Průkopníci informačního věku (1.): Charles Babbage

Britský matematik a vynálezce Charles Babbage se v první polovině 19. století pokusil zkonstruovat mechanický výpočetní stroj, jehož činnost byla založena na programování.

Průkopníci informačního věku (1.): Charles Babbage


S velkým předstihem se tak objevila myšlenka, která o sto padesát let později začala měnit svět. Babbage si tuto proměnu uvědomoval a úsilí předznamenalo jeden z nejdůležitějších vynálezů 20. století.

„Kdyby tak Bůh dal a tyto výpočty bylo možné realizovat pomocí páry!“ povzdechl si Charles Babbage, když se v roce 1815 trápil nad únavnými výpočty pomocí logaritmických tabulek. V této chvíli patrně začala jeho obsedantní posedlost sestrojit zařízení, schopné provádět aritmetické (a do jisté míry i algebraické) výpočty. Ačkoli o podobných početních strojích snila řada učenců a někteří z nich, jako např. Blaire Pascal či Gottfried Wilhelm Leibnitz, se jej pokusili s větším či menším úspěchem sestrojit, Babbage v tomto úsilí zašel nejdále. Myšlence, že by omylný lidský mozek mohl při náročných výpočtech nahradit výpočetní stroj, zasvětil takřka celý svůj život.

Babbageovy úvahy byly správné. Množství početních chyb, způsobených lidským faktorem, znesnadňovalo ve viktoriánské době život zaměstnancům v řadě oborů. Tehdy se už naplno začalo rozvíjet přesné měření, zdokonalovala se věda a ruku v ruce s ní i technické výpočty. Nadto vznikala nová odvětví (např. statistika), takže bylo evidentní, že logaritmické a navigační tabulky budou pro účel složitějších a složitějších výpočtů stále méně vyhovující.

Britský matematik byl jedním z prvních, kdo si tyto skutečnosti plně uvědomoval. Abychom byli přesní, Charles Babbage snil zejména o tom, co dnes nazýváme tabulkovým editorem. Tato vize byla neobyčejně prozíravá. Neboť první užitečnou aplikací, která přibližně o sto šedesát let později nasměrovala počítače do kanceláří a udělala z nich přístroj denní potřeby, byl právě program, o němž Babbage spřádal fantazie. Jednalo se o VisiCalc, předchůdce tabulkových editorů, vytvořený pro počítače společnosti Apple koncem sedmdesátých let minulého století.

 

Diferenční stroj

Geniální výstředník se však nespokojil s pouhým sněním. V roce 1820 se rozhodl, že svou myšlenku uskuteční. Pustil se do nákresů zařízení, které mělo v tabulkách zavést pořádek. Nazval jej „diferenční stroj“ (Difference Engine). Konstrukce modelu mu zabrala celé dva roky. Když jej pak slavnostně předvedl členům Královské společnosti v Londýně, vzbudilo zařízení nemalý zájem. Stroj obsahoval 96 koleček na 24 osách a byl vybaven hodinovým mechanizmem, jenž zprostředkovával nejen vlastní výpočty, ale přes mosaznou destičku s číslicemi umožňoval dokonce i tisknout tabulky s výslednými ciframi.

Kladný ohlas, který model diferenčního stroje způsobil, vedl k tomu, že Babbage od ministerstva financí obdržel grant ve výši 7 500 liber. To byla v té době obrovská suma, největší, jakou vláda na realizaci nějakého vynálezu do té doby uvolnila. Předsedou Královské společnosti byl tehdy chemik Humphry Davy, zakladatel elektrochemie, který Babbageovi přál. Za vynálezce se na vyšších místech ovšem přimlouval i vévoda Wellington, jenž u Waterloo porazil císaře Napoleona. Ten si pro změnu dokázal představit vojenské využití počítacích strojů, zejména pro pozemní a námořní dělostřelectvo a navigaci. Byl to on, kdo s prohlášením, že počítací stroj je součástí národní obrany, prosadil na vládní úrovni matematikovu myšlenku.

