζ γεννήθηκε

στα τέλη του 18ου αιώνα,

και ήταν ένας αρκετά διάσημος μαθηματικός.

Κατείχε τη θέση που είχε ο Νεύτωνας στο Κέιμπριτζ

και που πρόσφατα κατείχε ο Στήβεν Χώκινγκ.

Είναι λιγότερο γνωστός και από τους δύο, γιατί

είχε την ιδέα να δημιουργήσει μηχανικές υπολογιστικές συσκευές

και ποτέ δεν έφτιαξε καμία.

Ο λόγος που δεν έφτιαξε καμία, ήταν του κλασικού σπασίκλα.

Κάθε φορά που είχε μια καλή ιδέα, σκεφτόταν:

«Είναι εξαιρετική, θα αρχίσω να την υλοποιώ.

Θα ξοδέψω μια περιουσία σ' αυτή. Έχω μια καλύτερη ιδέα.

Θα δουλέψω πάνω σε αυτή. (Γέλια) Και θα κάνω αυτή».

Αυτό το έκανε μέχρι που ο Σερ Ρόμπερτ Πιλ, ο τότε Πρωθυπουργός,

βασικά τον πέταξε έξω από την Οδό Ντόουνινγκ 10,

και το να τον πετάξει έξω, εκείνη την εποχή, σήμαινε

«Καλημέρα σας, κύριε». (Γέλια)

Αυτό που σχεδίασε ήταν αυτό εδώ το τερατούργημα,

η αναλυτική μηχανή. Απλώς για να πάρετε μια ιδέα της

αυτή είναι μία κάτοψη.

Καθένας από αυτούς του κύκλους είναι ένα γρανάζι, μια στοίβα από γρανάζια,

και αυτό το πράγμα είναι τόσο μεγάλο όσο μια ατμομηχανή.

Όσο κάνω την ομιλία μου, θέλω να φανταστείτε

αυτή την γιγάντια μηχανή. Ακούσαμε αυτούς τους υπέροχους ήχους

όπως θα ακουγόταν αυτό το πράγμα.

Θα σας εξηγήσω την αρχιτεκτονική αυτής της μηχανής

-- γι' αυτό είναι αρχιτεκτονική υπολογιστών --

και θα σας πω για αυτή τη μηχανή, που είναι ένας υπολογιστής.

Ας μιλήσουμε για τη μνήμη. Η μνήμη

μοιάζει πολύ με τη μνήμη ενός σημερινού υπολογιστή,

μόνο που ήταν εξολοκλήρου φτιαγμένη από μέταλλο,

στοίβες επί στοιβών από γρανάζια, 30 γρανάζια ύψος.

Φανταστείτε κάτι τόσο ψηλό από γρανάζια,

εκατοντάδες, εκατοντάδων γρανάζια,

με αριθμούς επάνω τους.

Είναι μια δεκαδική μηχανή. Όλα γίνονται στο δεκαδικό [σύστημα].

Σκέφτηκε να χρησιμοποιήσει το δυαδικό. Το πρόβλημα

με τη χρήση του δυαδικού είναι ότι η μηχανή θα ήταν τόσο

ψηλή, που θα ήταν γελοία. Όπως είναι, είναι τεράστια.

Έχει, λοιπόν, μνήμη.

Η μνήμη είναι αυτό εδώ το κομμάτι.

Το βλέπετε όλο έτσι.

Αυτό το τερατούργημα είναι ο επεξεργαστής, το τσιπάκι εάν θέλετε.

Φυσικά, είναι τόσο μεγάλο.

Πλήρως μηχανικό. Ολόκληρη η μηχανή είναι μηχανική.

Αυτή είναι μια φωτογραφία ενός πρωτοτύπου τμήματος του επεξεργαστή

που βρίσκεται στο Μουσείο Επιστημών.

Ο επεξεργαστής μπορούσε να κάνει τις τέσσερις θεμελιώδεις λειτουργίες της αριθμητικής

-- πρόσθεση, πολλαπλασιασμό, αφαίρεση, διαίρεση --

το οποίο είναι ήδη ένα κομμάτι επιτεύγματος, σε μέταλλο,

αλλά μπορούσε να κάνει κάτι που κάνει ο υπολογιστής

και η αριθμομηχανή δεν κάνει:

Αυτή η μηχανή μπορούσε να κοιτάξει την εσωτερική της μνήμη και να πάρει μια απόφαση.

