Na začátku byla potřeba počítat rychleji rovnice o více neznámých a idea, že elektronicky to půjde rychleji. A tak John Atanasoff vytvořil první elektronický počítač.
U mnoha důležitých vynálezů se různé národy předhánějí v tom, který z jejich synů s tím či oním přišel jako první. A tak tu máme spory o autorství žárovky, bezdrátové telegrafie, no a ani u počítače to není jiné. Své vám o tomto prvenství řeknou Němci, případně Angličané, možná i Rusové. Jasno v tomto bodě mají i Bulhaři a částečně i Američané. První elektronický počítač postavil John Vincent Atanasoff.
John Vincent Atanasoff (foto: Profimedia)
Tanec mezi univerzitami
Dědeček pana vynálezce byl prostým bulharským vesničanem zabitým tureckými vojáky během povstání za nezávislost v dubnu 1876. Povstání samo sice nezávislost Bulharsku nepřineslo, ale brutalita jeho potlačení nakonec v roce 1878 přesvědčila velmoci, aby sultánovi domluvili a samostatné Bulharsko se stalo realitou.
John Vincent Atanasoff
Fyzik, vynálezce, tvůrce prvního elektronického počítače.
- narození: 4. října 1903
- úmrtí: 15. června 1995
- původ: USA (otec z Bulharska)
Jeho syn Ivan Atanasov už se již tedy Turků obávat nemusel, přesto hmotná tíseň vedla rodinu k emigraci do Spojených států v roce 1889. Atanasov si lehce pozměnil své jméno a vystudoval inženýrství na Colgate University, což u emigranta z chudé evropské země překvapuje. Ve stejném roce se oženil s Ivou Lucenou Purdyovou, učitelkou matematiky na základní škole a o tři roky později se jim narodil syn John, nejstarší z jejich sedmi dětí.
John se od dětských let zajímal o matematiku, což u syna učitelky tolik nepřekvapí. Leč u Johna nešlo jen o takové dětské zaujetí, ale, jak ukázala budoucnost, o výrazný talent. V deseti letech jej zaujalo logaritmické pravítko, které si jeho otec právě zakoupil. Přečetl si návod a naučil se s ním počítat. To jeho matku překvapilo, takže mu pomohla se studiem vysokoškolské učebnice algebry, která jeho otci zůstala po studiích. Zvládl jak logaritmy, tak základy infinitezimálního počtu, tedy derivací a integrálů, s čímž bojují i mnozí vysokoškoláci.
S ohledem na zmíněné schopnosti asi nepřekvapí, že střední školu vystudoval během dvou let, přičemž z matematiky i fyziky měl za „A“, což je v Americe to nejlepší, co můžete získat. Stejné to bylo se studiem elektrického inženýrství na floridské univerzitě, kde získal bakalářský titul v roce 1925. K získání inženýrského titulu přešel na Iowa State College. Kromě toho titulu se zde i v roce 1926 oženil s Lurou Meeksovou. A aby s tím slalomem po univerzitách nebyl konec, na University of Wisconsin si udělal doktorát.
Chce to rychlejší výpočty!
Při své doktorandské práci (tématem byla polarizace Helia v elektrickém poli) narazil na tehdy dost obvyklý problém. Jak rychle počítat? Téměř jakékoliv vědecké pojednání se „zvrhlo“ v řešení soustavy lineárních rovnic. Což o to, princip takového řešení není náročný. Ale problém je, že s tehdejšími mechanickými kalkulačkami to trvalo neúměrně dlouho, nehledě na fakt, že ony kalkulačky neoplývaly přesností.
„Pro výpočtáře to trvá téměř osm hodin, aby vyřešil soustavu osmi rovnic o osmi neznámých. Soustava dvaceti takových rovnic by proto zabrala 125 hodin řešení. O řešení rozsáhlejších soustav rovnic o deseti a více neznámých se proto mnozí ani nepokouší.“ Toto řekl Atanasoff o své motivaci zabývat se metodami co nejrychlejších výpočtů. A k tomu se nejlépe hodí co? Přece nějaký vhodný automatický počítací stroj.
I v pokročilém věku si John Vincent Atanasoff zjevně užíval technologií. Všimněte si jeho hodinek. (foto: Profimedia)
Nejprve to zkusil s mechanickými stroji. Experimentoval s Monroeovými kalkulačkami a s tabulátory od IBM, ale nic z toho jej nepřesvědčilo. Nějak to nebylo ono. Poté, co byl jmenován profesorem na univerzitě ve státě Iowa, pustil se do testů i se svými studenty, dokonce zkoušeli mechanické kalkulačky zapojovat paralelně, ovšem s poznatkem, že výpočty probíhají stále příliš pomalu. Atanasoff v roce 1936 vynalezl i svou vlastní verzi mechanické kalkulačky, zvanou Laplaciometer, nicméně ani tento malý analogový kalkulátor jej neuspokojil.