Ale cesta od modelu k prototypu se ukázala být daleko nesnadnější, než Babbage předpokládal. První verze obsahovala aritmetickou jednotku s jedním tisícem ozubených koleček a „paměť“ dat pro tisíc padesátimístných čísel. Navýsost důležitou součástí výpočetního zařízení, které měl pohánět parní stroj, byla řídicí sekce s programem činnosti zapsaným na řetězci papírových děrných karet. Děrné karty byly nápadem, k němuž Babbagea inspiroval vynález francouzského obchodníka Josepha Jacquarda, jenž děrovaného papíru začal používat jako vzory pro tkaní ve svých textilkách. „Žakárový stroj“ byl stav využívajícího řídicího mechanizmu, skládajícího se z listu papíru, do něhož byl vytlačen děrový vzor. (Není bez zajímavosti, že právě „žakárový stroj“ inspiroval v roce 1890 amerického inženýra Hermana Holleritha k vynálezu děrných štítků přenášejících data. Hollerith těchto štítků využil ke konstrukci třídicího systému, využívaného při sčítání lidu. Jeho projekt sčítání, porovnávání a analýzy čísel na základě děrných štítků byl tak úspěšný, že Hollerith se svými společníky založil společnost, jež byla později přejmenována na International Business Machines – IBM.)

Konstrukce diferenčního stroje si vyžadovala jak přesné opracování materiálu, tak i řešení řady problémů, které souvisely s jeho výpočetní funkčností. Babbageovi rovněž došlo, že stroj nemůže naprogramovat běžným jazykem, jehož podoba je pro výpočty příliš rozvláčná, komplikovaná a v mnohém nelogická. Z tohoto důvodu vyvinul zvláštní systém, jakousi kombinaci čísel a typografických znaků, s jejíž pomocí hodlal stroj programovat.

Další obtíží byl materiál. Zkonstruovat v době litiny a mosazi přístroj, jehož funkčnost závisela na neobyčejné přesnosti opracování součástek, se ukázalo jako neřešitelný problém. Technici, ať dělali co dělali, nebyli s to sestrojit jednotlivá ozubená kolečka s takovou přesností, aby do sebe zapadaly, jak si vynálezce usmyslel. Nakonec se Babbage spojil s vynikajícím řemeslníkem Josephem Clementem, který musel pro výrobu stroje vyvinout celou řadu speciálních nástrojů, avšak ani za jeho přispění se nepodařilo stroj uvést do chodu. Nutno však dodat, že díky vylepšené technologii přesného opracování, vyvinuté kvůli diferenčnímu stroji, se Clement později stal předním evropským výrobcem obráběcích strojů.

Celý projekt výpočetního zařízení vázl a polykal další a další finance. Utopila se v něm jak štědrá vládní podpora, tak i skoro celé vynálezcovo jmění. Náhle měl vynálezce prázdné ruce a diferenční stroj, který vyrostl do podoby obrovského železného mechanizmu, stále nesplňoval jeho představy.

 

Analytický stroj

Tento nezdar Babbagea nezlomil. Naopak, dospěl k názoru, že musí svůj stroj zdokonalit. Začal pracoval na návrzích vylepšené varianty, která dostala pracovní název „analytický stroj“ (Analytical Engine). Toto zařízení mělo kromě základních početních operací umět nejen řešit algebraické a numerické rovnice, ale současně i vystihnout výsledky a podle nich – což je nejpozoruhodnější – samostatně měnit průběh dalšího výpočtu. To byla fascinující myšlenka. Aby ji mohl realizovat, navrhl Babbage systém tří programovacích karet, opatřených děrováním (tyto předchůdkyně děrných karet byly paradoxně ještě dokonalejší než výše zmíněné Hollerithovy karty užívané při sčítání lidu ve Spojených státech). Jednalo se o operační, číslicové a variační karty, přičemž operační karty dodávaly instrukce stroji (zastupovaly jakýsi operační kód), číslicové karty obstarávaly informace o hodnotě čísel a variační zprostředkovávaly druh výpočtu. Každý druh karet, rozlišený i odlišnými velikostmi, měl tedy svou specifickou funkci pro chod a funkce analytického stroje.

Byla to právě schopnost postupovat a rozhodovat se podle stanoveného programu, co udělalo z Babbageova stroje předchůdce pozdějších typů počítačů. Avšak ačkoli měl vynálezce ambiciózní projekt mechanického analytického stroje promyšlený do nejmenšího detailu, funkční prototyp nebyl za jeho života nikdy zkonstruován. Hlavní problém tkvěl v nedostatku financí. Vláda navzdory přímluvám ze strany několika věhlasných vědců k „parnímu počítači“ ztratila důvěru. Babbage se tedy obrátil na soukromé sponzory, kde mu zpočátku svitla naděje. Mezi ně patřila i lady Ada Lovelaceová, dcera slavného romantického básníka lorda G. G. Byrona, která se posléze stala jakousi Babbageovou asistentkou.

