"Není to jen tak, točit klikou. Je to umění. Někdy se soukolí zasekne a je potřeba celý výpočet přerušit, součástky odblokovat a pak počítat znovu," vysvětluje návštěvníkům Muzea počítačové historie nadšený průvodce, dříve učitel matematiky v nedalekém Stanfordu. On a jeho kolega patří k několika málo lidem, kteří umějí ovládat Babbageův počítací stroj. Těžko by se v počítačové branži hledala podivnější položka v životopise.
Otáčení klikou chce spoustu cviku. Během naší návštěvy k žádnému záseku nedošlo, ale pokud se tak stane, jsou technici připraveni chod stroje obnovit pomocí mechanického "debugování".
Babbageův počítací stroj má přesto v srdcích vynálezců, programátorů i technických nadšenců své zvláštní místo. Jeho příběh je neuvěřitelnou směsicí geniality, smůly, vizionářství a řekněme archeologického inženýrství. Trvalo totiž neuvěřitelných 182 let, než se ambiciózní vizi mechanického počítače podařilo uskutečnit. Za finanční podpory Nathana Myhrvolda z firmy Microsoft se londýnskému muzeu podařilo pětitunový stroj zrekonstruovat.
První spuštění počítacího stroje: 182 let po vynálezu
Vědci prý udělali vše pro to, aby byl výsledek autentický. Vycházeli z originálních nákresů Charlese Babbage a pečlivé analýze podrobili také jím vyrobené součástky. Získali tak představu o tom, jakým způsobem byly v první polovině 19. století vyrobeny, s jakou přesností a z jakých materiálů. Tam, kde neexistovaly primární plány, spoléhali "rekonstruktéři" na zápisky a zvyky hodinářů a vynálezců té doby.
Součástky byly vytvořeny na základě autentických plánů a rukopisů Charlese Babbage. Tam, kde přesné nákresy chyběly, sáhli inženýři k dobovým zápiskům tehdejších hodinářů. Součástky byly vyrobeny metodami 19. století. Kompozitní analýza původních strojů přímo od Babbage ukázala, jakých kvalit tehdejší součástky dosahovaly, a těchto parametrů se konstrukce držela.
Pětitunové kolosy nakonec vznikly dva. První patří Muzeu přírodních věd v Londýně, které vlastní i pozůstalost po Babbageovi, a mělo tak na rekonstrukci primární zájem. Druhý stroj si objednal samotný Nathan Myhrvold, byla to jedna z jeho podmínek. "Původně si jej chtěl dát do obýváku, ale zatím se tak nestalo," jen napůl žertuje náš průvodce. "Místo toho jej zapůjčil našemu Muzeu počítačové historie. Každý rok mu muzeum pošle dotaz, zda by bylo možné zápůjčku o rok prodloužit, a zatím nám vždycky vyhověl."
Babbageúv diferenční stroj existuje ve dvou replikách. Číslo jedna je umístěna v Muzeu vědy v Londýně, číslo dvě pak v Muzeu počítačové historie v Mountain View.
Mechanický počítač jako lék proti tabulkám
Historie stroje sahá až do roku 1821, kdy se britský matematik a vynálezce Charles Babbage mořil s řadou obtížných výpočtů. Tehdy matematikům s řešením složitých polynomů nemohly asistovat kalkulačky nebo matematický software, a jedinou pomoc tak nabízely knižní tabulky plné užitečných výpočtů často používaných funkcí.
Tyto tabulky nicméně sestavovali lidé a další lidé pak jejich propočty přepisovali, sázeli a tiskli. Byla to zdlouhavá, nudná a na první pohled bezvýznamná práce. Není tedy divu, že tištěné tabulky byly plné chyb. Babbage jich při svých výpočtech nacházel i několik na stránce, což pro něj znamenalo, že musel všechny výpočty opakovaně kontrolovat. Frustrovaný matematik si údajně povzdechl: "Bože můj, kéž by tyhle tabulky mohl generovat parní stroj."
