John Graham-Cumming: De prachtigste machine die nooit heeft bestaan

Informatica begon in de jaren 30 ... de jaren 1830. John Graham-Cumming vertelt het verhaal van Charles Babbages mechanische, door stoomkracht aangedreven "Analytical Engine" en hoe Ada Lovelace, wiskundige en dochter van Lord Byron, verder zag dan de eenvoudige rekenkundige mogelijkheden voor de toekomst van computers. (Opgenomen in TEDxImperialCollege)

De machine waarover ik ga praten,

is volgens mij de prachtigste machine
die nooit heeft bestaan.

Ze werd nooit gebouwd

en zal toch worden gebouwd.

Het was een machine
die werd ontworpen

lang voordat iemand aan computers dacht.

Als je iets kent
van de geschiedenis van computers,

dan weet je dat in de jaren 30 en 40

eenvoudige computers werden gemaakt.

Daarmee begon de computerrevolutie
die we vandaag kennen.

Je zou gelijk hebben

behalve dan dat je je van eeuw vergist.

De eerste computer werd ontworpen

tussen 1830 en 1840
en niet tussen 1930 en 1940.

Van delen ervan
werden prototypes gemaakt,

en die staan hier

in South Kensington.

Die machine werd gebouwd
door deze man, Charles Babbage.

Nu heb ik een grote affiniteit
met Charles Babbage

omdat zijn haar altijd nogal in de war is

op elke afbeelding. (Gelach)

Hij was een zeer rijk man,

lid van de Britse aristocratie.

Als je op een zaterdagnacht in Marylebone

deel uitmaakte van de toenmalige intelligentsia,

werd je bij hem thuis uitgenodigd

voor een soiree — en hij nodigde iedereen uit:

koningen, de hertog van Wellington,
vele, vele beroemde mensen —

en hij zou je zijn mechanische machines
hebben getoond.

Ik mis de tijd toen je

op een soiree nog een mechanische computer

aan het werk kon zien. (Gelach)

Maar Babbage zelf werd geboren

aan het einde van de 18e eeuw

en was een vrij beroemd wiskundige.

Hij bekleedde de leerstoel
die ook Newton in Cambridge bekleed had

en onlangs nog Stephen Hawking.

Hij is minder bekend dan die twee

omdat hij het idee had
om mechanische apparaten te ontwerpen

maar er nooit een maakte.

De reden waarom hij er nooit een voltooide,
kwam doordat hij een klassieke nerd was.

Telkens als hij een goed idee had, dacht hij:

"Dat is briljant, ik ga dat ding bouwen.

Ik geef er een fortuin aan uit.
Ik heb een beter idee.

Dan begin ik daar maar aan." (Gelach)

Hij ging ermee door tot Sir Robert Peel,
toen eerste minister,

hem eigelijk buitenzette uit Downing Street 10.

Buitenzetten ging in die tijd zo:

"Ik heet u goede dag, meneer."
(Gelach)

Zijn ontwerp was dit gedrocht hier,

'the analytical engine'.
Om je er een idee van te geven,

zie je het hier van bovenaf.

Al deze cirkels zijn tandwielen,
hopen tandwielen.

Dit ding is zo groot als een stoomlocomotief.

Probeer je je deze gigantische machine voor te stellen.

We hoorden net deze prachtige geluiden

van hoe dit ding zou hebben geklonken.

Ik leid jullie door de architectuur
van de machine

— vandaar de naam computerarchitectuur —

en vertel wat over deze machine,
een computer.

Laten we het hebben over het geheugen.

Het lijkt op het geheugen van een computer van vandaag,

behalve dat het helemaal van metaal gemaakt was,

hopen tandwielen, een stapel van 30 hoog.

Stel je een ding van tandwielen voor,

honderden en honderden,

met cijfers erop.

Het is een decimale machine.

Hij heeft eraan gedacht ze binair te laten werken,

maar dan zou de machine belachelijk groot zijn uitgevallen.

Ze is nu al enorm.

Hij had dus al een geheugen:

dit onderdeeltje hier.

Zo ziet het er allemaal uit.

Dit gedrocht hier is de centrale verwerkingseenheid,
de chip, zeg maar.

Zo groot.

Deze hele machine is mechanisch.

Dit is een prototype
van een deel van de centrale verwerkingseenheid

dat in het Science Museum is te vinden.

De centrale verwerkingseenheid kon
de vier basisbewerkingen van de rekenkunde aan --

optellen, aftrekken, vermenigvuldigen, delen.

Dat was al een hele prestatie in metaal,

maar ze zou ook iets kunnen doen
dat alleen een computer kan,

maar een rekenmachine niet: deze machine

kan naar zijn eigen intern geheugen kijken
en een besluit nemen.

Het 'als...dan' voor BASIC-programmeurs.

Dat maakte er fundamenteel een computer van.

De machine kon berekenen, niet enkel rekenen.
Ze kon meer.

Laten we dat even vergelijken

met de chips van vandaag.

