Průkopníci informačního věku (7.): Howard Aiken

Vzkřísil ideje Charlese Babbagea a zkonstruoval výpočetní stroj, který naznačil potenciál moderní výpočetní techniky. Na Harvardově univerzitě založil počítačové středisko, z nějž se stalo jedno z prvních počítačových center. Navzdory svému obrovskému přínosu Howard Aiken v širší využití elektronických počítačů nevěřil.

Průkopníci informačního věku (7.): Howard Aiken


„Pokud bychom měli stanovit datum, kdy začal věk počítačů, byl by to 7. srpen 1944. Neboť tohoto dne přinesly noviny zprávu o počítači Mark I.“ Tato slova napsal americký historik Paul Ceruzzi ve své knize Historie moderních počítačů (A History of Modern Computing, 1998). Jsou přirozeně značným zjednodušením spletitého vývoje počítačů takzvané nulté generace, ale přesto s nimi lze souhlasit. Harvard Mark I byl mezníkem; jednalo se o funkční výpočetní zařízení, a třebaže veřejnost z důvodu válečného utajení nevěděla, k čemu a jak se vlastně využívá, stal se tento pětitunový kolos symbolem prvního hmatatelného úspěchu počítačové techniky.

Výpočetní stroje, které dnes označujeme za první moderní počítače nulté generace, vznikaly v období druhé světové války. V Evropě to byl jednak počítač Z3, který byl výsledkem neobyčejného úsilí geniálního německého inženýra Konrada Zuseho (tento přístroj vznikal v takřka naprosté izolaci od vývoje výpočetní techniky ve světě a nakonec jej pohřbily trosky domu při jednom z náletů na Berlín), jednak počítače, které byly zkonstruo­vány na základě návrhů britského matematika Alana Turinga a jejichž vývoj byl spojen s úsilím o rozlomení německé nerozluštitelné šifry Enigma.

Hlavní vývoj, což jistě není překvapivé, se ovšem odehrával na druhé straně Atlantského oceánu, na amerických univerzitách, a do značné míry souvisel s modernizací válečné techniky. Ani to není překvapivé.

Hodnota vzdělání

Počítač Mark I navrhl americký fyzik Howard Aiken v době, kdy působil jako asistent na katedře fyziky Harvardovy univerzity. Aikenova životní cesta v lecčem připomíná osudy nezlomných mužů z románů Jacka Londona. Narodil se v roce 1900 v Hobokenu, ve státě New Jersey. Jeho rodina žila v nuzných poměrech. Když mu bylo patnáct let, přestěhoval se s rodiči do Indianapolisu. Nedlouho poté se jeho otec ztratil – jednoho dne odešel z domova a už se nikdy nevrátil. Aby pomohl matce překonat toto náročné období, vzdal se Howard Aiken snu o studiu na technické škole a našel si práci u společnosti, kde pomáhal instalovat telefony. Díky korespondenčnímu studiu fyziky, na něž se později zapsal, se seznámil s učitelem, který rozpoznal jeho matematické nadání a pomohl mu najít noční práci u Indianapolis Light and Heat Company, díky níž mohl pokračovat na střední škole. Navzdory dvanáctihodinovým nočním směnám absolvoval se skvělými výsledky. Úsilí tohoto mladíka si všimlo ředitelství školy, které se zasadilo, aby získal práci, při níž by mohl pokračovat ve studiu na univerzitě. Aiken žijící jen s matkou pochopitelně neměl finanční prostředky, ale ředitel školy se obrátil na své známé na univerzitě v Madisonu ve státě Wisconsin – ti nadanému mladému muži sehnali práci, při níž mohl studovat.

Howard Aiken se s matkou přestěhoval do Madisonu. Zde opět nastoupil na noční směny u společnosti Madison Gas and Electric Company, zatímco ve dne studoval elektrické inženýrství na Wisconsinské univerzitě. Později vzpomínal, jak volné zimní večery trávil v knihovně; tak uspořil peníze za otop, za něž si pořizoval učebnice. Když získal titul bakaláře, byl ve společnosti povýšen a postupně se dostal až na vyšší technickou funkci.

Po více než deseti letech u Madison Gas and Electric Company se nepohodl s nadřízenými a podal výpověď. Bernard Cohen, autor Aikenova životopisu, podotýká, že jeho neoblomnost byla důsledkem tvrdých životních podmínek, jimž musel vzdorovat při své cestě za vzděláním. Díky těmto těžkostem získal obrovskou vytrvalost a ctižádost, rubem mince byla jeho konfliktnost ve vztahu k lidem. Pokud někoho uznával, bylo to uznání stoprocentní; pokud však někým opovrhoval, bylo to rovněž stoprocentní.

