Čemu vděčíme za to, že můžeme řešit Progtestové úlohy?

Psal se rok 1821 a britský matematik a vynálezce Charles Babbage podává petici proti londýnským flašinetářům, kteří rušili jeho klid, zatímco se mořil s řadou obtížných výpočtů. Tehdy matematikům s řešením složitých polynomů nemohly asistovat kalkulačky či počítače, a jedinou pomoc tak nabízely knižní tabulky plné užitečných výpočtů často používaných funkcí.

Nicméně tyto tabulky sestavovali lidé, přepisování a následný tisk byl zdlouhavý a velice nudný proces, a tak se mnohdy několikrát na jediné stránce vyskytovalo spoustu chyb. Tehdy si mladý Brit uvědomil, že klíčem k řešení je nechat kalkulovat stroje místo omylných lidí, a jal se sestrojit diferenční počítací stroj, první svého druhu na světě, jenž by dokázal počítat série hodnot zcela automaticky. Stál tak na cestě ke zrodu dnešních počítačů, fascinujících zařízení bez kterých bychom si již nedokázali představit náš život.

Kameny, základ do každé rodiny

Abakus – první předchůdce dnešních počítačů

Jeho myšlenka zjednodušit si výpočty však nebyla zcela unikátní, první předchůdci dnešních počítačů se totiž datují již dávno do doby před naším letopočtem. Jednoduchá mechanická pomůcka zvaná abakus, se kterou se většina z nás setkala někdy během raného dětství, není nic jiného než obyčejné počitadlo, na kterém se přesouvají kuličky určitého číselného řádu z jedné strany na druhou. Dříve byly kuličky nahrazeny kamínky a odtud vznikl název kalkulačka, ze starořeckého slova calculli, tedy kámen. Poté však nastalo dlouhé období klidu, kdy po mnoho století nedošlo k žádnému zjednodušení v počítání. Takový klid před bouří, chtělo by se říci. Pak se to ovšem rozjelo.

Smilování nad tatínkem

V 17. století byly objeveny logaritmy, jež umožňovaly převést komplikované násobení a dělení na lehčí sčítání a odčítání a vznikly tak vůbec první logaritmické tabulky. O dvacet let později se Blaise Pascal smiloval nad svým otcem, královským výběrčím daní trávicí celé večery počítáním, a rozhodl se sestavit mechanickou kalkulačku zvanou paskalína, která byla dlouho mylně považována za vůbec první na světě a která zásadní mírou přispěla k budoucímu rozvoji. Ještě na konci stejného století se Pascala rozhodl následovat německý filozof a matematik Gottfried Leibniz, jenž představil vynález umožňující dokonce násobit a dělit a srdce celého mechanismu tvořil ozubený válec, jakýsi pevný program, který se dal ovšem vyměnit. Tento důmyslný systém nebyl překonán více než 100 let.

Otec počítače

To už se ale pomalu dostáváme zpět k příběhu Charlese Babbage, který u své petice neuspěl a na oplátku se začali londýnští flašinetáři scházet pod Charlesovými okny a vyhrávat tam co možná nejhlasitěji. Snad i tento fakt rozhodl, že se mladík s o to větším zápalem pustil do ambiciózní stavby prvního mechanického počítače na světě. Svůj nápad předvedl britské vládě, která byla projektem nadšená a investovala do něj značné množství peněz, ale ani po deseti letech nebyl stroj více jak z pětiny hotový a k tomu se Babbage pohádal se svým kolegou, čímž celý projekt ztroskotal. Avšak Charles to nehodlal vzdát a upřel pohled k ambicioznějšímu cíli, analytickému stroji, který měl být univerzálnější, programovatelný a mnohem komplexnější. Bohužel i tento nápad zůstal pouze v mysli a na papíře autora, nicméně v roce 1991 se podle Babbageových originálních plánů podařilo sestavit plně funkční přístroj, a tak je Brit alespoň právem považován za otce počítače. Za zmínku jistě stojí i fakt, že nejbližším spolupracovníkem slavného matematika byla překvapivě žena, dcera anglického básníka Byrona, Augusta Ada, na jejíž počest pojmenovalo americké ministerstvo obrany v 70. letech nový programovací jazyk ADA. Pokud vás první programátorka zaujala, můžete se o ní dozvědět více již ve vydaném článku našeho časopisu.

