Prvý počítač

Počítače sú dnes najdokonalejšie výrobky ľudských rúk. Svojím zameraním sú to univerzálne programovateľné automaty na spracovanie informácií. Predchádzajúca veta si zaslúži samostatný rozbor. Základný termín „automat“ znamená, že ide o stroj, ktorý môže pracovať nezávisle, autonómne, bez priameho riadenia človeka. Na rozdiel, povedzme, od auta, ktoré keď niekto neriadi, tak vlastne neplní svoju funkciu. Prívlastok „programovateľný“ zasa potvrdzuje, že činnosť počítača nie je nemenná , jednotvárna, ale že sa dá zásahom, výmenou programu obmieňať. Zo slova „univerzálny“ pre zmenu vyplýva, že škála programov je veľmi rôznorodá. Všetky však musia byť zamerané na „spracovanie informácií“ či už matematických, biologických, športových, ekonomických, vojenských či iných. Dnes už snáď ani niet oblasti ľudskej činnosti, z ktorej by sa informácie nespracúvali na počítačoch.
Počítač nie je ničím iným ako pokračovateľom tradície technických pomôcok pri výpočtoch, ktorá začala abakusom, gnomónom, sextantom a ďalšími. Do začiatku 17. storočia sa ich zostava vlastne nezmenila. Až na prahu priemyselnej revolúcie, za pohnutých spoločenských premien na konci feudalizmu, vznikali prvé pokusy zostrojiť dokonalejšie výpočtové prostriedky. Najperspektívnejšie sa ukázali snahy využiť rozvoj jemnej mechaniky na zostrojenie počítacieho stroja využívajúceho prevody podobné prevodom v hodinách.
Špičkové technické zariadenia vznikajú vždy v priamej súvislosti s riešením problémov nachádzajúcich sa na samých hraniciach ľudského poznania. V zhode s týmto tvrdením možno uviesť i históriu vzniku prvého počítacieho stroja.
V rokoch 1623-1624 zostrojil Wilhelm Schickardt, profesor na univerzite v Tůbingene, prvý počítací stroj ,ktorý by sme dnes výstižnejšie nazvali mechanickou kalkulačkou. Nie je známe či pracoval na Keplerovu objednávku, alebo ho až po skonštruovaní Keplerovi ponúkol, poznajúc možnosti jeho praktického využitia. Podľa všetkého však Kepler Schickardtov stroj nikdy nepoužil, lebo prvý exemplár zničil požiar a o osude (predpokladaných) ďalších dvoch nie je nič známe. Zachoval sa iba list Keplerovi s náčrtkom ,z ktorého vyplýva, že to bol „stroj pozostávajúci z jedenástich úplných a šiestich neúplných koliesok, ktoré dané čísla v okamihu zráta - sčíta, odčíta, násobí a delí“.

Podľa nákresu sa ho podarilo zrekonštruovať pre tůbingenské múzeum, čo je potvrdením pôvodnosti a životaschopnosti Schickardtovej idey.
Hoci sa Schickardtov stroj nerozšíril, zanedlho vznikol nový, oveľa úspešnejší pokus Blaisa Pascala. Pascal, ktorý je oveľa známejší inými svojimi výsledkami v matematike, objavil i možnosť využiť prevodové ústrojenstvo ozubených kolies na realizáciu aritmetických operácií znovu, nezávisle od Schickardta. Myšlienkou zostrojiť takéto zariadenie sa zaoberal údajne preto, že chcel oslobodiť svojho otca, daňového úradníka, od veľmi dlhých, často až do noci trvajúcich výpočtov. Prvý model stroja , nazvaného neskôr Pascaline, dokončil ako osemnásťročný v roku 1641. Fungoval, lenže jeho obsluha si vyžadovala nadpriemerné matematické i technické vedomosti. Časom sa Pascalovi podarilo konštrukciu zjednodušiť, takže v roku 1649 dostal kráľovské privilégium (dnes by sme povedali patent) na výrobu počítacích strojov. Vyrobil ich vyše päťdesiat, čo bola v tých časoch neobvykle veľká séria u akéhokoľvek technického výrobku. I to svedčí o rastúcej spoločenskej potrebe mechanizácie výpočtov. Niekoľko Pascalových kalkulačiek sa zachovalo až do dnešných čias. V roku 1673 predviedol Kráľovskej akadémii v Londýne svoj počítací stroj Gottfried Wilhelm Leibniz. Leibniz, jeden z najväčších polyhistorov všetkých čias, navrhol a zostrojil kalkulačku, ktorá vykonávala všetky štyri operácie veľmi spoľahlivo. To bolo obrovskou prednosťou oproti dovtedajším modelom, ktoré vinou materiálu i malej presnosti ozubených kolies boli veľmi poruchové. Dokonca aj Leibnizova kalkulačka pri prvom pokuse zlyhala. Leibniz však nepochyboval o správnosti svojej myšlienky , preto nešetril finančnými prostriedkami a zabezpečil si spoluprácu najlepších mechanikov svojich čias. Vďaka viacstupňovým prevodom, ktoré sám navrhol, posunul kvalitu počítačových strojov na vyšší stupeň. Výsledkom bol všeobecný úspech a členstvo v Britskej akadémii.
V nasledujúcich rokoch sa mnohí ďalší pokúšali zlepšiť Leibnizov stroj, ale významný pokrok spravil až Charles Xavier Thomas z východofrancúzskeho Colmaru. Nešlo mu ani tak o rozvoj matematického poznania ako o vlastný zisk. Bol totiž majiteľom dvoch poisťovacích spoločností, v ktorých zamestnával veľa počtárov. Šlo mu o to, aby ich nahradil strojmi, a tým ušetril na mzdách. To však nič nemení na skutočnosti že jeho kalkulačka predstavovala významný krok v technickom rozvoji. Jeho prvý „aritmometer“ z roku 1820 vynásobil dve osemmiestne čísla za 18 sekúnd a na delenie šestnásťmiestneho čísla osemciferným potreboval 24 sekúnd. Časom sa orientoval i na továrenskú výrobu aritmometrov a celkove ich vyrobil asi 1500.

