Před 200 lety měl Charles Babbage nápad na počítací stroj

Vynález, který předběhl svoji dobu

Před 200 lety měl Charles Babbage nápad na počítací stroj
Vynález, který předběhl svoji dobu

Obsah dostupný jen pro předplatitele.
Přihlásit se můžete zde.

Pokud nemáte předplatné, nebo vám vypršelo, objednat si ho můžete zde.

Obsah dostupný jen pro předplatitele.
Předplatné můžete objednat zde.

Pokud nemáte předplatné, nebo vám vypršelo, objednat si ho můžete zde.

Před dvěma sty lety obdržela Královská astronomická společnost dopis, ve kterém stála revoluční myšlenka: sestrojit počítací stroj. Jeho autorem byl Charles Babbage, poněkud excentrický matematik nespokojený s poměry panujícími v britském loďstvu.

Co měla matematika společného s loďstvem? Hodně. O několik desítek let dřív přišel Němec Tobias Mayer s řešením takzvaného problému zeměpisné délky, který předtím trápil námořníky po staletí. Zjednodušeně řečeno, při plavbě na širém oceánu nebyl nikdy velký problém zjistit zeměpisnou šířku – tedy jak daleko jste od severního či jižního pólu planety. Vzhled nočního nebe nad hlavou se totiž v závislosti na zeměpisné šířce mění předvídatelným způsobem, takže na severní polokouli například stačí změřit výšku známé hvězdy Polárky nad obzorem.

Problém zeměpisné délky byl daleko obtížnější a s jeho vyřešením zápasily námořní velmoci po celá staletí. Bez znalosti přesné polohy se mohlo stát leccos, roku 1707 se například utopilo víc než tisíc mužů britského námořnictva, když čtyři lodě vracející se flotily narazily na skaliska u ostrovů Scilly, už skoro na dohled od Anglie; problémem byl právě nepřesný odhad polohy. Mezi mrtvými byl i velitel celé flotily admirál Shovell a tragická epizoda vedla britský parlament k tomu, vypsat na co nejpřesnější určení zeměpisné délky vysokou odměnu.

Snaha vědců a techniků útočících na problém zeměpisné délky se ubírala dvěma odlišnými cestami, jejichž společnou podstatou byl ovšem čas, protože právě čas (například okamžik pravého poledne) se při změně zeměpisné délky mění také. Jednou z nich bylo sestrojení lodního chronometru, co nejpřesnějších hodin, které by dokázaly udržet přesný čas i na kymácející se lodi. Druhá pak spočívala v co nejpřesnějším měření vzdálenosti mezi nějakými významnými tělesy – například Měsícem a hvězdou Regulus – a srovnání s tabulkami, které udávaly tyto vzdálenosti vůči greenwichskému času. Tím bylo možno určit, kolik hodin je právě v Greenwichi, a srovnáním s místním časem také přesnou zeměpisnou délku.

Právě druhou metodu zdokonalil po roce 1750 německý fyzik Mayer natolik, že začala být prakticky použitelná. Vyžadovala ovšem předpočítávání poloh astronomických těles dopředu, a to hodně dopředu (na víc než rok). Úkolem předpočítat tabulky na další roky byla pověřena Královská observatoř v Greenwichi a práci se tam věnovali takzvaní počítači (computers). Dnes jsme zvyklí na to, že počítač je stroj, ale v 18. a 19. století to bylo normální lidské povolání, podobně jako písař nebo právník. Také to bylo povolání značně namáhavé, repetitivní a monotónní.

Charles Babbage přišel se smělým záměrem: nechť počítá stroj! A nejen počítá, ale výsledky i rovnou tiskne, aby se zabránilo i dalšímu zdroji chyb při sazbě! - ilustrační foto: Shutterstock

Lidské bytosti nejsou od přírody stavěny k tomu, bojovat celé dny s nekonečnými sloupci ručních výpočtů. Chyby se množily, a to jak při samotném procesu počítání, tak při sazbě výsledků do tisku. Sazeči byli často unaveni stejně jako počítači a u dlouhých řad cifer nemohl příliš vypomoci ani korektor, který by v běžném textu psaném přirozeným jazykem odchytal chyby daleko snáz. Aby toho nebylo málo, počítači používali při své práci logaritmické tabulky, ve kterých se rovněž vyskytovaly chyby – a dokonce se po desítky let opakovaly, protože jednotliví autoři logaritmických tabulek od sebe bez zábran opisovali, včetně chyb.

Ve výsledku dostávali námořníci na cestu tabulky, které nebyly úplně spolehlivé, a to byl problém. Sice ne fatální, ale jakékoli zlepšení by britské námořnictvo zajisté ocenilo.

Nechť počítá stroj

Charles Babbage přišel se smělým záměrem: nechť počítá stroj! A nejen počítá, ale výsledky i rovnou tiskne, aby se zabránilo i dalšímu zdroji chyb při sazbě! Taková myšlenka nebyla úplně nová, v průběhu 18. století s ní koketovalo už několik prakticky zaměřených intelektuálů. Ale nikdo před Babbagem se neodvážil toho konkrétního kroku, že by se do stavby tak složitého systému opravdu pustil.

