A digitális kód

Korábban áttekintettük az analóg számítástechnika munltját. Ezeket a gépeket persze nem ismernénk fel, a modern fogalmaink szerinti számítógépként. Mi hiányzik hát belőlük?

Előző cikk: Analóg számítógépek

Eisenhower dilemmája

Egy valószínűsíthetően hiteles történet szerint 1944 június 5-én Dwight D. Eisenhower elnök egy fontos stratégiai megbeszélésen vett részt tábornokaival. A találkozó célja az volt, hogy eldöntsék, elindítsák-e a következő napon az amerikai csapatok partraszállását Normandiában. Június elsején kellett volna történnie a támadásnak, de napok óta halasztották az indulást. Június 6 volt az utolsó lehetséges nap, hogy megindítsák az offenzívát, ha ez elmarad, akkor egy egész hónapot kell várni arra, hogy az árapály kedvező legyen a partraszálláshoz. Az amerikaiak tudták, hogy a németek számítanak a támadásra, ezért hónapok óta zajló megtévesztő kampányt folytattak és számtalan téves információt hordozó üzenetet szivárogtattak a németek felé. A napok óta tartó halogatás oka az volt, hogy nem tudták biztosra, hogy ez a megtévesztés sikeres volt-e. A partraszállás kulcsfontosságú jelentőségét az egész háború szempontjából mindkét fél pontosan megértette. Emiatt a szükséges információk birtokában az USA nem mert lépni.

A megbeszélés közepén egy futár lépett be a terembe és egy összehajtott papírdarabot nyújtott át Eisenhowernek. Mikor az elnök kihajtogatta és elolvasta a papír tartalmát, csak annyit mondott: Uraim, holnap indulunk!

Az üzenet magától Hitlertől érkezett.

Bletchley Park

Ugorjunk most vissza 1939 szeptemberére, közvetlenül a a háború kitörése utánra egy angol vidéki kisvárosba, az Oxford és Cambridge között körülbelül félúton elhelyezkedő Bletchley-be. Ebben az időben a csendes kis város lakossága megugrott. Új lakosok bukkantak fel: Matematikusok, nyelvészek, fordítók, technikusok és keresztrejtvényrajongók. Furcsa módon ezen új lakosok egyike sem ismerte a másikat, nem beszélgettek egymással sem a tömegközlekedésen sem a pubokban, teljesen idegenek voltak egymásnak. Erre mindegyiküket a legszigorúbb katonai titoktartás kötelezte. A jövevények mind-mind kollégák voltak és együtt dolgoztak a város melletti nemesi birtokon, a Bletchley Park-ban. Ez volt az egyetlen hely, ahol szabad volt felismerniük egymást.

A Bletchley Park az angolok legféltettebb katonai titka volt. Egyetlen célja volt ennek a nyilvánosan nem is létező intézménynek: Megfejteni a tengelyhatalmak által küldött üzeneteket, amit a szövetségeseknek sikerült befogni.

Elképesztő technikai és matematikai szaktudást összpontosított a hely. Mindenhonnan vadászták az elméket, akik hozzá tudtak valamit tenni a projekthez. Matematikusokat alkalmaztak a közeli Cambridgeből és Oxfordból, nyelvészeket szerte az országból és technikusokat telefontársaságoktól. Még keresztrejtvényversenyeket is hirdettek, hogy így találják meg a legrátermettebb kreatív gondolkodókat. A parkban 16 000-en dolgoztak a kapacitása csúcsán, jobbára nők, akiket nem vittek el a frontra.

A németek üzenetei a jól ismert és standardizált morzekódban voltak kódolva: egy bináris rendszerben, amiben az ABC minden betűjének megfeleltethető egy kombinációja rövid és hosszú jeleknek. A gond csak az volt, hogy a Morse kód feloldása után is az eredmény egy értelmetlen karaktersor volt, ami szemmel láthatólag egyik nyelven sem volt értelmezhető. Nyilvánvalóan kódoltak voltak ezek az üzenetek.

