John Graham-Cumming: Cỗ máy vĩ đại nhất từ trước đến nay

Khoa học máy tính ra đời trong những năm 30, những năm 1830. John Graham-Cumming kể câu chuyện về "cỗ máy phân tích" cơ khí chạy bằng hơi nước của Charles Babbage và cách mà Ada Lovelace, một nhà toán học và là con gái của Lord Byron, nhìn thấy tiềm năng vượt trên những năng lực tính toán đơn giản để hình dung ra tương lai của máy tính. (Được ghi lại tại TEDxImperialCollege)

Tôi sẽ kể các bạn nghe về cỗ máy

mà tôi nghĩ là tuyệt diệu nhất từng có

Đó là một cỗ máy chưa từng được tạo ra

tuy nhiên, nó sẽ được tạo ra thôi.

Cỗ máy được thiết kế

rất lâu trước khi bất kỳ ai biết về máy vi tính.

Nếu như bạn biết bất cứ điều gì về lịch sử của máy vi tính,

bạn sẽ biết là trong những năm 1930 và 1940,

những máy tính đơn giản được tạo ra

bắt đầu cho cuộc cách mạng máy tính như ngày nay,

có thể bạn đúng,

trừ việc bạn đã đoán nhầm thế kỷ.

Chiếc máy tính đầu tiên thực sự được thiết kế

từ những năm 1830 và 1840, chứ không phải 1930 và 1940.

Nó đã được thiết kế, và nhiều phần là nguyên bản,

và vài trong số đó được tạo ra ở đây,

tại miền nam Kensington.

Cỗ máy đã được tạo ra bởi anh chàng tên Charles Babbage.

Tôi có cảm giác cực kỳ thân thuộc với Charles Babbage

bởi vì tóc của anh ta luôn luôn không được chải như thế này

trong mọi bức ảnh.

Anh ta là một người giàu có

và kiểu như thuộc tầng lớp quý tộc của nước Anh,

và vào buổi tối thứ bảy tại Marylebone,

nếu bạn là một phần của giới trí thức thời đó,

bạn sẽ được mời tới nhà của anh ta

dự một buổi dạ hội- và anh ta mời tất cả mọi người:

nhà vua, công tước Wellington, và nhiều,
nhiều người nổi tiếng -

và anh ta sẽ cho bạn xem một trong những
cỗ máy cơ khí của mình.

Tôi thực sự nhớ kỷ nguyên đó, bạn biết đó, lúc mà bạn có thể

đi dạo quanh buổi dạ hội và chiếc máy tính cơ khí

thu hút sự chú ý của bạn.

Nhưng Babbage, anh ta ra đời

vào cuối thế kỷ thứ 18,

và là một nhà toán học cực kỳ nổi tiếng.

Ông giữ chức vụ mà Newton từng đảm nhiệm tại Cambridge,

và gần đây là Stephen Hawking.

Ông ít nổi tiếng hơn 2 người họ bởi vì

ông có ý tưởng để làm thiết bị máy tính cơ khí

và không bao giờ làm cái nào hết.

Lý do mà ông không làm bất kỳ cái máy nào,
bởi ông là người vô cùng đam mê máy tính.

Mỗi lần ông nghĩ ra một ý tưởng, ông ta nghĩ,

"Thật là thông minh, mình sẽ bắt tay tạo ra nó.

Mình sẽ tiêu cả gia tài vào nó. Mình có một ý tưởng hay hơn.

Mình sẽ làm việc này. (Tiếng cười) Và mình sẽ làm điều này."

Ông cứ làm vậy cho đến khi Sir Robert Peel, về sau là Thủ tướng,

về cơ bản đã đá anh ra khỏi số 10 Downing Street,

"đá ra ngoài", những ngày đó, nghĩa là ,

"Tôi chúc bạn ngày tốt lành, thưa ngài."