Μπορούσε να κάνει το "εάν...τότε" για τους βασικούς προγραμματιστές,

και αυτό κατά βάση την έκανε έναν υπολογιστή.

Μπορούσε να υπολογίσει. Δεν έκανε μόνο πράξεις. Μπορούσε να κάνει περισσότερα.

Τώρα, εάν το κοιτάξουμε και σταματήσουμε για μια στιγμή

και σκεφτούμε τα σημερινά τσιπάκια, δεν μπορούμε

να δούμε στο εσωτερικό ενός τσιπ πυριτίου. Είναι μικροσκοπικό.

Ωστόσο, αν μπορούσατε να το κάνατε, θα βλέπατε κάτι

πολύ, πολύ παρόμοιο με αυτό.

Υπάρχει αυτή η απίστευτη πολυπλοκότητα στον επεξεργαστή,

και αυτή η απίστευτη κανονικότητα στη μνήμη.

Αν έχετε δει ποτέ μια φωτογραφία ηλεκτρονικού μικροσκοπίου,

θα δείτε αυτό. Όλα αυτά φαίνονται ίδια,

μετά υπάρχει αυτό το κομμάτι εδώ που είναι εξαιρετικά περίπλοκο.

Το μόνο που κάνει αυτός ο μηχανισμός οδοντωτού τροχού είναι αυτό που κάνει ένας υπολογιστής,

αλλά φυσικά χρειάζεται να το προγραμματίσετε, και φυσικά,

ο Μπάμπατζ χρησιμοποίησε την τελευταία λέξη της τεχνολογίας

και την τεχνολογία που θα επανεμφανιζόταν το '50, το '60 και το 70',

που είναι οι διάτρητες κάρτες. Αυτό εκεί

είναι ένας από τους τρεις αναγνώστες διάτρητων καρτών εδώ μέσα,

και αυτό είναι ένα πρόγραμμα στο Μουσείο Επιστημών,

όχι πολύ μακριά από εδώ, που δημιουργήθηκε από τον Τσαρλς Μπάμπατζ,

που βρίσκεται εκεί -- μπορείτε να πάτε να το δείτε --

περιμένοντας να φτιαχτεί η μηχανή.

Και δεν είναι μόνο ένα αλλά πολλά προγράμματα.

Προετοίμασε προγράμματα προβλέποντας ότι αυτό θα συμβεί.

Τώρα, ο λόγος που χρησιμοποίησαν διάτρητες κάρτες ήταν ότι ο Ζακάρ

στη Γαλλία, είχε φτιάξει τον μηχανικό αργαλειό του Ζακάρ,

ο οποίος ύφανε αυτά τα απίστευτα μοτίβα που ελέγχονταν από τις διάτρητες κάρτες,

επαναπροσδιορίζοντας την τελευταία τεχνολογία,

και όπως κάθε τι άλλο που έκανε, χρησιμοποίησε την τεχνολογία

της εποχής του, το 1830, 1840, 1850, γρανάζια, ατμός,

μηχανικές συσκευές. Κατά ειρωνικό τρόπο, την ίδια χρονιά

με τον Τσαρλς Μπάμπατζ γεννήθηκε και ο Μάικλ Φαραντέι,

ο οποίος θα έφερνε την πλήρη επανάσταση στα πάντα

με το δυναμό, τους μετασχηματιστές και όλα αυτά.

Ο Μπάμπατζ, φυσικά, ήθελε να χρησιμοποιήσει δοκιμασμένη τεχνολογία,

όπως ατμό κλπ.

Βέβαια, χρειαζόταν εξαρτήματα.

Προφανώς, τώρα έχετε έναν υπολογιστή.

Έχετε διάτρητες κάρτες, έναν επεξεργαστή και μνήμη.

Χρειάζεστε εξαρτήματα που θα τα συνοδεύουν.

Δεν θα χρειαστείτε μόνο αυτά.