Az Enigma

Főleg korábbi lengyel hírszerzésből már tudták, hogy a németek egy speciális gépezettel kódolják és dekódolják az üzeneteiket. Ez a gép leginkább egy hagyományos írógép és egy telefonos kapcsolótábla szerelemgyerekére hasonlított. A tetején billentyűk voltak az ABC betűivel fölötte a megfelelő betűkhöz tartozó lámpák, alatta pedig egy kapcsolótábla. Amikor a gép használója lenyomott egy gombot, akkor felvillant egy lámpa egy másik betűvel. Hogy melyik betű tartozott melyikhez azt egyfelől az alsó kapcsolótábla határozta meg, amin össze lehetett társítani a megfelelő betűket egymással. Ahhoz, hogy valaki dekódoljon egy titkosított üzenetet, ugyanúgy kell beállítani a kapcsolótáblát és begépelni a titkosított szöveget. Ekkor az eredeti titkosítatlan szöveg betűi villannak fel sorra.

A németek minden nap szinkronban cserélték a beállításokat egy előre kézhez kapott titkos táblázat alapján. Ezt még nem lett volna túlzottan nehéz megfejteni a Bletchley Park lángelméinek, ám a gépnek még létezett egy alkatrésze, ami drasztikusan megnehezítette a kód feltörését. Három fogaskerékre hasonlító rotor is tartozott a géphez, amik mindegyike szintúgy kevert egyet a betűkön. A kerekek sorrendje és elforgatása is befolyásolta a kimenetelt. A rotorok trükkje abban rejlett, hogy minden egyes billentyűleütésnél a kerekek közül egy vagy akár több is fordult egyet. Ezáltal minden leütött betű megváltoztatta a gép beállítását: Ha egymás után két “A” betűt ütött le a felhasználó a kimenet akkor is különböző volt.

$1.59 * 10^{20}$ lehetséges beállítása volt a gépnek. Ez a szám körül belül hússzor akkora, mint ahány homokszem van az egész Föld bolygón és a Bletchley Park dolgozói minden egyes nap újra és újra megpróbálták megtalálni ezt a folyamatosan változó homokszemet.

A kódfejtők között volt Alan Turing, egy fiatal matematikus is, akire ma már gyakran hivatkoznak úgy, mint a számítástechnika attyára. Turing felismerte, hogy emberi erővel konzisztensen feltörni a kódot egyszerűen képtelenség. Egy egy apró siker is csak nagy mértékű szerencsével lehetséges. Kollégáival tervezett tehát egy gépet, ami elméletben képes volt megfejteni bármilyen Enigma által kódolt üzenetet. Hogy támogatást kapjanak a gép elkészítéséhez Turingék egyenesen Winston Churchillnek írtak, aki minden forrást biztosított, amire csak szükségük volt. 1940 márciusára el is készült a Bomba névre keresztelt eszköz és a várakozások szerint működött is. A gép igényelt némi előzetes és utólagos emberi munkát a dekódoláshoz, de nagyrészt autómatikusan tudta dekódolni a német üzeneteket és 20 perc alatt képes volt kipróbálni a szükséges Enigma beállítási lehetőségek mindegyikét.

Ez óriási eszközt adott a szövetségesek kezére a háború megnyeréséhez. Egy gond volt csak vele, ha minden megfejtett üzenetre hatékonyan reagáltak volna a szövetségesek, akkor hamar lelepleződött volna, a lehallgatás és a németek lecserélték volna a feltört rendszert. Ezért a hadsereg gondosan megválogatta, mely üzenetek információit használja ki és melyekét nem. Ennek ellenére a németek gyanakodtak és ezért korszerűsítettek az Enigmán, ami jó időre kiütötte az előnyt az angolok és amerikaiak kezéből. (A szovjetek előtt is titokban próbálták tartani a Bombát) Végül 10 hónap alatt sikerült Turingéknak módosítani a kódfejtőgépen annyit, hogy megbirkózzon az új kóddal is.

A Colossus

Ugorjunk most vissza 1944-be Eisenhower elnökhöz és az üzenethez, ami segített eldönteni, hogy mikor indítsák a Normandiai partraszállást! Az távirat, amit az elnök készhez kapott valóban Hitlertől érkezett és a címzettje Rommel tábornok volt. Hitler leírja, hogy valóban számít egy Normandiai partraszállásra, de meggyőződése, hogy ez csak egy elterelő hadművelet lesz és a valódi invázió Calais-nál fog megtörténni. Az üzenet kategorikusan megtiltja Rommelnek, hogy Normandiába vezényelje csapatait. Ez az utolsó információ hiányzott a szövetségesek kezéből, hogy meg merjék lépni a támadást.

