John Graham-Cumming: A legnagyszerűbb nem létező gép

A számítástudomány a 30-as években kezdődött ... az 1830-as években. John Graham-Cumming elmeséli nekünk Charles Babbage mechanikus, gőzhajtású "analitikus gépének" történetét, és hogy hogyan látott túl ezeken az egyszerű számítási képességeken, és ismerte fel a számítógépek jövőjét a matematikus Ada Lovelace, Lord Byron lánya. (Felvétel: TEDxImperialCollege)

A gépezet, amiről beszélni fogok önöknek

a legnagyszerűbb gépezet, ami soha sem létezett.

Ezt a gépezetet soha nem építették meg,

viszont meg fogják építeni.

Ezt a gépezetet már jóval az előtt megtervezték,

hogy bárki akár gondolt is volna a számítógépekre.

Ha tudnak valamit a számítógépek történetéről,

akkor tudják, hogy a 30-as és 40-es években

egyszerű számítógépeket készítettek,

amelyek megalapozták napjaink számítástechnikai forradalmát

és önöknek tökéletesen igazuk van,

azzal az apró eltéréssel, hogy nem a megfelelő évszázadra gondolnak.

Az első számítógépet valójában

az 1830-as és 40-es, nam pedig az 1930-as és 40-es években tervezték.

Elkészültek a tervei, és egyes részeinek prototípusa,

ami pedig elkészült belőle az itt van

South Kensingtonban.

A gépet egy bizonyos Charles Babbage készítette.

Én valamiért különösen vonzódom Charles Babbage-hez,

mert a haja mindig, minden egyes képen

tökéletesen fésületlen. (Nevetés)

Ő egy nagyon gazdag ember volt,

a brit arisztokrácia egyik tagja,

és egy szombat este Marylebone-ban,

ha önök a kor "intelligenciájához" tartoztak volna,

meghívta volna önöket a házába

egy estélyre -- ahova meghívott mindenkit:

királyokat, Wellington herceget, sok-sok híres embert --

és megmutatta volna egyikét híres mechanikus gépeinek.

Én igazán kíváncsi lennék erre a korra, amikor

egy estélyen sétálgatva egy mechanikus számítógép

bemutatóján vehetek részt. (Nevetés)

Babbage azonban, Babbage valójában

a 18. század végén született,

és egy igen híres matematikus volt.

Ugyanaz az állása volt, mint annak idején Newtonnak Cambridge-ben,

vagy mint Steven Hawking napjainkban.

Ő azonban náluk kevésbé jól ismert, mivel az ő,

mechanikus számítóeszközök készítésére vonatkozó ötlete

soha sem vált valóra.

Ennek pedig az az oka, hogy ő egy klasszikus "kocka" volt.

Minden alkalommal, amikor támadt egy jó ötlete, azt gondolta:

"Ez remek, máris elkezdem megvalósítani.

Elköltök rá egy csomó pénzt. De van egy még jobb ötletem,

elkezdek ezen is dolgozni. (Nevetés) Inkább ezt valósítom meg."

Ezt addig folytatta, amíg Sir Robert Peel, akkori miniszterelnök,

gyakorlatilag kirúgta őt a Downing Street 10-ből,

és a kirúgás akkoriban kb. így hangzott:

"Ajánlom magam, uram." (Nevetés)

A dolog, amit tervezett ez a szörnyeteg volt itt,

az analitikus gép. Hogy jobban megértsék mi ez,

itt egy felülnézeti kép.

Minden egyes kör itt egy fogaskerék, fogaskerekek kötege,

és az egész dolog együtt akkora,mint egy gőzmozdony.

Tehát miközben mesélek, próbálják maguk elé képzelni

ezt a gigantikus berendezést. Halljuk azokat a csodálatos hangokat,

amelyek ennek a dolognak a működését kísérnék.

Most pedig bemutatom önöknek a gép felépítését

-- amiért ez egy számitógép-architektúra --

és mesélek önöknek erről a gépről, ami valójában egy számítógép.

Kezdjük a memóriával. A memória

nagyon hasonlatos egy mai számítógép memóriájához,

azzal a különbséggel, hogy fémből készült,

fogaskerekek kötegeiből, 30 fogaskerék magasságban.