Musí se na to binárně a elektronicky
Výsledky hovořily jasně. Mechanika je příliš pomalá. Rozhodl se proto vytvořit počítací stroj, který by nebyl mechanický, ale plně elektronický. Původně sice uvažoval o analogovém elektronickém přístroji, ale nakonec se rozhodl pro stroj digitální. Ten nápad nedostal jen tak někde, ale v místech, kde podobné ztřeštěné nápady vznikají možná až příliš často. V hospodě. A zapsal si jej na ubrousek. Pokud někdo shledává zajímavou podobnost s historií firmy Compaq, tak ano, také nápad na její první klíčový produkt vznikl alkoholickým brainstormingem. Těžko říci, jaký nápoj motivoval pány z Compaqu, u Atanasoffa to prý byl bourbon.
John Atanasoff zamlada, kdy sbíral jeden univerzitní titul za druhým (zdroj: Wikimedia, Eye Steel Film, CC BY-SA 2.0)
Atanasoff přišel se čtyřmi základními principy, které od té doby tvoří základ moderních počítačů. Jeho počítací stroj, neboli počítač, měl být především binární. To byla na svou dobu převratná myšlenka, protože jiné podobné tehdejší stroje počítaly v desítkové soustavě. Další základní myšlenkou bylo, že veškeré výpočty budou řešeny pouze elektronicky. Mechanika ve stroji sice byla, v této době to jinak nešlo, ovšem striktní použití elektroniky pro samotné výpočty znamenalo velký krok správným směrem.
Třetím základním kamenem tohoto počítače měla být revoluční paměť. Její princip byl stejný, jako u pamětí dnešních DRAM – šlo o soustavu kondenzátorů, které po krátký okamžik uchovaly svůj náboj, který ale bylo třeba periodicky obnovovat. Ve své době i ještě dlouho po ní šlo o zcela novátorskou myšlenku. Atansoff se k ní dopracoval zvažováním různých tehdy dostupných metod – elektromagnetických relé, mechanických spínačů či elektronek. Ty by sice byly nejvýkonnější, ovšem z cenových důvodů je pro paměť použít nemohl.
Poslední, čtvrtý princip spočíval v realizaci binární aritmetiky. Na rozdíl od dosavadních enumeračních metod, kdy se výpočet v desetinné soustavě realizoval postupným přičítáním či odečítáním (na tomto principu pracují mechanické kalkulátory), bylo v binární soustavě možné aplikovat přímo binární logiku a výpočet tak mohl být mnohem rychlejší. V tomto kontextu je vhodné připomenout, že ani pozdější mamutí počítač ENIAC nepracoval v binární soustavě, nýbrž v desítkové.
Jak elektronický počítač začal řešit rovnice
Po celý rok 1938 Atanasoff pracoval na detailním elektronickém i mechanickém schématu. Ta mechanika tam byla nutná, protože například paměť byla realizována bubnem, na němž bylo ve dvaatřiceti kruzích sestaveno padesát kondenzátorů, celkem tedy 1600 v jednom bubnu – počítač měl celkově dva. Buben se otáčel šedesátkrát za sekundu, přičemž každý z oněch 30 kruhů zaznamenával jedno číslo o velikosti 50 bitů (dva kruhy navíc byly rezervní). Další mechanickou komponentou byla čtečka děrných štítků od IBM.
Začátkem roku 1939 Atanasoff požádal univerzitu o grant, který mu byl v březnu 1939 přidělen – celých 650 dolarů. Stavba prototypu mohla začít. Na celou tu práci nebyl Atanasoff sám, přizval si k tomu studenta Clifforda Berryho. Ačkoliv se počítač měl jmenovat ABC, tedy Atanasoff-Berry Computer, je třeba zdůraznit, že v tomto konkrétním případě to opravdu nefungovalo tak, jak se to občas stává – že profesor slízne smetanu z práce nadaného studenta. Po ukončení projektu ABC se Berry z dějin počítačů vytrácí, nic dalšího zásadního již nedokázal.
V říjnu toho samého roku měl Atanasoff hotový prototyp sestávající z pouhých jedenácti elektronek a samozřejmě mechanických prvků. Navzdory jeho jednoduchosti na něm Atanasoff dokázal demonstrovat, že elektronický počítač je realizovatelný, bude-li samozřejmě více peněz. Demonstrace dopadla dobře a finance se opět našly, konkrétně hezkých 5 330 dolarů.
V dalším roce se zrodil kompletní počítač ABC a testování mohlo začít. Počítač byl sestaven pro řešení systému lineárních rovnic – konkrétně 29 rovnic o 29 neznámých, ovšem zkoušely se na něm pouze menší systémy.
