Analóg számítógépek

Mikor épült az első számítógép?

Mindenki, aki a fenti kérdést elolvasta, most álljon meg egy percre és és próbáljon egy saját válasszal előállni!

Valahogy ebben az esetben nincs olyan egyszerűdolgunk, mint mondjuk a telefon vagy a golyóstoll esetén. Hamar rá kell jönnünk, hogy ahhoz, hogy választ adjunk arra, hogy “Mikor épült az első számítógép?” először is definiálnunk kell azt, hogy mi is a számítógép maga.

Ez a kérdés összetettebb, mint elsőre tűnik, viszont pont emiatt biztosít remek lehetőséget arra, hogy átgondoljuk a számítástechnika legfontosabb alapfogalmait. És még inkább egy ürügyet, hogy ezen fogalmakon keresztül számba vegyünk az informatika múltjából lenyűgöző történeteket és érdekességeket. Egy múltból, ami régebbre fog visszavinni, mint azt a legtöbben gondolnák.

Jelen cikk egy sorozat része, amiben

Egy mélytengeri feltárás

Cikksorozatunk első története 1900-ba vezet minket Görögországba. Nem egy laboratóriumba vagy kutatóintézetbe, hanem egy apró sziget mellé az Adriai-tengeren, melynek neve Antikythera. A sziget közelében az említett nyáron szivacsbúvárok dolgoztak. A fennmaradt történet szerint a legénység legfiatalabb tagja merült le, hogy szivacsok után halásszon, de üres kézzel, halálra rémülten tért vissza a felszínre és csak annyit mondott, hogy halott embereket lát a víz alatt. Ezután maga a kapitány személyesen ereszkedett a tengerfenékre. Ő már közelebb mert úszni ezen vízi szellemekhez és látta, hogy a kezek lábak és egyéb tagok nem holtakhoz, hanem bronz és márványszobrokhoz tartoznak.

Miután értesítették a hatóságokat, 1901-ben megindultak a hajótörés régészeti munkálatai, ami önmagában is történelmi esemény, ugyanis ez volt a legelső mélyvízi feltárás, és 40 méter mélyről hozták fel a rég elmerült kincseket többek közt pontosan ugyanazon szivacshalászok, akik a felfedezést tették.

A feltárás nagy siker volt. Számtalan remek állapotban megmaradt márvány és bronz szobor került elő, érmék és luxus cikkek. A kincseket az Athéni Nemzeti régészeti múzeumba szállították ahol a fontosabb műtárgyak ma is megtekinthetők. Az elkövetkező hónapokban az intézmény régészei megvizsgálták a tárgyakat és megállapították, hogy a hajótörés legvalószínűbb ideje az időszámításunk előtti első század közepére tehető.

Több hónap kellett hozzá azonban, hogy a nagy mennyiségű lelet közt felfedezzék a legnagyobb kincsét a hajónak: Egy korábban jelentéktelennek ítélt formátlan és korrodált bronz darabot. Tüzetesebb vizsgálat után a feltárásban részt vevő Valerios Stais felfedezte, hogy a lelet apró fogaskerekeket tartalmaz. Mire szolgált hát ez a gépezet?

Egy ősi számítógép

Mára több mint egy évszázad vad találgatás és akkurátus kutatói munka áll az azóta Antikytherai gépezet néven elterjedt tárgy mögött és sokkal többet tudunk róla, mint amiről az azt felfedező régészek csak álmodhattak. 2005-ben 3D-s röntgen mintát készítettek a szerkezetről, ami bepillantást engedett annak bonyolultságába.

Egy mérnökökből és kutatókból álló csapat legújabb rekonstrukciója szerint 69 fogaskereket számlált az eszköz, ami nem volt más, mint egy csillagászati számítógép. A szerkezet előre tudta jelezni a nap, a hold és mind az öt a készítése idején ismert bolygó állását valamint a hold aktuális fázisát. Emellett a szerkezet meg tudta jósolni olyan fontos események időpontját is, mint a napfogyatkozások, holdfogyatkozások és az olimpiai játékok. A gép oldalán egy fogantyú helyezkedett el és a segítségével be lehetett állítani a vizsgált időpontot, ami alapján a gép mutatói beálltak a megfellelő pozícióba, kijelezve a korábban felsorolt értékeket.

