Джон Грэм-Камминг: Величайшая из неосуществлённых машин

Компьютерная наука родилась в 30-х... в 1830-х. Джон Грэм-Камминг рассказывает об истории механической паровой вычислительной машины Чарльза Бэббиджа, а также о том, как Ада Лавлейс, математик и дочь Лорда Байрона, разглядела за простыми возможностями машины будущее современных компьютеров. (Запись TEDxImperialCollege)

Машина, о которой я расскажу —

самая грандиозная
из всех неосуществлённых машин.

Это машина никогда не была построена,

но обязательно будет.

Это машина была спроектирована
задолго до того,

как люди стали думать о компьютерах.

Если вы немного знакомы
с историей компьютеров,

тогда вы скажете,
что где-то в 30-40-х годах

были созданы простейшие компьютеры,

положившие начало
сегодняшней компьютерной революции,

и будете совершенно правы,

разве что ошибётесь веком.

На самом деле
первый компьютер был разработан

в 1830-х и 40-х, а не в 1930-х и 40-х.

Он был разработан
и частично смоделирован,

и некоторые его детали находятся здесь,

в Южном Кенсингтоне.

Машина эта была построена
вот этим господином, Чарлзом Бэббиджем.

У меня с Чарлзом Бэббиджем
есть некоторое сходство —

волосы у него постоянно всклокочены

на всех фотографиях.
(Смех)

Он был очень богатый человек и,
в своём роде,

был представителем
британской аристократии.

Субботним вечером в Мэрилбоне,

если вы были представителем
тогдашней интеллигенции,

вас бы пригласили к нему в гости

на званый ужин — а приглашал он всех:

королей, герцога Веллингтона,
множество знаменитых людей —

и он показал бы вам
одну из его механических машин.

Я на самом деле завидую тому времени,
когда, знаете ли, можно было

пойти на вечеринку и увидеть демонстрацию

механического компьютера.
(Смех)

А Бэббидж, сам Бэббидж родился

в конце 18 века,

и был довольно известным математиком.

Он занимал такой же пост,
как Ньютон в Кембридже,

и который недавно занимал Стивен Хокинг.

Бэббидж был не так известен,
как эти двое, потому что

у него была идея сделать
механические компьютерные устройства,

но он их так и не построил.

Он никогда не построил ни одно из них,
потому что он был классический умник.

Каждый раз, когда у него
появлялась хорошая идея, он думал:

«Отличная идея, начну-ка я её воплощать!

Эта идея обойдётся мне в целое состояние.
У меня есть идея получше.

Займусь-ка я и ей тоже.
(Смех) И вот этой тоже».

Так он и продолжал, пока Сэр Роберт Пил,
тогдашний премьер-министр,

практически не вышвырнул его
из дома номер 10 по Даунинг Стрит,

а «вышвырнуть» в те дни значило сказать:

«Желаю вам всего хорошего, сэр!»
(Смех)

Вот машина, которую Бэббидж спроектировал.

Чудовищный аналитический двигатель.

Вот это вид сверху.

Каждый из этих кругов —
шестерёнки, наборы шестерёнок,

а размером эта штуковина
с паровой локомотив.

Я хочу, чтобы вы представили себе

эту гигантскую машину.
Удивительные звуки, что мы слышали —

вот так бы эта машина звучала.

Сейчас я собираюсь познакомить вас
с архитектурой этой машины —

отсюда название
«компьютерная архитектура» —

и рассказать об этой машине,
а именно — о компьютере.

Итак, давайте обсудим память.
Память очень похожа

на память современного компьютера,

за исключением того,
что вся она сделана из металла,

из комплектов зубчатых колёсиков,
до 30 колёсиков высотой.

Представьте себе штуковину
с таким количеством колёсиков,

сотен и сотен колёсиков,

и все они помечены номерами.

Это десятичная машина.
Всё здесь устроено в десятичной системе.

А Бэббидж думал о том, чтобы
использовать двоичную систему.

Однако использование двоичного кода
сделало бы машину

смехотворно высокой.
Она и так уже огромная.

Итак, здесь есть память.

Вот эта частичка здесь.

Вы это дело видите вот так.

Вот эта чудовищная штука здесь —
центральный процессор.

Конечно, он вот такой огромный.

Сплошная механика.
Вся эта машина полностью механическая.

Вот изображение модели части процессора,

находящейся в Музее Науки.

Центральный процессор мог выполнять
четыре основных арифметических действия:

сложение, умножение, вычитание и деление.

Это уже само по себе
произведение искусства из металла,

но он мог бы делать и то,
что может делать компьютер,

а калькулятор — не может:

эта машина могла бы заглянуть
в собственную память и принять решение.

Она могла выполнять оператор
«если ... то» из основ программирования,

что принципиально и сделало
эту машину компьютером.

