Průkopníci informačního věku (8.): J. Mauchly a J. P. Eckert

Velký mozek či Pekelný stroj. Tak první americký elektronkový počítač ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer) nazývali zaměstnanci, kteří na něm pracovali.

Průkopníci informačního věku (8.): J. Mauchly a J. P. Eckert


Velký mozek či Pekelný stroj. Tak první americký elektronkový počítač ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer) nazývali pracovníci, kteří na něm pracovali. Byl zkonstruován v letech 1943–1945 a sloužil takřka výhradně pro vojenské účely. Není se co divit, druhá světová válka přinesla výrazné zrychlení vývoje nejrůznějších technologií včetně počítačů. Práci na vývoji a poté konstrukci tohoto elektronického monstra, které předznamenalo vývoj moderní výpočetní techniky, řídila dvojice špičkových vědeckých pracovníků: John Mauchly a John Presper Eckert.

„Nic z architektury ENIACu nepřežilo do dob současných počítačů, snad kromě elektřiny, kterou byl poháněn.“ Těmito slovy vystihl v žertovné nadsázce profesor počítačových věd Jay Forrester z Massachusettské technické univerzity propastný rozdíl, který se vytvořil za pouhé půlstoletí vývoje výpočetní technologie. ENIAC, jak z předcházejících částí našeho putování po historii víme, nebyl jediným předchůdcem současných počítačů. Byl však prvním, který byl plně elektronický a jenž se hojně využíval, zejména pro armádní účely. A byl také prvním počítačem, jemuž jeho tvůrci obstarali patřičnou reklamu. Aby se veřejnost mohla seznámit s touto úžasnou technickou novinkou, použili vědci, kteří na ENIACu pracovali, jednoduchý trik: sestrojili panel s žárovkami, na které napsali jednotlivá čísla, ten pak připojili k sálovému zařízení, jehož „mozek“ tvořily nudné elektronky. Ačkoli blikající žárovky na fiktivním „výsledkovém panelu“ neměly pražádný význam, širokou veřejnost to oslovilo. V důsledku tohoto triku byly pak v raných sci-fi filmech počítače představovány coby velké skříně s řadami zmateně blikajících světel.

I když se technologie tohoto výpočetního zařízení dnes označuje jako „předpotopní“, ve své době to byl unikátní a velmi užitečný stroj. Svědčí o tom fakt, s jakou rychlostí se vypořádal s výpočty, pro které byl určen. Za jediný den dokázal totiž ENIAC spočítat ekvivalent takřka roční práce matematiček, které prováděly výpočty balistických tabulek. Na počest těchto žen, které zařízení nahradilo, byl také pojmenován výrazem, jehož se do té doby používalo k označení práce těchto matematiček – „computer“ (počítač).

Je známou věcí, že první elektronkový počítač ENIAC vznikl v průběhu druhé světové války a byl v podstatě armádním projektem. Původně měl být určen pro urychlení výpočtů balistických tabulek, což byla v průběhu druhé světové války věc strategické důležitosti. Myšlenka, která iniciovala náročný projekt konstrukce elektronického počítače, se ale zrodila takřka o deset let dříve, než Spojené státy americké vstoupily do druhé světové války. Bylo to na počátku třicátých let, kdy se mladý fyzik John Mauchly začal zabývat analýzou dat průběhu počasí.

Jak uspořádat data

John Mauchly se narodil v roce 1907 v Cincinnati, ve státu Ohio, ale dětství prožil v Chavy Case v Marylandu, kam se rodi­na krátce po jeho narození přestěhovala. Jako chlapec byl fascinován elektrickými přístroji, životopisci neopomenou zmínit například skutečnost, že již v šesti letech sestrojil přenosnou svítilnu, aby si mohl i po setmění číst knihy a časopisy. Na základní škole si přivydělával tím, že domácnostem nabízel instalaci elektrických zvonků a jednoduchých alarmů, které sám vyráběl. Rodiče nebyli k tomuto technickému talentu svého syna lhostejní, a tak jej podpořili, když se rozhodl pro studium na McKinleyho technické škole ve Washingtonu. Zde vynikal zejména v matematice a fyzice. Když školu ukončil s vynikajícím prospěchem, získal stipendium na prestižní Johns Hopkins University v Baltimoru, kde začal na přání svého otce studovat inženýrství. (Jeho otec se totiž domníval, že studium praktického inženýrství mu zajistí perspektivnější a lépe placené pracovní místo, než kdyby se věnoval čisté vědě.) I když technika mladého Johna Mauchlyho zajímala, studium inženýrství jej brzy začalo nudit (považoval je za pouhé rutinní zvládnutí předem vymyšlených konceptů), proto si později zvolil za hlavní předmět fyziku. Postgraduální studium zakončil v roce 1932 doktorskou prací, v níž se věnoval problematice spektrální analýzy.

