„Az a vágy, hogy gazdaságosabbá tegyék az aritmetikai számításokat az idő, és szellemi erőfeszítés szempontjából, valamint, hogy kiszűrjék az ember hibára való hajlamát, valószínűleg egyidős magával az aritmetika tudományával.” Howard H. Aiken

Howard H. Aiken, a Mark I. atyja

avagy

Babbage gépe életre kel

Howard H. Aiken 1900. március 9-én született az USA New Jersey államában, Hobokenben, de Indianapolisban nőtt fel. Miközben a Wisconsin egyetemre járt, már dolgozott a helyi villamos műveknél. 1923-ban kapott BS diplomát. A Master szintet 1937-ben érte el a Harvardon, és ugyanitt szerzett doktori fokozatot fizikából 1939-ben.

A címben említett Charles Babbage az 1800-as évek közepén alkotott, és őt tekinthetjük az első általános célú számítógép megalkotójának. Erről bővebben lehet olvasni az Ada Byronról szóló cikkemben.

Babbage csillagászati számításokat végzett, és bizony ennél a munkánál elég monoton módon kell napokig számolni, számolni, számolni. Ráadásul mindig becsúszhat egy hiba is, ami miatt elölről kell kezdeni az egészet. Nem csoda, hogy hozzálátott megalkotni egy gépet, amelyik gyorsan, és tévedés nélkül elvégzi ezt a munkát. El is készült a differenciál gép terve, de maga a gép sosem készült el, mert Babbage túlságosan nagyratörő terveihez nem volt meg a szükséges technika.

De Babbage elkészítette az analitikus gép tervét is, ami kiemeli őt az akkori tervezők közül. Ez a gép ugyanis nem csak egyféle számítás elvégzésére képes, mint kortársai, hanem lyukkártyával bármely művelet programozható számára. Ezzel a géppel is az volt a baj, mint az elődjével, így Babbage életében ez sem lett kész.

Babbage (jobbra) egyébként elég boldogtalan ember volt. Biztosan javított volna a kedélyén, ha megtudja, hogy 100 év múlva az ő gépeit használják az emberek. (A vissza a jövőbe c. film jut eszembe, amikor a Doki meglátja a fluxus kondenzátort. „Működik! Működik! Végre feltaláltam valamit, ami működik!”)

A történet ott kezdődött, hogy 1929-ben Benjamin D. Wood, a Columbia Egyetem kutatási hivatalának vezetője rávette az IBM akkori vezérigazgatóját, Thomas J. Watsont, hogy alapítsa meg a Columbia Egyetem Statisztikai Hivatalát (Columbia University Computing Bureau).

1931-ben itt helyezték üzembe a "differencia-tabulátorként" emlegetett szerkezetet (lent), amely gyakorlatilag Babbage differencia gépének egy modernizált változata volt. A Hivatal ügyfelei közé tartozott gyakorlatilag minden lényeges észak-amerikai felsőoktatási intézmény: a Columbia Egyetem, a Carnegie Alapítvány, a Yale, a Pittsburghi, a Chicagói, az Ohiói, a Harvard, a California és a Princeton Egyetemek.

Nos, 1939-ben Aiken differenciálegyenleteket oldott meg vigasztalan monotonitással. Természetesen benne is felmerült, hogy mindezt automatizálni is lehetne. Már 1937-ben is foglalkozott tudományos számítógép tervezésével, és felállított négy alapkövetelményt a géppel kapcsolatban:

1. A gép legyen képes mind pozitív, mind negatív számok kezelésére.

2. Működése legyen teljesen automatikus, ne igényeljen emberi közreműködést.

3. Használjon különféle matematikai függvényeket, melyek az eddigieknél sokkal bonyolultabbak is lehetnek.

4. A matematikai műveletek sorrendjében végezze el a számítást.

Több számítógép gyártó, és a Harvard elnöke sem vállalta a gép megépítését, de az IBM kötélnek állt, és 1939-ben elkezdődött a MARK I. építése. Ez a gép szinte teljesen a Babbage féle analitikus gép megvalósítása volt, persze nem gőzgép hajtotta, hanem elektromos áram, és relék működtek benne.