Babbageův diferenční počítač

Děrné štítky razí cestu vpřed

Počátkem 19. století vymyslel francouzský tkadlec hedvábí děrné štítky, kterými řídil chod jeho tkacího stavu. Z vlastního vynálezu se stal hit, každopádně musíme si počkat dalších 80 let, než důlní inženýr Hermann Hollerith, ambiciózní syn německého přistěhovalce, vyvine elektromagnetický a třídící stroj pro vyhodnocování děrných štítků a posune tak vývoj mílovými kroky kupředu. Psal se rok 1889 a se svým strojem vyhrál konkurz na sčítání lidu ve Spojených státech, v té době již běžně elektrifikovaných. Tehdy neměl nejmenší tušení, že se jeho vynález bude používat až do konce 80. let minulého století. Mimochodem, stejný muž založil firmu, z nichž se po několika proměnách stala věhlasná IBM, o které se ještě v článku zmíníme.

SAPO není saponát

O počítačích vzdáleně podobné těm dnešním začínáme hovořit s příchodem druhé světové války. Ačkoliv byl tento konflikt nejstrašnější tragédií v historii lidstva, je nepopíratelným faktem, že v oblasti vědy a techniky došlo k výraznému pokroku. Velké světové mocnosti se začaly předhánět ve vojenském výzkumu, jenž neminul ani výpočetní techniku. Vývoj počítačových systému se rozděluje zpravidla do několika generací, z nichž se každá vyznačuje různými parametry jako je rychlost (počet operací za sekundu), velikost a zejména typ použitých součástek. Ještě před vypuknutím války zkonstruoval tým německých inženýrů v čele s Konrádem Zusem první skutečný kalkulátor na světě zvaný V1, po válce přejmenovaný na Z1, a dal tak za vznik základu nulté generace počítačů využívající relé, součástky sestavující se z cívky a spínače, která působením elektrického proudu sepne či vypne okruh. Během Hitlerova tažení Evropou sestrojil britský matematik Alan Turing se svým týmem první verzi vysoce utajovaného počítače Colossus, s jehož pomocí byly rozluštěny šifry vytvořené německým šifrovacím přístrojem Enigma. Ačkoliv Turing zachránil Anglii, v průběhu 50. let se přiznal k homosexualitě a po nedobrovolné hormonální léčbě spáchal sebevraždu (více se o Turingovi dočtete zde). Mezitím na druhé straně oceánu sestavoval Howard Aiken za spolupráce IBM a Harvardovy univerzity zařízení Mark I, elektromechanický počítač obřích rozměrů, který zvládl operovat již v jednotkách sekund a třeba takový výpočet hodnoty sinu mu trval kolem necelé minuty. Naštěstí ani vědci v tehdejším Československu nezaháleli a o 13 let později zhotovili SAPO, první SAmočinný POčítač na našem území. Vlastně se jednalo o tři shodné počítače mezi kterými se porovnávaly výsledky a pokud byl alespoň ve dvou případech výsledek stejný, pak se považoval za správný. Bohužel o tři roky později se od jiskřících kontaktů vzňal olej, jímž se relé v té době promazávalo a celé zařízení vyhořelo.

Americké monstrum

Nicméně to jsme omylem předběhli dobu, kdy přišla na řadu první generace počítačů, v pořadí již druhá (proč počítat od jedničky, když můžeme počítat od nuly, že), jež využívala elektronky namísto relé. Za prvního reprezentanta takovéto generace se dá považovat ENIAC, americké monstrum o hmotnosti 40 tun chlazené dvěma leteckými motory, které vůbec poprvé pracovalo podobně jako dnešní komputery. To se psal rok 1944. V té době byly počítače stále poměrně neefektivní, velmi drahé, velké a pomalé. Stále neexistovaly operační systémy ani programovací jazyky. Zkrátka pravěk řekli bychom. To se však již mělo brzy změnit.