Thứ ông thiết kế là vật quái dị này,

một cỗ máy phân tích. Bây giờ, để bạn hiểu rõ hơn,

đây là góc nhìn từ trên xuống.

Mỗi vòng tròn là một bánh răng, một chồng bánh răng,

và thứ này lớn như một đầu xe lửa hơi nước.

Vì vậy, trong suốt buổi nói chuyện này,
tôi muốn bạn tưởng tượng

về chiếc máy khổng lồ này. Chúng ta đã nghe
những âm thanh tuyệt vời

mà máy này có thể đã tạo ra.

Tôi sẽ nói rõ hơn về cấu trúc của chiếc máy

- đó là lý do tại sao đây là cấu trúc máy tính —

và cho bạn biết về chiếc máy này,
hay còn gọi là máy tính.

Vậy hãy nói về bộ nhớ. Bộ nhớ này

rất giống như bộ nhớ của một máy vi tính ngày nay,

ngoại trừ nó đều được làm từ kim loại,

bánh răng chồng bánh răng, cao đến 30 chiếc.

Tưởng tượng một thứ có ngần đó bánh răng,

hàng trăm và hàng trăm chồng như thế,

và họ đánh số lên chúng.

Đây là một máy thập phân. Tất cả mọi thứ
được xử lý bằng thập phân.

Và ông nghĩ đến việc sử dụng nhị phân. Vấn đề

với việc sử dụng nhị phân là cái máy có thể sẽ rất

cao, và sẽ trông kỳ cục. Nếu vậy thì, nó sẽ lớn vô cùng.

Vì vậy, ông sử dụng bộ nhớ.

Bộ nhớ là phần này.

Bạn sẽ thấy nó trông như thế này.

Vật quái dị trên đây là CPU, hay có thể gọi là
con chip nếu bạn muốn.

Tất nhiên, nó lớn cỡ này.

Hoàn toàn bằng cơ khí. Toàn bộ đều là cơ khí.

Đây là một hình ảnh một nguyên mẫu
trong một phần của CPU

đặt ở Bảo tàng Khoa Học.

CPU có thể thực hiện bốn chức năng cơ bản của số học--

cộng, nhân, trừ, chia--

đã là một kỳ công trong giới kim loại,

nhưng nó cũng có thể làm vài điều mà
một chiếc máy tính làm được

còn một dụng cụ tính toán thì không:

máy này có thể nhìn vào bộ nhớ trong của nó
và đưa ra quyết định.

Nó có thể thực hiện các lệnh lập trình cơ bản "If ... then" (Nếu...thì)

và về cơ bản nó trở thành một chiếc máy tính.

Nó có thể tính toán. Nó chỉ không chỉ tính toán
mà còn có thể làm được nhiều hơn nữa.

Bây giờ, hãy thử nhìn vào điều này, dừng lại một chút,

và nghĩ về con chip của ngày hôm nay, chúng ta không thể

nhìn bên trong một con chip bán dẫn vì nó quá nhỏ.

Nhưng nếu như bạn muốn, bạn sẽ nhìn thấy một cái gì đó

rất, rất giống với thứ này.

Trong CPU, có sự phức tạp không tưởng này,

và sự đều đặn đáng kinh ngạc này trong bộ nhớ.

Nếu bạn đã bao giờ nhìn thấy hình ảnh kính qua hiển vi điện tử,

bạn sẽ thấy điều này. Chúng trông y hệt nhau

và nó có một chút ở đằng này, thứ cực kỳ phức tạp

Tất cả các cơ chế bánh xe này ở đây vận hành
giống một chiếc máy tính,

nhưng tất nhiên bạn cần lập trình cho cái này, và dĩ nhiên,

Babbage sử dụng công nghệ của thời đó

và công nghệ xuất hiện những năm '50, '60 và '70,

chính là thẻ đục lỗ. Vật trong ảnh

chứa một trong ba phiếu bấm lỗ độc giả trong này,

và đây là một chương trình tại Bảo tàng Khoa học,

không xa lắm đâu, do Charles Babbage tạo ra,

ngồi ở đó — bạn có thể đến xem nó —

chờ cho máy được xây dựng.