Babbageovo dědictví

Bylo mu třiatřicet let, když se nechal zapsat na doktorské studium na proslulé Harvardově univerzitě v Cambridgi, ve státě Massachusetts. Věnoval se zejména fyzice elektromagnetismu a elementárních částic a ještě před získáním doktorátu (který obdržel v roce 1939) zde začal působit jako asistent. Při této činnosti jej upoutal problém charakteristický pro všechny průkopníky raných počítačů. Začal se zabývat otázkou, zda by nebylo možné složité matematické výpočty zautomatizovat prostřednictvím stroje. Měl na mysli zvláště soustavy diferenciálních rovnic, jejichž výpočty mu zabíraly mnoho času.

V té době se shodou náhod seznámil s téměř zapomenutým projektem diferenciálního stroje britského matematika Charlese Babbagea. Došlo k tomu takto: jednoho dne si ho k sobě zavolal šéf fyzikální katedry Frederick Saunders, který se dozvěděl o jeho návrzích výpočetního stroje, a prozradil mu, že na půdě budovy se takový přístroj nachází, jen nikdo neví co s ním. Jednalo se o jednu z Babbageových „výpočetních mašin“, kterou na Harvardovu univerzitu v roce 1886, při příležitosti oslav 250 let od založení univerzity, přivezl vynálezcův syn.

Nedokončené dílo britského matematika Aikena okamžitě upoutalo. Snažil se vyhledat všechny dostupné informace o jeho plánech diferenčního stroje a poté si dokonce začal korespondovat s Babbageovým vnukem, jenž mu zaslal některé cenné materiály. Aiken zevrubně studoval Babbageovy návrhy, a čím více se do nich nořil, tím více byl dílem tohoto výstředníka 19. století nadšen.

Možnosti, které měl Babbage v polovině 19. století, byly omezené jen na soustavy mechanických převodů. Od té doby technika značně pokročila: byly zde například Hollerithovy stroje, využívající pokročilé děrnoštítkové techniky, elektrické spojky či elektromagnetická relé. Aiken se rozhodl, že pomocí těchto vymožeností Babbageův stroj zmodernizuje, a třebaže od svých kolegů sklízel jeden posměch za druhým, od této myšlenky jej už nic neodradilo.

Harvard Mark I

I přes trvající nedůvěru získal nakonec na fyzikálním oddělení spolupracovníky. Univerzita na realizaci obrovského „kalkulátoru“ neměla prostředky, a tak po dokončení plánů začal hledat investora. Monroe Calculating Machine Company, tehdejší americký výrobce mechanických výpočetních zařízení, o jeho projekt neprojevila pražádný zájem, zato IBM pomoc přislíbila. Projekt Aikenova počítače zaujal i armádu.

Když se James Bryce, tehdejší šéf konstrukce v IBM, seznámil s celým konceptem počítače, získal v něm Aiken silného spojence. Ještě před schválením musely být plány upraveny tak, aby bylo využito co nejvíc součástek z dílen IBM. Pak byl jmenován tým a šéfkonstruktér a vyčleněna částka 200 tisíc dolarů, určená pro realizaci výpočetního zařízení, které dostalo oficiální název Automatic Sequence Controlled Calculator (ASCC) a které jeho duchovní otec – ke značné nelibosti představitelů IBM – později překřtil na Harvard Mark I. Konstrukce probíhala v laboratořích IBM v Endicottu, ve státě New York, kam Aiken pravidelně dojížděl, a trvala tři roky.

Harvard Mark I byl dokončen v lednu 1943. Testování pak zabralo více než rok. První počítače se vyznačovaly značnými rozměry a Mark I nebyl výjimkou. Stroj byl 17 metrů dlouhý a 2,5 metru vysoký; obsahoval 750 tisíc součástek, a kdyby se všechny použité dráty spojily a natáhly do jedné roviny, dosahovaly by do vzdálenosti 800 kilometrů. Počítač disponoval 72 mechanickými registry s dekadickými kolečky, přičemž každý z nich byl samostatnou aritmetickou jednotkou schopnou sčítání či odčítání. Každý registr byl vlastně sloupec koleček volně navlečených na tyči pevně spojené s pohonnou jednotkou. Pokud bylo potřeba změnit některou číslici, byl do příslušného kolečka přiveden elektrický proud, který zprostředkovával magnetické spojení s točící se tyčí po potřebnou dobu. Celé zařízení bylo napojeno na jeden výkonný elektromotor, jehož otáčky určovaly taktovací frekvenci mechanismu. Stroj dále obsahoval tři čtečky papírové děrné pásky pro načítání dat (např. hodnot různých funkcí), jednu čtečku široké pásky s instrukcemi, dvě děrovačky děrných štítků IBM a dva elektrické psací stroje pro tisk výsledků.