Λοιπόν, πρώτα απ' όλα είχατε ήχο. Είχατε ένα καμπανάκι,

ώστε εάν κάτι στραβά -- (Γέλια) --

ή εάν η μηχανή χρειαζόταν τον υπάλληλο να έρθει,

υπήρχε ένα καμπανάκι που χτυπούσε.
(Γέλια)

Για την ακρίβεια, υπάρχει μια οδηγία στην διάτρητη κάρτα

που λέει «Χτυπήστε το καμπανάκι». Μπορείτε να φανταστείτε αυτό το «Ντιν».

Ξέρετε, σταθείτε για μια στιγμή, φανταστείτε όλους αυτούς του θορύβους,

αυτό «κλικ, κλακ, κλικ, κλικ, κλικ»,

την ατμομηχανή, «Ντιν», σωστά; (Γέλια)
(Γέλια)

Επίσης, χρειάζεστε προφανώς, έναν εκτυπωτή, όλοι χρειάζονται.

Αυτή είναι μια πραγματική φωτογραφία του εκτυπωτικού μηχανισμού για

μια άλλη μηχανή του, με την ονομασία Διαφορική Μηχανή No. 2,

που ποτέ δεν έφτιαξε, αλλά το Μουσείο Επιστημών

την έφτιαξε το '80 και το '90.

Ξανά, είναι πλήρως μηχανικός εκτυπωτής.

Τυπώνει μόνο αριθμούς, γιατί ήταν παθιασμένος με τους αριθμούς,

αλλά τυπώνει πάνω σε χαρτί και κάνει ακόμα και αναδίπλωση λέξεων,

ώστε εάν φτάσει στο τέλος της γραμμής, γυρνάει μπροστά.

Επίσης, χρειάζεστε γραφικά, σωστά;

Δηλαδή, εάν πρόκειται να κάνετε κάτι με αυτά,

οπότε είπε: «Λοιπόν, χρειάζομαι έναν πλότερ. Έχω ένα μεγάλο κομμάτι χαρτιού

και μια πένα και θα φτιάξω έναν εκτυπωτή μεγάλου πλάτους».

Έτσι, σχεδίασε και έναν πλότερ,

και, όπως ξέρετε, σε αυτό το σημείο πιστεύω ότι έφτιαξε

μια πολύ καλή μηχανή.

Παράλληλα έρχεται αυτή η γυναίκα, η Άντα Λάβλεϊς.

Τώρα, φανταστείτε αυτές τις εσπερίδες, έρχονται όλοι αυτοί οι καλοί και σπουδαίοι.

Αυτή η κυρία είναι η κόρη του τρελού, κακού

και επικίνδυνου να τον γνωρίζεις Λόρδου Μπάιρον,

και η μητέρα της, κάπως ανήσυχη ότι μπορεί να έχει

κληρονομήσει λίγη από την τρέλα και την κακία του Λόρδου Βύρωνα,

σκέφτηκε: «Ξέρω τη λύση: Η λύση είναι τα μαθηματικά.

Θα της διδάξουμε μαθηματικά. Αυτά θα την ηρεμήσουν».

(Γέλια) Επειδή φυσικά
Γιατί φυσικά,

δεν υπήρξε ποτέ μαθηματικός που να τρελάθηκε,

οπότε, ξέρετε, όλα θα πάνε καλά. (Γέλια)
(Γέλια)

Όλα θα πάνε καλά. Πήρε, λοιπόν, μαθηματική εκπαίδευση

και πηγαίνει σε μία από αυτές τις εσπερίδες με τη μητέρα της,

και ο Τσάρλς Μπάμπατζ, ξέρετε, βγάζει τη μηχανή του.

Ο Δούκας του Ουέλινγκτον είναι εκεί, ξέρετε,

βγάζει τη μηχανή του, φυσικά την παρουσιάζει,

και αυτή μπαίνει μέσα. Ήταν, πραγματικά, το μοναδικό άτομο στη ζωή του

που είπε: «Καταλαβαίνω τι κάνει

όπως καταλαβαίνω και το μέλλον αυτής της μηχανής».

Και της οφείλουμε πολλά, γιατί ξέρουμε

πολλά για τη μηχανή που σκόπευε να φτιάξει ο Μπάμπατζ

χάρη σ΄ αυτήν.

Τώρα, κάποιοι την αποκαλούν την πρώτη προγραμματίστρια.

Αυτό στην πραγματικότητα είναι από ένα σύγγραμμα που είχε μεταφράσει.

Αυτό είναι ένα πρόγραμμα γραμμένο με ένα συγκεκριμένο στυλ.