Ahogy azt már sejtheti az olvasó az üzenet a Bletchley Park-ban lett dekódolva, de nem a Bomba által. Azért nem, mert az eredeti szöveget nem a hagyományos Enigma titkosította, hanem egy hasonló elven működő ám sokkal komplikáltabb és biztonságosabb eszköz, az úgynevezett Lorenz titkosító. Ezt használta a német vezérkar arra, hogy a legmagasabb rangú üzeneteit továbbítsa. A gép titkosításának feltörése lehetetlen lett volna az adott kor technikai szintjén és ezt a németek és az angolok is tudták. Ami még rosszabb, a briteknek semmi információjuk nem volt arról, hogy hogy néz ki és, hogy hogyan működik a gép, ami a titkosítást végzi. Két elképesztő szerencséje volt a szövetségeseknek, ami lehetővé tette, hogy mégis csak bele tudjanak hallgatni maga a Führer kommunikációjába is.

Egyik egy ismeretlen német katonától származott, aki a protokollt megszegve újraküldött egy üzenetet úgy, hogy azt nem szó szerint írta le, hanem apró különbségekkel. Ez nem hangzik túl nagy hibának mégis ez a hiba nyitotta meg a lehetőséget ahhoz, hogy a kódfejtőknek esélyük legyen, feltörni a Loranz kódot. Végül a Bletchley Park-ban egy cambridge-i matematikus, bizonyos Bill Thomas Tuttle sikeresen felvázolta a gép teljes belső logikai működését anélkül, hogy Angliában valaha látott volna bárki is ilyen gépet előtte. A megfejtésnek sem a jelentőségét, sem a géniuszát nem lehet túlbecsülni.

A másik nagy szerencse története egy postai tisztviselőről és mérnökről szól, aki egy üzleti ügyben Berlinben tartózkodott a háború kitörése előtti napokban ám az utolsó pillanatban a posta sürgősen visszahívta Angliába. A tisztviselő 3 órával a határzárlat előtt átjutott Hollandiába és így sikerrel hazautazhatott. A németek nem is sejthették, mi csúszott ki csak egy hajszállal a kezeik közül. A mérnöknek a neve Tommy Flowers volt.

Habár ismert volt a Lorenz gép működése, ez még mindig nem oldotta meg a problémát, hogy minden nap új beállítást kap a gép, és minden napal a park dolgozóinak valamiképp elő kell állnia ezzel a beállítással, hogy olvasni tudják az üzeneteket. Flowers, aki dolgozott a Lorenz kód feltörésén javasolt egy elektromechanikus számítógépet a célra, ám a megépítéséhez szükséges támogatást a géphez nem tudta megszerezni, mert nem sokakat sikerült meggyőznie annak működőképességéről. Ennek ellenére 1944 január 18-ás Flowers megérkezett a Bletchley Park-ba egy teherautóval és rajta egy hatalmas géppel, amit a méretéből fakadóan Colossus-nak kereszteltek. Flowersnek kollégáival 11 hónapba telt megépíteni az eszközt munkahelyén, a Postai Kutatóintézetben részben saját költségen.

Mikor üzembe helyezték és kipróbálták, Colossus működött.

Egy évvel később 45 június elsején hatalmas felső nyomásra sikerült Flowersnek és a Park mérnökeinek üzembe helyezni a gép továbbfejlesztett verzióját a Mark 2-est. Bár erről a mérnökök Angliában mit sem tudtak, de a sietség pontosan a normandiai partraszállás miatt volt. Az a bizonyos üzenet, ami segített eldönteni, hogy meginduljon az invázió, az egyik első sikeres kódtörése volt az új Colossus Mark 2-nak.

Blechly öröksége

Egy évre rá a háború véget ért Európában. A park dolgozói hazamentek és újra szigorúan idegenek lettek egymásnak. Ha az utcán találkoztak, kötelességük volt nem felismerniük egymást és szimplán elsétálni a másik mellett. Az ő felmérhetetlen hozzájárulásuk a második világháború megnyeréséhez továbbra is hétpecsétes titok volt. Modern becslések szerint a Blechly Parkban végzett munka 2-4 évvel rövidítette meg a háborút, és ez által mentett meg ki tudja hány életet. Ám az sem kizárható, hogy a szükséges hírszerzés nélkül a háborút a tengelyhatalmak nyerték volna meg. Hogy milyen irányt vett volna a történelem ekkor azt nem tudhatjuk.