Gyakran szenzációhajhász források úgy hivatkoznak a gépre, hogy az egy ősi számítógép, ami előre tudta jelezni a jövőt. Bár a kifejezés elég megtévesztő, de nem téves a szó szoros értelmében, ha úgy definiáljuk a számítógépeket, hogy azok gépek, amik számítások elvégzésére képesek. És igen, az Antikytherai gépezet célja a jövő bizonyos aspektusainak előrejelzése volt.

Természetesen a mai modern fogalmain szerint nem ismernénk fel a gépezetet egy számítógépnek. Ezen az eszközön senki nem fogja tudni futtatni a Doom-ot. Sokkal inkább áll közel a gépezet egy precíz csillagászati óraműhöz.

Viszont a felfedezés mindemellett is elképesztő. Semmi hasonlót nem találtunk az antik világból az Antikytherai gépezeten kívül előtte és azóta sem. Tudtuk, hogy ismerték, a görögök és rómaiak a fogaskereket és az áttétek elvét. Archimedes híres mondata is erről szól: “Adjatok egy fix pontot, és én kifordítom sarkaiból a világot.” Viszont az Antikytherai gépezet előtt nincs semmilyen tárgyi forrásunk arról, hogy használták volna a fogaskereket és az áttétet arra, hogy kiszámoljanak valamit vele. Az ötlet, hogy valaki építhet egy gépet, ami matematikai számításokat tud elvégezni az ember helyett méghozzá jóval gyorsabban, mint azt bárki meg tudná tenni, egészen forradalmi gondolat. Emiatt az Antikytherai gép joggal nevezhető a mai számítógépek ükapjának.

De most jön az igazán ámulatba ejtő rész! A szerkezet és a készítésével járó hatalmas tudás nem sokkal a hajótörés követően elveszett. Még legalább 1000 évig senki nem próbált vagy nem járt sikerrel olyan gép elkészítésében, ami nem az izmot helyettesíti, hanem az elmét.

Már az Antikytherai gépezet felfedezése előtt is ismert volt néhány leírás a legkorábban az időszámításunk előtti második századból származó hasonló gépekről. A legfontosabb ezek közül magától Cicerótól származik. Szóval a történészek már korábban is feltételeztek egy antik korból származó elfeledett technikai tudást, mégis a valódi kézzel fogható lelet komplexitása ámulatba ejtő. Hogy lehetséges, hogy itt mintha egyik percről a másikra megjelent volna egy összetett és kifinomult technológia, majd ugyanilyen sebességgel el is tűnne a föld színéről?

Erre a kérdésre nincs kész válasz. Az biztos, hogy a felfedezés alaposan felforgatta az ókori világ technológiai tudásáról szóló képünket. A legvalószínűbb, hogy magától Archimédesztől származik a találmány magja. A korábban említett Ciceró írás is egyértelműen neki tulajdonítja az eszközt, bár az valószínűleg nem pontosan ugyanaz a tárgy, mint amire Antikythera mellett bukkantak a szivacshalászok.

A legvalószínűbb, hogy Archimédesz állt elő a legelső hasonló gépekkel majd ezen szerkezetek építése 1-2 évszázadig létezett, ami alatt a kor mérnökei tökéletesítettek a terveken. A gépnek a maga korában túl sok gyakorlati haszna nem volt. Legvalószínűbb, hogy inkább csak érdekességként tekintettek rá, mintsem forradalmi technológiára. Emellett valószínűsíthetően az efféle tárgyakból nem létezett sok és mindegyik egy vagyont ért. Nagyon kevesen értettek a készítéséhez és ugyanilyen kevesen tudták javítani őket. A tudás szép lassan kikopott a világból. A meglévő példányok meg előbb utóbb tönkrementek, a bennük lévő fémet pedig beolvasztották, hogy az gyakorlatibb célokat szolgáljon. Egyedül a tenger fenekén lehetett biztonsábban egy bronz tárgy ettől a sorstól

Persze mindez csak találgatás. Hogy miként veszett el a technológi azt nem tudhatjuk biztosra. Viszont azt igen, hogy majd másfél évezredet kell arra várni, hogy hasonló bonyolultságú gépeket kezdjenek el építeni Európában hasonló célokra.