Hraběnce Lovelaceové se do vínku dostalo matematického nadání a Babbageův stroj ji doslova nadchl. Tato krásná, inteligentní žena jako jedna z mála dokázala ocenit vynálezcovu odvážnou vizi. Podařilo se jí nejen přimět svého manžela, hraběte Lovelacea, aby projekt konstrukce analytického stroje finančně podpořil, ale navíc pro zařízení sestavila kompletní program, určený k výpočtu tzv. Bernoulliho čísel. Když o několik let nato zemřela, byla to pro Charlese Babbageho velká rána. Ve snaze najít nového mecenáše vynálezce se svým synem a několika spolupracovníky sice navštěvoval průmyslové výstavy a podniky celé Evropy, ale nikdo z oslovených finančníků a podnikatelů už o jeho báječný výpočetní stroj neprojevil zájem.

 

Babbageův odkaz

Charles Babbage, třebaže jeho životní sen zůstal na papíře, byl člověkem otevřené mysli a širokých zájmů. Traduje se, že to byl právě on, kdo si jako první povšiml souvislosti mezi letokruhy a stářím stromu. Navíc přišel na to, že z velmi starých stromů může člověk získat poznatky o klimatu dávných dob. Nemalý význam má Babbage pro kryptografii, přesněji řečeno pro kryptoanalýzu, v níž dosáhl pozoruhodných výsledků. Podařilo se mu rozluštit tzv. Vigenerovu šifru, což je považováno za největší pokrok v kryptoanalýze od 9. století.

Šíře Babbageových zájmů byla obdivuhodná, třebaže se mu řada věcí nepodařila dokončit. Snažil se prosadit i jako ekonom, když v několika knihách rozvedl svůj pohled na průmyslovou společnost. Na rozdíl od socialistických a komunistických teorií, jež se tehdy formulovaly, analyzoval Babbage vztahy mezi dělníky a zaměstnavateli z jiného úhlu pohledu. Dospěl k tomu, že dělníci mají mít stejný zájem na zavádění vyspělých stojů a na zvýšení produktivity práce. Za to by je, podle jeho názoru, měli jejich zaměstnavatelé odměňovat vyšší mzdou a podílem na zisku

Nicméně ani pro ekonomické vize nenašel ve své době porozumění. Zdá se, že viktoriánský věk nebyl na jeho svěží, prozíravé myšlenky ještě připraven. Zatímco dělníci záhy dali přednost jednodušší a o poznání agresivnější marxistické vizi beztřídní společnosti, učenci ho považovali za fantastu a blázna. Není se co divit, že vynálezce nakonec zahořkl. Anglický historik Paul Johnson charakterizoval stárnoucího Babbagea těmito slovy: „Byl ponurý. Vypadal ponuře, mluvil ponuře a jeho myšlení bylo postupem věku stále chmurnější. Měl k tomu důvod – viděl, jak by se k všeobecnému prospěchu budoucnost dala přenést do současnosti, ale lidská i hmotná selhání ho frustrovala na každém kroku.“

Za zmínku ještě stojí, že kromě přínosu v již zmíněné technologii obráběcích strojů se Babbage jaksi mimochodem zasloužil o výrazné posuny moderní doby: svými srovnávacími studiemi o strojích a výrobních postupech položil základní kameny tzv. operačnímu výzkumu. Vedle toho uveřejnil první spolehlivé tabulky pro výpočet životního pojištění a pojednání o pojišťovací teorii.

Ale co naplat, základní idea jeho života zůstala nenaplněna. O svém zápase s větrnými mlýny napsal autobiografickou knihu Výňatky ze života filozofa (Passages from the Life of a Philosopher, 1864). Docenění své myšlenky se sice nedočkal, ale to neznamená, že zapadla. O necelých sto let později jeho plány oprášil německý profesor Konrád Zuse, jeden z otců elektronického počítače, který se doznal, že při vývoji své „zet jedničky“ využil snad všechny principy, jež před ním použil britský matematik Charles Babbage. Ale to už je jiný příběh.

A Charles Babbage? Třebaže byl ve své době nepochopen, dějiny na něj nezapomněly. V roce 1960, tedy takřka sto let po vynálezcově smrti, sestavila skupina britských mechaniků podle dochovaných nákresů jeho analytický stroj. Řetězec karet pro tkalcovské stavy byl nahrazen děrnými štítky, používanými v té době při zpracování dat. Stroj k překvapení všech účastníků experimentu bezvadně fungoval. Součet dvou čísel trval přesně podle Babbageových výpočtů jednu vteřinu, násobení a dělení necelou minutu…





Komentáře