Pierwszy komputer
Analizując historię maszyn liczących można zauważyć, że największy wpływ na początki rozwoju w dziedzinie automatyzacji liczenia miał bez wątpienia francuski matematyk i fizyk Blaise Pascal, który w roku 1642 roku skonstruował maszynę liczącą (sumator) o nazwie Pascalina. Znaczenie Pascaliny polegało na tym, że stała się ona wzorem dla konstrukcji następnych maszyn liczących.
Dzieło Pascala pokazało ówczesnemu światu, że taka czynność, jak wykonywanie operacji arytmetycznych, nie jest domeną przynależną tylko człowiekowi, ale może ją wykonywać także maszyna.
Pascalina, jak i wcześniejsza konstrukcja - sumator Schickarda, nie zastąpiły całkowicie człowieka w wykonywaniu czynności arytmetycznych, bo konstruktorzy tych maszyn nie postawili sobie takiego zadania. Pierwsza maszyna miała służyć poborcy podatkowemu, a druga astronomowi, jako pomoc w nużącym rachowaniu.
Odmienne przeznaczenie miała już Maszyna Różnicowa zaprojektowana i częściowo skonstruowana w dziewiętnastym wieku przez angielskiego matematyka, astronoma i mechanika Charles Babbage. W roku 1822 Charles Babbage w liście do Royal Astronomical Society zaproponował użycie maszyny do produkcji bardzo dużych tablic matematycznych, aby wyeliminować błędy popełnione przez człowieka przy przeliczaniu i redakcji tych tablic, a gdy uzyskał dotacje rządowe, przystąpił do realizacji swojego pomysłu. Maszynę tą można traktować, w stosunku do poprzednich maszyn liczących, jako kombajn arytmetyczny, który miał zastąpić pracę ok. 80 ludzi wykonujących operacje sumowania liczb wielocyfrowych przy liczeniu wartości wielomianów metodą różnic skończonych. Ludzie ci, zresztą, byli już wyposażeni w arytmometry mechaniczne.
Znaczenie Maszyny Różnicowej dla rozwoju techniki obliczeniowej było równie duże, jak Pascalina, gdyż była ona także wzorem dla konstrukcji następnych maszyn. Po drugie, była dowodem, że maszyny mogą wykonywać nie tylko pojedyncze działania matematyczne, jak w przypadku mechanicznego arytmometru, ale również bardziej złożone algorytmy matematyczne.
Maszyna Różnicowa była również przedkrokiem do ery komputerów i w pewnych elementach już przypominała komputer. Wystarczy przeanalizować jej konstrukcję i zasadę działania. Do rozpoczęcia pracy wymagała wprowadzenia danych wejściowych w postaci różnic początkowych, ustawiających stan początkowy maszyny (resetowanie maszyny), a po uruchomieniu wykonywała w sposób automatyczny i w powtarzającej się pętli, sumowanie poszczególnych różnic, wyliczając kolejne wartości wielomianu. Inaczej mówiąc generowała postać numeryczną funkcji wielomianu, a wyniki były wyprowadzane na zewnątrz w postaci wydruków tablic matematycznych. Jedno co jej brakowało, to możliwość programowania, ponieważ algorytm obliczania wartości wielomianów metodą różnic skończonych był zakodowany na stałe w konstrukcji maszyny.
Maszyna Różnicowa Charles BabbageSposób, w jaki pracę maszyny można programować, przedstawił francuski tkacz Joseph Marie Jacquard, konstruując krosno tkackie programowane przy użyciu kart perforowanych. Kod binarny umieszczony na tych kartach, określał działanie automatu tkackiego i umożliwiał uzyskanie na tkaninie praktycznie dowolnego wzoru.