Và không phải chỉ là một trong số những cái này,
mà còn có rất nhiều máy nữa.

Ông đã chuẩn bị các chương trình dự đoán điều sẽ xảy ra.

Bây giờ, lý do họ đã sử dụng thẻ đục lỗ là do Jacquard,

tại Pháp, đã tạo ra máy dệt Jacquard,

cái đã dệt nên những hoa văn tuyệt vời và
được kiểm soát bởi các thẻ đục lỗ,

do đó, ông chỉ sử dụng công nghệ của thời này,

và như mọi thứ khác ông đã làm, ông đang sử dụng công nghệ

của thời đại của mình, những năm 1830, 1840, 1850, những bánh răng, hơi nước,

thiết bị cơ khí. Trớ trêu thay, sinh cùng năm

với Charles Babbage là Michael Faraday,

người đã cách mạng hóa toàn bộ mọi thứ

máy phát điện, máy biến áp, các máy tương tự.

Babbage, tất nhiên, muốn sử dụng công nghệ
đã được chứng minh,

là hơi nước và các thứ khác.

Bây giờ, ông cần nhiều phụ kiện nữa.

Rõ ràng, bây giờ bạn có một chiếc máy tính.

Bạn có những tấm thẻ đục lỗ, CPU và bộ nhớ.

Bạn cần các phụ kiện để phối hợp.

Bạn sẽ không chỉ có vậy,

trước hết, bạn đã có âm thanh. Bạn có một cái chuông,

vì vậy, nếu có sai sót gì xảy ra

hoặc chiếc máy cần bổ trợ thêm thứ gì đó,

một cái chuông có thể giúp ích trong chuyện này.

Và thực sự đã có một câu lệnh trên thẻ bấm lỗ

ghi là "Rung chuông." Vì vậy bạn có thể
hình dung ra âm thanh "Ting!"

Hãy dừng lại một chút, tưởng tượng mọi loại âm thanh

như là, "Click, click, click, click",

tiếng động cơ hơi nước,"Ding," đúng không?

Rõ ràng, bạn cũng cần một máy in, và tất cả mọi người
đều cần một máy in.

Đây là hình ảnh của động cơ in ấn cho

một chiếc máy khác của ông ấy,
chiếc máy có tên Động Cơ Khác Biệt 2,

mà ông không bao giờ tạo ra, nhưng Bảo tàng Khoa học

thì có triển lãm trong những năm 80 và 90.

Toàn bộ đều là cơ khí, một lần nữa, một máy in.

Nó chỉ in số, bởi vì ông ấy bị ám ảnh với những con số,

nhưng nó cũng in trên giấy, và nó thậm chí còn in được chữ,

vì vậy, nếu bạn xem đến cuối dòng, nó sẽ như thế này.

Bạn cũng cần đồ họa, phải không?

Ý tôi là, nếu bạn sắp làm bất kỳ điều gì với đồ họa,

do đó, ông nói, "Chà, mình cần máy vẽ đồ thị.
Mình có một tờ giấy lớn

và một cây bút mực và khiến nó tự động vẽ."

Vì vậy ông cũng đã thiết kế một máy vẽ,

và, bạn biết, vào thời điểm đó, tôi nghĩ rằng ông có khá nhiều

máy móc hay ho.

Đến người phụ nữ này, Ada Lovelace.

Bây giờ, hãy tưởng tượng những buổi dạ hội,
cùng những điều tuyệt vời đang diễn ra.

Cô gái này là con gái của một người tồi tệ, điên rồ

và nguy hiểm có tiếng tên là Lord Byron,

và mẹ của cô, hơi lo lắng rằng cô có thể có

thừa hưởng sự xấu xa và điên rồ của Lord Byron

nghĩ rằng, "Mình biết giải pháp: Toán học chính là giải pháp."

