XVII-wieczny komputer

Kto i kiedy wynalazł komputer? Na to pytanie niełatwo odpowiedzieć. Zakłada ono bowiem, że nowe odkrycia są dziełem jednego człowieka – genialnej jednostki, która przy pomocy swoich dzieł zmienia bieg historii. W rzeczywistości jednak, każdy wielki wynalazca korzysta z dorobku swoich poprzedników. Nawet najwybitniejsi nie mogą się również obejść bez pomocy i wsparcia współczesnych. Nie umniejsza to oczywiście zasług pojedynczych uczonych. Niemniej jednak, jeśli chce się odmalować bardziej realistyczny obraz odkrycia, trzeba wskazać więcej niż jedną osobę odpowiedzialną za wynalazek, a zamiast daty, opisać cały proces powstawania danej koncepcji czy też urządzenia.

Pierwszym, który zaprezentował w Europie koncepcję uniwersalnego systemu, który pozwalałby na przetwarzanie wszelkich pojęć obecnych w języku naturalnym przy pomocy maszyny opartej na systemie binarnym był Gottfried Wilhelm Leibniz. Oznacza to, że aby dotrzeć do korzeni współczesnych komputerów trzeba cofnąć się aż do XVII wieku! Jeśli zaś chcemy sięgnąć do źródeł mechanizacji procesów obliczeniowych, musimy sięgnąć jeszcze głębiej w odmęty historii.

Zanim ludzie zaczęli myśleć o maszynach przetwarzających wszelkie informacje (lub wręcz o myślących maszynach) stosowali urządzenia i techniki, które pomagały im w dokonywaniu prostych obliczeń. Pierwsze "liczydła" to prawdopodobnie zaledwie linie kreślone na piasku według przemyślanego systemu. Nie były zatem trwałymi urządzeniami, lecz koncepcją, która później pozwoliła na zbudowanie czegoś bardziej namacalnego. Takie ręczne maszyny mające swoją materialną formę nazywano dawniej abakusami. Były one znane już starożytnym Grekom, Rzymianom a także Chińczykom (i zapewne jeszcze kilku innym nacjom). Z biegiem czasu abakusy ulepszano, ale dopiero XVII wiek przyniósł bardziej znaczący postęp w tej dziedzinie.

Wtedy też w Europie upowszechniała się powoli tendencja do myślenia o myśleniu jako procesie mechanicznym. W 1655 roku Thomas Hobbes wyraził myśl per ratiocinationem autem intelligo computationen – "przez rozumowanie rozumiem rachowanie". Ujmował on myślenie jako takie jako proces obliczeniowy:

"Rachować zaś to w istocie tyleż, co tworzyć sumę z wielu rzeczy do siebie dodanych albo wyznaczać resztę po odjęciu jednej rzeczy od drugiej. Rozumować więc, to to samo, co dodawać i odejmować; zgodzę się też, jeśli ktoś do tego doda mnożenie i dzielenie, jako że mnożenie jest tym samym, co dodawanie rzeczy równych, dzielenie zaś tym samym, co odejmowanie wielkości równych, ile razy to jest tylko możliwe. Rozumowanie sprowadza się więc do dwóch czynności umysłu, do dodawania i odejmowania."

Poglądy Hobbesa były często krytykowane, a on sam w obawie przed konsekwencjami spalił część swoich rękopisów. Fragmenty jego dzieł świadczą jednak o dokonującej się w XVII wieku zmianie w sposobach ujmowania procesów myślenia. Była ona prawdopodobnie istotnym czynnikiem, dzięki któremu dokonał się rozwój maszyn liczących. Wskazywałby na to chociażby fakt, że wspomniana zmiana zbiegała się w czasie z powstaniem nowych urządzeń służących do wykonywania obliczeń.

W 1642 roku Blaise Pascal przedstawił swoją maszynę sumującą. Ponad 30 lat później swój wynalazek zaprezentował również Leibniz. 22 stycznia 1673 roku pokazał światu na forum Royal Society arytmometr – ręczną maszynę liczącą w systemie dziesiętnym. Równocześnie pracował nad calculus rationcinator czyli rachunkiem logicznym mającym być pierwszym krokiem do arytmetyzacji wszelkich pojęć. Gottfryd Leibniz jest uważany przez niektórych za jeden z najgenialniejszych umysłów nowożytnej Europy. Z pewnością nie można mu odmówić nie tylko inteligencji, lecz również pracowitości. Zainspirowany systemem dwójkowym, którego wynalezienie przypisywał Chińczykom, już w 1679 przedstawił koncepcję machiny cyfrowej (binarnej), w której gałki reprezentujące liczby wędrowały niczym kule bilardowe w systemie sterowanym przez coś, co można uznać za prymitywną wersję karty perforowanej. Przewidział, że te same operacje da się wykonać nawet bez kul. Jest to w zasadzie pierwszy konceptualny opis zasady działania komputera. Współcześnie, kule zostały zastąpione przez ładunki elektryczne. Generalny zamysł pozostał jednak z grubsza niezmieniony.

Niektórzy być może chcieliby wiedzieć w osobie Leibniza prekursora sztucznej inteligencji. Pogląd ten jest jednak trudny do utrzymywania. Gottfried Leibniz uważał, że "duszy" nie da się zredukować do mechanizmu. Na poparcie swojej tezy zaprezentował eksperyment myślowy nazywany od jego nazwiska "młynem Leibniza". Rozumowanie we wspomnianym eksperymencie było dość proste: wyobraźmy sobie, że umysł dałoby się powiększyć do rozmiarów młyna, do którego mógłby wejść człowiek. Filozof twierdził, że obserwator znajdujący się wewnątrz mógłby zobaczyć koła zębate, dźwignie, przekładnie i tłoki, ale nigdzie nie mógłby dostrzec niczego, co można by nazwać "myśleniem" lub "duszą". Nie może być ona zatem mechaniczna. Wniosek ten nie wynika jednak z przesłanek, a cały eksperyment jest zakamuflowaną tautologią. Leibniz musiał założyć a priori, że mechanizm nie może być "duszą", żeby stwierdzić, że obserwując maszynę nie da się jej zobaczyć. Eksperyment zaproponowany przez filozofa pokazuje, że mimo niewątpliwych zasług dla rozwoju komputerów, nie wierzył on w mechaniczność "duszy" i "myślenia".