Babbageův záměr postavit „diferenční stroj“ ze dřeva a z mosazi vzbudil zájem britské vlády, která se uvolila poskytnout projektu částečnou finanční podporu. Nebyl to jediný zdroj financování, Babbage sám svému diferenčnímu stroji věřil natolik, že do jeho vývoje nalil několik tisíc liber (což bylo tou dobou slušné jmění). První zamýšlená podoba měla mít přesnost 5–6 desetinných míst, ale Babbage byl velký optimista a chtěl postavit i daleko větší variantu, jež by produkovala spolehlivé logaritmické tabulky s přesností na 20–30 desetinných míst.

Prakticky bylo dvacet let dřiny víceméně k ničemu. Babbage se postupně dostával do čím dál vážnějších sporů se svým dvorním mechanikem Josephem Clementem. Světlo světa spatřil malý pokusný strojek, který fungoval, ale jehož výkony nebyly nijak oslnivé. Neustálá sekvence slibů a zklamání nakonec odradila i trpělivé britské ministry a roku 1842 odřekli Babbageovým experimentům další podporu. Celkově dala londýnská vláda do projektu mechanického počítání tabulek dobrých 17 tisíc liber a neměla z něj nic.

Programování hřídel a kol

Jedním z důvodů, proč měl diferenční stroj potíže s realizací, bylo vizionářství jeho autora. Babbage měl totiž ještě daleko smělejší technické plány. Jeho konečným cílem byl analytický stroj, v podstatě už mechanický ekvivalent opravdového programovatelného počítače. Ten měl být schopen na základě nastavených vstupů provést jakoukoli tehdy známou matematickou operaci. Z hlediska svého designu se už analytický stroj opravdu podobal modernímu počítači, aspoň na papíře: byl rozdělen na „procesor“ (mill), „vstup“ (reader), „paměť“ (store) a „tiskárnu“ (printer); základní architektura současných digitálních počítačů dodnes připomíná tu Babbageovu. Na rozdíl od moderního počítače ovšem nevyžadoval ke svému pohonu elektřinu. Všechny výpočty měly obstarat otáčející se tyče se složitým ozubením, které operátor stroje poháněl ručně. A vstupem dat měly být děrné štítky, které se tou dobou už využívaly v textilním průmyslu k zadávání vzorů přediva.

Analytický stroj byl natolik složitý, že už dávalo smysl uvažovat nad tím, jak jej programovat. Do těchto úvah se pustila Ada Lovelaceová, osobnost ještě originálnější než sám Babbage. Ada, které se dodnes v souvislosti s její prací na analytickém stroji říká „první programátorka“, byla jedinou manželskou dcerou básníka Byrona a přišla na svět jak s enormním matematickým talentem, tak i se schopností odpoutat se od reality 19. století a hledět do abstraktního světa myšlenek vhodných spíš pro budoucnost. Celý krátký život (zemřela v šestatřiceti letech) ji stíhaly různé choroby, ale stejně stála neochvějně při projektu Babbageova analytického stroje, dokonce jej podporovala ze svých vlastních peněz. Jak projekt požíral čím dál víc kapitálu, snažili se oba vynálezci přicházet se stále divočejšími nápady, jak sehnat další peníze. Jedním z nich byl Babbageův algoritmus, který měl neprůstřelným způsobem vytipovat vítěze koňských dostihů. Selhal na celé čáře a Ada, aby nějak pokryla černou díru ve financích, musela zastavit několik rodinných šperků.

Anglický matematik a vynálezce Charles Babbage (1791–1871). - Foto: Profimedia

Po Adě Lovelaceové se dnes jmenuje programovací jazyk Ada, ale ona sama zemřela, aniž si někdy na analytickém stroji mohla aspoň skromně „zaprogramovat“, a totéž se týkalo i Babbage, který se dožil téměř osmdesáti let. Jejich záměr příliš předběhl dobu, dokonce o několik generací. Ideálním pohonem pro počítač je elektřina, která byla před dvěma stoletími pouze hříčkou v rukou experimentátorů, a teprve roku 1844 našla první praktické použití – primitivní střelkový telegraf. A ideálním materiálem pro stavbu počítačů jsou zase polovodiče, což je pojem, který spatřil světlo světa až v jedné doktorské práci roku 1910.

Jednu inspirativní roli však Babbageovo dlouhé snažení sehrálo. Několik dalších vynálezců se pokusilo sestavit aspoň zjednodušené modely diferenčních strojů a – na rozdíl od Babbage – uspěli. Výsledkem tedy byly jednodušší, ale funkční mechanické kalkulátory. Úrovně zamýšleného analytického stroje ovšem nedosáhl žádný z nich.

Plány Babbageových strojů se zachovaly a dodnes lákají následovníky: bylo by za příznivější konstelace sil opravdu možné jeho původní záměry realizovat? Ten, kdo se o to pokusí, nesmí využívat výhod moderních obráběcích strojů a musí pracovat s díly, jejichž přesnost výroby odpovídá poměrům v první polovině 19. století. To aby napodobil původní záměr designéra co nejvěrněji, i s nepřekonatelnými omezeními, kterým čelil.

První skutečně funkční diferenční stroj podle Babbageových plánů vznikl až roku 2002, další kus pak roku 2008 v Londýně; jeho konstrukci zaplatil Nathan Myhrvold, slavný vývojář z firmy Microsoft. Zatočíte-li klikou, funguje a tiskne výsledky, ale má sklony k občasnému zasekávání. Poletující prach a špína jsou pro tento druh jemných mechanismů nepříjemným protivníkem.

Daleko větší analytický stroj, sen všech milovníků steampunku, dosud na svoji realizaci čeká.

26. srpna 2022