A park körüli dokumentumok egy részét megsemmisítették. A megmaradt iratok nagy része még ma is titkosítás alatt áll, csak találgatni tudunk, hogy miért. Churchill személyes parancsára a gépeket építő mérnökök feladata volt, hogy találmányaikat darabokra szedjék, a miniszterelnök szavaival élve nem nagyob részekre, mint egy ember keze.

Tommy Flowers a Postánál maradt, mint kutató mérnök. A háborút adóságban fejezte be. Az első Colossus építéséhez szükséges költségeket senki nem térítette meg számára. Szerencsére hosszú életet élt meg és a 70-es évek közepétől (Flowers nyugdíjas éveire) elkezdtek kiszivárogni információk a Colossusról, és egyre szélesebb körben kezdték felismerni őt, mint a számítástechnika egyik úttörőjét.

Turing sorsa tragikusabb volt. 1952-ben perbe fogták homoszexualitás vádjával. Mikor a matematikus nem tagadott, a hatályban lévő brit törvények értelmében két lehetőséget kapott, börtönbüntetést vagy egy hormonterápiát, ami gyakorlatilag kémiai úton történő kasztrálást jelentett. Turing az utóbbit választotta. 1954 június 8-án holtan talált rá a házvezetője a lakásában. A halál oka ciánmérgezés volt, feltehetőleg szándékos. Turing ekkor 41 éves volt.

Habár papíron semmi említésre méltó nem történt Blechlyben a háború alatt, az informatika történelmére mért hatása mégis egyértelműen látszik. A matematikusok és mérnökök bár nem beszélhettek a munkájukról a háború után még a házastársaiknak sem, az elméjükből nem törölhették ki az ott létrehozott és megismert tudást, sem azt, hogy saját szemükkel látták a számítás technika erejét és lehetőségeit. Nagy-Britanniában az elkövetkező években robbanás szerűen megszaporodtak az informatikai kutatások, publikációk. A Blechly Parkban történt munka kimondatlanul is elindított egy forradalmat, ami még ma is zajlik: Az információs technológia forradalmát.

Ősi digitális technológiák

Mi különíti el tehát a Turing Bombát és a Colossus az Antikytherai gépezettől és a Norden látványtól? Egyfelől az előbbi gépek egyszerre használtak elektromos és mechanikus alkatrészeket is míg az utóbbiak még teljesen mechanikusak voltak. Mindazonáltal nem ez a legnagyobb különbség.

Ahogy tárgyaltuk korábban az Antikytherai gép és a Norden látvány is fundamentálisan analóg gép volt, ezzel szemben a Bomba és a kolosszus digitális. Ezen fogalmakat legkönnyebb egymással szembe állítva megérteni.

Míg egy analóg eszköz egy az egyben megfeleltet egy adatot egy alkatrészen tárolt fizikai mennyiségnek és ezeken a folytonos adatokon végez műveletet, egy digitális eszköz az szimbólumokat képest tárolni és az adatokat ezen szimbólumok sorrendjébe kódolja.

Hogy hogyan lehet információt kódolni szimbólumok sorrendjébe? Mikor ezt a sort olvasod, akkor, te is éppen információt nyersz ki szimbólumok egy sorából. Igen, az írás maga is egy digitális technológia. Jelen esetben 40-egynéhány szimbólum vesz részt a kódolásban: a magyar ABC betűi, szóközök és egyéb írásjelek. Az információt viszont nem a betűk maguk hordozzák, hanem azok sorrendje. Nem mennél sokra abból, ha ez a cikk csak felsorolám a benne lévő betűket abc sorrendben és az olvasótól várná el, hogy sorba rakja őket és kimazsolázza belőle a mondanivalót.

Itt jegyezzük meg, hogy a digitális szó a mai modern változatában összeforrott a jelen számítástechnológiával. Amikor ma azt mondjuk, hogy valami digitális legtöbbször nem a fenti definícióra gondolunk, gyakrabban úgy értük, hogy a “modern informatikával kapcsolatos”. Ezért is tűnhet furcsának, hogy az írást magát digitális technológiának hívtam. Eszerint a sumérok és az ősi egyiptomiak is dolgoztak digitális technológiával. Ez viszont (szigorúan véve a definíciót) igaz.