Машина могла делать вычисления.
Не только считать.
Она могла гораздо больше.

Если мы посмотрим вот сюда,
на минутку задержимся

и подумаем о современных чипах —

мы не можем заглянуть внутрь чипа.
Он крошечный.

А если бы вы смогли, то увидели бы нечто

очень, очень похожее вот на это.

Центральный процессор
невообразимо сложный,

и такой потрясающий порядок у памяти.

Если вы хоть раз видели
изображение в электронном микроскопе,

вот что бы вы увидели.
Всё это выглядит одинаково,

а вот этот кусочек, вот здесь,
он необычайно сложный.

Весь этот шестерёночный механизм
работает так же, как и компьютер,

но его надо запрограммировать,

и, конечно, Бэббидж использовал
технологию своего времени.

Технологию, которая
появилась заново в 50-х, 60-х и 70-х,

а именно — перфокарты.
Вот эта штуковина здесь —

это один из трёх считывателей перфокарт.

А это — программа
из местного Музея Науки,

созданная Чарльзом Бэббиджем.

Она там хранится —
можете пойти на неё посмотреть —

и ждёт, чтоб её воплотили в жизнь.

И она не одна такая, там таких много.

Он приготовил программы
в ожидании этого события.

А перфокарты он использовал
потому, что Жаккард

во Франции
создал жаккардовый ткацкий станок,

который ткал изумительные узоры
под контролем перфорированной призмы,

и Бэббидж просто использовал технологию
того времени по другому назначению,

как и всё, что он делал,
используя технологию своей эпохи,

а именно 1830-х, 40-х, 50-х:
шестерёнки, пар, механические приборы.

По иронии судьбы в одном году

с Чарльзом Бэббиджем
родился Майкл Фарадей,

которому предстояло
всё революционизировать

с помощью динамо и трансформаторов.

Бэббидж, естественно, хотел
использовать проверенную технологию —

пар и прочее.

Естественно, ему нужны были аксессуары.

Понятно, что сейчас
у вас есть компьютер.

Есть перфокарты, процессор и память.

Для работы нужны аксессуары.

Без этого нельзя.

Итак, прежде всего был звук. Колокол.

Так что если что-то было не так —
(Смех) —

или если машине нужно было,
чтобы подошёл ассистент,

у машины был колокольчик.
(Смех)

И даже была инструкция на перфокарте,

где говорилось: «Звони в колокол!»
Можете себе представить этот «Дзынь!»

Вот задержитесь на минутку
и представьте себе все эти звуки,

вот это: «Тик-так, тик-так!»,

паровой двигатель: «Дзынь!», так ведь?
(Смех)

Далее, нужен принтер.
Всем нужен принтер.

Вот это изображение печатного механизма

для другой его машины:
«Двигатель для Вычисления Разницы №2»,

которую он так никогда и не построил,
но которую построил Музей Науки

в 80-90-х.

Это опять
совершенно механический принтер.

Он печатает только цифры,
так как Бэббидж безумно любил цифры,

но зато он печатает на бумаге
и даже делает перенос слова,

так что когда вы доходите
до конца строки, она возвращается
вот таким образом.

Также нужна графика, правильно?

Так что Бэббидж сказал себе:

«Короче, мне нужен плоттер.
Вот большой лист бумаги,

чернила, и я сделаю чертёж».

Так он спроектировал и плоттер,

и к этому моменту
у него была готова

довольно хорошая машина.

И тут появляется эта дама, Ада Лавлейс.

Представьте себе эти званые вечера,
куда приходят все великие и заслуженные.

Эта дама — дочь сумасшедшего
с очень плохой репутацией

лорда Байрона, знакомство с которым
водить опасно.

Потому её мать, в опасении,
что дочь может унаследовать

байроновское сумасшествие
и его отрицательную натуру, подумала:

«Спасение — в математике.

«Мы станем её учить математике.
Это её успокоит».

(Смех)
Ну конечно, ведь неизвестно

ни одного сумасшедшего математика.

Так что всё будет отлично.
(Смех)

Всё будет замечательно. Итак,
дочь заканчивает курс математики

и приходит на один из таких вечеров
со своей матерью.

Чарльз Бэббидж, как обычно,
достаёт свою машину.

Герцог Веллингтон тоже здесь, все дела,

достаёт свою машину,
показывает её, конечно,

и Ада моментально всё схватывает.
Она единственная из современников

сказала:
«Я понимаю, что эта машина делает,

и я вижу, какое у этой машины будущее».

Мы страшно ей обязаны,
потому что мы знаем

довольно много о машине,
которую собирался построить Бэббидж,

благодаря ей.

Сегодня некоторые называют её
первым программистом.

Вот это один из документов,
который она перевела.

Это программа,
написанная определённым стилем.

Исторически, возможно, это и не точно,
что она первый программист,

но она сделала
нечто совершенно поразительное.