Wracając do głównego wątku: wizja budowy cyfrowej maszyny analitycznej Leibniza nie mogła zostać urzeczywistniona bez systemu pozwalającego na wyrażanie rozmaitych pojęć w sposób mechaniczny. Sam Leibniz nigdy go nie opracował. Problemem zajął się ok. 150 lat później Charles Babbage. Jak utrzymywał, od 1812 lub 1813 roku zaczął myśleć o przeliczaniu maszynowym. Opracował system nazywany "notacją mechaniczną" i w 1834 rozpoczął pracę nad maszyną, której możliwości miały znacznie przekraczać możliwości arytmometrów. Maszyna miała móc zmieniać rejestry swojej pamięci wewnętrznej. Była też wyposażona w oddzielony od pamięci podzespół stanowiący centralną jednostkę przetwarzającą informacje. Sposób jej działania opierał się na wykorzystaniu kart perforowanych, znanych i stosowanych we włókiennictwie w maszynach Jacquardowskich. Pomysł Babbage'a uznaje się za pierwszą konceptualizację, a nawet za pierwszy poprawny projekt programowalnego komputera. Struktura urządzenia do złudzenia przypomina współczesne komputery z dyskiem twardym, procesorem (CPU – central processing unit) i mechanizmem wejścia (input device). Wynalazca przypisywał maszynie, którą chciał zbudować niezwykłą rolę. Uważał, że będzie można skutecznie odgadnąć boski zamysł poprzez obliczanie jego dzieł.

Babbage pracował nad maszyną analityczną do końca swoich dni dożywając wieku ponad 80 lat. W pracach pomagała mu Ada Lovelace – córka Lorda Byrona. Osiągnął jednak zaledwie część zaplanowanych rezultatów. Jego urządzenia były co prawda w stanie wykonywać nieco bardziej zaawansowane obliczenia, ale nie ma większych wątpliwości co do tego, że wynalazcy chodziło o coś więcej. Mimo wielkich ambicji wynalazcy, nie należy rozpatrywać pracy Babbage'a jako próby mechanicyzacji procesów "myślenia", lecz jedynie samej arytmetyki (choć wiemy, że wynalazca wiązał z nią wielkie nadzieje). Matematyczne podstawy analizy logicznej, niezbędne do przełożenia operacji wykraczających poza arytmetykę (takich jakie wykonują współczesne komputery), opracował George Boole. W 1847 roku wydał swoją pierwszą książkę na ten temat

Możliwości maszyny Charlesa Babbage'a musiały być ograniczone, lecz nawet jeśli był to tylko projekt będący realizacją pomysłu o mechanicyzacji arytmetyki (a nie myślenia jako takiego), jego urzeczywistnienie musiałoby być niezwykłym osiągnięciem wyprzedzającym swoje czasy. Czy stworzenie komputera w XIX wieku było realnym scenariuszem? W ramach obchodów 200-lecia urodzin Babbage'a, zespół naukowców pod kierownictwem Dorona Swade'a postanowił to sprawdzić. Swade podjął się próby rekonstrukcji projektu Babbage'a na podstawie jego rysunków z 1847 roku, przedstawiających projekt noszący nazwę "Maszyna różnicowa 2". Wykonano ponad 4 tys. elementów, które złożyły się na 3-tonową maszynę. Swade napisał w swoim artykule, w którym zdawał sprawę z przebiegu prac, że urządzenie: "bezbłędnie wykonało swoje pierwsze duże obliczenie i potwierdziło, że źródłem niepowodzeń Babbage'a były kwestie praktyczne, a nie błędne założenia projektowe".

Czy jest możliwe, że gdyby Charlesowi Babbage'owi udało się zgromadzić większe fundusze, pierwszy komputer do generalnego zastosowania powstałby o wiele wcześniej? Wiele na to wskazuje. Choć Babbage nie działał w próżni i wiele zawdzięczał swoim poprzednikom, rzeczywiście mógł być człowiekiem, który nieomal w pojedynkę zmieniłby bieg historii.

Źródła:

Daniel Dennett, Słodkie sny. Filozoficzne przeszkody na drodze do nauki o świadomości, Warszawa 2007, ss. 39-40.

Doron D. Swade, Redeeming Charles Babbage's Mechanical Computer, "Scientific American" 1993 February, Vol. 268, Issue 2, pp. 83-91.

Eugene Eric Kim & Betty Alexandra Toole, Ada and the First Computer, "Scientific American" 1999 May, Vol. 5 Issue 280, pp. 76-81.[http://www.cs.virginia.edu/~robins/Ada_and_the_First_Computer.pdf] [07.07.2015]

George B. Dyson, Darwin wśród maszyn. Rzecz o ewolucji inteligencji, Warszawa 2005.

Jörn Lütjens, The abacus – one of the oldest calculation devices [http://www.hh.schule.de/metalltechnik-didaktik/museum/abakus/luetjens-abacus.pdf] [07.07.2015].

[https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/6a/LondonScienceMuseumsReplicaDifferenceEngine.jpg] [07.07.2015]