Δεν είναι, ιστορικά, απόλυτα ακριβές ότι αυτή είναι η πρώτη προγραμματίστρια,

και για την ακρίβεια, έκανε κάτι ακόμα πιο απίστευτο.

Αντί να είναι απλώς μια προγραμματίστρια,

είδε κάτι που δεν είδε ο Μπάμπατζ.

Ο Μπάμπατζ ήταν απόλυτα παθιασμένος με τα μαθηματικά.

Έφτιαχνε μια μηχανή για να κάνει υπολογισμούς,

και η Λάβλεϊς λέει: «Μπορείς να κάνεις πολύ περισσότερα από υπολογισμούς

με αυτή τη μηχανή». Και όπως εσείς,

όλοι σε αυτό το χώρο έχουμε ήδη έναν υπολογιστή

τώρα, γιατί έχετε ένα τηλέφωνο.

Εάν δείτε το τηλέφωνο, καθετί σε αυτό το τηλέφωνο

ή υπολογιστή ή κάθε άλλη υπολογιστική συσκευή

είναι μαθηματικά. Στην τελική, όλα είναι αριθμοί.

Είτε είναι βίντεο είτε κείμενο είτε μουσική είτε φωνή, όλα είναι αριθμοί,

είναι όλα, από κάτω, μαθηματικές συναρτήσεις που τρέχουν,

και η Λάβλεϊς είπε, «Μόνο και μόνο επειδή κάνεις

μαθηματικές συναρτήσεις και σύμβολα

δεν σημαίνει ότι αυτά δεν μπορούν να αντιπροσωπεύουν

άλλα πράγματα του πραγματικού κόσμου, όπως η μουσική».

Αυτό ήταν ένα τεράστιο άλμα, επειδή ο Μπάμπατζ είναι εκεί λέγοντας,

«Θα μπορούσαμε να υπολογίσουμε αυτές τις υπέροχες συναρτήσεις και να τυπώσουμε

πίνακες με αριθμούς και να ζωγραφίσουμε γραμμές», --(Γέλια)--
-- (Γέλια) --

και η Λάβλεϊς είναι εκεί και λέει, «Κοίτα,

αυτή θα μπορούσε ακόμα και να συνθέσει μουσική εάν

αναπαριστούσες τη μουσική αριθμητικά».

Είναι αυτό που αποκαλώ το Άλμα της Λάβλεϊς.

Όταν λέμε ότι είναι προγραμματίστρια, έκανε λίγο προγραμματισμό,

αλλά στην πραγματικότητα θα έπρεπε να πούμε ότι το μέλλον θα είναι

πολύ, πολύ περισσότερο από αυτό.

Τώρα, εκατό χρόνια αργότερα, έρχεται αυτός ο τύπος,

ο Άλαν Τούρινγκ και το 1936 εφευρίσκει ξανά τον υπολογιστή.

Τώρα, φυσικά, η μηχανή του Μπάμπατζ ήταν τελείως μηχανική.

Η μηχανή του Τούρινγκ ήταν τελείως θεωρητική.

Και οι δύο τους είχαν μια μαθηματική σκοπιά,

αλλά ο Τούρινγκ μας είπε κάτι πάρα πολύ σημαντικό.

Έθεσε τις μαθηματικές βάσεις

για την επιστήμη των υπολογιστών και είπε,

«Δεν παίζει ρόλο πώς θα φτιάξεις έναν υπολογιστή».

Δεν παίζει ρόλο εάν ο υπολογιστής σου είναι μηχανικός,

όπως του Μπάμπατζ, ή ηλεκτρονικός, όπως οι σημερινοί υπολογιστές,

ή πιθανότατα στο μέλλον, κυψέλες ή ξανά

μηχανικοί, όταν πάμε στην νανοτεχνολογία.

Μπορούμε να πάμε πίσω στη μηχανή του Μπάμπατζ

και να την κάνουμε μικρή. Όλα αυτά είναι υπολογιστές.

Υπάρχει κατά κάποιο τρόπο μια υπολογιστική ουσία.

Αυτή ονομάζεται η διατριβή Τσέρτς - Τούρινγκ.

Και έτσι ξαφνικά, βρίσκετε αυτή τη σύνδεση όπου λέτε

ότι αυτό που έφτιαξε ο Μπάμπατζ ήταν πράγματι ένας υπολογιστής.