A technológia újrafelfedezése

A Giovanni Dondi dell'Orologio által 1348 és 1364 közt épített asztronómiai óra (Astarium) volt az első ismert tárgy, ami meghaladta az Antikytherai szerkezet komplexitását, ha azt a mozgó alkatrészek számában mérjük (107). A gép célja körül belül megfelelt az ókori elődjével, de kialakításában sokban eltért tőle. Ez a technológia újrafelfedezése volt nem pedig továbbfejlesztése.

A mechanikus gépek felhasználása számítások elvégzésére a fogaskerekek és egyéb precíziós elemek gyártásának tudománya ettől kezdve folyamatosan fejlődött. Az egyik legfényesebb sikere ennek a technológiának az árapályok előrejelzésére szolgáló szerkezetek voltak, amikhez Lord Kelvin nem csak mechanikus alapon működő összeadót épített, de olyan gépet is, ami képes volt automatikusan integrálni egy görbét és felbontani különböző, fázisú, frekvenciájú és amplitúdójú szinuszgörbékre. (Ezt a folyamatot Fourier transzformációnak nevezzük.)

A mechanikus, analóg számításokat végző gépek technológiája egyik csúcsát a 2. világháború alatt érte el. Létezett ugyanis az amerikaiaknak egy erre épülő, de manapság alig ismert csodafegyvere.

A Norden látvány

Az USA világháborús költségvetésének az egyik legnagyobb tétele egy speciális számítógép fejlesztése volt. A gép arra szolgált, hogy minden körülmények közt ki tudja számolni egy bomba röppályáját. Ezáltal az eszközzel felszerelt bombázó repülőgépek pontossága drasztikusan megnő. Hogy mennyire? A gyártó cég ígérete szerint segítségével a bombázó képes lesz beletalálni egy uborkásüvegbe 30 000 láb magasból. Az eszköz a Norden látvány (célzóeszköz) nevet viselte a tervezője, Carl Norden holland mérnök alapján. Norden mélyen hívő katolikus volt és hitt abban, hogy találmánya a civil lakosság ezreinek életét mentheti meg azáltal, hogy pontosabbá teszi a katonai célpontok bombázását.

A gép 2000 alkatrészt számlált és korának mérnöki csúcsa volt. 1,5 milliárd dollárt költött rá az amerikai hadsereg a világháború alatti árfolyamon számolva. Ez (hogy érzékelhető legyen a nagyságrend) körül belül fele annyi, mint amennyit a Manhattan tervre, azaz az atombomba kifejlesztésére áldoztak. 90 000 darabot rendelt be belőle a hadsereg és 50 000 pilótát tanítottak be a használatára. A kiképzés része volt az is, hogy hogyan kell elpusztítani az eszközt, ha az ellenséges vonalak mögött zuhanna le a gép, hogy még véletlenül se kerüljön az a tengelyhatalmak kezére.

Az USA hadseregének egyik legjobban őrzött titka volt ez a tárgy. Tilos volt fotót készíteni az eszközről és a pilótáknak arra is esküt kellett tenni, hogy semmilyen körülmények közt nem adnak ki információt róla senkinek. Sajnos a tragédia mégis megtörtént és a németeknek kémtevékenység révén sikerült hozzájutniuk a Norden célzógép terveihez, sőt el is kezdték fejleszteni a saját modelljüket. Egy szerencséje volt csak a szövetségeseknek ebben a végzetes kiszivárgásban: A számítóeszköz a gyakorlatban szinte teljes mértékben használhatatlan volt mindkét fél kezében.