ENIAC – první zařízení pracující podobně jako dnešní počítače

Doba velkých změn

Když byl v prosinci 1947 vynalezen tranzistor, málokdo tušil, jakou mírou tato součástka ovlivní budoucí svět elektroniky. Nastal okamžik, kdy až do dnešních dnů dochází k postupnému zmenšování rozměrů, zvyšování rychlosti a snižování ceny počítačů. Ocitli jsme se v období druhé generace počítačů, vznikají první programovací jazyky, vyvíjí se operační systémy a počítače začínají pracovat v takzvaném dávkovém režimu, kdy se programy a data řadí do fronty a komputer si je sám přelouská. Je sestrojen první sériově vyráběny počítač na světě UNIVAC, kterého bylo celkem dodáno z dnešního pohledu směšných 46 kusů. I u nás se slavil úspěch, když konstruktéři spustili EPOS, nikoliv veršovanou skladbu, ale elektronický počítač zvládající až 30 tisíc operací za sekundu.

Lepší zítřky

Na konci padesátých let napadlo Američana Jacka Kilbyho sdružit na jeden čip více tranzistorů, čímž vznikl první integrovaný obvod, který poté charakterizoval celou třetí generaci. Jak předpověděl Gordon Moore již před půl stoletím, počet tranzistorů na integrovaném obvodu se každých 18 měsíců zdvojnásobí a toto pravidlo je stále aktuální. Však také jednou Moore situaci glosoval a pronesl:
„Moorův zákon je porušení Murphyho zákonu. Všechno bude lepší a lepší.“
Počítače již zvládají provádět několik úloh současně, takzvaný multitasking, klesá spotřeba energie i cena. Velký průlom nastal v roce 1964, kdy společnost IBM představila svůj vlastní počítač System 360, první moderní a komerčně úspěšné zařízení, které umožňovalo postupnou modernizaci součástek včetně procesoru.

Amerika určuje technickou vyspělost

Vývoj počítačů nabral po nástupu mikroprocesorů doslova raketové tempo. Málokdo si tehdy pomyslil, že by si jednoho dne mohl pořídit počítač a ten třeba umístit na stůl, jenž by jej dokázal bez problému unést. Jen o pár let později bylo ale vše jinak a osobní počítače se masově rozšířily po celém světě. Největší zásluhu na tom všem měl již několikrát zmiňovaný americký obr IBM, který využil svých hodnotných zkušeností na poli firemních počítačů a vyrobil IBM PC, čímž reagoval na úspěch firem Commodore, Atari, Apple a dalších. Protože IBM zcela volně zveřejnila technickou dokumentaci, došlo vzápětí k rychlému rozvoji klonů, které radikálně zvýšily dostupnost komputerů pro širší masy lidí. Aby byly počítače uživatelsky přívětivější, vznikly první grafická rozhraní, kterým kraloval Microsoft a Apple. Trendem se stalo neustále zrychlování a zvětšování paměti spolu se zmenšováním součástek, hmotnosti a ostatně také ceny. To už jsme ovšem dospěli do bodu, který se dá označit jako současnost. Co se ale bude dít dál?

IBM PC – základ stolních počítačů

Pátá generace

Pátá generace je zatím budoucnost. Nikdo přesně neví, jak bude vypadat, ale počítá se s rozšířením umělé inteligence a vynálezem kvantových počítačů. Nyní jsou to pro nás těžko představitelné věci, nicméně nesmíme zapomenout, že lidská touha něco si zjednodušit vede k mocným výsledkům. Vždyť všechny ty stovky lidí, kteří před námi usilovně přemýšleli jak něco zařídit lépe, nás dovedly k současnému světu. Dohromady tvořili součást obří skládačky, kdy každý dílek navazuje na ten předchozí a díky kterým máme tu možnost užívat si moderního života. Třeba i kvůli flašinetářům rušící Charlese Babbageho při práci máme tu šanci řešit Progtestové úlohy. Nicméně teď je řada na nás, jaký dílek zasadíme do skládačky my.

 

Foto: úvodní foto koláž, images4.alphacoders.com, upload.wikimedia.org, ds-wordpress.haverford.edu, 101101.io, joernluetjens.de

SdíletShare on Facebook8Share on Google+0Tweet about this on TwitterEmail this to someone
mm

Jan Steuer

Jsem student prvního ročníku a stejně jako mě baví ťukat kód do klávesnice, tak mě i baví vykonávat nějakou kreativní činnost. Ve svém životě se snažím být aktivní, a tak se řídím anglickým mottem "live the adventure". Rád lezu po horách, jezdím na kole a trávím čas se svými přáteli. Nejlépe to všechno najednou a s foťákem a pivem v batohu. Kontaktovat mě můžete na steuejan@fit.cvut.cz.