Képzeljenek el egy ilyen magas, száz meg száz

fogaskerékből álló dolgot.

melyek mindegyikén számok vannak.

Ez egy decimális gép. Minden műveletet decimális alapon végez.

Ő azonban már gondolt a bináris változatra is. A probléma

a binárissal azonban az, hogy a gép már nevetségesen

magas volna. Amint látjuk, már így is óriási.

Rendelkezett tehát memóriával.

A memória ez a kis darab itt.

Itt láthatják az egészet.

Ez a szörnyeteg itt a CPU, a chip, ha úgy tetszik.

Hát igen. Ez ilyen hatalmas.

Teljesen mechanikus elvű. Az egész gép mechanikus működtetésű.

Ez a kép itt a CPU egy részének prototípusáról,

ami a Science Museum-ban látható.

A CPU képes lenne elvégezni a négy aritmetikai alapműveletet --

összeadást, szorzást, kivonást, osztást --

már ezt is egy bravúr megvalósítani fémből,

egyúttal tudott valami olyat, amit egy számítógép tud,

egy számológép viszont nem.

Ez a gép képes volt saját memóriáját olvasni és döntést hozni.

Ismerte az "if then" programozási alapműveletet,

és ettől alapvetően számítógéppé vált.

Számítógépként működött. Nem csupán számológépként. Annál sokkal többet tudott.

Ha most ide nézünk, álljunk meg egy percre,

és gondoljunk a mai szilícium-chipekre,

amiknek nem láthatunk a belsejükbe, mert olyan parányiak.

Ám ha mégis belelátnánk, akkor valami

ehhez nagyon hasonlót látnánk.

A CPU-t ez a hihetetlen komplexitás jellemzi,

a memóriát pedig ez a hihetetlen szabályosság.

Ha láttak már elektronmikroszkópos felvételt,

akkor ezt láthatták. Ez mind ugyanígy néz ki,

aztán itt vagy ez a kis rész, ami hihetetlenül bonyolult.

Ez a fogaskerekes mechanizmus itt az csinálja,amit egy számítógép,

de természetesen ezt a dolgot programozni kell, és természetesen

Babbage a korának technológiáját használta,

és azt a technológiát, ami az 50-es, 60-as, 70-es években újra megjelenik,

a lyukkártyákat. Ez a dolog itt

a három lyukkártya-olvasó egyike,

és ezt a programot a Science Museum-ban,

nem messze innen, Charles Babbage készítette,

ott található, -- önök is megnézhetik --

várva, hogy a gép megépüljön.

És ebből nem csak egy van, hanem rengeteg.

Ő programokat készített, feltételezve, hogy ez meg fog történni.

Lyukkártyát azért használt, mert Jacquard

Franciaországban megépítette a Jacquard szövőszéket,

ami képes volt ilyen hihetetlen mintákat szőni lyukkártyás vezérlés alapján,

és ő csupán új célra használta a kor technológiáját,

és mint minden egyéb, amit csinált, kora technológiáit használta,

azaz az 1830-as, 40-es, 50-es évek fogaskerekeit, gőzhajtását,

mechanikai eszközeit. A sors iróniája, hogy Michael Faraday

ugyanabban az évben született mint Charles Babbage,

és ő később mindent forradalmasított

dinamójával, transzformátorával és más hasonló találmányaival.

Babbage természetesen bevált technológiákat akart használni,

például a gőzt és a már említett dolgokat.

Szüksége volt még bizonyos kiegészítőkre.

Most már nyilvánvalóan van tehát egy számítógépünk.

Vannak lyukkártyáink, CPU-nk és memóriánk.

Szükségünk van még kiegészítőkre, amiket használni tudunk.

De nem csak ezekre lesz szükségünk.

Mindenek előtt szükség van hangra. Volt egy csengője,

ha valami elromlana -- (Nevetés) --

vagy a gépnek a kezelőre van szüksége,

volt egy csengő, amit meg tudott szólaltatni. (Nevetés)

És valóban ott van az utasítás a lyukkártyán,

ami azt mondja: "Csengess!" Képzelhetik: "Ding!"