Pokus o prvý počítač má svoje korene niekde, kde by sme to iste nečakali, a to v textilnom priemysle. Vo francúzskych textilných manufaktúrach sa totiž začiatkom minulého storočia objavili stroje, v ktorých sa tkanie vzoru riadilo páskou s vydierovanými otvormi. Podľa toho, či bol na páske otvor alebo nie, priečna niť sa prevliekala ponad alebo popod pozdĺžne nite a tým sa menil utkaný vzor. Tieto (podľa výrobcu nazvané Jacquardove) textilné stroje sa tak stali vlastne prvými programom riadenými automatmi na svete. Základným nedostatkom kalkulačiek je skutočnosť že síce po zadaní čísel a určení príslušnej operácie rýchlo vypočítajú výsledok, lenže zadávanie čísel , určovanie operácií i zaznamenávanie výsledkov musí vykonať obsluha. Riadenie procesu teda naďalej zostáva na človeku. Pokiaľ by stroj prevzal na seba aj riadenie (t.j. starosť o medzivýsledky a poradie operácií), stačilo by iba zadať vstupné údaje a stanoviť postup pri ich spracovaní. Stroj by si už sám kontroloval priebeh výpočtu zaznačoval medzivýsledky a v potrebnej chvíli ich využil predpísaným spôsobom. Človeku by oznámil až definitívny výsledok. Stroj, ktorý by mal toto dokázať, by musel mať okrem operačnej jednotky (ktorá by i naďalej slúžila na vykonávanie aritmetických operácií) i ďalšie dve zložky: pamäť na ukladanie medzivýsledkov a riadiacu jednotku , ktorá by určovala, ktorú operáciu vykonať ako nasledujúcu a ktoré údaje z pamäti pritom použiť.
Prvým človekom, ktorý prišiel na túto myšlienku, bol Charles Babbage, jeden z najväčších z neuznaných géniov všetkých čias. Ako každý génius, aj on predbehol dobu, a tým sa dostal do rozporu s ňou. A ako každý neuznaný človek ,aj on vinil za tento rozpor iba dobu. Treba priznať, že okolie o jeho kvalitách nepochybovalo a jeho život bol bohatý na pocty a uznania. V roku 1827 (ako 36 ročný) dostáva za svoje vedecké výsledky miesto profesora matematiky na cambridgskej univerzite, na jeho pokusy o zostrojenie počítača sa (nenávratne) minuli obrovské štátne prostriedky a do okruhu známych patrili napr. vojvoda z Wellingtonu, Darwin, Dickens, Fourier a ďalšie svetoznáme osobnosti. Jeho prvým cieľom bolo zostrojiť stroj tzv. Difference Engine, ktorý by diferenčnou metódou vypočítaval hodnoty polynómov a tlačil príslušné tabuľky. Dôvod, prečo navrhoval počítať hodnoty polynómov , bol veľmi jednoduchý : pojem funkcie sa v tých časoch stotožňoval s pojmom polynómu. Teda stroj ,ktorý by vedel vypočítať hodnoty ľubovoľného polynómu v ľubovoľnom jeho bode, vedel by (podľa vtedajších predstáv) vypočítať hodnotu ktorejkoľvek funkcie.