Πράγματι, ήταν ικανή να κάνει οτιδήποτε κάνουμε σήμερα

με τους υπολογιστές, μόνο πολύ αργά. (Γέλια)
(Γέλια)

Για να πάρετε μια ιδέα του πόσο αργά,

είχε περίπου 1Κ μνήμη.

Χρησιμοποιούσε διάτρητες κάρτες, οι οποίες τροφοδοτούνταν,

και έτρεχε περίπου 10.000 φορές πιο αργά από τον πρώτο ΖΧ81.

Διέθετε ένα πακέτο RAM.

Μπορούσατε να της βάλετε πολύ επιπρόσθετη μνήμη, εάν το επιθυμούσατε.

(Γέλια) Πού μας οδηγεί αυτό σήμερα;
Λοιπόν, που μας φέρνει αυτό σήμερα;

Εδώ είναι τα σχέδια.

Στο Σουίντον, στα αρχεία του Μουσείου Επιστημών,

υπάρχουν εκατοντάδες σχέδια και χιλιάδες σελίδες

σημειώσεων του Τσαρλς Μπάμπατζ για την αναλυτική μηχανή.

Ένα από αυτά είναι ένα πακέτο σχεδίων που αποκαλούμε Σχέδιο 28,

και αυτό είναι και το όνομα της φιλανθρωπίας που ξεκίνησα

με τον Ντόρον Σουέιντ, που ήταν ο επιμελητής πληροφορικής

στο Μουσείο Επιστημών, καθώς επίσης και ο άνθρωπος που οδήγησε

το σχέδιο για την κατασκευή μιας διαφορετικής μηχανής,

και το σχέδιό μας είναι να την κατασκευάσουμε.

Εδώ στο Νότιο Κέσινγκτον, θα φτιάξουμε την αναλυτική μηχανή.

Το σχέδιο έχει πολλά κομμάτια.

Ένα ήταν η σάρωση του αρχείου του Μπάμπατζ.

Αυτό έχει γίνει. Το δεύτερο είναι η μελέτη

όλων αυτών των σχεδίων για να καθοριστεί τι θα φτιάξουμε.

Το τρίτο είναι μια προσομοίωση σε υπολογιστή αυτής της μηχανής

και το τελευταίο είναι η φυσική κατασκευή της στο Μουσείο Επιστημών.

Όταν φτιαχτεί, θα μπορέσετε τελικά να καταλάβετε πώς λειτουργεί ένας υπολογιστής,

γιατί αντί να έχετε ένα μικρό τσιπάκι μπροστά σας,

θα πρέπει να κοιτάξετε αυτό το γιγαντιαία πράγμα και να πείτε, «Αα,

βλέπω τη μνήμη σε λειτουργία, βλέπω τον επεξεργαστή σε λειτουργία,

την ακούω να λειτουργεί. Πιθανότατα την οσφραίνομαι». (Γέλια)
(Γέλια)

Αλλά στο μεταξύ θα κάνουμε μια προσομοίωση.

Ο ίδιος ο Μπάμπατζ έγραψε -- είπε--

μόλις υπάρξει η αναλυτική μηχανή,

σίγουρα θα οδηγήσει την μελλοντική εξέλιξη της επιστήμης.

Φυσικά, ποτέ δεν την έφτιαξε, γιατί πάντα την άλλαζε

με νέα σχέδια, αλλά όταν φτιάχθηκε, φυσικά,

το 1940, όλα άλλαξαν.

Τώρα, θα σας δώσω μια μικρή γεύση για το πώς μοιάζει

εν κινήσει σε ένα βίντεο που παρουσιάζει

μόνο ένα μέρος του μηχανισμού του επεξεργαστή που λειτουργεί.

Αυτές είναι τρεις ομάδες γραναζιών,

και θα κάνουν πρόσθεση. Αυτός είναι ο μηχανισμός της πρόσθεσης

εν δράσει, άρα φαντάζεστε αυτή την γιγαντιαία μηχανή.

Λοιπόν, δώστε μου πέντε χρόνια.

Πριν το 2030 θα την έχουμε.

Σας ευχαριστώ πολύ. (Χειροκρότημα)
(Χειροκρότημα)