A Norden látvány és a hasonló célzógépek fejlesztése az Atlanti-óceán mindkét oldalán nagy részt kidobott pénz és energia volt. Ezen eszközök alig hoztak mérhető eredményt a pontosság területén. Miután ezt felismerték, a különösebb célzás nélküli szőnyegbombázás elvére álltak vissza a szövetségesek. Az atombomba kifejlesztésével pedig a pontosság nem is volt cél többé. Hogy hány civil életet mentettek volna meg ezek a gépek, nem tudjuk, csak annyit, Norden álma sosem valósult meg. Sok oka van ennek az eredménynek, de egyik ezek közül magában a technológiában keresendő, ami legalább olyan idős, mint az Antikytherai szerkezet.

Analóg technológiák

A Norden látvány, Giovanni Dondi dell'Orologio Astariuma és az Antikytherai szerkezet ugyanazt a mérnöki elvet valósította meg: Mindegyik analóg számítógép volt. Ezen gépekben minden alkatrész állása, minden fogaskerék elfordulása pontosan egy értéket képvisel egy számításban, mondhatni analóg vele. Innen a kifejezés: analóg számítógép.

Sokan azonosítják az analóg szót a mechanikussal, ám a kettő teljesen független egymástól. Egy gép alapulhat analóg technológián és lehet teljesen elektromos és fordítva is. A mechanikus fogalom csupán annyit jelent, hogy mozgó alkatrészek végzik a munkát. Ezzel szemben analóg gépről akkor beszélhetünk, ha egy fizikai mennyiségben folytonos módon tároljuk egy számítás egy értékét. Ez a fizikai mennyiség lehet egy fogaskerék elfordulása, gáz nyomása, egy mutató állása. Ebben az esetben mechanikus analóg számítógépről beszélünk. Ha viszont az adott fizikai eszköz, amiben adatot tárolunk elektromos elveken alapul, mint például egy kondenzátor feltöltöttsége, akkor az egy elektromos analóg gép. Az analóg módon tárolt értékek fontos tulajdonsága, hogy folytonosak, például egy fogaskerék elfordulása végtelen értéket felvehet: 0 és 360 fok közt lehet bármi, nem csak egész szám, de tetszőleges tört is.

A Norden célzógép látványos bukása az analóg számítógépek fénykorának végét jelezte. Habár még évtizedekig készültek mechanikus, elektromos és elektromechanikus számítóépek analóg technológiával, a kutatók figyelme hamar egy másik alapvetően más technológia felé fog fordulni.

A háborút nem ez az analóg technológia nyerte meg. Azonban az Atlanti-óceán másik partján is készült egy számítógép, ami sokkal nagyobb mértékben járult hozzá a szövetségesek győzelméhez. Ez az eszköz fundamentálisan más elven alapul, mint a Norden célzógép, vagy bármi, amit eddig megvizsgáltunk. Egy elven, ami egyfelől újabb, másfelől jóval régebbi, mint az analóg számítástechnika és aminek jelentőségét még csak kevesen mérik fel a világháború alatt. Mára azonban életünk teljesen elképzelhetetlen lenne nélküle.

Természetesen a digitális technológiáról beszélek. Ezen újabb megközelítés a háború után hamar kirobbanó sikereket arat, technológiai forradalmat szül, és hamar begyűrűzik a hétköznapi emberek életébe is. A digitális technológia mára a mindennapjaink alapvető részét képezi. Ezen siker révén mára a digitális szó a köznyelvben az informatika szinonimájává vált, a digitális elv azonban többet takar mint pusztán a számítástechnikát magát, és mint azt az imént láthattuk a számítástechnika is jóval tágabb fogalom. Ne feledkezzünk meg az analóg számítógépek gazdag és meglepően régi történelméről. Annál is inkább, hogy úgy fest, hogy az analóg számítástechnológia reneszánsza talán már el is kezdődött…

Következő rész: A digitális kód