Dnes vďaka Weierstrassovi , vieme , že toto tvrdenie je dostatočne presné iba pre spojité funkcie. V roku 1822 Babbage zostrojil zjednodušený prototyp, ktorý umožňoval tabelovať polynómy druhého stupňa s celočíselnými koeficientmi, úspešne ho predviedol a získal podporu vlády, ktorá verila vo využitie stroja pre námorníctvo. Projekt sa v roku 1833 skončil neúspechom. Príčinou bola nedokonalá technológia, ktorá neumožňovala zabezpečiť stabilitu mohutného stroja , zaistiť potrebnú presnosť jeho súčastí ani synchronizáciu pohybu ohromného množstva ozubených kolies, jednak sám Babbage, nestály , nesystematický ,neustále meniaci svoje plány. Babbage sa z neúspechu poučil a pustil sa do nového projektu, ktorý predstihol svoju dobu aspoň o sto rokov. Na novom projekte Analytical Engine pracoval už počas „dokončovania“ Difference Engine. V roku 1837 sa dopracoval k myšlienke univerzálneho číslicového počítača, ktorý mal obsahovať vstup a výstup(prostredníctvom diernych štítkov), operačnú jednotku (zvanú mill - mlyn), riadenú programom zapísaným tiež na diernych štítkoch. Významným zdrojom informácií o jeho myšlienkach je článok ,ktorý na základe Babbageovho výkladu a nákresov napísal taliansky inžinier L.F.Manebrea. Tento článok preložila a poznámkami doplnila Babbageova priateľka Augusta Ada , dcéra lorda Byrona, matematička vychovaná de Morganom. Zaujímavé sú Adine kritické myšlienky: „Analytical Engine nepretenduje na to, vymyslieť niečo nové. Môže iba vykonať čokoľvek , čo mu vieme prikázať, aby vykonal. Dokáže sledovať riešenie ,ale nemá schopnosť akceptovať analytické vzťahy alebo tvrdenia.“ Jeho úlohou je pomáhať nám realizovať to, čo už doteraz poznáme.
Babbageove projekty skončili neúspechom a on sám dožil v samote roztrpčený nad nevďakom spoločnosti, ktorá ho časom začala považovať za čudáka a poloblázna.
Jeho idey však inšpirovali ďalších:
Škótsky účtovník P.Lutgate: upresnil predstavu o programe ako o postupnosti štvoríc na diernej páske. Zložkami štvorice mali byť: symbol operácie, oba operanty a premenná , do ktorej treba zapísať výsledok.
Prezident Španielskej akadémie vied L.Torres: rozpracoval i schému ako podmienený príkaz, bez ktorého nie je možná realizácia zložitejších výpočtov. Zostavil prvý šachový stroj s mechanickou rukou na posúvanie figúr. Stroj dokázal hrať koncovku - kráľ s vežou proti kráľovi.
Posledným predchodcom počítača sa stal diernoštítkový stroj vyvinutý Hermanom Hollerithom v roku 1888.

Spojil Babbageovu myšlienku zakódovania čísel do diernych štítkov s Jacquardovou myšlienkou riadenia strojov pomocou nich a celý princíp zdokonalil tým , že na zisťovanie obsahu štítkov použil elektromagnetický záznam. Tým že sa „ohmatávanie“ štítkov mechanickými hrotmi zmenilo na kontrolu spojenia v elektrickom obvode, ktorým štítok prechádzal, vyhodnocovanie sa spresnilo , nedochádzalo k poškodeniu štítkov a aj rozpoznávanie obsahu sa značne urýchlilo. Výpočtové operácie, ktoré diernoštítkový stroj vykonával, tvorilo sčítanie, sumarizovanie všetkých dosiaľ prečítaných hodnôt a ich registrovanie. Víťaznú cestu svetom nastúpil diernoštítkový stroj po sčítaní ľudu USA v roku 1890.
Hollerith svojím diernoštítkovým strojom dokázal v roku 1890 v rekordne krátkom čase šiestich týždňov vyhodnotiť výsledky nového sčítania ľudu. Povzbudený úspechom založil spoločnosť na výrobu diernoštítkových strojov, ktorá je dnes známa pod názvom International Bussiness Machines (IBM) a je najväčším výrobcom počítačov na svete. .