Ha megkérdezem a nagyapámat, hogy mekkora halat is fogott fiatalkorában, erre ő szélesre tárja karjait és azt mondja, “Ekkorát fiam!”, akkor ő egy analóg technológiát használ arra, hogy átadjon egy információt: Megfeleltette a hal hosszát a kezei távolságának. Ezzel szemben, ha azt mondja az öreg, hogy pontosan 57.4 cm hosszút, akkor digitális technológiát használt, amiben a tízes számrendszer szimbólumaiba kódolta az adatot.

Több előzetes feltételtől függ a második megoldás. Ahhoz, hogy a nagyapám átadja szükséges infót, mindkettőnknek rendelkeznie kell azonos tudással arról, hogyan kell értelmezni a szimbólumrendszert. Mivel ezt ma már mindenki tanulja általános iskolában, joggal feltételezzük a mindennapokban, hogy a másik fél meg fogja érteni ezt a kódot.

A digitális technológia tehát a szimbólumok technológiája. Ha fix számú elkülöníthető karakter segítségével, és ezen karakterek sorrendjében kódolunk információt, akkor az digitális kód.

A számrendszerek tehát mind digitális technológiák. Maga az írás is egy 5500 éves digitális technológia és pont arra fejlesztettük ki, amire ma is használjuk a modern digitális számítógépeket, hogy adatott tároljunk hatékonyan és hibatűrőn.

Az 1950-es években a számítástechnikáról már sokan felismerték, hogy ez a jövő. A digitális adatok tudományának elméleti alapjait ekkorra már lefektették olyan óriások, mint Alan Turing, Claude Shannonének és Neumann János. A legősibb digitális technológia felfedezése azonban egy mást tudományterületről származott, nem várt módon a biológiából.

1953-ban James Watson és Francis Crick publikálta a DNS-en végzett kutatómunkáját, ami demonstrálta, hogy a minden földi életre jellemző molekula szimbólumokban, tárolaj az élet tovább örökítéséhez szükséges információt. A felfedezés megdöbbentő erejű volt. Azóta sokkal többet tudunk a testünkben élő mikroszkopikus gépekről, amik processzorokat megszégyenítő hatékonysággal másolnak, manipulálnak, ellenőriznek és javítanak biológiai digitális kódot.

A 2003-ban befejeződött Human Genome Projectből megtudtuk, hogy több mint 3 milliárd bázispár alkotja a teljes génkészletünket, ami összesen közel 1 gigabájtnyi (redundáns) információt hordoz (1 bázispár 2 bit → 4 bázispár egy bájt) Ez szükséges ahhoz, hogy egy embert összerakjunk. És ez az adat mind a 37 ezer milliárd sejtünkben megtalálható külön külön.

(Nem tudom, hogy eddig ki gondolt a saját testére úgy mint egy sokmillió petabájtos adattárolóra, de gondoltam bedobom az infot.)

Digitális vs. Analóg

Különböző technológiákban egy adatot eltárolni szimbólumokkal komplikáltabb, mint analóg módon. A műveletek elvégzéséhez pedig jóval több alkatrész szükséges. Ezáltal a digitális gép, bonyolultabb, nagyobb, drágább és magasabb energiafogyasztású lesz, mint analóg megfelelője. (Négy olyan tulajdonság, ami az informatikában kéz a kézben jár) Mi az oka annak, hogy mégis ez a technológia hódította meg a bolygót futótűzként a XX. században magamögé taszítva az analóg számítógépeket?

Vegyük elő újra a halas példát. Mikor még egyszer megkérdezzük a nagyapánkat, hogy mekkora is volt az a ponty, a kezével mutatott méret valahogy évről évre nagyobb lesz. Nem egyik napról a másikra nőtt meg 2 méteresre a hal, ám egyik enyhén túlzó állításra évről évre új túlzások pakolódtak rá. Végül az adat szinte teljesen elveszett a zajban. Ezzel szemben, ha ezt az információt digitálisan kódolta és arra emlékezik, hogy 57,4 cm volt a hal hossza, az valahogy egy hibatűrőbb módszer. Nem lehetetlen, hogy ez az adat is idővel torzul és az 5-ös egyik évről 6-ra ugrik, elvégre az emlékezet egy zajos csatorna. Ennek a fajta változásnak a gyakorisága azonban feltehetőleg, jóval kisebb és a tévedés is sokkal könnyebben nyakon csíphető. Ugyanez a helyzet a gépek esetén is.

Egy analóg számítógép értékei a valódi világ zajos, kusza természetéből fakadóan mindig kicsit pontatlanok. Egy enyhe mágneses mező, egy meglazult csavar, egy porszem módosíthatják az értékeket. A hiba, amit ezen zavaró jelenségek eredményeznek önmagukban egészen elenyészők. Az igazi probléma akkor jelentkezik, mikor a számítások kellően bonyolulttá vállnak, ugyanis az apró zajok ekkor összeadódnak és a komplexitás növekedésével egyre és egyre pontatlanabb lesz az eredmény, egészen addig a pontig, amíg az végül teljesen használhatatlanná nem válik.

A digitális technológia sikere éppen abban rejlik, hogy az analóggal ellentétben nagyon hibatűrő a zajjal szemben.

Digitális hibatűrés

A mai számítógépek jellemzően a bináris rendszerben működnek, azaz kettő szimbólumot használnak mindennek a lekódolására. Ez szoktuk 1-essel és 0-val jelölni. Az az adatmennyiség, ami ezek értékek közül egy értéket vehet fel a “bit”. A memóriában azonban nem tárolhatunk egyeseket és nullákat, csak feszültségértékeket. Viszont ezen feszültségek megfeleltethetőek lesznek az egyeseknek és a nulláknak. Bár maga a feszültségérték folytonos, nagyon nagy hiba kéne ahhoz, hogy a szimbólum átugorjon egyik állapotból a másikba, azaz a bit átforduljon (0-ból 1 legyen vagy 1-ből 0). Ez nagyon ritka esemény, de nem példa nélküli.

Ebben az esetben előfordulhat, hogy egy fájl spontán módon nagyon enyhén módosul vagy egy program hibásan működik. Könnyen lehet, hogy találkoztunk is már ilyesmivel, de észre sem vettük. Megállapítani, hogy melyik számítógépes hibát okozza spontán bitátfordulás, és melyik egyszerűen rössz programkód eredménye, az a gyakorlatban szinte lehetetlen.

2003-ban a Belga parlamenti választást digitálisan végezték. Egyik régióban a számokat ellenőrző bizottság egy furcsa jelenségre lett figyelmes. Az összes szavazatok száma nem egyezett meg az egyes jelöltekre leadott szavazatok összegével. Újra számolták tehát a voksokat manuálisan és kiderült, hogy az egyik jelöltre pontosan 4096-tal kevesebb szavazatot jelzett a számítógép, mint amit valójában leadtak. Választási csalás történhetett?

Nem. A rejtély kulcsa a számok különbségében van: 4096. Ez a 2 egyik hatványa, egészen pontosan a 12. Ha egy számítógép binárisan (kettes számrendszerben) kódol számokat, akkor egy bit átfordítása pontosan a 2-es szám egyik hatványával fogja módosítani az értéket. Ebben az esetben a bináris szám 13. helyiértékén fordult át egy 1-es 0-ra. Ennél is érdekesebb, hogy mi lehetett ennek az oka. Folyamatosan nagy energiájú kozmikus sugarak bombázzák a földet. Ezek az atmoszférába érve a levegő egy molekulájával ütközve egyéb elemi részecskékre bomlanak. Valószínűleg egy ilyen részecske találta el az egyik apró tranzisztorát a számítógépnek, ezáltal megfordítva csupán egyetlen egy bitet.

Ha azonban eltekintünk az ilyen speciális eseményektől, normál működés mellett a digitális számítógépek páratlan módon hibatűrők és pontosak. Ha egy számítást 100-szor elvégzünk egy digitális gépen 100-szor ugyanazt az eredményt kapjuk. Ezzel szemben egy analóg számítás elvégzése minden esetben többé kevésbé különböző végeredményt fog adni és ami még rosszabb, az eltérés függeni fog a számítás komplexitásától.