Během studia pracoval Mauchly v meteorologické kanceláři, kde se seznámil s řadou aspektů souvisejících s předpovědí počasí. Zjistil zde překvapivou věc: i když byla data o počasí ve Spojených státech shromažďována přes sto let, dosud nikdo je neanalyzoval. Mauchly byl přesvědčen, že tyto údaje by mohly výrazně pomoci při stanovení dlouhodobých charakteristik počasí. Že by umožnily přesněji předpovědět delší období sucha, deště, ba dokonce i přírodních pohrom, což by mohlo mít velký přínos například pro zemědělství. Otázkou ovšem bylo, jakým způsobem tak obrovské množství dat uspořádat. A tak se John Mauchly v souvislosti s předpovědí počasí začal v úvahách zabývat tím, zda by se pro velké množství jednotvárných výpočtů a analýz nedal využít výpočetní stroj. To však byly jen mlhavé myšlenky, z nichž nevzešel žádný přesnější návrh, na jakém základě by měl tento stroj pracovat.

Krátce poté, co získal doktorát, navštívil mladý fyzik chicagský Bertholdův institut, kde mimo jiné probíhal výzkum kosmického záření. Fyzikové zde využívali elektronky, jež velmi rychle reagují na vstup signálu. Když Mauchly pozoroval, že pomocí elektronek je možné zaznamenat až 100 tisíc nárazů částic kosmického záření za sekundu, napadlo jej, že elektronky by bylo možné využít k provádění výpočtů potřebných k analýze meteorologických dat.

Začal se touto možností zabývat, ale než stačil navrhnout alespoň hrubý koncept, vypukla druhá světová válka.

„To nemůže fungovat!“

Když Spojené státy americké na konci roku 1941 – po útoku japonského letectva na námořní základnu Pearl Harbor – vstoupily do války, válečná výroba se rozjela na plné obrátky. Pozadu nezůstával ani výzkum, který se plně zaměřil na armádní účely a takřka týden co týden přicházel s inovacemi, novými druhy výbušnin či střelných zbraní. Protože tyto technologie ještě více zkomplikovaly již tak složitý proces střelby, narostl význam výpočtů balistických tabulek. Ty se vypočítávaly s použitím mechanických kalkulátorů a – v lepším případě – i diferenciálního analyzátoru, který pro tento účel zkonstruoval Vannevar Bush.

Balistické tabulky se sestavovaly v laboratoři balistického výzkumu v Aberdeenu ve státě Maryland. Výpočty, které s nimi souvisely, zpracovával tým matematiček. Šlo o nesnadnou práci. Výpočet průměrné trajektorie vyžadoval 750 vynásobení a obvyklá dělostřelecká tabulka pro jeden typ zbraně obsahovala přes tři tisíce takových trajektorií. Na stolním kalkulátoru zabral výpočet jedné balistické křivky až 40 hodin, zatímco na Bushově analyzátoru trval kolem 30 minut. Kvůli zvýšené poptávce musely ženy pracovat i na noční směny.

V té době John Mauchly působil na Mooreově inženýrské škole (Moore School of Engineering) na Pensylvánské univerzitě, kde vedl kurzy aplikované elektrotechniky určené zejména pro potřeby armády. Kurzu se účastnily i matematičky z Aberdeenu (jednu z nich, Kathleen McNultyovou, si později vzal za ženu). Součástí kurzu byla i práce na diferenciálním analyzátoru, který škola vlastnila. Mauchly, jenž byl podrobně obeznámen s problematikou výpočtů balistických tabulek, si oživil své předválečné plány na sestrojení výpočetního zařízení, které by se dokázalo s těmito únavnými výpočty vypořádat. V roce 1942 sepsal zprávu, v níž nastínil možnost využití elektronek k výpočtům balistických tabulek, a poslal ji svým vojenským nadřízeným.

Nestalo se však nic, armáda Mauchlyho nápad odmítla. Hlavním důvodem bylo, že technici nevěřili, že by mohl takový stroj fungovat. Původní koncept počítal s využitím pěti tisíc elektronek. Experti argumentovali tím, že elektronky jsou příliš křehké a poruchové, takže Mauchlyho „počítadlo“ by tak jako tak nefungovalo.