W 1833 r. Babbage wzorując się na wynalazku Jacquarda opracował uniwersalną, programowaną maszynę liczącą przy użyciu kart perforowanych. Uważał, że maszyna licząca, dzięki programowaniu, będzie mogła realizować dowolny algorytm matematyczny w podobny sposób, jak to mogło robić krosno Jacquarda tkając dowolny wzór zakodowany w kartach perforowanych. Aby nadać maszynie cechy uniwersalności wydzielił w niej wyspecjalizowane bloki - arytmometr, pamięć, blok sterujący, urządzenia we/wy, czyli był to pierwszy projekt mechanicznego komputera. Nazwał go "Maszyną Analityczną". Na pomysł Maszyny Analitycznej Babbage wpadł w trakcie przedłużającej się budowy Maszyny Różnicowej.
Karta perforowana Maszyny AnalitycznejMaszyna Różnicowa Charles Babbage stała się wzorem dla konstrukcji kolejnych maszyn liczących, a Maszyna Analityczna była tematem rozważań teoretycznych dotyczących budowy uniwersalnej maszyny liczącej - komputera, gdyż praktyczne zbudowanie takiej maszyny według projektu Babbage (dziesiętna, oparta na przekładniach zębatych) była zbyt trudna do wykonania.
W dziewiętnastym wieku powstało wiele konstrukcji maszyn liczących opartych o dziesiętny mechanizm sumujący zbudowany z przekładni zębatych. Liczące maszyny mechaniczne miały bardzo uciążliwą wadę. Wymagały dużego nakładu pracy przy ich skonstruowaniu, precyzyjnych umiejętności budowy przekładni zębatych i innych elementów mechanicznych. Przy ich konstruowaniu potrzebny był odpowiedni park maszynowy, duże było zużycie materiałów, ale przede wszystkich wymagały dużych nakładów finansowych. Złożoność mechaniczna, niezwykła precyzja liczona w mikrometrach i uciążliwa konstrukcja była powodem, że Charles Babbage miał trudności z ukończeniem Maszyny Różnicowej, nie mówiąc już o maszynie analitycznej. Inni konstruktorzy, wzorujący się na Maszynie Różnicowej Babbage, obeszli tą trudność w ten sposób, że budowali tylko uproszczone modele. Przy dużych kombajnach obliczeniowych, taka maszyna ważyła kilka ton, składała się z kilku tysięcy elementów i miała duże rozmiary. Tworzyło to barierę, nie do przekroczenia dla kolejnych konstruktorów tych maszyn. Oznaczało to kres rozwojowy dużych mechanicznych maszyn liczących, lecz główna idea tych maszyn pozostała.
Metodą obejścia trudności konstrukcji dziesiętnych maszyn mechanicznych były prace niemieckiego matematyka Gottfrieda Wilhelma Leibniza z roku 1679 dotyczące możliwości wykonywania operacji arytmetycznych na liczbach w zapisie dwójkowym (ten sam, który w roku 1674 zaprojektował maszynę liczącą z mechanizmem przeniesienia cyfr, za pomocą koła ze zmienną ilością zębów). Zwykłe dodawanie, odejmowanie i mnożenie liczb dziesiętnych można było zastąpić bardzo prostym dodawaniem i mnożeniem 0 i 1. Najważniejszą jednak sprawą było to, że do realizacji dwójkowego systemu liczenia wystarczało znaleźć dowolne zjawisko fizyczne, w którym występują dwa dobrze określone stany. System dwójkowy (binarny) oznaczał kres problemów z ciężkimi i uciążliwymi mechanicznymi maszynami liczącymi opartymi o system dziesiętny. Wystarczało przejść z systemu dziesiętnego na system dwójkowy, a potem już tylko poszukiwać coraz lepszej metody realizacji dwójkowego systemu liczenia, przy zachowaniu dotychczas pozwanych ogólnych idei maszyn liczących. Warto przypomnieć, że prace Wilhelma Leibniza, dotyczące systemu dwójkowego, nie spotkały się w jego czasach z większym zainteresowaniem.