Počítač ABC neboli Atanasoff-Berry Computer. Originál se nedochoval, toto je replika, která je k vidění na Iowa State University (zdroj: Wikimedia, CC BY-SA 3.0)
Nebyl tedy univerzální pro jakýkoliv problém, ale pouze pro tento. Nebyl ani programovatelný – v paměti měl pouze hodnoty aktuálních dvou rovnic, vše ostatní se zaznamenávalo na děrné štítky. Operátor pak pomocí ovládacích přepínačů rozhodoval, jakou další operaci pro řešení problému zvolit, aby jednu z neznámých eliminoval pomocí klasické Gaussovy metody. Poté, co se mu to podařilo, pokračoval s dalšími rovnicemi (které musel nejprve nahrát do paměti), až získal konečný výsledek. Pokud by se někdo pokoušel s tímto počítačem vyřešit maximálně komplikované zadání o těch 29 rovnicích, trvalo by mu to dle odhadů asi týden. Bez počítače, pouze s mechanickou kalkulačkou, by šlo o desetkrát delší boj.
ABC je mrtvý, ať žije ENIAC
Co je však důležité, veškerou svou aritmetiku řešil počítač plně elektronicky a pracoval na základě výše uvedených principů. Jeho mechanická část nebyla nikdy plně dokončena, protože zapisování mezivýsledků na děrné štítky bylo značně nespolehlivé. Na univerzitě zkrátka chyběli zruční mechanici.
Všimněte si bubnu v horní části a množství elektronek vespod. Celek byl ale na svou dobu docela kompaktní (foto: počítač ABC, Wikimedia, Manop, CC BY-SA 3.0)
Elektronická část, sestávající se zhruba 300 elektronek, ale pracovala dobře. Stroj přesto nikdy své určení nesplnil. Atanasoff si jej nikdy nedal patentovat a v roce 1942 byl povolán námořnictvem k práci na měřících přístrojích. Téměř funkční prototyp proto nakonec skončil ve sklepeních univerzity, kde jej po pár letech jakýsi student rozebral na součástky, aniž by tušil co vlastně likviduje.
Ačkoliv stroj fungoval, je třeba říci, že šlo o značně omezené zařízení. Především v něm stále hrály zásadní roli mechanické části. Zatímco elektronika fungovala s bleskovou rychlostí, jakýkoliv přístup do mechanické paměti byl zoufale pomalý a likvidoval veškerý uspořený čas. Stejné to bylo se zapisováním mezivýsledků na děrné štítky. No a samozřejmě nesmíme zapomínat na to největší omezení – stroj nebyl univerzálně programovatelný.
Navzdory těmto omezením šlo v té době o naprosté novum. I další vědci z oboru se na tento stroj jezdili dívat a experimentovat s ním – mimo jiné i John W. Mauchly. Důležitost jeho návštěvy vyšla najevo mnohem později. V roce 1947 si totiž s kolegou Presperem Eckertem nechali patentovat počítač ENIAC, který byl sice mnohem vyspělejší a plně programovatelný, leč založený na stejných základních principech, jako ABC. Atanasoff, který si ABC patentovat nenechal, tento patent napadl a začala téměř dvacetiletá anabáze.
Prvenství univerzálního elektronického počítače patří stroji ENIAC, ten ale vycházel z principů výpočtářského ABC (foto: ENIAC, Wikimedia, volné dílo)
Je to velmi paradoxní, ale právě tento patentový spor nakonec vedl k připomenutí jeho díla, protože v této době byl ABC již bezpečně zapomenut a Atanasoff jakožto průkopník počítačů nikde nefiguroval.
Dál už jinou cestou
Až v roce 1973 byl patent na ENIAC zrušen a soud potvrdil, že tento stroj nemůže být považován za původní, protože mnohé ze svých základních nápadů zkrátka zdědil. Atanasoff sám se k počítačům po válce již nevrátil, vyvíjel různá seizmografická či barometrická měřidla pro registraci atomových výbuchů a později, v šedesátých letech, si užíval důchod. Dokonce i do pravlasti svého otce se podíval, a to hned dvakrát, v letech 1975 a 1985. Navzdory tehdy panujícímu komunismu byl přivítán se slávou a dokonce je po něm pojmenováno bulharské vědecké ocenění.
Dožil se požehnaného věku, zemřel až v roce 1995. Měl tedy možnost sledovat zrod mikropočítačové revoluce. Ačkoliv moderní mašinky jsou svým výkonem ze zcela jiného světa, přesto se svému prapředkovi, který pracoval s rychlostí 60Hz a 30 matematických instrukcí za sekundu, v základních principech podobají. A když si uvědomíme, že od vzniku toho dávného primitivního počítače uběhla doba odpovídající průměrné délce jednoho lidského života, tají se nám nad tou rychlostí pokroku dech.
Přečtěte si o dalších osobnostech počítačové historie:
