Narodziny komputera

Gdyby nie druga wojna światowa, być może, w metryce komputera figurowałaby Eu-ropa, a nie Ameryka. Ten cudowny wynalazek połowy XX wieku miał bowiem przodków na Starym Kontynencie, chociaż ostatecznie ujrzał światło dzienne właśnie za Wielką Wodą. Nie ma zresztą co ukrywać, że to dla potrzeb militarnych wynaleziono urządzenie zdolne liczyć tak wiele i tak szybko. Związek między słynnym planem Manhattan, którego celem było skonstruowanie bomby atomowej, a narodzinami komputera zdaje się nie ulegać wątpliwości. Nigdy, co prawda, nie da się ustalić z całą pewnością, co by było, gdyby pod koniec wojny na prowincjonalnym dworcu kolejowym emigrant z hitlerowskich Niemiec nie spotkał się z elektronikiem w mundurze oficera armii amerykańskiej...

W każdym razie w latach 30. w Hiszpanii, we Francji, w Wielkiej Brytanii, w Niemczech rozwijały się intensywnie prace badawcze nad skonstruowaniem maszyn liczących opartych na arytmetyce dwójkowej, a więc takiej, jaka stanowi podstawę funkcjonowania współczesnych komputerów. Hiszpan Leonardo Torres y Queveda był bliski zrealizowania projektu arytmometru elektromagnetycznego, nad którym sto lat wcześniej pracował Anglik Charles Babbage. Autorami kilku prototypów maszyn opartych na arytmetyce dwójkowej byli Francuzi. Anglik Alan Turing sformułował zasadę maszyny algorytmicznej i brał udział w budowie maszyny kryptograficznej Colossus, która odegrała podczas wojny ważną rolę, umożliwiając złamanie hitlerowskich szyfrów wojskowych. Były to urządzenia elektromechaniczne, ale niektóre z nich wykorzystywały już technologię elektronową, jak np. maszyna E. Williama Philipsa. A w roku 1938 niemiecki inżynier Konrad Zuse miał nawet gotowy projekt maszyny programowanej. Jego prace nie zainteresowały, co ciekawe, władz III Rzeszy, ale - zanim został zmobilizowany jako prosty żołnierz - Zuse zdążył opatentować, w roku 1941, model Z3 liczący ze średnią szybkością czterech operacji na sekundę i zapamiętujący 64 liczby 22-bitowe. Znacznie ważniejszy miał się jednak okazać, trwający od pierw-szych lat reżimu hitlerowskiego, exodus najlepszych umysłów z Niemiec. Tak za Oceanem znalazł się Johannes - wkrótce John - von Neumann, wybitny matematyk pochodzenia zresztą węgierskiego.

Jego też prace nad projektem urządzeń działających jak swego rodzaju "sztuczny mózg" znalazły po niewielu latach praktyczne zastosowanie. Doszło do tego w sposób jak gdyby potwierdzający rolę przypadku w historii. Otóż w sierpniu 1944 roku porucznik Goldstine, pracujący nad zamówionym przez armię amerykańską elektronicznym urządzeniem liczącym, spotkał w jednej ze swoich podróży von Neumanna, prowadzącego w Los Alamos ściśle tajne obliczenia dla projektu Manhattan i dobrze już znanego w amerykańskich krę-gach naukowych. Goldstine zaproponował mu wizytę w uniwersytecie stanowym w Filadelfii, gdzie od czerwca poprzedniego roku trwały prace nad budową wielkiego kalkulatora elektronicznego o nazwie ENIAC (Electronic Numerator, Integrator, Analyser and Computer). Co prawda, pierwsza automatyczna maszyna licząca MARK 1 (Automatic Sequence-Controlled Calculator), oparta na idei maszyny analitycznej Babbage’a, powstała już w roku 1944 według projektu Howarda H.Aikena z uniwersytetu Harvarda przy współpracy firmy IBM. Jednakże dopiero ENIAC, uruchomiony w roku 1946 i liczący tysiąc razy szybciej niż maszyny elektromechaniczne, otworzył długi szereg modeli i prototypów zapowiadających współczesne komputery.

Słynny 12-stronicowy raport von Neumanna, tzw. First Draft, z 30 czerwca 1945, w ciągu następnych trzech lat został rozwinięty w syntezę jego poglądów własnych oraz fizyka Johna W. Mauchly’ego i elektronika Johna Eckerta i stał się podstawą rozwiązań zastosowanych w komputerze EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer). Tę pierwszą w pełni uniwersalną maszynę cyfrową zrealizował w roku 1949 Maurice Wilkes, zresztą także na uniwersytecie filadelfijskim. W następnych latach powstawały prototypy IAS, BINAC, EDSAC, MARK 4, bezpośrednio poprzedzające modele produkowane seryjnie. Za-proponowany przez von Neumanna schemat architektury logicznej okazał się przy tym nie-zwykle trwały. Był później modyfikowany wraz z pojawieniem się tranzystorów, ale do dzisiaj jego istotne założenia nie uległy przedawnieniu.