Álljunk meg egy pillanatra, és képzeljük el ezeket a zajokat,

ezt az egész dolgot, "Tik, tak, tik tik tik,"

aztán a gőzgép, "Ding'", megvan? (Nevetés)

Kell egy nyomtató is, hiszen mindenkinek szüksége van nyomtatóra.

Ez itt voltaképpen egy nyomtató mechanizmus

egy másik gépéhez, a Differenciálgép 2-höz,

amit soha nem épített meg, de amit a Science Museum

megépített a 80-as és 90-es években.

Ez egy teljesen mechanikus elvű nyomtató.

Csak számokat nyomtat, mert ő megszállottja volt a számoknak,

viszont papírra nyomtat, és még szótörésre is képes,

azaz a sor végére érve képes az elejéről folytatni.

Aztán még grafikára is szükségünk van, ugye?

Mármint ha, ha egyáltalán akarunk bármit csinálni a grafikával,

tehát azt mondta: "Szükségem van egy plotterre. Van egy nagy darab papírom,

tintám, tollam, rajzoljunk."

Tervezett hát egy plottert is,

és ettől aztán, azt hiszem, eljutott egy meglehetősen

kiváló géphez.

Aztán megjelent ez a hölgy, Ada Lovelace.

Most képzeljék el ezeket az estélyeket, eljönnek ezek a nagyszerű emberek.

A hölgy nem más, mint az őrült, gonosz

és veszélyes ismeretség hírében álló Lord Byron lánya,

és az anyja, aki egy kicsit aggódott amiatt, hogy esetleg

örökölt valamint Lord Byron őrültségéből és gonoszságából,

azt gondolta: "Tudom a megoldást: A matematika segíteni fog.

Matematikára fogjuk tanítani. Az majd megnyugtatja."

(Nevetés) Mert hiszen

sosem láttunk még matematikust, aki megbolondult volna,

így hát ez biztosan segíteni fog. (Nevetés)

Minden rendben lesz. Miután megkapta hát ezt a matematikai képzést,

anyjával együtt ment el az egyik ilyen estélyre,

ahol Charles Babbage, mint tudjuk, előrukkolt a masinájával.

Wellington hercege is ott van,

előkerül a gépezet, megtörténik a bemutató,

Ada rögtön megérti a lényeget. Valójában Babbage egész életében ő az egyetlen,

aki azt mondta: "Értem mit csinál,

és látom ennek a gépnek a jövőbeli felhasználását."

És rettentő hálával tartozunk neki, mert miatta

tudunk rengeteget a gépről,

amit Babbage szándékozott megépíteni.

Manapság sokan őt tartják az első programozónak.

Ez itt egyike az általa lefordított írásoknak.

Ez egy bizonyos módon megírt program.

Bár történetileg nézve nem teljesen helytálló, hogy ő az első programozó,

valójában egy ennél sokkal lenyűgözőbb dolgot hajtott végre.

Ahelyett, hogy egyszerűen programozó lett volna,

felismert valamit, amit Babbage nem.

Babbage megszállottja volt a matematikának.

Egy matematikai célú gépezetet készített,

amire Lovelace azt mondta: "Ez a gépezet matematikai feladványok megoldásánál

sokkal többre képes." És ahogy önöknek,

úgy mindenkinek ebben a teremben van már számítógépe,

hiszen mindenkinek van telefonja.

Ha közelebbről megnézzük, egy telefon, egy számítógép

vagy bármely más számítógépes eszköz elemeit,

akkor matematikát találunk. Végső soron minden a számokra épül.

Legyen az videó, szöveg, zene vagy hang, mindennek az alapjai

a számok, matematikai függvények,

és Lovelace azt mondta: "Az, hogy matematikai

függvényekkel és szimbólumokkal foglalkozunk,

nem jelenti azt, hogy ezek a dolgok nem jelenthetnek

más valós dolgokat, mint például zenét."

Ez egy óriási ugrást jelentett, mert Babbage erre azt mondta:

"Kiszámíthatnánk ezeket a gyönyörű függvényeket, és nyomtathatnánk

belőlük számtáblákat és diagramokat" -- (Nevetés) --

Lovelace erre így felelt: "Nézze,

ez a dolog akár zeneszerzésre is képes lehet, ha

számok formájában leképezzük neki a zenét."

Ezt nevezem én "Lovelace-ugrás"-nak.