Zcela v duchu průmyslové revoluce a techno-optimismu se pustil do vývoje počítacího stroje. Rozhodně nebyl první, koho mechanizace monotónních matematických výpočtů napadla. Už staří Číňané používali jednoduchá počítadla, ze sofistikovanějších zařízení je známá třeba kalkulačka Pascalina (její vynálezce, Blaise Pascal, ji pro svého otce zkonstruoval už v 1642). Babbage však mířil výše. Jeho diferenční počítací stroj dokázal generovat hodnoty pro téměř libovolnou funkci, a to pomocí zjednodušení a následného sčítání.
Rovnice (nahoře) lze zjednodušit na sérii sčítacích operací, a to pomocí první, druhé, třetí... derivace, která je pak pro každý krok stejná. Počítací stroj tedy funguje právě na principu sčítání. Derivaci (tedy číslo 2, respektive 6 na obrázku) musí počtář nastavit na základě ručního výpočtu.
"Jednoduchý" nápad předvedl Babbage britské vládě a ta byla projektem nadšená. Babbage totiž zdaleka nebyl jediný, kdo si na nepřesné tabulky stěžoval. Chyby tropily neplechu i ve stavebnictví, námořnictvu a v neposlední řadě operovali s tabulkami kupříkladu dělostřelci. Babbage ze svého "Dne D" odešel s největší investicí, kterou do té doby britská vláda nějakému technickému projektu přiznala.
Proč geniální Babbage neuspěl?
Celkově britská vláda investovala 17 500 liber, což odpovídalo ceně asi dvaceti nových lokomotiv. Ale ani po deseti letech nebyla z naplánovaného stroje hotová více jak sedmina. V roce 1832 předvedl Babbageův kolega Joseph Clement, zručný mechanik a hodinář, funkční prototyp demonstrující "nádherný fragment" budoucího zařízení. Dodnes se na toto soustrojí odkazuje jako na jeden z prvních důkazů, že budoucnost patří strojovému počítání.
Jenže už rok poté se Babbage a Clement osudově pohádali o zdánlivou drobnost. Babbage chtěl přesunout Clementovu dílnu blíže ke svému domovu. Výsledkem byla ukončená spolupráce, 12 tisíc roztavených součástek a zklamání vlády z neúspěšné investice.
Celý stroj je v perfektním stavu, je pravidelně udržovaný, pročišťovaný a promazávaný. Váží kolem pěti tun a obsahuje přes osm tisíc součástek - všechny jsou mechanické.
Nejkomplikovanější součástka stroje slouží ke správnému převádění "desítek". Často se lámala a jejich spotřeba byla neúnosná. Proto je, jako jediná z celého stroje, vyráběna současnými technologickými postupy a nikoli těmi, které měl k dispozici Charles Babbage v 19. století.
Babbage ovšem už v té době nevěnoval plnou pozornost diferenčnímu počítacímu stroji. Ta už byla upřena k ambicióznějšímu cíli. V mysli i na papíře se rodil analytický počítací stroj. Měl být univerzálnější, programovatelný a mnohem komplexnější. V roce 1833 pak Babbage potkal Adu Lovelaceovou, která je často označována jako autorka prvního počítačového programu. Ale stejně jako Babbageův analytický počítací stroj se nedočkal realizace, tak ani její program nikdo nikdy nemohl spustit.
Charles Babbage měl přísun takřka neomezených vládních financí, schopné lidi a brilantní nápady. Jak je tedy možné, že neuspěl? Zřejmě šlo o kombinaci povahových rysů. Byl puntičkářský, vznětlivý a své návrhy neustále zlepšoval, takže prakticky nebylo možné držet se jeho vytrvale se měnících plánů. Babbage předběhl svou dobu o desítky let a jeho sen o mechanických počítačích zemřel spolu s ním v roce 1871.
Trvalo celou další generaci, než se na jeho nápady podařilo nepřímo navázat při řešení problémů spojených s analýzou dat ze sčítání obyvatelstva v USA. Tam také sahají začátky firmy IBM, která se na počítače přeorientovala počátkem 20. století. Ale to už počítačové pokusy dávno pracovaly s elektřinou.
Babbage by se býval obešel bez elektřiny. Stačilo, kdyby měl větší kliku.