Jednakże, tak jak wiele epokowych wynalazków, komputer nie miał jednego ojca. Może zresztą trafniejsze byłoby porównanie go do strumienia, który nie staje się rzeką od razu, ale dopiero po wchłonięciu wielu większych i mniejszych dopływów.

Trzymając się tego porównania, w opowieści o początkach polskiej informatyki nie można pominąć wątku polskiego. Zegarmistrz Abraham Stern, nb. pradziad wybitnego pisarza Antoniego Słonimskiego, skonstruował serię maszyn z rodzaju urządzeń liczących. Najwcześniejsze z nich pochodziły z roku 1810 i wykonywały cztery podstawowe działania arytmetyczne oraz wyciągały pierwiastki kwadratowe. Jeden z tych modeli funkcjonował automatycznie, wystarczyło wprowadzić dane i uruchomić sterujący mechanizm zegarowy. Niestety, to osiągnięcie pozostało bez dalszych następstw dla nauki i techniki w kraju ujarzmionym przez zaborców, borykającym się z gospodarczym zacofaniem.

Tymczasem niewiele później, w roku 1833, angielski astronom Charles Babbage przedstawił swój projekt "maszyny analitycznej", uniwersalnego kalkulatora mającego rozwiązywać dowolne równanie i wykonywać najbardziej skomplikowane obliczenia. Tak ambitnego zamierzenia nie udało mu się wprawdzie zrealizować w pełni, ale niejeden z jego pomysłów, jak architektura, jednostka arytmetyczna i logiczna, pamięć czy wzorowane na krosnach Jacquarda karty perforowane, wszedł do arsenału podstawowych pojęć i technik informatyki.

Z kolei w roku 1885 Amerykanin Hermann Hollerith zastosował technologię mechanograficzną w czytniku najpierw taśm, potem kart perforowanych. Wykorzystał ją pięć lat później do obliczania wyników spisu powszechnego w USA, uzyskując trzykrotne skrócenie czasu obliczeń. Wykazał się też talentami handlowymi, zakładając w roku 1896 firmę Tabulating Machine Company, w prostej linii przodka IBM (International Business Machines Company), jak została nazwana w roku 1924, a po latach stała się jednym ze światowych gigantów przemysłu komputerowego. Plama na wizerunku mechanografii pojawiła się po stu latach, gdy w roku 1981 wybuchł we Francji skandal związany z ujawnieniem faktu, że tą techniką posługiwał się kolaboracyjny reżim Vichy do rejestrowania francuskich Żydów, a ta selekcja była pierwszym krokiem na ich drodze do obozów zagłady. Nie pierwszy raz zdarzyło się, że w najszlachetniejszym zamiarze dokonywane wynalazki służą potem zbrodniczym celom.

Babbage i Hollerith, "te dwie postacie, europejskiego uczonego i amerykańskiego przedsiębiorcy, ilustrują charakterystyczne po dziś dzień dla informatyki, która jest jednocześnie nauką i techniką, napięcie między z jednej strony logiką i abstrakcyjną ścisłością, a z drugiej - skutecznością obliczeń dla potrzeb praktycznych " - pisał Jean-Pierre Cahier w "Le Monde Informatique". Trzecią ważną postacią z tej prehistorycznej epoki rozwoju informatyki był brytyjski logik George Boole, twórca ogłoszonej około roku 1850 algebry binarnej czyli dwójkowej, matematycznej podstawy techniki komputerowej. Mimo że działali w tych samych czasach, nie doszło między nimi do współpracy. "Możliwe, że nieco ekscentryczny charakter Babbage'a i maniery mandaryna, które go często cechowały, nie pozwoliły Boole-'owi na bliższy kontakt, zresztą był on młodszy o ćwierć wieku, skromny i nieobyty w wielkim świecie" - dodawał autor cytowanego artykułu.

Tymczasem zdobywała renomę mechanografia spod znaku Holleritha. "Łatwo zauważyć, że kierownik spisu powszechnego może swobodnie dysponować kombinacjami danych, może w nieskończoność zmieniać ich układy, władny zadawać swoim kartom perforowanym pytania, jakie zechce, i porządkować odpowiedzi według własnego uznania" - ten fragment artykułu z francuskiego czasopisma naukowego z roku 1893 brzmi jak współczesna reklama datawarehouse. Fascynacja wielkimi zbiorami w tamtych czasach była przemożna, jak to wynika z ówczesnego, powiedzmy, wyznania wiary: „Władza opiera się na (wielkich) liczbach. Ściąganie podatków, gromadzenie broni, kontrolowanie ludności - takie są zadania, które przyczyniły się do rozwoju statystyki od początków epoki przemysłowej”. Przekonanie, że bogatą i skomplikowaną rzeczywistość gospodarczą i społeczną da się ująć w stosunkowo niewielką liczbę kategorii, wykonując jedynie proste operacje, jak liczenie, wyciąganie średnich statystycznych czy sortowanie, utrzymywało się bardzo długo. Henri Habrias, specjalista z dziedziny baz danych, nazwał tę tendencję „boxologią” (box - pudełko), czyli prościej szufladkowaniem. Ale nawet jeszcze francuski spis powszechny z roku 1998 usiłował ująć aktywność zawodową Francuzów w jedynie 15 kategorii, uniemożliwiając dokładne ustalenie liczby np. osób pracujących równocześnie w kilku zawodach, co więcej, nie wyodrębniając ze statystyk pracowników tzw. nowych technologii.

Co prawda, dopiero w ostatnich dziesięcioleciach pojawiły się techniki i programy komputerowe pozwalające nie tylko katalogować ogromne zbiory danych, lecz również wyróżniać i opanować to, co jednostkowe. Dzięki temu świat biznesu może dziś docierać do pojedynczych klientów, odpowiadać na ich indywidualne zainteresowania i potrzeby. Zautomatyzowana taśma produkcyjna zakładów samochodowych Mercedesa pod Stuttgartem była już we wczesnych latach 70. ub. stulecia tak zaprogramowana komputerowo, że w masowej produkcji poszczególne egzemplarze samochodów mogły różnić się nie tylko kolorem karoserii, ale również np. wieloma detalami wykończenia i wyposażenia, stosownie do jednostkowych zamówień.

Osiągnięcia informatyki byłyby nie do pomyślenia bez rozwoju elektroniki. Począwszy już od lat 20. znajduje ona coraz bardziej różnorodne zastosowania i oferuje coraz bogatszą gamę produktów, jak diody, triody, lampy próżniowe dla potrzeb radiofonii i rodzącej się telewizji. Również dla badań atomowych, bowiem od roku 1931 tyratrony są stosowane w licznikach Geigera, gdzie liczą w systemie dwójkowym: 1 albo 0. Początki bywały zresztą dość romantyczne, przykładem William Hewlett i David Packard, którzy przed osiemdziesięciu z górą laty konstruowali swoje pierwsze lampy elektronowe dosłownie w garażu. W podobnych warunkach Steve Jobs i Steve Wozniak zakładali kilka dziesiątków lat później słynną dziś firmę Apple Computers.

Połączenie zdobyczy elektroniki i techniki cyfrowej zadecydowało o triumfalnym pochodzie tego bodaj największego wynalazku XX wieku, jakim jest komputer. Trzeba jednak przyznać, że ENIAC, pierwsza maszyna mająca w swej nazwie słowo computer, nie był jeszcze komputerem w tym sensie, jaki nadaje się temu pojęciu dzisiaj. Nie był jednak maszyną programowaną, a jego organizacja wewnętrzna nie odbiegała w istocie od przyjętej w XVII-wiecznej maszynie do liczenia, którą zaprojektował słynny matematyk, fizyk i filozof Blaise Pascal. Różnica polegała na zastąpieniu kół zębatych lampami elektronowymi. Jednostka centralna czyli procesor czekał dopiero na swoje wynalezienie i sterowanie ogromną ilością układów, podzespołów i elementów wymagało wciąż jeszcze interwencji człowieka.

Przełom nastąpił w roku 1951, gdy został skonstruowany kompilator, umożliwiający formułowanie norm i procedur, wprowadzanie programów i podprogramów. Wkrótce powstają pierwsze języki programowania - w roku 1957 Fortran, w 1959 Codasyl, w 1960 Cobol. Upowszechnienie algorytmów i arytmetyki dwójkowej już wcześniej otworzyło drogę zastosowaniu komputerów w zarządzaniu i procesach decyzyjnych. Poszerzanie zakresu za-stosowań następowało w miarę postępów w konstrukcji pamięci i urządzeń peryferyjnych, rozwoju systemów zapisu i normalizacji. Towarzyszy temu pojawienie się nowych pojęć, jak informatyka, nowych zawodów i ról społecznych, związanych z obsługą i wykorzystaniem komputerów, jak informatyk, programista, użytkownik.