A megvalósítást nehezítette, hogy közbejött a második világháború, ami alatt Aiken a haditengerészet parancsnoka volt, később ő vezette itt a Computing Project-et. Végül a gép 1944 májusában kezdett működni, és 15 éves pályafutása alatt rengeteg katonai célú számítást végzett el.

A Mark I. (lent) 72 változót tudott tárolni, mindegyik 23 jegyű lehetett, plusz az előjel. Ezen kívül 60 állandót is tárolt, ezeket külön kapcsolókkal, kézzel kellett beállítani. Egy másodpercig tartott egy összeadás, 6 s-ig egy szorzás, és 11 s-ig egy osztás. Az adatokat és műveleteket lyukszalagon kapta, és a kimenet is ilyen volt. Egy nap folyamatos működéssel egy ember 6 havi munkáját volt képes elvégezni.

A gép óriási volt. 15,3m hosszú, 2,4m magas, 31500 kg tömegű, 800 km huzalt, 3 millió kapcsolást tartalmazott, és olyan hangja volt, mintha százezer kötőtű csattogna a teremben. Az olvasó ezt a cikket valószínűleg egy kb. 5 kg-os asztali gépen, vagy egy 2 kg-os laptopon, vagy egy néhány dekás ipad-on olvassa, amely milliárdnyi adatot tárol, egy másodperc alatt billió műveletet végez, a bemenete billentyűzet és egér, a kimenet képernyő, vagy nyomtató, és
teljesen zajtalan. Ennyit fejlődtünk kb. 65 év alatt. De térjünk vissza 1944-be.

Ahogy készen lett a Mark I., máris kicsinek bizonyult, és Aiken megbízást kapott egy nagyobb, és gyorsabb gép elkészítésére. Csupán 2 év múlva már működött a Mark II. (jobbra), de Aikennek rá kellett döbbennie, hogy az elektromechanikus gépek ideje lejárt. A későbbi Mark III. már elektroncsövet is tartalmazott, így növelve a gyorsaságot és a megbízhatóságot, de még ez a gép is tartalmazott reléket (200 relé, 5000 elektroncső, 1300 dióda). Az adatokat és a programokat mágnesszalagról olvasták be, tárolóként mágneses dobegység működött, ami nyolc mágneses dobból állt, és 4200 tároló helyet tartalmazott. Az adatkiadást öt mágnesszalaggal vezérelt írógép végezte. 28 kHz-es ütemfrekvencia esetén a Mark III-nak egy összeadásra már csak négy, egy szorzásra tizenkét ezredmásodperc kellett. Kevéssel később Aiken megépítette az első teljesen elektroncsöves számítógépet, a Mark IV-et.

Persze nem csak a hardver fejlődött ekkor, hanem a szoftver is. Még 1944-ben a Mark I-en kezdett dolgozni Grace Murray Hopper (balra) "The Grand Old Lady of Software" (A szoftver nagyasszonya), "Amazing Grace" (Bámulatos Grace) "Grandma COBOL" (COBOL nagyi).

Az ő nevéhez fűződik az első gépi kódra fordító, ún. compiler program (1952), és Grace személyéhez kapcsolódik a "bug"  (bogár) szónak a hibákra való használata is. A történet anekdotába illő: Grace a Harvard Egyetemen a Mark II-n dolgozott csapatával. Egyik nap a gép nem működött, és hosszú keresés után kiderült, hogy az egyik relé érintkezői közé egy molylepke szorult. A technikusok kivették, és beragasztották a munkanaplóba, a következő aláírással: "Az első eset, hogy tényleg megtaláltuk a bogarat."

Aiken 1961-ben vonult vissza és Floridába költözött, ahol a Miami egyetemen az információ technológia tiszteletbeli professzorává avatták. Végül 1973. március 14-én halt meg.

Bár nevét a Mark I – IV. gépek kifejlesztése kapcsán emlegetik, úttörő munkát végzett a számítógépes nyelvek, parancsok, adatfeldolgozás, számítógépes áramkör elmélet, és a mágneses tároló eszközök területén.

A számoló automaták kifejlesztése tipikusan a (jó értelemben vett) lustaságból fakadt, és ezen kívül is nagyon sok fejlesztés melegágya az, hogy valamit kényelmesebb géppel végeztetni. Mindenkit csak bátorítani tudok arra, hogy kitalálja, mit lehetne még gépesíteni a munkájában. Lehet, hogy egy új iparág születik ezáltal!