Chúng ta sẽ dạy toán cho con bé.
Điều đó sẽ khiến con bé đằm tính lại."

Bởi vì hiển nhiên,

chưa bao giờ có một nhà toán học mà bị điên,

Bạn biết đó, sẽ ổn thôi.

Tất cả mọi thứ sẽ ổn. Vì vậy, cô ấy theo học ngành toán,

và cô đi cùng mẹ đến một trong số các buổi dạ hội kia

và Charles Babbage đã mang chiếc máy của mình ra,

Công tước Wellington cũng ở đó,

mang nó ra để trình diễn,

và cô hiểu được. Cô thực sự là
người duy nhất trong cuộc đời ông,

nói, "Tôi hiểu máy này vận hành ra sao,

và tôi hiểu được tương lai của cỗ máy này."

Và chúng ta nợ cho cô ấy một khoản rất lớn
bởi vì chúng ta biết

có rất nhiều máy mà Babbage có ý định xây dựng

là vì cô ấy.

Một số người gọi cô là lập trình viên đầu tiên.

Đây thực ra là một trong số những bài cô đã dịch.

Đây là một chương trình được viết theo văn phong đặc biệt.

Về mặt lịch sử, cô ấy không hẳn là lập trình viên đầu tiên,

và trên thực tế, cô ấy đã làm điều gì đó tuyệt vời hơn.

Thay vì chỉ là một lập trình viên,

cô nhìn thấy điều mà Babbage không thấy,

Babbage đã hoàn toàn bị ám ảnh với toán học.

Ông đã chế tạo một cỗ máy để làm toán,

và Lovelace nói, "Anh có thể làm nhiều hơn toán học"

với chiếc máy này." Và cũng như bạn,

lúc này, tất cả mọi người trong phòng này

đều có một chiếc máy tính và một chiếc điện thoại.

Nếu bạn xem kỹ chiếc điện thoại, từng thứ một trong đó

hoặc máy tính hay bất kỳ thiết bị vi tính khác

đều là toán học. Tất cả các số đều ở phía dưới.

Cho dù đó là video hoặc văn bản, âm nhạc hay giọng nói,
toàn bộ là những con số,

ẩn phía sau chính là các hàm toán học đang hoạt động.

và Lovelace nói, "Chỉ vì anh đang thực hiện

các hàm và biểu tượng toán học

không có nghĩa là những thứ này không thể đại diện

những thứ khác trong thế giới thực, chẳng hạn như âm nhạc."

Đây là một bước tiến lớn, bởi vì Babbage có nói,

"Chúng ta có thể tính toán những hàm tuyệt vời này và in ra

các bảng số và vẽ đồ thị,"

và Lovelace ở đó và cô ấy nói, "Xem nào,

thứ này thậm chí có thể soạn nhạc nếu bạn

xem nó là đại diện của âm nhạc một cách số học."

Vì vậy, đây là những gì tôi gọi là bước nhảy vọt của Lovelace.

Khi bạn nói cô là một lập trình viên, cô có làm một ít,

nhưng thật ra cô đã nói về tương lai sẽ

hơn, hơn thế này rất nhiều.

Một trăm năm sau, anh chàng này đến,

Alan Turing, và vào năm 1936, phát minh ra
máy tính một lần nữa.

Tất nhiên, máy của Babbage hoàn toàn là cơ khí.

Máy Turing hoàn toàn là lý thuyết.

Cả hai người đều nhìn từ một quan điểm toán học,

nhưng Turing nói với chúng ta một điều rất quan trọng.