In een siliciumchip kunnen we niets zien.
Gewoon te klein.

Maar als je het deed,
zou je iets zien

dat erg vergelijkbaar is met dit.

De centrale verwerkingseenheid
is ongelooflijk complex,

en het geheugen
is ongelooflijk regelmatig.

Zo ziet het eruit
op een elektronenmicroscoopbeeld.

Het ziet er allemaal hetzelfde uit.

Maar dit hier
ziet er ongelooflijk ingewikkeld uit.

Dit tandwielmechanisme doet alles
wat een computer doet.

Je moet het natuurlijk programmeren.

Babbage gebruikt uiteraard de technologie van toen.

Ook de technologie
die rond de jaren 60 opgang maakte:

ponskaarten.
Dit ding hier

is één van drie ponskaartlezers.

Dit is een programma,
gemaakt door Charles Babbage

en terug te vinden in het Science Museum,
niet ver van hier.

Het zit daar te wachten

totdat de machine gebouwd zal worden.

Er zijn er meer.

Hij maakte al programma's
in afwachting dat dit zou gebeuren.

De reden dat ze ponskaarten gebruikten,
was dat Jacquard

in Frankrijk het Jacquard-weefgetouw had uitgevonden.

Daarmee konden deze ongelooflijke patronen,
gecontroleerd door ponskaarten, geweven worden.

Hij herbestemde de technologie van de dag.

Alles wat hij deed,
stoelde op de technologie

van zijn tijd, de jaren 1830 tot 1850.
Tandwielen, stoom,

mechanische apparaten.
Ironisch genoeg werd in hetzelfde jaar

als Charles Babbage
ook Michael Faraday geboren.

Die zou alles in een andere richting sturen

met dynamo's, transformatoren, dat soort dingen.

Babbage wilde natuurlijk gebruik maken
van bewezen technologie,

zoals stoom enzovoort.

Hij had ook randapparatuur nodig.

Je hebt een computer

met ponskaarten,
een centrale verwerkingseenheid en een geheugen.

Maar je hebt ook randapparatuur nodig.

De computer is niet genoeg.

Om te beginnen: geluid.
Er zat een bel op

voor wanneer er iets verkeerd ging — (Gelach) —

Als de machine de bediener nodig had,

dan ging de bel. (Gelach)

Er is een instructie op de ponskaart

die zegt: "Doe de bel rinkelen."
Dus "Ting!"

Stel je al die geluiden voor,

"Klik, klak, Klik, klik, klik",

stoommachine en dan "Ting!"
(Gelach)

Ook een printer:
iedereen moet een printer.

Dit is een foto van het afdrukmechanisme

van nog een andere machine,
de 'Difference Engine N° 2'.

Heeft hij nooit gebouwd,
maar het Science Museum

heeft er in de jaren 80 en 90 eentje gemaakt.

Weer een volledig mechanische printer.

Hij drukte alleen maar cijfers af.
Babbage was geobsedeerd door cijfers.

Maar wel afgedrukt op papier.
Hij doet zelfs aan zelfs 'word wrapping':

Aan het einde van de lijn
gaat hij automatisch naar de volgende.

Maar je wil toch ook beelden, niet?

Hij wou grafieken,

dus zei hij: "Ik moet een plotter hebben.
Op een groot stuk papier

en met een pen zet ik een grafiek uit."

Hij ontwierp ook een plotter.

Op dat punt gekomen,
had hij al

een vrij goede machine.

Nu komt mevrouw Ada Lovelace erbij.

Stel je deze soirees voor
met al dat mooi volk.

Deze dame is de dochter
van de gekke, slechte

en gevaarlijke-vriend Lord Byron.

Haar moeder, een beetje bang
dat ze wat van Lord Byrons

waanzin en slechtheid zou kunnen hebben geërfd,

dacht: "Ik heb de oplossing: wiskunde!

We zullen haar wiskunde leren.
Dat zal haar kalmeren."

(Gelach) Want natuurlijk

is er nooit een wiskundige gek geworden.

Dat zal wel snor zitten. (Gelach)

Dus kreeg ze een wiskundige opleiding

en gaat ze met haar moeder
naar een van deze soirees.

Charles Babbage presenteert zijn machine.

Ook de hertog van Wellington is er.

De machine wordt gedemonstreerd

en zij snapt het.
Ze is de enige persoon in zijn leven

die die machine echt begreep

en er de mogelijkheden van inzag.

We hebben aan haar te danken

dat we veel weten over de machine

die Babbage van plan was te bouwen.

Sommigen noemen haar de eerste programmeur.

Dit is een van de stukken die ze vertaalde.

Dit is een programma,
geschreven in een bepaalde stijl.

Historisch klopt het niet helemaal
dat ze de eerste programmeur was.

Eigenlijk deed ze iets nog verbazingwekkenders.

In plaats van alleen maar programmeur te zijn,

zag ze iets dat Babbage was ontgaan.

Babbage was helemaal geobsedeerd door wiskunde.