Jeśli lata 40. można określić jako fazę eksperymentalną w historii informatyki, w następnej dekadzie komputer staje się produktem przemysłowym. Od roku 1951 seryjnie produkowane są Univac 1 i IBM 701, od roku 1952 Bull Gamma 3. Jest to to pierwsza generacja komputerów, oparta na technice lampowej. Wkrótce jednak, od roku 1953, lampa elektronowa zaczyna ustępować miejsca tranzystorowi, wynalezionemu zaledwie kilka lat wcześniej. Mówi się wówczas o drugiej generacji, ale niedługo potem przemysł komputerowy oferuje już trzecią. Wykorzystuje ona obwody scalone - kolejno tzw. małej, średniej, wysokiej i wreszcie bardzo wysokiej skali integracji. Pierwsze prototypy testuje od roku 1958 Texas Instruments, pojedynczy tranzystor ma wówczas rozmiar 1 mm kw. Taki był początek, bowiem odtąd średnio co dwa lata podwaja się proporcjonalnie ich zagęszczenie. Tę prawidłowość, nazwaną jego imieniem, odkrył Gordon Moore, przyszły współzałożyciel firmy Intel. I rzeczywiście np. w latach 1964-1968 liczba podzespołów w obwodzie scalonym średniej skali zwiększyła się z 64 do 1000 na cm kw. W technologii wysokiej skali integracji ten wskaźnik sięgnął nawet 10 tysięcy elementów na cm kw. Szło to w parze z wypieraniem technologii germanowej przez bardziej wydajną - krzemową. I to tak dalece, że szybko przyjęła się wymyślona przez dziennikarza Dona Hoeflera nazwa Dolina Krzemowa - Silicon Valley, określająca region między San Francisco i San Jose w Kalifornii, gdzie jak grzyby po deszczu wyrastały laboratoria i fabryki wysokiej technologii.

A ta rozwijała się w tempie zadziwiającym, wykraczającym daleko poza przewidywania pierwszych konstruktorów. W latach 40., już po narodzinach elektronicznej ma-szyny ENIAC, nikt jeszcze nie przewidywał pojawienia się tranzystora, a wyobraźnią nie wybiegał poza liczbę 1000 operacji na sekundę. Niektórzy sądzili zresztą, że w zarządzaniu będą stosowane nadal maszyny elektromechaniczne, zastosowania komputerów będą miały charakter jedynie naukowy lub wojskowy, a łączne zapotrzebowanie światowe miało wynosić nie więcej niż kilkanaście egzemplarzy. Istotnie, zainteresowanie armii amerykańskiej było zrazu dominujące. Nawet wykorzystanie komputerów do prognoz meteorologicznych dyktowały potrzeby militarne. Szczegół anegdotyczny: to pod presją Pentagonu wprowadzono dwucyfrowy, a nie czterocyfrowy, zapis dat rocznych. W świeżej pamięci pozostają kłopoty i zagrożenia przełomu lat 1999 - 2000.

Z każdym niemal rokiem przemysł komputerowy wprowadzał na rynek nowe wielkogabarytowe modele o coraz większej mocy obliczeniowej i szybkości operacyjnej, a także wszechstronnych zastosowaniach. Niemal symboliczna pod tym względem była nazwa komputera IBM 360, co miało wskazywać, że jego kompatybilność wynosi 360 stopni. Ta firma jako pierwsza zdecydowała się też, od roku 1969, sprzedawać odrębnie komputery i oprogramowanie, zapoczątkowując w ten sposób nowy, dynamicznie rozwijający się sektor rynku komputerowego i zarazem nadając sens handlowy rozróżnieniu: hardware i software.

Wcześniej, już u progu lat 60., konstruktorów zaczęła jednak pociągać również tendencja odmienna. Postępy w miniaturyzacji elementów i podzespołów stały się bodźcem do podjęcia prac nad maszynami o coraz mniejszych gabarytach. Pracowano nad nimi m.in. w laboratoriach Digital Equipment i Hewlett Packard. W roku 1960 został zademonstrowany model PDP 1, w 1965 sprzedano już 50 tysięcy minikomputerów PDP 8, a w 1970 powstała rodzina 16-bitowych minikomputerów PDP 11/20. Na komputer osobisty trzeba było wprawdzie czekać jeszcze aż do roku 1981, kiedy to po raz pierwszy został zademonstrowany PC (Personal Computer) marki IBM, wyposażony w system operacyjny DOS Microsoft i 16-bitowy mikroprocesor Intel. W dwa lata później Microsoft Billa Gatesa przedstawia system Word i zapowiada Windows. Tak sprawdzała się przepowiednia wielkiego wizjonera, Thomasa J.Watsona, wieloletniego i skądinąd kontrowersyjnego szefa IBM, przewidującego wszechstronny rozwój możliwości i zastosowań komputerów.