V únoru roku 1944 přestěhovala IBM stroj na Harvardovu univerzitu, kde byl instalován v laboratoři fyzikální katedry. Slavnostního zahájení činnosti se zúčastnil jak šéf IBM Thomas J. Watson Sr., tak prezident Harvardovy univerzity James B. Conant.

Počítače z Harvardu

Harvard Mark I pracoval v posledních dvou letech války čtyřiadvacet hodin denně sedm dnů v týdnu a vedle vědeckých výpočtů jej hojně využívala americká armáda, a to zejména k výpočtům balistických drah střel pro námořní děla. Vedle toho na něm byly řešeny i některé konfigurace první atomové bomby. Stroj byl v provozu až do roku 1959, pak byl rozebrán a jeho díly dnes zdobí expozice jak na Harvardu, tak i v muzeu historie IBM.

Ačkoli toto mohutné výpočetní zařízení představovalo významný mezník, další typy zkonstruované pod vedením Howarda Aikena již tak významné nebyly. V té době, na konci druhé světové války, byl na Pensylvánské univerzitě dokončen první plně elektronický počítač ENIAC. Tím výpočetní technika vkročila do elektronického věku a všechna předcházející řešení využívající mechanických prvků se zakrátko stala pro programovatelná zařízení věcí minulosti. V roce 1945 navíc americký matematik maďarského původu John von Neumann představil svůj návrh elektronického počítače, dnes známý jako Von Neumannova koncepce, kde se objevila myšlenka programu uchovávaného v paměti přístroje. Toto řešení umožňovalo rychle měnit funkce prováděné počítačem a záhy začalo výrazně ovlivňovat další vývoj. Ale to už je jiný příběh.

Mezitím zůstával Howard Aiken věrný své koncepci založené na idejích Charlese Babbagea. Díky zkušenostem, jež získal při konstrukci kalkulátoru Mark I, obdržel od americké armády ve druhé polovině čtyřicátých let zakázky na další tři obdobná zařízení. Harvard Mark II a Harvard Mark III byly vyrobeny v letech 1947 a 1949. Oba stroje na rozdíl od svého předchůdce byly uzpůsobeny pro práci v binárních tetrádách (resp. v Aikenově kódu, kdy je dekadická číslice vyjádřena čtyřmístným binárním kódem). Zatímco Mark II využíval elektromagnetická relé, jejichž počet byl z důvodu urychlení výpočtů navíc takřka zdvojnásoben, při konstrukci Mark III použil Aiken elektronky a magnetickou bubnovou paměť. Přístroje byly po skočení testů z Harvardovy univerzity přemístěny do střediska amerického námořnictva v Dahlgrenu ve státě Virginia, kde se využívaly zejména k balistickým výpočtům. V roce 1952 byl dokončen Harvard Mark IV, poslední z Aikenových počítačů. Byl již plně elektronický a stejně jako jeho předchůdce využíval magnetickou bubnovou paměť.

V době dokončení počítače Mark II založil Howard Aiken na Harvardově univerzitě počítačové středisko (Harvard Computation Laboratory), které ve své době patřilo k nejvýznamnějším centrům výpočetní techniky na světě. Aikenova pozoruhodná práce vedla k prvním praktickým krokům ve využívání univerzálního výpočetního zařízení, což z něj učinilo jednoho z nejvýznamnějších průkopníků moderní informatiky. O to zajímavější je skutečnost, že i když nezlomně věřil ve využití počítačů pro vědecké účely, byl v podstatě až do konce svého života skeptický k tomu, že by mohly být užitečné i mimo vědecké ústavy a armádní střediska, nemluvě o širší veřejnosti. O této skepsi ostatně svědčí jeho výrok, který se stal takřka stejně proslaveným jako jeho Mark I: „V celých Spojených státech je potřeba pouze šest elektronických počítačů.“





Komentáře