Hij wilde een machine om aan wiskunde te doen

en Lovelace zei:
"Je zou op deze machine

meer kunnen doen dan alleen maar wiskunde."

Iedereen hier heeft een computer bij:

jullie telefoon.

Alles in die telefoon, elke computer

of elk ander rekenapparaat

werkt met wiskunde.
Het komt neer op verwerking van getallen.

Of het nu video, tekst, stem of muziek is,
het zijn allemaal getallen.

Allemaal wiskundige functies.

Lovelace zei: "Dat je werkt met getallen,

wiskundige functies en symbolen

betekent niet dat deze dingen
geen andere dingen in de echte wereld,

zoals muziek, kunnen voorstellen."

Dat was een enorme sprong voorwaarts.
Babbage zei:

"We kunnen deze geweldige functies uitrekenen

en dan tabellen met cijfers uitprinten
en grafieken tekenen." — (Gelach) —

Maar Lovelace zegt: "Kijk,

dit ding zou zelfs
muziek kunnen componeren

als je het een numerieke weergave aanleerde
van muziek."

Dit noem ik de 'Lovelacesprong'.

Ze heeft wat geprogrammeerd,

maar haar echte prestatie was
dat zij inzag

dat de toekomst veel, veel meer zou zijn.

Honderd jaar later
treedt Alan Turing op de voorgrond.

In 1936 vindt hij de computer helemaal opnieuw uit.

Babbages machine
was volledig mechanisch.

De Turingmachine
was volledig theoretisch.

Beiden hadden een wiskundige achtergrond,

maar Turing vertelde ons iets zeer belangrijks.

Hij legde de wiskundige grondslagen

voor informatica vast en zei:

"Het maakt niet uit
hoe je een computer bouwt."

Het maakt niet uit of je computer mechanisch is,
zoals die van Babbage,

of elektronisch,
zoals computers vandaag zijn.

Misschien wordt er in de toekomst
een van cellen gemaakt.

Of misschien wel weer een mechanische
met nanotechnologie.

We konden teruggaan
naar Babbage's machine

en ze klein maken.
Al die dingen zijn computers.

Er is in zekere zin
een 'computer-essentie'.

Dit heet de Church–Turingthesis.

Plotseling krijg je het inzicht

dat dat ding van Babbage
echt een computer was.

In feite kon hij alles
wat we vandaag doen

met computers,
alleen heel, heel langzaam. (Gelach)

Om jullie een idee te geven
van hoe langzaam:

hij had ongeveer 1k geheugen.

Hij gebruikte ponskaarten,
die erin werden geladen.

Hij liep ongeveer 10.000 keer
langzamer dan de eerste ZX81.

Hij had een RAM-geheugen.

Je kon er als je wilde
een heleboel extra geheugen aan toevoegen.

(Gelach) Waar brengt ons dat vandaag?

Er zijn plannen.

In Swindon in de archieven
van het Science Museum

liggen honderden plannen
en duizenden pagina's notities

geschreven door Charles Babbage
over deze 'Analytical Engine'.

Een daarvan is een stel plannen
dat wij Plan 28 noemen,

en dat is ook de naam van een stichting
die ik opstartte

met Doron Swade.
Die was computingcurator

aan het Science Museum.
Hij was degene

achter het project
om een 'Difference Engine' te bouwen.

Wij willen de machine bouwen.

Hier in South Kensington
zullen we de 'Analytical Engine' bouwen.

Het project verloopt in een aantal fasen.

De eerste was
het scannen van Babbage's archief.

Dat is gedaan.
De tweede is nu de studie

van al die plannen
om te bepalen wat te bouwen.

De derde fase is
een computersimulatie van de machine

en de laatste
ze echt bouwen in het Science Museum.

Wanneer ze gebouwd zal zijn,
zal je eindelijk begrijpen hoe een computer werkt.

In plaats van naar een kleine chip

kan je nu naar dit gigantische ding kijken
en zeggen: "Ik zie het geheugen werken,

ik zie de centrale verwerkingseenheid werken,
ik hoor ze werken."

En waarschijnlijk
ga je de werking ook ruiken. (Gelach)

Maar eerst gaan we een simulatie laten lopen.

Babbage zelf schreef

dat zodra de 'Analytical Engine' zou bestaan,

ze zeker de toekomstige gang
van de wetenschap zou bepalen.

Hij heeft ze nooit gebouwd,
omdat hij altijd

aan nieuwe plannen zat te prutsen.

Toen ze uiteindelijk werd gebouwd in de jaren 40,
veranderde alles.

Hier een voorsmaakje
van hoe ze er

in actie gaat uitzien.
Deze video toont

een deel van de centrale verwerkingseenheid
in werking.

Met slechts drie sets tandwielen,

doet ze een optelling.
Dit is het optelmechanisme in actie.

Stel je de hele gigantische machine voor.

Geef me vijf jaar.

Voor de jaren 30 eraan komen,
zijn we zover.

Hartelijk dank. (Applaus)