Она была не просто программистом,

она увидела нечто, что Бэббидж не видел.

Бэббидж был
совершенно одержим математикой.

Он строил машину
для выполнения вычислений,

а Лавлейс сказала:
«Эта машина могла бы гораздо больше,

чем производить вычисления».
И точно — у каждого в этом зале

уже есть компьютер с собой,

ведь у вас есть мобильный телефон.

Если вы посмотрите на свой мобильник,

всё в нём, или в любом другом
вычислительном приборе — математика.

В конечном итоге это всё цифры.

Видео, текст или музыка, голос —
всё цифры.

В основе всего этого
лежат математические действия.

Лавлейс сказала: «То, что это

только математические функции и символы

не значит, что они не могут обозначать

другие реалии окружающего мира,
например, музыку».

Это был большой скачок,
поскольку Бэббидж вот здесь говорит:

«Мы могли бы производить все эти
изумительные вычисления и печатать

таблицы с цифрами, и чертить графики».
(Смех)

А Лавлейс говорит:
«Послушайте, эта машина могла бы

и музыку сочинять,

если бы вы научили её
цифровому представлению музыки».

Это я называю Скачком Лавлейс.

Если вы считаете, что она программист,
ну да, она немного программировала,

но гораздо важнее её слова о том,
что будущее у машины

гораздо, гораздо больше, чем это.

Далее, сто лет спустя,
появляется вот этот господин,

Алан Тьюринг, и в 1936 году
заново изобретает компьютер.

Конечно, машина Бэббиджа
была совершенно механическая.

Машина Тьюринга
была полностью теоретическая.

Подход у обоих был математический,

но Тьюринг сообщил нам
нечто очень важное.

Он изложил математические основы

компьютерной науки и сказал:

«Неважно, как вы построите компьютер».

Неважно, механический ли
у вас компьютер,

как у Бэббиджа, или электронный,
как современные компьютеры,

или, возможно в будущем,
клеточные, а затем снова механические,

когда мы освоим нанотехнологии.

Мы могли бы вернуться к машине Бэббиджа

и просто сделать её маленькой.
Все эти машины — компьютеры.

В каком-то смысле это —
сущность вычислений.

Это называется тезис Чёрча-Тьюринга.

И тут-то тебя и осеняет внезапно:

Бэббидж на самом-то деле
построил компьютер.

Фактически, эта машина
была способна выполнять все операции,

что мы сегодня выполняем на компьютере,
только очень медленно.
(Смех)

Чтобы вы представили себе,
насколько медленно,

память у неё была около 1 килобайта.

В ней использовались
поочерёдно вставляемые в неё перфокарты,

и она была в 10 тысяч раз медленнее,
чем первый ZX81.

У неё имелся пакет ОЗУ
[оперативное запоминающее устройство],

и при желании можно было добавить
дополнительной памяти.

(Смех)
Итак, что это нам даёт сегодня?

Есть чертежи.

В Свиндоне, в архивах Музея Науки,

хранятся сотни планов
и тысячи страниц заметок,

написанных Чарльзом Бэббиджем
об этой аналитической машине.

Один из этих наборов планов
мы называем План 28.

Так называется и благотворительный фонд,
который я основал

вместе с Дороном Свейдом —
куратором компьютерного отдела

Музея Науки,
а также человеком, который предложил

проект постройки
механического калькулятора,

и мы планируем его построить.

Здесь, в Южном Кенсингтоне,
мы построим аналитический калькулятор.

Проект состоит из нескольких этапов.

Один из них был
систематизация архива Бэббиджа.

Этот этап завершён.
Второй этап — изучение всех планов,

чтобы определиться,
что мы будем строить.

Третий этап — компьютерная модель
этой машины,

а последний этап — реальная постройка
машины в Музее Науки.

Когда она будет построена,
всем будет совершенно понятно,
как работает компьютер,

потому что вместо того,
чтобы смотреть на крошечную микросхему,

вы посмотрите
на эту огромную машину и скажете:

«Ага! Я вижу память в действии,
я вижу процессор в действии,

Я слышу, как она работает.
Я слышу запахи её работы».
(Смех)

По ходу дела мы построим
и симуляцию процесса.

Бэббидж сам писал,

что появление аналитического двигателя

определит будущее направление
развития науки.

Он его так и не построил,
поскольку вечно отвлекался
на новые планы,

но когда вычислительная машина
была построена,

в конце 1940-х,
её появление изменило всё.

Посмотрите,

как это выглядит в движении.
Видео показывает

одну из деталей процессора в работе.

Это просто три набора шестерёнок,

а к ним прибавится ещё.
Это добавляющий механизм в действии,

так что вы можете себе представить
гигантскую машину.

Короче, дайте мне пять лет.

К началу 2030-х она у нас будет.

Большое спасибо.
(Аплодисменты)