Mauchly se ale nevzdal. O rok později předal zprávu poručíkovi Hermanu Goldstineovi, třicetiletému matematikovi, kterého odvážné plány zaujaly. Mauchly v Goldstineovi získal mocného spojence, kterému se zakrátko podařilo konstrukci velkého elektronického počítače prosadit.

Unikátní monstrum

Ještě před schválením tajného Projektu PX, jak byl označen plán sestrojení elektronického výpočetního stroje, se k Mauchlymu připojil John Presper Eckert, řečený „Pres“. Tento mladý vědec svými návrhy významně přispěl ke zdárnému dokončení ENIACu.

Eckert pocházel z velmi dobře situované filadelfské rodiny, jeho rodiče se pohybovali v prostředí filmových celebrit a rodinu navštěvoval např. Douglas Fairbanks či Charlie Chaplin. Ale Prese umělecký svět nijak nelákal, zato jej o to více zajímala technika. V průběhu studia na Moorově inženýrské škole byl považován za technického génia. V den, kdy poručík Goldstine získal od nadřízených souhlas a finanční prostředky ke stavbě velkého počítače (bylo to 9. dubna 1943), oslavil Pres svoje třiadvacáté narozeniny. Krátce nato se stal šéfem konstrukčního týmu, který v průběhu dvou a půl let pracoval na konstrukci „elektronického numerického integrátoru a kalkulátoru“ neboli ENIACu. Počítač využíval desítkovou soustavu a Pres Eckert dokázal najít způsob, jak sestrojit spolehlivý dekadický čítač, součástku složenou z deseti elektronek, která umožňovala uchovat a přičítat číslice. Čítač byl součástí střádače, složeného z deseti čítačů a jejich kontrolních obvodů. Na jakoukoli skupinu dekád bylo možné přivést elektrický impulz, v příslušné dekádě pak určitý počet impulzů rozžhavil odpovídající počet elektronek. Aby eliminoval poruchovost, použil Eckert kvalitní elektronky, které navíc byly využívány na nižších hladinách proudu a napětí, než pro jaké byly určeny. Plány se v průběhu práce na výpočetním zařízení značně modifikovaly, počet použitých elektronek stoupl z původní představy více než trojnásobně. Změny znamenaly nejen průtahy práce, ale i to, že rozpočet byl překročen o 200 procent.

Zařízení bylo dokončeno v listopadu roku 1945, téměř tři měsíce po japonské kapitulaci, jež následovala po prvním použití atomových bomb. Legenda vypráví, že když se ENIAC zapnul, filadelfské pouliční lampy zablikaly. Jednalo se o monstrum podkovitého tvaru, které vážilo 27 tun a sestávalo z 17 468 elektronek, 70 000 odporů, 10 000 kondenzátorů, 1 500 relé a 6 000 přepínačů. Počítač byl chlazený vzduchem hnaným vrtulemi dvou leteckých motorů. Spotřeba činila 160 kW. Vstup a výstup zajišťovala čtečka a děrovačka štítků od společnosti IBM. Největším nedostatkem ENIACu byla skutečnost, že pro každý nový problém musel být přeprogramován pomocí přepínačů, což často trvalo několik dnů.

Přesto se jednalo o nesporný úspěch, o čemž svědčí i skutečnost, že počítač v testovacím provozu umožnil výpočty potřebné pro výzkum termonukleární reakce vodíkové bomby.

První počítačová společnost

Do provozu byl ENIAC oficiálně uveden v polovině února 1946. Rok nato byl z Moorovy školy přestěhován do Aberdeenu. V souvislosti s armádním výzkumem si zařízení přijel prohlédnout John von Neumann, matematik maďarského původu, který krátce spolupracoval s Johnem Mauchlym a Presem Eckertem. Neumannovy návrhy vedly jednak k implementaci mechanismu na čtení programu z funkčních desek (což stroj sice poněkud zpomalilo, zato však byl uspořen čas potřebný k přeprogramovávání), jednak ke koncepci nového počítače EDVAC (Eletronic Discrete Variable Automatic Computer), na němž se začalo pracovat ještě před koncem války a jehož architektura se stala vzorem moderních počítačů. Ale to je už jiný příběh.