Ông đặt nền móng toán học

cho khoa học máy tính, và nói,

"Cách ta tạo ra máy vi tính thì không quan trọng"

Không quan trọng nếu máy tính của bạn là cơ khí

như của Babbage, hoặc điện tử như máy vi tính ngày nay,

hoặc có lẽ trong tương lai, tế bào, hoặc, một lần nữa,

lại là cơ khí, một khi chúng ta hướng đến công nghệ nano.

Chúng ta có thể trở lại với máy của Babbage

và làm nó thật nhỏ. Tất cả đều là máy tính.

Điều dễ hiểu, đó là bản chất điện toán.

Điều này được gọi là luận án Church–Turing.

Đột nhiên, bạn nhận được liên kết này khi bạn nói

về thứ mà Babbage đã tạo ra thực sự là một máy tính.

Trong thực tế, đó là khả năng làm được mọi thứ
chúng ta làm ngày nay

cùng với máy tính, chỉ là rất chậm thôi.

Để bạn hiểu nó chậm thế nào,

nó có khoảng 1k bộ nhớ.

Nó sử dụng thẻ đục lỗ có sẵn,

và chạy chậm hơn khoảng 10.000 lần chiếc ZX81 đầu tiên.

Nó có một gói RAM.

Bạn có thể thêm rất nhiều thêm bộ nhớ nếu bạn muốn.

Vậy thì, điều đó mang gì cho chúng ta hôm nay?

Có nhiều dự án.

Ở tận Swindon, Bảo tàng Khoa học lưu trữ,

có hàng trăm dự án và hàng ngàn trang

ghi chú bởi Charles Babbage về động cơ phân tích này.

Trong số đó là một tập hợp các dự án mà
chúng tôi gọi là Dự án 28,

và đó cũng là tên của một tổ chức từ thiện
mà tôi đã bắt tay

với Doron Swade, người quản lí máy tính

tại Bảo tàng Khoa học, và cũng là người dẫn dắt

dự án để tạo ra một công cụ khác biệt,

và dự án của chúng tôi là tạo ra nó.

Ở ngay South Kensington, chúng tôi sẽ xây dựng
các cỗ máy phân tích.

Dự án được chia ra nhiều phần.

Một là từ các lưu trữ của Babbage.

Nó đã được hoàn thành. Bây giờ, thứ hai là nghiên cứu

tất cả các dự án để xác định những gì cần xây dựng.

Phần thứ ba là một mô phỏng máy tính của chiếc máy

và phần cuối là tạo ra một chiếc có thật tại Bảo tàng Khoa học.

Khi nó được xây dựng, bạn cuối cùng sẽ có thể hiểu một máy tính hoạt động ra sao,

bởi vì thay vì có một chip nhỏ ở phía trước,

bạn sẽ nhìn vào thứ to lớn này và nói, "Ah,

tôi thấy bộ nhớ hoạt động, tôi thấy các CPU điều hành,

Tôi nghe thấy nó hoạt động. Tôi có thể ngửi nó hoạt động."

Nhưng ở phần mà chúng tôi sắp làm mô phỏng

Babbage đã tự mình viết,

"Chừng nào các cỗ máy phân tích tồn tại,

nó chắc chắn sẽ dẫn đường cho tương lai của khoa học.

Tất nhiên, ông không chế tạo nó, bởi vì ông luôn luôn nghĩ ra

những kế hoạch mới, nhưng khi đã được xây dựng, tất nhiên,

trong thập niên 1940, tất cả mọi thứ thay đổi.

Bây giờ, tôi sẽ gợi ý cho bạn nó trông như thế nào

khi hoạt động trong một video

cho thấy một phần của CPU cơ khí làm việc.

Đây là 3 bộ bánh răng,

và sẽ thêm vào nữa. Đây là cơ chế thêm

đang hoạt động. Bạn hãy tưởng tượng
cả chiếc máy khổng lồ này.

Cho tôi 5 năm.

Trước khi những năm 2030s xảy ra, chúng tôi sẽ hoàn thành nó.

Cảm ơn rất nhiều. (Vỗ tay)