Fragmenty z opracowania Leibniza „Explication
de l'Arithmétique Binaire“ z 1703 r.W 1938 roku Konrad Zuse zbudował pierwszy mechaniczny komputer binarny (dwójkowy) o nazwie V1 (po wojnie zmienił nazwę na Z1, przez wzgląd na taką samą nazwę niemieckich pocisków V1), wykorzystujący binarną pamięć mechaniczną. Następnie powstają komputery wykorzystujące przekaźniki dwustanowe, lampy elektronowe, tranzystory. Komputery z biegiem czasu, coraz bardziej zaczęły przypominać te dzisiejsze, aż w 1971 roku przez amerykańską firmę "Intel" został opracowany komputer jednoukładowy Intel 4004 (przeznaczony do produkcji seryjnej) w postaci jednego układu scalonego. Odtąd nastała era mikroprocesorów - budowy głównego modułu komputera w jednym krysztale krzemu.
Krzemowy komputer jednoukładowy Intel 4004
Obudowa komputera jednoukładowego Intel 4004Wraz z nabyciem umiejętności budowania najważniejszej części komputera (jednostki centralnej) na małej powierzchni kryształu krzemu, ceny komputerów tak bardzo spadły, że stały się one dostępne dla każdego człowieka. Liczba możliwych operacji takiego krzemowego komputera z biegiem czasu tak urosła, że wiele z nich nie była wykorzystywana.
Nużące i niemiłe zajęcie człowieka, jakim jest rachowanie zostało całkowicie przejęte przez kalkulatory i komputery, tak jak człowiek tego oczekiwał.
Obecna forma komputera jest wyrazem wielu setek lat pracy człowieka nad skonstruowaniem maszyny, która zastąpiłaby go w wykonywaniu czynności matematycznych i dlatego komputer najlepiej potrafi liczyć, lepiej niż człowiek.
Jednak ludzie bardzo szybko zapomnieli, po co zrobili komputer i zaczęli sądzić, że równie dobrze jak liczyć zastąpi człowieka i w innych procesach umysłowych. Sądzono, że da się to zrobić bardzo szybko, poprzez znalezienie tylko odpowiedniego programu dla maszyny. Ale po początkowych zapaleńczych próbach okazało się, że nie jest to takie proste, aby maszynę, która bardzo dobrze liczy zmusić do innych operacji umysłowych niż kalkulowanie.
Problem myślącego komputera nie jest też prosty i z innego punktu widzenia. Rozważmy ten problem w następujący sposób. Człowiek chciał zrobić maszynę, która pomogłaby mu w wykonywaniu działań matematycznych i zrobił ją. Potem chciał zrobić maszynę, która zastąpiłaby pracę rachunkową wielu ludzi i zrobił ją. Co jeszcze człowiek mógłby pragnąć. Na pewno nie zrobić taką maszynę, która potrafiłaby myśleć, tak jak on, bo to nie jest w naturze człowieka. Każdy osobnik ludzki dąży do tego, aby być lepszym, bardziej niezastąpionym. Nasze życie to bezustanna konkurencja. Na pewno nie chciałby zrobić swojego konkurenta w postaci maszyny. Bardzo obawiałby się jej wtedy. Czułby zagrożenie z jej strony. A gdyby się okazało, że maszyna na pewnych etapie rozwoju maszyn myślących stałaby się w myśleniu lepsza niż on, jak teraz w rachowaniu, to jakby się poczuł?
Postawny problem jeszcze inaczej. A co mógłby człowiek jeszcze chcieć od maszyny oprócz wykonywania niewdzięcznej kalkulacji. Myślę, że oprócz kalkulacji, pragnąłby, aby komputer był w stanie zachować jego wiedzę, którą zdobył w ciągu całego życia i w ten sposób maszyna dałaby mu odrobinę nieśmiertelności. Zdolność do gromadzenia wiedzy człowieka, to jest kolejne zadanie jakie stoi przed maszyną. Czy można to uzyskać od super liczącej maszyny?.
Waldemar Wietrzykowski
Computational Neuroscience
Digital Intelligence Laboratory
email:
Zobacz też
- SymP - baza wiedzy dla techniki kosmicznej
- Wprowadzenie do opisu języka SymP
- Czy komputer potrafi myśleć?
- Myślące maszyny
- Kręgi Vesyper™
- "Biologiczna Sieć Pakietowa"™
- Telepatia
- Publications / Download
Linki
Copyright © 28.11.2007 net3plus