Analóg reneszánsz

Ez a megbízhatatlanság a hagyományos számítástechnikában elképzelhetetlen. Léteznek azonban olyan felhasználási példák is, ahol nem feltétlenül várunk pontos eredményt és a zajból adódó hiba tolerálható. Az analóg alkatrészek kis mérete, energiafogyasztása és alacsony ára ekkor bőven kárpótol minket a pontatlanságért.

Amikor tudjuk azt, hogy mik egy rendszer bemeneti változói és ki tudunk dolgozni egy módszert, egy algoritmust arra, hogy hogyan állítunk elő új hasznos információkat ezen bemenetekből, akkor ezt a folyamatot számítástechnika segítségével automatizálhatjuk sok-sok nagyságrenddel meggyorsítva azt. Ezt tették a Blechly Park mérnökei is és ez teszik a mai napig is a hagyományos számítástechnika programozói.

Mi történik viszont akkor, amikor nehezen vagy sehogy nem tudunk matematizálni, algoritmussá fogalmazni egy folyamatot. Vegyük a következő példát: Meg kell állapítsuk egy képről, hogy egy macskát ábrázol-e. Tudjuk, hogy a feladat nem lehetetlen. Az agyunk képes rá, méghozzá különösebb erőfeszítés nélkül. Ezt a problémát azonban mégsem tudjuk a hagyományos programozás módszereivel megoldani.

Érdekes, hogy ezzel szemben például, a számítógépnek összeadni két magas számot gyerekjáték. Ilyen műveleteket másodpercenkét akár sok milliárdszor el tud végezni, nekünk viszont mindez kemény és lassú agymunkát jelent. Hogy lehet tehát, hogy pontosan az amiben a számítógép olyan hatékony, abban a mi agyunk alul teljesít, és feladatokat, amiket mi végzünk el könnyű szerrel, abban a hagyományos számítástechnika tehetetlen?

Ez az érdekesség már a 40-es években szemet szúrt a kutatóknak. 43-ban Frank Rosenblatt előállt egy géppel, ami emberi agysejtek, azaz neuronok mintájára épült. A gép képes volt megkülönböztetni egy 20-szor 20 pixleles képen egyjegyű egész számokat. Később ezeket a mesterséges neuronokat (perceptron) hálózatba rendezték szintén a mi agyunk mintájára és tanítani kezdték. Ebből forrott ki a neurális hálók kutatási területe, aminek célja pontosan a fent említett emberibb jellegű feladatok automatizálása volt.

A terület évtizedekig a háttérben volt a hagyományos számítástechnikával szemben, mivel az első kísérletek nem váltották be a hozzá fűzött reményeket és nem igazán volt sok gyakorlati felhasználási terület, amiben felülmúlta volna a tradicionális programozást. Ezt a több évtizedes terméketlen időszakot AI (mesterséges intelligencia) télnek szokták nevezni.

Az érdeklődés a neurális hálók iránt a 80-s évek végén, 90-es évek elején indult újra. Az elmúlt 30 év váratlan mértékű fejlődést hozott magával és ma már megkerülhetetlen a mindennapi életünkben. Ezen rendszerek jelen vannak a programozásban, kutatásban de még a művészetekben is és olyan feladatokat végeznek, amiket tradicionális programozással talán sosem lettünk volna képesek megoldani.

A neurális hálón alapuló algoritmusok természetüknél fogva becslő jellegűek és ezért az analóg világ pontatlansága nem jelent komoly hátrányt, főleg, ha a technológia egyszerűségéből adódóan a számítás hatékonyságát sokszorozni tudjuk általa. Ezek az analóg elven működő számítási egységek még gyerekcipőben járnak. Először az Apple hozta be őket a hétköznapi felhasználók életébe, amikor 2020 novemberében piacra dobta az M1 processzorral felszerelt új eszközeit. Ezek a chipek már el voltak látva analóg alapon működő rendszerekkel, kifejezetten neurális hálókon végzett feladatokra.

Valószínűsíthető tehát, hogy az analóg számítógépek egy új reneszánszának kezdetét éljük éppen. Az informatika jövője feltehetőleg nem tisztán digitális lesz, hanem a két technológia egymást kiegészítve fogja szolgálni az életünket.

Következő cikk: Hamarosan…