Igazunk van, ha azt mondjuk,hogy ő egy programozó,

de sokkal fontosabb, hogy ő mondta ki, hogy a jövő

ennél sokkal de sokkal többről fog szólni.

Száz évvel később bukkan fel ez a fickó,

Alan Turing, és 1936-ban újra feltalálja a számítógépet.

Ahogy Babbage gépe teljes egészében mechanikus volt,

úgy Turing gépezete teljes egészében elméleti.

Mindketten matematikai irányból közelítettek,

ám Turing adott nekünk valami nagyon fontosat.

Ő fektette le a számítástudomány alapjait,

és azt mondta, hogy

"Teljesen mindegy hogyan építjük meg a számítógépet."

Teljesen mindegy, hogy a számítógép mechanikus,

mint Babbage gépe, vagy elektronikus, mint napjaink számítógépei,

vagy akár sejt-alapú, vagy majd

a nanotechnológia világában ismét mechanikai elvű.

Akár visszatérhetünk Babbage gépéhez,

és miniatürizálhatjuk azt. Ezek a dolgok mind-mind számítógépek.

Ez bizonyos értelemben a számítástudomány lényege.

Ezt hívjuk Church-Turing-tézis.

És ezen a ponton jutunk el ahhoz a felismeréshez, hogy

ez a dolog, amit Babbage épített, valóban számítógép volt.

Gyakorlatilag mindazt tudta, amire a mai

számítógépeket használjuk, csak rettentő lassan. (Nevetés)

A lassúság érzékeltetésére elmondom,

hogy kb. 1kB memóriával rendelkezett.

Lyukkártyákat használt, amiket betápláltak,

és amelyek feldolgozása 10 000-szer lassabb volt, mint az első ZX81-es.

A gép rendelkezett saját RAM modullal.

Memóriája tetszőlegesen bővíthető, ha arra van szükség.

(Nevetés) De mit jelent ez számunkra manapság?

Vannak terveink.

Swindon-ban, a Science Museum archívumában,

Charles Babbage terveinek százait és feljegyzéseivel

teli oldalak ezreit találjuk, melyek mind az analitikus gépről szólnak.

Ezek egyike az általunk 28-as Tervnek hívott terv,

és ez egyúttal annak az alapítványnak is a neve,

amit közösen indítottunk Doron Swade-del, a Science Museum

számítástechnikai kurátorával, aki felvetette hogy indítsunk

egy projektet a differenciálgép megépítésére,

aminek nyomán bele is vágtunk a feladatba.

Itt, South Kensingtonban fogjuk a gépet megépíteni.

A projekt számos részből áll.

Egyike ezeknek a Babbage archívum beszkennelése.

Ez megtörtént. A másik a létező tervek átnézése

és annak meghatározása, hogy mit is építsünk meg.

A harmadik feladat a gépezet számítógépes szimulációja,

majd végül a gép tényleges megépítése a Science Museum-ban.

Amikor elkészül, végre képesek leszünk megérteni, hogyan működik egy számítógép,

mert ahelyett, hogy egy apró chipet nézegetnénk,

ez a "gigantikus" dolog lesz előttünk, és azt mondhatjuk:

"Ó, látom, hogyan működik a memória, látom dolgozni a CPU-t,

hallom, ahogy működik. Talán érzem is a szagát." (Nevetés)

De mindeközben egy szimulációt is akarunk végezni.

Babbage maga azt írta, hogy

amint megszületik az analitikus gép,

meghatározó lesz a tudomány jövőbeli fejlődése szempontjából.

Ő maga természetesen sohasem építette meg, mert folyton

újabb tervekkel vacakolt, ám amikor végre megépült

az 1940-es években, akkor természetesen minden megváltozott.

Most pedig adnék egy kis ízelítőt abból, hogy hogy néz ki mindez

mozgás közben, ennek a videónak a segítségével, ami bemutatja

a CPU-mechanizmus egy részének működését.

Ez itt mindössze három fogaskerék-köteg,

melyek összeadást fognak végezni. Az összeadó mechanizmust látjuk

működés közben, és ebből elképzelhető ez a gigantikus masina.

Adjanak nekem öt évet.

Ígérem, 2030. előtt működni fog.

Köszönöm a figyelmet. (Taps)