Nie ma co ukrywać, że nie tylko w swoich początkach była to w dużej mierze pochodna wielkiej polityki i wręcz zbrojeń. Sprzyjała rozwojowi prac badawczych i laboratoryjnych z dziedziny informatyki zimna wojna i rozmaite napięcia w stosunkach Wschód - Zachód, jak np. kryzys kubański. Z czasem szczególną rolę zaczęły odgrywać potrzeby wynikające z programu badań kosmicznych. W grę wchodziły zatem ogromne pieniądze, którymi nie dysponowała długo biedna Europa, i zaangażowanie wielu świetnych umysłów, niejednokrotnie zresztą importowanych zza Oceanu. Do czego należy dodać elastyczność wolnego rynku i charakterystyczną amerykańską wynalazczość, przejawiającą się na polu techniki i przemysłu.

Europejczycy próbowali stawić czoła Ameryce, ale rezultaty okazały się raczej mizerne. W roku 1974 trzy wielkie koncerny europejskie - francuska CII (Compagnie inter-nationale de l’informatique), niemiecki Siemens i holenderski Philips - przystąpiły do przedsięwzięcia nazwanego Unidata. Miała to być wspólna rodzina komputerów, od małogabarytowych do największych, oparta na pełnej zgodności konstrukcyjnej, technologicznej i pro-gramowej.

Także i tutaj dała o sobie znać polityka. Słynny pomysł gen.de Gaulle’a stworzenia francuskiej „force de frappe”, czyli własnej nuklearnej siły uderzeniowej, wywołał nieukrywane niezadowolenie po drugiej stronie Atlantyku. I to tak dalece, że amerykańska firma komputerowa Control Data odmówiła dostaw sprzętu. Odpowiedzią Francuzów było utworzenie w roku 1966 CII, opartej zarówno na kapitale prywatnym, jak i subsydiach rządowych. Zrazu interes prosperował, na rynek weszła cała gama komputerów, minikomputerów i urządzeń peryferyjnych. Po kilku latach jednakże rynek francuski dotknęła recesja i rząd francuski był zmuszony zgodzić się na fuzję CII z z amerykańską firmą Honeywell, dokładniej z jej filią we Francji, czyli Honeywell-Bull. Była to kolejna klęska francuskiego przemysłu informatycznego: najpierw w roku 1964 zbankrutowała firma Bull, potem w roku upadł państwowy program Plan Calcul, a w roku 1975 to samo spotkało ambitny, początkowo nieźle zapowiadający się zachodnioeuropejski projekt Unidata. Potężnej konkurencji amerykańskiej, która opanowała także kontynent europejski, dłużej opierali się Brytyjczycy, ale kilkanaście lat później, w roku 1990, w obce ręce przeszła firma ICL. Co prawda, przejęli ją nie Amerykanie, lecz Japończycy. Europejczykom, a ściślej Francuzom, pozostała satysfakcja, że to Francuz Philippe Dreyfus wymyślił w roku 1962 termin informatyka. Wkrótce o informatyce będzie się mówić nie tylko jako o dyscyplinie akademickiej (ang. computer science, tak określana od roku 1964), ale i w znaczeniu techniki i przemysłu komputerowego, inaczej mówiąc właśnie informatycznego.W Polsce to pojęcie wprowadził w roku 1968 Romuald Marczyński i w latach 60. zaczęły powstawać katedry, a później wydziały informatyki.

Tymczasem lata 70. i 80. wprowadziły światową cywilizację w nową epokę, której znamieniem stał się Internet i poczta elektroniczna. W ślad za pierwszym połączeniem międzykomputerowym na uniwersytecie Stanforda w USA, w roku 1969, mnożą się rozwiązania techniczne prowadzące do ogarnięcia całego globu informatyczną pajęczyną, by za jej pośrednictwem móc przekraczać granice geograficzne i czasowe. Ten cykl wynalazków i kolejnych ich udoskonaleń niejako uświęca rok 1991, gdy zostaje uruchomiona sieć www (World Wide Web), zawdzięczająca swoje narodziny pracom Tima Berners-Lee. W tym samym roku z Internetem łączy się pierwszy komputer z Polski.