Počítače by se měly využívat ve vědeckém výzkumu, taková byla původní vize Johna Mauchlyho. Po válce se k ní vrátil a společně se svým kolegou založil Eckert-Mauchly Computer Corporation, která měla nabízet počítače komerčním společnostem a univerzitám. Mauchlyho idea byla sice správná, ale předčasná. Hlavním zákazníkem firmy zůstala armáda, konkrétně americké letectvo, na jehož objednávku Mauchly a Eckert zkonstruovali počítač BINAC (Binary Automatic Computer). Byla to vylepšená a zejména zmenšená verze elektronkového počítače, obsahující pouhých 700 elektronek a s pamětí s kapacitou 700 slov. Kvůli zvýšení spolehlivosti disponoval dvěma procesory. Dnes je BINAC považován za předchůdce palubních počítačů.

Během pouhých čtyř let se  Eckertova-Mauchlyho počítačová společnost bohužel zcela finančně vyčerpala. Před krachem zachránil oba vědce renomovaný výrobce kancelářské techniky Remington Rand, který jejich firmu odkoupil a v nově zřízené divizi počítačové techniky jim umožnil dokončit započatou činnost. Výsledkem byl počítač UNIVAC (Universal Automatic Computer), první komerční počítač vyrobený v USA. Tento stroj, obsahující pět tisíc elektronek a disponující pamětí o kapacitě tisíc slov, vstoupil do dějin tím, že dokázal na základě statistických průzkumů předpovědět výsledek prezidentských voleb v roce 1952.

 

 

John William Mauchly (1907–1980), americký fyzik a počítačový vědec; autor koncepce počítače ENIAC. Po absolvování McKinley Technical High School ve Washingtonu D.C. získal stipendium na Johns Hopkins University, kde studoval elektrické inženýrství a fyziku. V letech 1933–1941 vyučoval fyziku na Ursinus College ve Filadelfii, kde se zabýval mimo jiné i meteorologií, která jej přivedla k myšlence na sestrojení počítače. Za svůj přínos v oblasti výpočetní techniky obdržel řadu cen, např. Institute for Electrical and Electronics Engineers Computer Society Pioneer Award (1968). ASC na počest Mauchlyho a Eckerta uděluje Eckert-Mauchly Award za významné počiny v oblasti vývoje hardwaru.

John Presper Eckert (1919–1995), americký inženýr a počítačový vědec; hlavní konstruktér počítače ENIAC. Vystudoval elektrotechniku na Pensylvánské univerzitě, kde se v roce 1941 coby čerstvý absolvent seznámil s Johnem Mauchlym, jenž s ním konzultoval svůj úmysl sestrojit elektronkový počítač. V roce 1964 mu Pensylvánská univerzita udělila čestný doktorát; v roce 1969 obdržel od amerického prezidenta Lyndona Johnsona Národní medaili vědy (National Medal of Science) za vědecký přínos.

Herman Heine Goldstine (1913–2004), americký matematik a počítačový vědec. Vystudoval matematiku na Chicagské univerzitě (titul PhD v roce 1936). Působil ve vědeckém výzkumu, později vyučoval matematiku na Michiganské univerzitě. Po vstupu USA do druhé světové války nastoupil do armády a jako důstojník působil v Balistické výzkumné laboratoři (Ballistic Research Laboratory) v Aberdeenu, kde byl zodpovědný za výpočetní techniku, pomocí níž se tyto výpočty prováděly. Po seznámení s plány J. Mauchlyho a J. P. Eckerta prosadil konstrukci počítače ENIAC.

 

 

Vše začalo elektronkou

Elektronka, vzduchoprázdná součástka obsahující nejméně dvě činné elektrody (katodu a anodu), byla vynalezena již v roce 1904. Pracuje na základě principu ovládání elektronů, které jsou emitovány ze žhavícího vlákna ke kovové základně elektronky. Tento proud elektronů může výhodně zesilovat velmi slabý elektrický náboj (rádiové signály nebo výstup z baterií) na úroveň dostatečnou ke splnění určité funkce. Elektronky, základní součástka elektroniky první poloviny 20. století, byly hojně využívány jak ve spotřební elektronice, tak i průmyslu a armádě. Měly však řadu nedostatků. Nejvážnějším z nich byla křehkost skleněné trubice elektronek, která často praskala – to způsobovalo, že elektronka přestala fungovat a spínač, který ovládala, byl vyřazen z provozu. K dalším nedostatkům patřila energetická náročnost elektronek i skutečnost, že vždy trvalo několik sekund, než se elektronka nažhavila.

 

vyšlo v CIO Business World 9/2010

John William Mauchly(vpravo) a John Presper Eckert





Komentáře